儿童全身18F-FDG PET/CT 有效剂量的临床研究

2021-04-14庞春兰关邵翔杨小春肖子正林晓平

中山大学学报(医学科学版) 2021年2期

庞春兰，关邵翔，杨小春，肖子正，林晓平

（华南肿瘤学国家重点实验室//中山大学肿瘤防治中心核医学科，广东广州 510060）

PET/CT 是将PET 功能成像与CT 解剖影像进行同机融合，在明确肿瘤分期、指导治疗方案的制订、评估疗效等方面临床价值凸显，因而在儿童肿瘤的无创评估和监测中PET/CT 也越来越重要［1］。氟-18-脱氧葡萄糖（18F-FDG）是目前PET显像最常用的放射性药物［2］。随着18F-FDG PET/CT 检查的推广，由检查给患者带来的电离辐射也倍受关注。由于儿童的细胞分裂速度快、对射线更敏感且生命周期相对长，因此电离辐射潜在的致癌作用更容易体现［3］。目前对有效剂量（effective dose，ED）的估算及优化、辐射风险评估的研究大多针对成人［4］，对儿童全身18F-FDG PET/CT 检查接受的有效剂量的研究较少。另外，患儿的生理特点及状态与成人不同，更不能单纯依靠人体模型进行测算，必须在真实世界中获得并分析数据，才能为相关决策及指南的制定提供可靠依据。本文拟对我科行18FFDG PET/CT 检查的患儿进行回顾性研究，评估及分析患儿行单次全身18F-FDG PET/CT 检查受到的有效剂量并分析其影响因素。

1 材料与方法

1.1 研究对象

2019 年7 月至2020 年4 月中山大学肿瘤防治中心因肿瘤分期、疗效评估或可疑复发等需进行全身18F-FDG PET/CT 检查的儿童患者。本研究已通过医院伦理委员会审批并严格遵守《赫尔辛基宣言》的相关原则。本研究取得患儿监护人知情同意。

1.2 显像前准备

受检儿童检查前禁食6 h以上。常规测量患者身高、体质量及空腹血糖，血糖水平＜11.1 mmol/L。按3.7 MBq/kg 的剂量静脉注射18F-FDG（广州原子高科公司提供），注射后将患儿置于安静、避光的休息室静卧约1 h 后即行全身PET/CT 检查。检查前嘱咐患者多饮水充盈胃腔，排空尿液以降低膀胱内放射性药物对周围脏器诊断的干扰。对于无法配合的患儿予以常规口服镇静剂（如水合氯醛），确保检查过程保持体位不变。

1.3 显像方法

显像设备为西门子公司型号为Biograph mCT的PET/CT 显像仪，先采集CT 正侧位定位片，然后采用管电压为100 kV、螺距为0.8、球管旋转时间为0.5 s、层厚为3 mm、FOV 为500 mm、参考管电流为300 mAs 的自动管电流调制（automatic tube current modulation，ATCM）技术进行平扫。CT 扫描完成后即刻进行PET 采集，每个床位采集时间为1.5 min，用CT 数据对PET 图像进行衰减校正并采用ultra HD 滤波反投影法重建PET 图像然后与CT 图像进行融合，必要时加做局部CT（如肺部薄层扫描、头部CT 扫描）。加做的头部CT 扫描参数为：管电压为100 kV，管电流为130～200 mAs；加做的肺部CT扫描参数为：管电压为100 kV，管电流为120 mAs。扫描范围为颅顶至股骨中段。

1.4 儿童受检者全身PET/CT 所致辐射的有效剂量计算

1.4.1 CT 所致辐射的有效剂量计算当扫描条件相同时，受检者所受的CT 有效剂量直接由Z 轴的扫描长度决定。由于人体的不同部位对辐射的敏感性不同，因此权重系数k也不同，计算算式如下［5］：

算式（1）中，k为权重因子［单位：mSv/（mGy·cm）］，与年龄和部位相关，见表1；CTDIVOL（单位mGy）表示多排螺旋CT 扫描的容积CT 剂量指数（computed tomography dose index）；L表示人体不同部位沿Z 轴的扫描长度；DLP（单位mGy·cm）表示剂量长度乘积（dose length product），DLP＝CTDIVOL·L（在PET/CT设备上直接读取）。

