中国辐射卫生  2018, Vol. 27 Issue (2): 173-177  DOI: 10.13491/j.issn.1004-714x.2018.02.022

引用本文 

王倩, 冯世超, 梁媛, 马霄虹, 赵心明, 刘霞, 綦维维. CT扫描野内表面防护不同材料的防护效果以及对图像质量的影响[J]. 中国辐射卫生, 2018, 27(2): 173-177. DOI: 10.13491/j.issn.1004-714x.2018.02.022.
WANG Qian, FENG Shichao, LIANG Yuan, MA Xiaohong, ZHAO Xinming, LIU Xia, QI Weiwei. The protective efficiency of different materials and the effect on the imaging quality of CT scanning[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2018, 27(2): 173-177. DOI: 10.13491/j.issn.1004-714x.2018.02.022.

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北京市科学技术委员会资助项目(D141100000214006)

通讯作者

綦维维, E-mail:cyanage8@sina.com

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收稿日期:2018-01-12
CT扫描野内表面防护不同材料的防护效果以及对图像质量的影响
王倩 1, 冯世超 1, 梁媛 1, 马霄虹 1, 赵心明 1, 刘霞 2, 綦维维 2     
1. 中国医学科学院肿瘤医院 影像诊断科, 北京 100021;
2. 北京大学人民医院 放射科
摘要目的 评价两种表面防护材料在CT扫描野内的辐射防护效果和扫描野的图像质量。方法 使用CTDI模体测量颈部扫描时周边的辐射量及CTDIw,采用铋屏蔽和硫酸钙屏蔽为辐射防护材料的辐射量及CTDIw,比较有无屏蔽以及两种屏蔽的防护效果差异。低剂量CT筛查60例,随机分为3组,分别为无屏蔽组以及使用铋屏蔽和硫酸钙屏蔽防护组,自动曝光控制扫描,管电压100 kV,参考管电流为23 mAs。对患者甲状腺和肺尖层面的图像质量评分,比较屏蔽对图像质量的影响。结果 模型研究中,无屏蔽组的探测点辐射量为6.17±0.21 mGy;小于床板侧(7.61±0.14)mGy和中心侧为(7.14±0.11)mGy(P < 0.01);而屏蔽组CTDIw均小于无屏蔽组,且铋屏蔽组和硫酸钙屏蔽组与无屏蔽组CTDIw分别为5.78、5.02、6.92 mGy(P < 0.05)。临床研究中,3组低剂量筛查的有效剂量分别为(0.92±0.05)、(0.90±0.06)、(0.90±0.05)mSv(P>0.05)。3组甲状腺和肺尖成像质量均可满足诊断要求,且屏蔽组的甲状腺成像质量评分明显低于无屏蔽组(F=14.69,P < 0.01),其中硫酸钙屏蔽组评分最低;3组肺尖图像质量评分间差异没有统计学意义(F=1.57,P>0.05)。结论 铋屏蔽与硫酸钙屏蔽均可以作为肺癌CT筛查的甲状腺表面屏蔽使用,不影响肺组织诊断。
关键词计算机体层摄影    辐射防护    铋屏蔽    扫描野内遮盖    
The protective efficiency of different materials and the effect on the imaging quality of CT scanning
WANG Qian 1, FENG Shichao 1, LIANG Yuan 1, MA Xiaohong 1, ZHAO Xinming 1, LIU Xia 2, QI Weiwei 2     
1. National Cancer Center/Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100021 China;
2. Peking University People's Hospital
Abstract: Objective To evaluate the radiation protection effect of two surface protective materials and the image quality of scanning field in CT field. Methods Bismuth and calcium sulphate for radiation protection materials, The CTDI phantom is used to measure the amount of radiation and CTDIw around the neck during the scan with bismuth and calcium sulphate as radiation protection material or no protection material. Comparison of the shielding effect with or without shielding was performed. 60 patients administrated with low-dose CT screening and were randomly divided into 3 groups:unshielded group, bismuth shielded group and calcium sulfate shielded group, automatic exposure control scanning model was set and tube voltage as 100 kv and reference for 23 mAs tube current. The effect of shielding on image quality was compared with the image quality score of the patients' thyroid and lung. Results The radiation dose of the unshielded group was 6.17±0.21 mGy. It was less than 7.61±0.14 mGy and the center side of the bed side was 7.14±0.11 mGy (P < 0.01); The CTDIw of the shielding group was less than that of the unshielded group, and the CTDIw of the bismuth shielding group and the calcium sulfate group was 5.78 mGy, 5.02 mGy, and 6.92 mGy (P < 0.05). In clinical studies, the effective dose of 3 groups of low-dose screening was 0.92±0.05 mSv, 0.90 ±0.06 mSv, 0.90±0.05 mSv (P>0.05). Three groups of thyroid and lung tip imaging quality were met the requirements of diagnosis, and shielding set of thyroid imaging quality score was lower than that in group without shielding (F=14.69, P < 0.01), which the lowest score of calcium sulphate shielding group; There was no statistically significant difference between the quality scores of the three groups (F=1.57, P>0.05). Conclusion Both bismuth shielding and calcium sulfate shielding can be used as the thyroid surface radiation protection for lung cancer screening without affecting lung tissue diagnosis.
Key words: Computed Tomography    Radiation Protection    Bismuth Shielding    In-Plant Shielding    

