众所周之，CT检查对患者或受检者是一种接受较高剂量的X射线诊断程序。目前，在世界范围内CT检查的年频率占整个放射学年检查频率的5%左右，但CT检查所贡献的受检者的集体有效剂量占整个放射学检查的集体有效剂量最高可达34%左右^[1]。1972年第一台颅脑CT问世，开辟了医学影像检查的新时代。为了估算CT检查所致辐射剂量，Shope^[2]等学者于1981年首次提出了CT剂量指数(Computed Tomography Dose Index，CTDI)的概念，定义为沿z轴从-∞~+∞长度上的剂量积分，其表达式为：

$ CTD{{I}_{\infty }}=\frac{1}{NT}\int\limits_{-\infty }^{+\infty }{{}}D\left( z \right)dz $

1)

其中，D(z)为平行于旋转轴(Z)的剂量分布，N为扫描断层数，T为层厚。CTDI_∞是CT检查所致辐射剂量的准确值，需要沿整个剂量分布曲线积分得到CTDI_∞。美国食品药品监督管理局(FDA)^[3]将积分范围标准化为-7T~+7T，T是归一化层厚(如10 mm)，而为了便于测量，国际电工委员会(IEC)将积分范围标准化为-50 mm~+50 mm，即CTDI₁₀₀定义^[4]。CTDI₁₀₀是目前CT检查辐射剂量最常用的表征量，其表达式为：

$ CTD{{I}_{100}}=\frac{1}{NT}\int\limits_{-50\text{ }mm}^{+50\text{ }mm}{{}}D\left( z \right)dz $

2)

基于公式2)可以方便地使用100 mm笔形电离室对CTDI₁₀₀进行测量，因此CTDI₁₀₀被人们广泛应用。为了反映扫描范围内不同位置的CTDI₁₀₀，加权CT剂量指数(CTDI_W)被定义，通过测量CT剂量体模中5个位置的CTDI₁₀₀，然后加权获得。其表达式为：

$ CTD{{I}_{W}}=\frac{1}{3}CTD{{I}_{100, c}}+\frac{2}{3}CTD{{I}_{100, p}} $

3)

其中，CTDI_{100, c}为体模中心位置的CTDI₁₀₀，CTDI_{100, p}为体模边缘的CTDI₁₀₀。为了反映多排螺旋CT整个扫描容积的平均剂量，IEC还定义了CTDI_vol，即CTDI_W除以螺距所得到的值。

经过多年的发展，尤其是计算机技术的不断发展，CT机由最初的单排轴向扫描向16、64、256排多排螺旋扫描的迅速发展，2007年东芝更是推出了320排CT。其中飞利浦公司的iCT标称线束宽度可以达到80mm，而东芝的320排CT标称线束宽度更是达到了160 mm，这给现有的使用100 mm笔形电离室测量CTDI₁₀₀带来了新的问题，由于线束宽度的增加，100 mm笔形电离室已经不能完全测量宽束时的剂量分布积分，使得CTDI₁₀₀已不够准确^[5-6]。由于CTDI_W和CTDI_vol的值均为使用CTDI₁₀₀的值计算所得，当进行宽束CT测量时，由于CTDI₁₀₀的准确度下降，导致由CTDI₁₀₀计算得到的CTDI_W、CTDI_vol也不准确。如何准确测量宽束CT扫描的剂量，对于医用辐射防护以及患者的健康保护有着重要意义。为了解决这一难题，适应当前国内临床和放射防护检测与评价的需要，寻找一种适当并且准确的宽束CT剂量的测量方法是非常必要的。本研究利用450 mm剂量模体和150 mm的标准剂量模体，300 mm长杆电离室以及100 mm笔形电离室，对宽束CT的剂量进行了实际测量研究，探索方便准确的表征宽束CT剂量的测量新方法。

1 材料与方法 1.1 剂量仪

选用Unfors Xi型100 mm笔形电离室和PTW 300 mm长杆电离室，分别用于测试传统的CTDI₁₀₀和宽束时的CTDI₃₀₀。

1.2 CT设备

型号为Brilliance iCT的飞利浦128排CT，其标称最大线束宽度为80 mm。

1.3 模体

标准CT剂量体模，直径为320 mm，长度为150 mm，由有机玻璃(polymethylmethacrylate，PMMA)制成，中心位置以及12、3、6、9点钟方向的边缘位置分别各有一个孔，用以测量体模不同位置的剂量。为了测试多排螺旋CT宽束时的CTDI₃₀₀，将三个直径320 mm，长度为150 mm的标准体模拼接起来，组成一个长450 mm的长剂量体模。