表1 不同年龄段儿童身体各部位CT有效剂量权重因子k［5］Table 1 CT effective dose weighting factor k for each part of the body of children at different ages［mSv/（mGy·cm）］

1.4.2 PET 所致辐射的有效剂量估算 PET/CT 检查中PET 所致辐射的有效剂量用注入患者体内的18F-FDG 活度与有效剂量的转换系数进行估算，计算算式［6］：

算式（2）中，EDPET为PET所致的辐射剂量（mSv）；A为注入患者体内放射性药物18F-FDG的活度（MBq）；WFDG为不同年龄段的活度与有效剂量换算系数（mSv/MBq），可通过表2获得。

表2 不同年龄段儿童18F-FDG有效剂量转换系数WFDG［6］Table 2 18F-FDG effective dose conversion coefficients WFDGfor children at different ages［mSv/MBq］

1.4.3 儿童放射性药物18F-FDG 的给药方案儿童放射性药物18F-FDG 的给药方案主要参考传统的体质量基准算式、韦伯斯特（Webster）算式和体表面积（BSA）算式［8］，后来相继推出了欧洲核医学会儿童活度卡（EANM）［9］及北美共识指南（NACG）［8］，本研究是根据NACG 按3.7 MBq/kg 给药。

1.4.4 PET/CT 所致辐射的总有效剂量计算 PET/CT 检查所致的总有效剂量（EDTOTAL）等于CT 有效剂量和18F-FDG 辐射的有效剂量相加，即：EDTOTAL=EDCT+EDPET。

1.5 小儿BSA计算方法

体质量≤30 kg小儿BSA计算算式：

体质量＞30 kg小儿BSA计算算式：

In formula 3 and 4，the unit of BSA and weight are m2and kg，respectively.

1.6 统计学处理

采用软件SPSS 20.0 进行统计分析。定量资料先进行正态性检验，符合正态分布的定量资料以均数±标准差表示，不符合正态分布的资料用中位数和四分位数表示。对儿童单次PET/CT 扫描的PET与全身CT 有效剂量之和（EDPET+WBCT）、全身CT 的平均有效剂量（EDWBCT）及EDPET用One way-ANOVA 进行分析。三个不同年龄段的DLP值用Kruskal WallisH检验进行比较，差异有统计学意义时采用Bonferroni 法进行组间两两比较。再按身高及BSA的中位数对EDPET+WBCT进行分组，用独立样本t检验进行分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患儿一般情况

共50 例，淋巴瘤22 例，肉瘤10 瘤，神经母细胞瘤7 例，肾母细胞瘤2 瘤，梭形细胞肿瘤2 例，其他肿瘤7 例。其中男34 例女16 例，年龄为（1～13）岁（图1），平均年龄为（7.6±3.2）岁。体质量为（10～48）kg，平均体质量为（24.4±9.2）kg，身高为（78～163）cm，平均身高为（124.0±19.5）cm。

2.2 有效剂量整体分析

图1 单次18F-FDG PET/CT 扫描不同年龄段分布Fig.1 Distribution of different age groups in a single 18FFDG PET/CT scan

50 例受检患儿中有41 例（占82%）因手臂伪影或呼吸伪影需加做局部诊断CT，其中8例仅加做屏气肺薄层扫描，37 例仅加做头部CT 扫描，4 例同时加做屏气肺薄层及头部CT 扫描。受检者行一次18F-FDG PET/CT 检查的平均总有效剂量为（9.37±2.21）mSv，其中EDPET和EDCT分别为（4.49±0.96）mSv 和（4.88±1.63）mSv，占总有效剂量的48%及52%。CT 扫描的有效剂量中，EDWBCT和加做局部诊断CT（头部及肺部CT）的平均有效剂量分别为（3.26±1.05）mSv 和（1.62±0.48）mSv，各占总CT 有效剂量的67%和33%。全身CT扫描产生的头颈部及盆腔的有效剂量为（0.39±0.21）mSv 及（0.94±0.39）mSv。本研究的50 例患儿皆采用ATCM 技术进行CT 采集，PET/CT 图像质量均符合诊断要求（图2）。