CT的成像作为影像学的一个重要的检查方法,在临床中越来越被医生和患者接受。CT检查量随着CT的普及以及检查方法的更新逐渐增加。但是对于CT电离辐射损伤也越来越被临床工作者所重视。除了主动防护之外,被动防护也应该在临床中得到认识和重视[1-2]。除了在扫描区域外采用铅皮进行表面防护屏蔽之外,扫描区域的防护也很重要[3-4]。扫描区域内的防护主要是人体表面的敏感器官,需要即能穿透X射线,又不会影响图像,但不同材料的屏蔽对于检查本身的影响还没有被探讨过。本文就CT扫描野内表面防护不同材料的防护效果以及图像质量的影响进行初步探讨。

1 材料与方法 1.1 设备

Revolution 256层螺旋CT(美国,GE),Raysafe X射线多功能测量仪,CT剂量指数(computed tomography dose index,CTDI)测量模体,铋屏蔽(甲状腺),硫酸钙屏蔽(甲状腺)。

1.2 方法 1.2.1 防护效果和辐射剂量评价

使用RaysafeX射线机多功能测量仪配合CTDI测量模体测量常规颈部扫描条件体模周边的辐射量以及CTDIw,以及采用铋屏蔽以及硫酸钙屏蔽的颈部辐射防护材料的辐射量以及CTDIw,A组无屏蔽组,B组为铋屏蔽组,C组为硫酸钙屏蔽组。比较三组扫描的辐射量并评价采用屏蔽后辐射防护的效果。用Revolution 256层螺旋CT进行扫描,曝光条件采用自动曝光控制Smart mA进行扫描,100 kV管电压,管电流设置(10~280 mA),NI=8HU,螺距为1,旋转时间为0.5 s/rot,准直器宽度为80 mm。

1.2.2  

图像采集60例志愿者进行肺癌低剂量筛查,扫描条件100 kV随机分为三组,分别采用无屏蔽以及使用两种不同的屏蔽材料进行防护。A组为无屏蔽组,B组为铋屏蔽组,C组为硫酸钡屏蔽组,采用自动曝光控制进行扫描管电压100 kV,NI设定为27 HU,螺距为1,旋转时间为0.5 s/rot,准直器宽度为160 mm。采用SmartmA自动曝光工具进行扫描,管电流设定(10~280 mA)。扫描后对甲状腺层面的图像质量以及肺尖的图像质量进行评分,评价屏蔽后的成像效果。

