在X射线CT检查中, 其照射条件与传统的X射线完全不同, 剂量估算也复杂得多, 因此人们对CT剂量问题的讨论一直在进行。作为目前描述CT剂量的最重要的实用量CTDI, 1981年首次由Shope提出后, 先后被FDA、IEC、CEC、IAEA等多个权威组织所定义并采用。我国国家标准亦采用此概念^[1], 在上世纪90年代末广泛兴起的质量控制、剂量调查等方面得到了广泛应用, 笔者拟就CTDI的定义、应用和存在问题等方面加以讨论, 并提出建议, 以利于更好地使用CTDI。

1 关于CTDI的定义

目前国际上对CT剂量的表征量和测量方法(包括模体种类)未有一致意见, ICRP亦指出为避免混淆, 应明确各种CTDI定义的区别^[2]。主要分为三类:包括(1); (3)从以上三个定义可以看出区别主要在于剂量曲线积分长度、有无模体及何种模体。相比而言, 定义(3)在测量上更加简单方便, 前两个定义更接近受检者实际情况, 即模体中的测量更有实际意义, 因为它更好地考虑了预过滤和异形过滤器的影响。另外, 与标准模体相比, 由水当量塑料制成的模体, 其横断面接近人体状态, 这样也就能更真实地评估剂量。对于积分长度, 主要面临实际应用和基本概念两方面的问题。积分上下限变量由层厚确定, 由此上下限是变化的, 但电离室的长度是固定的, 通常使用10 cm长的电离室进行测量, 这就需要对测量数据进行校准, 它的工作量之大令人难以接受。此外, 积分上下限变量由层厚确定, 薄层扫描的散射容积比厚层扫描要小, 这样就会错误地低估薄层扫描的剂量, 所以采用固定的积分长度100 mm更为实用。

2 CTDI的测量技术

既可以使用电离室, 也可以使用带热释光剂量计(TLD)的CTDI模体。使用电离室测量既快速又容易, 但所用模体, 定义等方面存在差异, 不利于比较。另一方面, 使用TLD测量的工作量很大, 而且由于原辐射和散射辐射光谱成分的不同, 也使得TLD测量存在问题, 主要用于剂量学研究, 以及与其他测量方法得到的结果进行比较。目前主要利用10 cm长的电离室及标准模体进行测量, 以开展广泛的剂量学调查。

3 由CTDI引申的物理量

为评价不同型号CT机的剂量指标, 欧盟提出标准化的CTDI值^[4], 即下标n表示以mAs为单位标准化计算CTDI值, 通常以100 mAs为一计算单位, 下标100表示积分长度是100 mm, 下标x表示测量值是空气中(x=air)采集的, 还是在模体的中心点(x=c)、外围点(x=p)采集或各点的加权求和。同时建议使用外围点和中心点CTDI值的加权求和, 即_nCTDI_{100, w}=1/3·_nCTDI_{100, c}+2/3·_nCTDI_{100, p}。CTDI_w表征单次扫描在断层内的平均剂量分布, 用于控制曝光参数的选择。欧盟规定, 制造商应在设备操作台上显示出每次参数选择的CTDI_w值, 使操作者了解相应检查的剂量信息^{[2, 4]}。标准化的CTDI值是一台CT机所固定的特性, 它可以作为整个CT检查的第一个剂量评估参数, 为此, 欧盟建议使用剂量长度乘积DLP, 即它适合于整个容积的连续性及螺旋CT扫描, 用于控制受照体积和总的剂量, 与受检者的器官剂量和有效剂量有直接关系, 但它没有将解剖部位考虑在内, 不能直接用它评估病人剂量, 但非常适合于比较不同的扫描方案。ICRP采用CTDI_w和DLP作为CT诊断的两个参考剂量学量, 欧盟建议由DLP推算病人的有效剂量^{[2, 4]}。

4 螺旋CT(SCT)扫描的特殊考虑

迄今为止, 还没有针对SCT定义特殊的测量方法或参数, 也未出现任何具体要求, 只是由单层CTDI值改为单圈CTDI值。因为SCT是连续不间断扫描, 它没有针对单层扫描那样的剂量曲线, 在Z轴方向上中心点位置的剂量分布是绝对平坦的, 而且不会显示出连续单层扫描时的波峰或波谷, 在周围位置, SCT扫描会导致剂量分布调制, 使用X射线胶片可以很容易证明, 这种现象不存在任何特殊相关性。另外, SCT的每个测定值都要用于图像重建, 不过在螺旋的开始和结尾部分, 所占的权重较小, 这一点与连续CT相比是一个缺陷。原因是SCT需要对每层图像扩充扫描范围。对于使用360°LIZ轴内差算法的图像重建, 必须使用2.360°的数据范围, 这样SCT的一个最不利因素就是需要一圈附加扫描, 必须要将这一圈扫描所产生的剂量考虑在内; 对于180°LI算法的重建, 附加扫描减少到两个扇形角的范围, 通过修改两个端点区域的Z轴内差算法, 完全能够减小到零。^[3]