图2 淋巴瘤患儿18F-FDG PET/CT 图像Fig.2 18F-FDG PET/CT images with pediatric lymphoma

2.3 年龄分组分析

如表3所示，不同年龄段的DLP（CT部分）不符合正态分布且方差不齐，采用Kruskal WallisH检验，差异有统计学意义（H＝17.191，P＜0.001）。组间比较采用Bonferroni 法，1～4 岁和5～9 岁组间差异有统计学意义（P＝0.006），1～4 岁和10～13 岁组间差异有统计学意义（P＝0.000），5～9 岁和10～13 岁组间差异无统计学意义（P＝0.321）。3 个年龄段儿童的EDPET+WBCT、EDPET、EDCT均符合正态分布且满足方差齐性，用One way-ANOVA 进行分析，EDPET+WBCT差异无统计学意义（F＝0.765，P＝0.471），EDPET差异无统计学意义（F＝0.788，P＝0.460），EDWBCT差异也无统计学意义（F＝0.682，P＝0.510）。

表3 50例儿童全身18F-FDG PET/CT 不同年龄段的有效剂量分析Table 3 Analysis of effective dose of 50 children with 18F-FDG PET/CT in different age ［M（P25～P75），（）］

图3 不同年龄段儿童全身18F-FDG PET/CT 的EDPET+WBCTFig.3 The EDPET+WBCTof pediatric whole-body 18F-FDG PET/CT by different ages

2.4 有效剂量分组分析

表4按受检者身高的中位数（127.5 cm）分成高矮两组，两组的EDPET+WBCT符合正态分布，用独立样本t检验进行分析，身高≤127.5 cm 组的儿童平均EDPET+WBCT为（7.61±1.79）mSv，身高＞127.5 cm 组的儿童平均EDPET+WBCT为（7.89±1.88）mSv，差异无统计学意义（t＝-0.545，P＞0.05）。按BSA的中位数（0.94）分成两组，两组的EDPET+WBCT符合正态分布，用独立样本t检验进行分析，小BSA组的EDPET+WBCT为（7.25±1.84）mSv，大BSA组的EDPET+WBCT为（8.34±1.69）mSv，差异有统计学意义（t＝-2.191，P＜0.05；表4）。

表4 不同分组儿童PET/CT扫描的EDPET+WBCT比较Table 4 Comparison of EDPET+WBCT on PET/CT scan of children in different groups ()

1）P＜0.05；Height and BSA according to the median of the sample

2.5 与其他类似研究比较

表5 所列近几年类似的研究中，儿童全身18FFDG PET/CT 检查的EDTOTAL为10.99～13.84 mSv，本研究计算的结果是9.37 mSv，EDCT与使用ATCM 技术的报道相接近，而EDPET为类似报道的64%～81%。

表5 儿童18F-FDG全身PET/CT检查有效剂量的研究比较Table 5 Comparison of studies in effective dose of pediatric 18F-FDG whole-body PET/CT ［（）（min，max）］

3 讨论

目前儿童PET/CT 检查已成为一种重要的肿瘤影像手段。由于放射性检查所造成辐射的有效剂量与潜在的放射性损伤直接相关，本研究通过收集并分析真实世界的数据，以期为相关决策及指南制定提供参考依据。

本研究有41例（82%）患儿接受了额外的CT扫描。同类文献中，Li 等［4］的研究需加做CT 扫描的占93%，而Quinn 等［14］在纽约的一家医疗中心统计的结果是54%。本研究加做的局部CT 扫描主要包括两种：8例（16%）患儿做了肺屏气薄层扫描、37例（74%）患儿进行头部CT 扫描，前者皆是肺部有病灶而后者是因为头部位置改变或有伪影干扰诊断。本研究加做的CT 扫描增加的有效剂量占总剂量17%，低于Li等［4］研究统计的42%。

EDPET+WBCT在亚组分析中提示，BSA小的儿童接受的有效剂量较低。因此对BSA较大的儿童可通过适当减少18F-FDG 注射剂量而延长PET 图像采集时间来减少PET产生的有效剂量，对无法配合的患儿予以常规口服镇静剂（如水合氯醛），确保图像质量的同时避免因身体移动造成的重扫［15］。不同年龄段儿童的EDPET+WBCT、EDPET、EDWBCT亚组分析均没有统计学意义，可能与低龄儿童虽然身材矮小但剂量权重因子相对大相关。

