PET-CT是将正电子发射断层(PET)与X射线计算机断层(CT)融合而成的多模态成像系统，通过一次显像，可以同时获得人体的功能代谢信息和形态解剖信息，在临床上得到广泛应用。它在肿瘤的诊断、分期和疗效评价与监测中起着非常重要的作用^[1-3]。由于PET-CT检查同时受到放射性显像药物的内照射和CT产生的X射线的外照射，使其成为诊断医学中更具有挑战性的辐射安全领域之一，因此PET-CT检查相关的辐射剂量估算变得非常重要^[4]。受检者受到的辐射剂量与注射的PET显像剂类型、活度、生物分布、滞留时间及CT扫描参数等因素有关^[5-6]。本研究旨在利用基于医学内照射剂量(Medical Internal Radiation Dose, MIRD)计算模式的计算程序IDAC 2.1计算PET部分剂量和VirtualDose软件计算CT部分剂量，估算¹⁸F-FDG和¹⁸F-FET PET-CT两种扫描协议下的有效剂量和器官剂量，优化扫描参数，降低受检者剂量。

1 材料与方法 1.1 PET-CT扫描仪

美国GE公司生产的带64排CT(Optima CT660)的PET-CT(Discovery 710)，它采用先进的256 PET探头、宝石平台CT和ASIR低剂量等先进技术，具有业界最高的系统灵敏度(8.5kcps/MBq)和图像分辨率(1.6 mm)。

1.2 受检者

本研究共纳入150例受检者，其中100例接受¹⁸F-FDG PET-CT全身检查，50例接受¹⁸F-FET PET-CT全身检查。男性受检者的平均年龄为(55 ± 14)岁，体重为(71.6 ± 14.7) kg，女性受检者平均年龄为(53 ± 13)岁、体重平均为(61.9 ± 9.1) kg。本研究经广西医科大学附属肿瘤医院伦理委员会讨论批准，所有受检者均签署知情同意书。

1.3 PET-CT显像

受检者行¹⁸F-FDG显像时空腹时间 > 4 h，测血糖 < 6.6 mmol/L，按体重静脉注射3.7～5.5 MBq/kg ¹⁸F-FDG 50～60 min后显像。¹⁸F-FET显像时无需测定血糖，按体重静脉注射3.7～5.5 MBq/kg ¹⁸F-FET 30～40 min后显像。¹⁸F-FDG 和¹⁸F-FET PET-CT扫描过程为(1)透射扫描；(2)体部CT扫描；(3)体部PET扫描；(4)脑部CT扫描；(5)脑部PET扫描。在检查过程中记录每位受检者显像剂的注射活度、CT扫描的起止点位置、扫描长度、电压、电流、准直器宽度、螺距、旋转时间等。

1.4 PET内照射剂量计算

¹⁸F-FDG 和¹⁸F-FET PET扫描的内照射剂量估算借鉴医学内照射剂量委员会(Medical Internal Radiation Dose (MIRD) Committee)推荐的方法，根据MIRD方法^[7]，靶器官的平均吸收剂量计算公式为：

$ {D\rm{(}}{{{r}}_T},{{{T}}_D}{{) = }}\displaystyle\sum\limits_{{r_s}}^{} {{{\tilde A(}}{{{r}}_s},{{{T}}_D}{\rm{)}}} {{S(}}{{{r}}_T} \leftarrow {{{r}}_s}{\rm{)}} $

(1)

其中： ${{D}}\left( {{{{r}}_T},{{{T}}_D}} \right)$ 为器官吸收剂量(Gy)； ${{\tilde A(}}{{{r}}_s},{{{T}}_D}{\rm{)}}$ 为源器官累积活度(Bq)； ${{S(}}{{{r}}_T} \leftarrow {{{r}}_s}{\rm{)}}$ 为源器官内每次核衰变靶器官的平均吸收剂量 (Gy·Bq⁻¹)，利用放射性核素的衰变纲图和蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟产生，计算公式如下：

$ {{S}}({r_T} \leftarrow {r_s}) = \displaystyle\sum\limits_i^{} {{\Delta _i}} \Phi ({r_T} \leftarrow {r_s},{E_i}) $

(2)

其中： $\Phi ({r_T} \leftarrow {r_s},{E_i})$ 为第i次放射性核素衰变释放的能量中靶器官的比吸收分数； ${\Delta _i} = {E_i}{Y_i}$ 为第i次核跃迁的平均能量(J)。

有效剂量为性别敏感器官的加权剂量当量之和的平均值，计算公式为：

$ E = \displaystyle\sum\limits_T^{} {{w_T}} \dfrac{{\displaystyle\sum\nolimits_R {{w_R}D{{({r_{{T}}},{T_D})}_{Male}} + \displaystyle\sum\nolimits_R {{w_R}D{{({r_T},{T_D})}_{Female}}} } }}{2} $