1.2.3 图像评价

由2名放射科医生对图像质量进行评价,分别为具有2年图像诊断经验和5年经验的放射科医生。采用肺窗(窗宽1 500 HU,窗位-600 HU)和纵隔窗(窗宽380 HU,窗位40 HU)分别观察胸锁关节层面的肺以及甲状腺层面的甲状腺,并采用5分法对图像质量进行评分[5]:1分(差),图像噪声较大,伪影较重,组织结构显示不清,完全不能满足诊断要求;2分(较差),图像噪声较大,组织结构显示不清,不能满足诊断要求;3分(一般),图像噪声较大,部分组织结构显示欠佳,基本可满足诊断要求;4分(良好),图像噪声尚可,结构显示清楚,完全能满足诊断要求;5分(优秀),图像噪声小,组织结构显示清晰,对比良好,完全可满足诊断要求。以图像质量最差层面评分为最终结果,取2名医师评分的均值,且评分≥3分的图像被认为临床诊断可接受。

1.2.4 辐射剂量

CTDI的测量根据公式:CTDIw=(CTDI100中心)/3+2(CTDI100周边)/3记录剂量长度乘积(dose length product, DLP),估算有效剂量(effective dose, ED),E=0.014×DLP。

1.2.5 统计学分析

采用SPSS 21.0软件进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以x±s表示,同一组不同重建方法图像质量的比较采用配对样本t检验,组间两两比较采用独立样本t检验,多组比较采用单因素方差分析,P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 CTDIw测量结果

模型研究中,无屏蔽组的探测点辐射量为(6.17±0.21)mGy;小于床板侧(7.61±0.14)mGy和中心侧为(7.14±0.11)mGy(P < 0.01);而屏蔽组CTDIw均小于无屏蔽组,且铋屏蔽组和硫酸钙屏蔽组与无屏蔽组CTDIw分别为5.78、5.02、6.92 mGy(P < 0.05)。见表 1

表 1 各组CTDI100、CTDIw测量值

图 1 辐射防护屏蔽材料及辐射剂量测量 :a.黄色的为铋屏蔽,蓝色的为硫酸钡屏蔽,b.使用硫酸钡屏蔽的辐射剂量测量实验图,屏蔽覆盖在模体上,下为床板,电离室放在中间位置测量CTDI100中间的数值。
2.2 一般资料

各组受检者年龄和BMI差异无统计学意义(F=1.78, 1.20;P=0.15, 0.31),见表 2

表 2 临床检查者一般资料统计
2.3 临床资料的评价结果

3组低剂量筛查辐射剂量以及图像评分如表 3所示,平均辐射剂量无统计学差异,3组低剂量筛查的有效剂量分别为(0.92±0.05)、(0.90±0.06)、(0.90±0.05)mSv(P>0.05)。3组甲状腺和肺尖成像质量均可满足诊断要求,且屏蔽组的甲状腺成像质量评分明显低于无屏蔽组(F=14.69,P < 0.01),其中硫酸钙屏蔽组评分最低;3组肺尖图像质量评分间差异没有统计学意义(F=1.57,P>0.05)。图 2所示采用屏蔽后的低剂量胸部筛查CT的图像。

表 3 3组受检者甲状腺、肺尖层面质量评分(分,x±s)及辐射剂量

图 2 2种屏蔽材料的图像质量评价 :a.硫酸钡屏蔽的甲状腺层面的图像,由于使用了屏蔽,图像噪声较高;b.同一检查者肺尖的图像,虽然在颈部使用了屏蔽,但是肺尖图像没有受影响;c.检查的定位像,颈部使用扫描野内屏蔽,下腹部使用扫描野外屏蔽,铅围裙;d.使用铋屏蔽的甲状腺图像,噪声可以接受;e.使用铋屏蔽的肺尖图像,图像可以看出虽然有屏蔽但是肺部未见伪影干扰;f.矢状位显示屏蔽以及肺尖处的图像可以看出使用自动曝光控制的颈肩部图像质量与中下部的图像差别不大。
3 讨论 3.1 CT的辐射的屏蔽防护