CT 部分的有效剂量根据算式（1）通过机器读取的DLP值来计算，1～4 岁的低龄组DLP值比另外两高龄组的低，与低龄组的身高相对矮（CT 轴向扫描范围短）且通常低龄儿童身材相对瘦小以及用自动管电流扫描时mAs 相对低相关。越来越多的文献反映，成人18F-FDG 全身PET/CT 检查过程中辐射剂量大部分来源于CT［16-17］，而儿科CT 辐射的剂量问题在十多年前已经引起了充分的关注且在保证图像质量的情况下剂量得到了显著降低，甚至低于PET 部分剂量［10］，表5 可以体现。尽管如此，目前指南仍然缺少对CT部分扫描方案一致的推荐意见，包括扫描参数、PET/CT 扫描间隔、数量和区间频率等［18］。PET 方面，据北美在美国的调查，不同医疗机构对儿童每公斤体质量的给药活度相差3 倍甚至更多［8］。说明不同机构的儿科PET/CT 检查由放射性药物辐射的有效剂量差异较大。

儿童的生理和解剖有异于成人且婴幼儿生长发育期间的药代动力学也和成人不同，儿科核医学检查使用的放射性药物剂量应满足检查所需的最低剂量，剂量过高会造成不必要的辐射还可能影响图像质量，剂量过低则可能因采集信息过少而得不到理想的图像［19］。根据2010 年北美儿童放射性药物注射剂量指南［8］，儿童基于体质量的18F-FDG 注射活度推荐值为3.7～5.2 MBq/kg，表5 的研究中，放射性药物皆是基于体质量给药，为3.7～5.92 MBq/kg，本研究中18F-FDG 的注射活度为3.7 MBq/kg，属于指南建议的最低给药活度。每床位采集时间为1.5 min，得到的PET 图像满足临床需要（图2）。根据北美以及欧洲核医学学会指南［20-21］，18FFDG 对应的有效剂量一般为5.2～7.4 mSv，本研究得出的结果是4.62 mSv，处于较低水平剂量，该差异可能与扫描设备的更新换代相关。

本研究主要存在的不足之处包括：一是本研究为回顾性研究且未与低剂量CT 扫描对比，以后拟开展不同扫描方法比较有效剂量及图像质量的前瞻性研究；二是因缺乏儿童体模及计算软件，未能计算受检者器官的有效剂量；三是仅估算了儿童单次PET/CT 扫描的有效剂量而并未统计一段时间内多次检查累积的有效剂量。目前，随着科技进步及大众防癌意识的提高，许多癌症患者（尤其是早期患者）的总体生存期明显延长，包括儿童肿瘤患者［22］，这些患者在整个肿瘤诊疗过程中可能根据病情需要做多次PET/CT 扫描，累积剂量对患儿长期生存的影响也需要进行研究。

近几年，分子影像新仪器的诞生除了提升图像质量也给受检者的辐射剂量优化带来新的曙光。PET/MRI 作为一种新兴的核医学设备，无CT 造成的电离辐射且在软组织分辨率上有优势，对儿童肿瘤患者来说，根据病情个性化选择PET/MR 取代PET/CT 检查，有助于降低有效剂量［23］。另一方面，新的PET/CT 的设备可以大幅度提高信号采集效率［24］，减少放射性药物的注射活度可以直接降低PET 部分的有效剂量，缩短采集时间还能减少额外CT 扫描（如自然呼吸引起的运动伪影影响诊断），从而最大限度降低CT部分的有效剂量。一些新研发PET/CT 甚至只需患者注射9.25 MBq 的18F-FDG进行全身PET/CT 扫描，图像质量便可以媲美注射370 MBq18F-FDG 的其他设备，并使PET 产生的有效剂量小于0.2 mSv［25］。另外，随着融合显像研究的开展，PET/CT 多序列采集方案也为降低其有效剂量提供了可能性［3］。总之，随着检查流程尤其是参数设置的优化，以及检查设备及技术的进步，PET/CT 检查将在辐射安全范围内更好地服务于更多的患者，尤其是儿童患者。