(3)

其中， ${{\rm{w}}_R}$ 为辐射R的辐射权重因子； ${{\rm{w}}_T}$ 为器官的组织权重因子， $D{({r_T},{T_D})_{Male}}$ 和 $D{({r_T},{T_D})_{Female}}$ 分别为男性和女性靶器官的平均吸收剂量。

本研究利用内照射剂量计算程序IDAC-Dose 2.1计算PET有效剂量和器官剂量^[8]，该程序使用国际放射防护委员会(ICRP)103号报告中的组织权重因子^[9]。¹⁸F-FDG和¹⁸F-FET PET有效剂量和器官剂量的生物动力学数据参照Mattsson S等关于放射性药物辐射剂量的研究报道^[10]。统计结果显示，男性(56例)和女性(44例)受检者注射¹⁸F-FDG的平均活度分别为(340.8 ± 73.6) MBq和(304.2 ± 36.6) MBq，而男性(27例)和女性(23例)受检者注射¹⁸F-FET的平均活度分别为(207.8 ± 29.6) MBq和(193.6 ± 23.2) MBq。

1.5 CT外照射剂量计算

采用两组CT扫描协议进行体部和脑部扫描，如表1所示。在常规PET-CT检查中，体部和脑部分别采用A和C协议进行扫描。在诊断级的CT扫描中，体部和脑部分别采用B和D协议进行扫描。常规扫描协议是本科室最常用的扫描协议。

CT剂量指数(CT Dose Index, CTDI)是CT辐射剂量的表征量，根据计算和测量方法分为：加权剂量指数(CTDI_w)、CTDI₁₀₀、容积剂量指数(CTDI_v)和剂量长度乘积(DLP)，其中最常用的是CTDI₁₀₀^[11-12]。它的定义是：CT旋转一周，将平行于旋转轴的剂量分布D(z)沿轴线方向从 − 50 mm到 + 50 mm进行积分，除以扫描断层数 N与断层厚度T的乘积，即：

$ CTD{I_{100}} = \int\limits_{ - 50}^{50} {\dfrac{{D(z)}}{{N \cdot T}}} dz $

(4)

本研究利用标准的甲基丙烯酸甲酯模体(脑部：16 cm，体部：32 cm)和笔形电离室测量，得到模体中心和四周的CTDI₁₀₀值后，根据以下关系式即可得到CTDI_w：

$ \displaystyle CTD{I_w} = {{(CTD{I_{100(center)}} + 2 \times CTD{I_{100(perphery)}})} / 3} $

(5)

根据CTDI_w和螺距(pitch)即可得到CTDI_v：

$ \displaystyle CTD{I_v} = {{CTD{I_w}} / {pitch}} $

(6)

DLP为CTDI_v与扫描长度(L)的乘积：

$ \displaystyle DLP = CTD{I_v} \cdot L $

(7)

基于CT扫描参数和剂量指数测量结果（表1和表2），利用VirtualDose软件计算CT部分的有效剂量和器官剂量，它是一款可准确快速计算CT扫描所致受检者有效剂量和器官剂量的应用软件，拥有25种人体模型计算结果的器官剂量数据库，可获得更准确的计算结果^[13]。

1.6 统计分析

数据采用Excel 2016处理，统计分析包括平均值、中位值、标准差、最大值、最小值及取值范围。结果以 $\bar x \pm s$ 表示。

2 结果

注射¹⁸F-FDG致男性和女性受检者的平均有效剂量分别为(4.18 ± 1.04) mSv和(6.09 ± 0.73) mSv，而¹⁸F-FET致男性和女性受检者的平均有效剂量分别为(2.67 ± 0.38) mSv和(3.21 ± 0.38) mSv，如表3所示。

接受PET-CT检查的受检者中，122例受检者为常规扫描，其中男性65例，女性57例，体部扫描平均长度L分别为(88.52 ± 5.32) cm和(84.40 ± 4.63) cm。28例受检者为诊断性CT扫描，其中男性18例，女性10例，体部扫描平均长度L分别为(91.25 ± 5.86) cm和(85.21 ± 4.78) cm。在两种扫描协议中，脑部扫描长度均为15 cm。CT部分剂量的计算结果列于表2。在常规扫描协议中，男性和女性受检者的有效剂量分别为(5.63 ± 0.32) mSv和(5.51 ± 0.29) mSv；而在诊断级别的扫描协议中，男性和女性受检者的有效剂量分别为(16.28 ± 1.01) mSv和(13.49 ± 0.71) mSv。