5 多层螺旋CT(MSCT)扫描的特殊考虑

在剂量方面没有根本区别, 重要的是需修改CTDI的定义, 要将单圈扫描同时采集的层数M考虑在内, 否则CTDI值就会是正常值的M倍, 也无法进行不同CT间的比较, 这也同样适用于DLP的定义。虽然同时采集M层并不改变曝光参数时, 其散射辐射及由此产生的杂散辐射会增加, 但它的相关性很小, 且检查时间和整个mAs会相应降低, 所以MSCT与SCT及连续CT相比, 剂量没有明显增加。但是MSCT的剂量方面有一个技术问题, 即避免扇形束的半影区。单层采集中利用了全部的半影辐射强度, 而在多层采集中, 要消除这种半影辐射, 以获得标准化的测量强度值, 避免误差。但这样做会使几何效率降低并相应增加CTDI值, 这取决于设计方法和层厚。限制由于半影辐射量不足引起的剂量降低, 目前仍是一个挑战, 随着M·S的增加, 半影辐射影响会相对降低, 即使用较宽的探测器排可以明显降低半影辐射的影响, 因为半影区域所占的比例会相对较少^【3】。

6 存在问题 6.1 剂量测量规则不统一

迄今为止, 对于剂量的测量, 国际上还没有可适用的规则能够提供统一的测量方法。例如在德国, CT的稳定性检测和验收检测仍然需要在空气中测量剂量。另一方面, FDA需要测量有机玻璃中的CTDI值, 其指标作为有机玻璃能量剂量, IEC需要测量有机玻璃中的CTDI值, 其指标作为空气能量剂量。当然还需要测量水中的CTDI值, 并将其指定为水能量剂量, 因为水与人体组织最接近, 而且其他放射设备也使用水来测量, 但至今未得到应有的重视。我国放射防护基本标准采用IBSS规定的医疗照射剂量指导水平(采用MSAD及水当量模体) ^[5], 但目前检测工作普遍采用标准有机玻璃模体, 而且所测CTDI与CT检测规范中的定义亦不一致^[1]。

6.2 剂量概念混淆

CTDI值只能描述CT机所固有的剂量学特性, 不能直接用来评价受检者剂量, 所以不宜将CTDI值直接表述为受检者剂量, 甚至有的作者直接将单层或单圈CTDI值乘以检查总层数作为受检者受照剂量; 另外由于CT机剂量分布的复杂性, 作为积分剂量的CTDI值, 也不能直接同常规放射学检查比较, 上述问题在国内文献中普遍存在。

6.3 扫描参数不一致

CTDI值受扫描参数的影响很大, 我们在近几年的实际检测工作中发现有的单位或厂家为通过验收检测, 不是采用机器自身提供的固定扫描条件或临床常用扫描参数, 而是检测时用小条件, 实际应用时用大条件(如mAs); 另外, 由于有的机型定义的标准层厚不是10 mm(如西门子DRH系列), 测量值未对层厚进行校正, 当然对MSCT, 如前所述, 需对M·S进行标准化修正。

7 建议

鉴于我国目前剂量检测中广泛采用有机玻璃模体, 若采用IBSS规定的水当量模体可能会给检测工作带来许多不便和扩大设备费用支出, 因此建议统一测量方法, 标准化扫描参数, 采用IEC和CEC的标准, 应用DLP概念, 计算CT检查致受检者剂量, 以便于同其他放射学检查比较, 同时把CT机的质量控制和受检者剂量控制统一起来, 便于实施和管理, 促进CT检查的最优化。

CT机剂量问题日益受到重视, ICRP2001年专门发表了87号出版物, 详细讨论了受检者剂量控制因素和技术措施, 并且采用CEC的建议, 将CTDI_w和DLP规定为CT机的两个参考剂量学量。目前国内的CT剂量学调查还普遍停留在CTDI记录水平, 应该进一步制定调查计划, 严密调查设计, 通过广泛的调查研究, 确定本地区的CT检查参考剂量水平, 以控制受检者剂量。

随着技术的日新月异, CT机的发展也越来越先进, 越来越复杂, 这必将导致有关剂量问题的复杂化, 已有文献报道采用现有技术测量CTDI会低估MSCT剂量^[6], 因此, 必须不断提高测量技术, 研究新设备的剂量学特性, 适应新技术的发展。