CT的电离辐射一直是使用CT检查方法所无法回避的问题,对于CT检查来说,这种辐射带来的损伤是一种线性的无阈模型,美国核管理委员会NRC提出了要重视这种辐射对于公众健康的影响,根据辐射防护的ALARA原则进行临床检查[6],对于辐射剂量的降低的方法有20多种被应用于临床[1],其中可分为主动防护和被动防护,主动防护就是在满足诊断需要的情况下,使用各种方法来减少患者接受的辐射剂量。主动防护的方法也是在临床中经常被用到和研究的,例如减少管电流,采用高级的算法等。但是被动防护的方法也就是屏蔽法往往被忽视。Safiullah等[2]在2017年的文章中提到统计了美国的多家医疗机构关于屏蔽防护的现状,虽然对于大部分医疗机构人员清楚ALARA原则以及屏蔽方法,但是仍然只有60%的图像显示进行了屏蔽防护。国内也有学者对CT检查的屏蔽防护进行研究,特别是防护位置和防护方法[7-8]。陈邦文等[9]提出了重视CT检查中的儿童辐射防护。但是公众对于CT检查的辐射损伤以及安全认知水平还比较薄弱并存在误区[10]。特别是扫描野内的防护认识较少,本文通过对不同材料扫描野内的防护效果进行评价,以加强对于扫描野内防护的认识。

3.2 防护效果

通过CTDIw测量的结果显示,扫描野内防护主要是接近体表的敏感器官进行防护,并且可以获得较好的防护效果,屏蔽下的CTDI100要比不屏蔽减少大约30%~40%辐射剂量,这与其他文献研究结果相一致[3-4, 11]。同时在无屏蔽扫描时CTDIw测量结果显示,床板有一定防护作用,CTDI100床板侧的辐射要小于上侧的CTDI100。另外硫酸钙的防护效果要强于铋屏蔽的防护效果。但是对于图像质量的影响,铋屏蔽还是保持了满意的图像质量,但是硫酸钙却有伪影干扰并且噪声较高。硫酸钙屏蔽的设计需要再进行改进。

3.3 遮蔽防护的应用

CT的防护对于CT检查来说是被动的,因为CT的成像原理就是对X射线衰减值的反映,没有辐射吸收就无法计算衰减值。所以CT的防护通常是根据检查目的以及辐射损伤的敏感性进行防护,同时要保证图像质量的成像效果[1, 12-13]。也有研究对于摄野内铋屏蔽的使用进行探讨,对于使用自动曝光控制的需要谨慎使用铋屏蔽[4, 14]。但从本文的实验结果看,使用自动曝光控制,有屏蔽与无屏蔽的辐射剂量没有统计学差异。同时对于铋屏蔽来说图像质量下降的不明显。从图 2的检查图中就可以看出,由于筛查的广泛应用,对于体表敏感器官的防护特别是甲状腺以及乳腺越来越得到人们的重视。临床经常有检查者提出进行防护的需要。射野内的防护不仅可以减少辐射损伤,同时可以满足检查者的心理诉求。加强防护意识以及防护行为的规范也是现在放射工作者需要解决的问题,不论在国际上和国内的医疗检查中,安全意识越来越被重视[2, 10, 12, 15]

综上所述,射野内的防护可以对靠近体表的敏感器官起到防护的作用,同时对于图像质量的影响不大。同时防护的效果与材料的使用有关系,本实验的硫酸钡的防护效果好但图像质量要比铋屏蔽的效果差,但是却经济实惠,方便推广。铋屏蔽与硫酸钙屏蔽均可以作为肺癌CT筛查的甲状腺表面屏蔽使用,不影响肺组织的诊断。

3.4 研究不足

本研究只是初步探讨了两种材料的扫描野内防护的效果,仅仅对甲状腺进行了防护,对于女性来说摄野内最重要的器官乳腺的防护可能更为重要,但是由于材料的限制,没有探讨乳腺以及性腺的防护,本文旨在提醒重视对于摄野内器官的防护以及防护措施。

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