1.4 测试方法

如图 1(a)所示，将100 mm笔形电离室插入150 mm长标准CT剂量体模的中心位置，测量不同线束宽度下的CTDI₁₀₀；如图 1(b)所示，将300 mm长杆电离室插入450 mm长剂量体模的中心位置，测量不同线束宽度下的CTDI₃₀₀，用CTDI₃₀₀近似代替CTDI_∞，计算CTDI₁₀₀与CTDI_∞的比值，即CTDI测量效率^[7]，其表达式为：

$ \varepsilon \left( CTD{{I}_{100}} \right)=\frac{CTD{{I}_{100}}}{CTD{{I}_{\infty }}} $

4)

为了克服宽束CT中CTDI₁₀₀只积分了部分主射线和很少部分散射线的缺点，采用IEC和IAEA^[8-9]推荐的方法：标称线束宽度≤40mm时采用传统CTDI₁₀₀的定义方法；标称线束宽度＞40 mm时，以标称线束宽度20 mm的CTDI₁₀₀为参考值，并将这个参考值乘以空气中CTDI值(CTDI_{free-in-air, NT})与空气中20 mm CTDI值(CTDI_{free-in-air, ref})的比值。其表达式分别为：

$ CTD{{I}_{100, NT}}=\frac{1}{NT}\int\limits_{-50\text{ }mm}^{+50\text{ }mm}{{}}D\left( z \right)dz\text{ }(NT\le 40\text{ mm})\text{ } $

5)

$ \begin{align} &CTD{{I}_{100, NT}}=\frac{1}{{{\left( NT \right)}_{ref}}}\left[ \int\limits_{-50\text{ }mm}^{+50\text{ }mm}{{}}{{D}_{ref}}\left( z \right)dz \right] \\ &\times \left[ \frac{CTD{{I}_{free-in-air, NT}}}{CTD{{I}_{free-in-air, ref}}} \right]\text{ }(NT>40\text{ mm}) \\ \end{align} $

6)

式中ref下标表示20 mm标称线束宽度。CTDI_free-in-air的测量采用IEC推荐的方法，当积分长度不大于40 mm，如5、10、20、40 mm线束宽度采用100 mm笔形电离室进行1次测量得到CTDI_free-in-air，对于80 mm标称线束宽度，采用100 mm笔形电离室在空气中进行两次连续测量使其积分长度达到200 mm。测量示意图如图 2所示^[9]。

2 结果 2.1 CTDI₁₀₀和CTDI₃₀₀测试

选用Unfors Xi型100 mm笔形电离室，利用直径320 mm、长度150 mm的标准CT剂量体模，测试模体中心位置的CTDI₁₀₀；选用PTW 300 mm长杆电离室，利用直径320 mm长度450 mm的CT长剂量体模，测试模体中心位置的CTDI₃₀₀。扫描条件与测量结果见表 1：

由表 1可见，实测结果表明，在模体中心位置，不同线束宽度时CTDI₁₀₀的数值与CTDI₃₀₀的数值之间存在明显差异，CTDI测量效率随线束宽度的增大呈下降趋势，CTDI₁₀₀与CTDI₃₀₀的比值从线束宽度5 mm时的0.62，逐渐下降，在线束宽度为80 mm时，CTDI测量效率降至0.56。从这组数据也可以看到，实际上在线束宽度很小的时候，CTDI₁₀₀也不能完全代替CTDI_∞，CTDI₁₀₀值实际上是低估了患者接受到的剂量，这是因为有很大一部分的散射线没有测量到。

2.2 宽束CT剂量测试

使用100 mm笔形电离室，在空气中测量CTDI_a，NT，根据公式6)，对线束宽度为80 mm的测量结果进行修正，线束宽度≤40 mm时的测量结果不需修正。如取线束宽度为20 mm时的测量结果为参考线束宽度剂量值，即CTDI_{a, ref}为35.46 mGy，CTDI_{100, ref}为8.68，计算修正后宽束时的CT剂量指数CTDI_{100, NT}值为：CTDI_{100, 80}= CTDI_{100, 20}×(CTDI_{a, 80}/ CTDI_{a, 20})=7.19 mGy。不同线束宽度时CTDI_{100, NT}与CTDI₃₀₀值的比较见表 2。