PET-CT检查辐射所致总有效剂量为PET和CT有效剂量之和，在常规扫描协议中，¹⁸F-FDG PET-CT检查男性和女性受检者总有效剂量分别为(10.44 ± 1.09) mSv和(11.60 ± 0.79) mSv，而¹⁸F-FET PET-CT检查总有效剂量分别为(8.30 ± 0.50) mSv和(8.72 ± 0.49) mSv；在诊断性的¹⁸F-FDG PET-CT检查中男性和女性受检者总有效剂量分别为(21.09 ± 1.45) mSv和(19.58 ± 1.03) mSv，而¹⁸F-FET PET-CT检查总有效剂量分别为(18.95 ± 1.08) mSv和(16.70 ± 0.81) mSv，两种扫描协议的总有效剂量计算结果列于表3。

由于PET-CT全身检查的扫描范围为颅顶至大腿中部，致使大部分器官受到不同程度的辐射照射，两种扫描协议下器官的当量剂量分布如图1和图2所示。

3 讨论

随着PET-CT的普及和广泛应用，受检者的辐射剂量估算变得尤为重要。根据辐射剂量大小可以评估受检者晚期辐射影响的风险，尤其是没有剂量阈值的癌症^[14]。受检者的辐射剂量大小主要取决于注射放射性药物的类型、活度和CT扫描参数，通过剂量估算研究，优化各种参数，降低受检者剂量。

PET-CT检查致受检者的辐射剂量不仅有来自PET放射性药物的内照射，而且也有来自CT的外照射剂量，它的风险可以通过有效剂量来量化。本研究利用内照射剂量计算程序IDAC 2.1计算PET部分的有效剂量和器官剂量，¹⁸F-FDG PET扫描致男性和女性受检者的有效剂量分别为4.81 mSv和 6.09 mSv，每单位注射活度的有效剂量分别为0.014 Sv/MBq和0.020 mSv/MBq。Brian Quinn等^[15]对特定检查参数的¹⁸F-FDG PET-CT检查辐射剂量进行估算，男性和女性受检者注射¹⁸F-FDG的平均活度分别为455 MBq和450 MBq，有效剂量分别为9.1 mSv和10.0 mSv，每单位注射活度的有效剂量分别为0.018 mSv/MBq和0.022 mSv/MBq，与本研究结果相一致。¹⁸F-FET PET扫描致男性和女性受检者的有效剂量分别为2.67 mSv和 3.21 mSv，每单位注射活度的有效剂量分别为0.013 mSv/MBq和0.017 mSv/MBq，与ICRP 108号报告的结果相一致(0.016 mSv/MBq)^[10]。¹⁸F-FDG和¹⁸F-FET辐射所致有效剂量女性高于男性受检者，这是由于乳腺的辐射敏感性较高(组织权重因子较高)以及生理学的差异导致放射性药物的生物分布不同(女性滞留时间高于男性)^[16-17]。CT部分剂量利用美国伦斯勒理工学院辐射测量和剂量工作组开发的VirtualDose CT剂量计算软件进行计算^[12]，常规扫描致男性和女性受检者的有效剂量分别为5.63 mSv和5.51 mSv，诊断性扫描致男性和女性受检者的有效剂量分别为16.28 mSv和13.49 mSv，与Brix G等^[18]研究结果(1.3～4.5 mSv和14.1～18.6 mSv)具有可比性但存在一定差异，这是由于CT型号、扫描参数、扫描长度及计算方法等差异造成的。CT扫描致男性受检者的有效剂量高于女性受检者，这是由于男性受检者的扫描长度更长。

由于¹⁸F-FDG和¹⁸F-FET都是通过泌尿系统排出体外，所以膀胱受到最大的辐射照射。对于¹⁸F-FDG，由于心脏、大脑、肝脏和肺的代谢活性更高，血供更快，它们受到更高的辐射剂量；对于¹⁸F-FET，在肿瘤细胞中主要通过氨基酸转运系统，反映肿瘤细胞的氨基酸运输能力，前列腺/子宫、肾、淋巴结、肺和肝受到较高的辐射剂量。为了减少受检者的辐射剂量，注射放射性药物之后应嘱受检者多喝水、多排尿，减少不必要的辐射照射，降低个人剂量，实践辐射防护最优化。

组织产生确定性效应剂量阈值为1 000～2 000 mGy^[19]。本研究结果显示，受检者受到放射性药物辐射的有效剂量为2.67～6.09 mSv，CT扫描的有效剂量为5.51～16.28 mSv，总的有效剂量为8.30～21.09 mSv；器官的剂量当量为5.93～32.65 mSv，均远远小于剂量阈值，说明PET-CT检查是安全可靠的，受检者受到的辐射影响十分有限。根据放射实践正当性原则，PET-CT检查获得的诊断价值远高于受检者的辐射危害，因此，PET-CT检查是正当的、合理的检查方式，可为受检者提供高效的诊治水平，更好地服务受检者。

本研究显示，受检者的辐射剂量与注射的放射性类型、活度及CT扫描参数等因素密切相关，在日常工作当中应优化各种参数，在保证图像质量的前提下进一步降低受检者辐射剂量。