以不同线束宽度为横坐标，以剂量模体中心位置的CTDI测量效率为纵坐标，绘制模体中心位置处剂量效率随线束宽度的变化曲线，见图 3。

从表 2和图 3可以看到，当CT宽线束扫描时，随着线束宽度的增大，CTDI测量效率不断下降。为了解决宽线束时CTDI₁₀₀测量偏低的问题，IEC和IAEA引入了前述公式6)修正，根据该公式得到修正CTDI的计算值，从图 3可以看到，IEC的这个修正公式虽然可以改善测量值偏低，但仍不能够真实地反映宽线束时CTDI_∞的大小，然而可以使CTDI₁₀₀与CTDI_∞的比值保持在一个相对恒定的水平，即图中得到的虚线部分。

3 讨论

从CT标准剂量体模和长剂量体模中是测量结果可知，即便使用较小的线束宽度，CTDI测量效率均达不到100%，也就是说CTDI₁₀₀与CTDI_∞之间存在明显差异。当CT线束宽度≤40 mm时，CTDI₁₀₀测量效率相对稳定。随着线束宽度的增大，CTDI₁₀₀与CTDI_∞的比值逐渐降低，说明实际测量的CTDI₁₀₀所能涵盖的射线量比实际总射线量较小，同时表明了随射线束宽度的增加，目前所使用的辐射剂量表征量如CTDI₁₀₀等表征CT检查所致辐射剂量的准确性在降低，不能正确的反映出受检者实际接受的射线剂量大小，应当进行校正。在引入IEC的推荐公式后，修正了线束宽度大于40 mm的CT剂量，使得CTDI₁₀₀与CTDI_∞的比值能保持在一个相对恒定的水平。

国外的研究同样表明不同线束宽度下CTDI测量效率并不相同，Mori等^[10]采用一个直径为32 cm、长90 cm的圆柱形模体测量CTDI_∞，当线束宽度为10 mm时，发现体部模体的中心和边缘位置CTDI₁₀₀分别为CTDI_∞的60%和80%；Boone^[7]指出，当线束宽度≤40 mm时CTDI₁₀₀与CTDI_∞之间的比值可以稳定在80%~90%的范围内，但线束宽度＞40 mm时CTDI₁₀₀与CTDI_∞的比值会随线束宽度的增加逐渐下降。

当宽束CT问世后，各国学者都在不断寻求针对宽束CT剂量适当地表示及测量方法，IEC、IAEA以及AAPM先后提出使用长剂量体模和长杆电离室测量、使用CTDI₁₀₀测量并进行公式修正以及使用点剂量测量等多个方法。其中使用点剂量测量的话，将颠覆了传统的CTDI体系，不适合推广使用。使用300 mm长电离室可以相对准确的测量实际剂量，但是要配套长剂量体模使用，非常的笨重，这种方法比较适合CT生产厂家和研究机构使用，不适合于临床实际质量控制检测。而采用公式5)和6)的修正方法，使用现有的150 mm长剂量体模和100 mm笔形电离室就能实现，根据本研究的结果显示，经修正计算的CTDI_{100, NT}要比实测CTDI₃₀₀剂量低，该定义方法依然存在一定缺陷，但因为CTDI_{100, NT}与CTDI_∞的比值恒定，测量方法容易实现，可以应用于近似的表征宽束时CT剂量的评价。关于如何较准确表达宽束CT的剂量并采用简单的方法对其准确测量，国际社会仍然在进一步的研究中。

探讨适用于宽束CT剂量的表征与测量对于医院CT设备的质量控制和患者的放射防护都具有十分重要的意义，本研究结果为我国CT质控检测国家标准^[11](GB 17589-2011)的修订提供了数据支持。

在本研究中，由于测试条件所限，只测试了两种尺寸剂量体模中心点的剂量，对这两种剂量体模外围四个孔的剂量和CTDI_W的结果未做测量和比较；CTDI测量效率的变化趋势也需要在更宽线束的CT设备上进行验证。此外，当线束宽度很宽时，CTDI₃₀₀能否代替CTDI_∞也是本研究中需要讨论的一个问题。

志谢: 感谢尉可道研究员对本文的审改和指导。