2. 中国医学科学院放射医学研究所，天津 300192
2. Institute of Radiation Medicine, Chinese Academy of Medical Sciences, Tianjin 300192 China
由于具有高病灶检出率，CT在诊断疾病方面起到愈发重要的作用[1-2]。然而与常规X射线诊断成像技术相比，CT检查致受检者辐射剂量更高。根据GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[3]和国际放射防护委员会2011年发布《关于组织反应的声明》[4]中的剂量限值要求，辐射对眼晶体的危害程度可能远超研究者先前的认知水平。联合国原子辐射效应科学委员会2018年的报告[5]显示，CT检查所致有效剂量占集体有效剂量的比例高达52.5%。随着医疗照射频次的增加，CT辐射优化问题也引起诸多研究者的高度关注[6-8]。
以往研究主要关注医务人员个人剂量和受检者的CT剂量指数100（CTDI100）、加权CT剂量指数（CTDIw）、容积CT剂量指数（CTDIvol）和剂量长度乘积（DLP）等剂量信息，并基于上述剂量信息建立相关的诊断参考水平[9-11]，进而为受检者的辐射剂量优化提供一定的参考。但这些研究主要是通过大样本统计得到的结果，且缺乏不同CT扫描方式受检者典型组织的辐射剂量和CT扫描辐射空间分布的系统研究。本研究采用ATOM701型成人仿真人体模型探究临床常用的4种CT扫描方式对受检者不同组织吸收剂量的影响及胸部扫描时的空间辐射场，以期为受检者和机房内陪检者的辐射防护提供依据和参考。
1 材料与方法 1.1 仪器选取上海西门子医疗器械有限公司生产的SOMATOM型CT设备，研究前对其进行质量控制检测且结果符合相关标准的要求。RGD-3D型热释光剂量测量系统（北京海阳博创科技股份有限公司）；热释光精密退火炉V型（北京海阳博创科技股份有限公司）；FSS-001型LiF (Mg、Cu、P)热释光探测器（TLD）（中国医学科学院放射医学研究所），分散性≤1%。热释光探测器及测量系统由上海计量测试技术研究院进行空气比释动能刻度。本研究所用仿真人体模型为美国CIRS公司生产的ATOM 701型影像剂量兼用的成人仿真人体模型（简称仿真体模）。该仿真体模使用与人体组织等效材料制成，可有效替代人体甲状腺、心脏、肝脏等组织和器官。体模不同组织部位均有相应的圆孔，并由相应的组织圆柱体填充。在体模组织剂量监测时可将圆柱体拿出，然后放置热释光探测器。
1.2 CT受检者扫描方式考虑不同扫描方式射线直射的组织以及辐射遗传效应评估，本研究对不同CT扫描方式下模体眼晶体、甲状腺、心脏、肝脏、性腺、胸部皮肤、腹部皮肤的吸收剂量进行监测。将ATOM 701型仿真体模放在CT诊断床上（见图1）。在仿真体模的眼晶体、甲状腺、心脏、肝脏、性腺、胸部皮肤、腹部皮肤放置TLD。分别按照表1所示的4种扫描方式进行扫描。扫描结束后将TLD收取并在相同位置摆放新的TLD，更换新的扫描条件进行扫描。
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图 1 CT受检者组织吸收剂量测量示意图 Figure 1 Schematic diagram of absorbed dose measurement in the tissues of subjects receiving CT scanning |
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表 1 不同扫描参数信息 Table 1 Information on parameters of different CT scanning modes |
将ATOM 701型仿真体模放在CT诊断床上。在距离CT诊断床左侧边缘30 cm处悬挂网格布（陪检者第一平面，见图2和图3）。在网格布距离地面不同高度[155 cm（头部）、125 cm（胸部）、105 cm（腹部）、80 cm（下肢）和20 cm（足部）]及距离球管不同距离[40 cm（A点）、80 cm（B点）、120 cm（C点）和160 cm（D点）]处放置TLD。在CT日常使用中胸部扫描模式较为常见，因此选择表1中的胸部扫描条件进行扫描。扫描结束后将TLD收取并在相同位置摆放新的TLD。最后将网格布分别移动到距离CT诊断床左侧60 cm（陪检者第二平面，见图2和图4）及距离CT诊断床左侧100 cm（陪检者第三平面，见图2和图5）处，其他条件不变，重复上述过程。
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图 2 空间辐射场测量现场测量俯视示意图 Figure 2 Top view of field measurement of space radiation field |
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图 3 陪检者第一平面不同位点正视示意图 Figure 3 Front view at different positions in the first plane of the companion of the subject |
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图 4 陪检者第二平面不同位点正视示意图 Figure 4 Front view at different positions in the second plane of the companion of the subject |
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图 5 陪检者第三平面不同位点正视示意图 Figure 5 Front view at different positions in the third plane of the companion of the subject |
当光子能量不高时组织的比释动能可作为吸收剂量的近似值。因此本研究采用公式1）对组织吸收剂量进行计算：
| $ D ={X}_{i}\times {{C}_{f}\times \left[{\mu }_{en}/\rho \right]}_{air}^{T} $ | (1) |
其中：D：组织吸收剂量（mGy）；Xi：空气比释动能（mGy）；Cf ：热释光探测器空气比释动能刻度系数（0.945 μGy/读出值）；
4种扫描方式CT受检者眼晶体吸收剂量范围为0.040～64.818 mGy；甲状腺吸收剂量范围为0.154～10.155 mGy；心脏吸收剂量范围为0.582～20.797 mGy；肝脏吸收剂量范围为0.133～19.219 mGy；性腺吸收剂量范围为0.028～0.154 mGy；胸部皮肤吸收剂量范围为0.443～17.141 mGy；腹部皮肤吸收剂量范围为0.093～14.346 mGy。详见表2。
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表 2 不同扫描方式CT受检者组织和器官吸收剂量 Table 2 Absorbed doses to the tissues and organs of subjects in different CT scanning modes |
本研究显示，CT胸部螺旋扫的空间辐射剂量场中不同位点的空气比释动能范围为0.009～0.049 mGy。其中，陪检者第一平面不同位点空气比释动能范围为0.009～0.049 mGy（详见表3）；陪检者第二平面不同位点空气比释动能范围为0.009～0.037 mGy（详见表4）；陪检者第三平面不同位点空气比释动能范围为0.009～0.026 mGy（详见表5）。
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表 3 陪检者第一平面不同位点空气比释动能 Table 3 Air kerma at different positions in the first plane of the companion of the subject |
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表 4 陪检者第二平面不同位点空气比释动能 Table 4 Air kerma at different positions in the second plane of the companion of the subject |
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表 5 陪检者第三平面不同位点空气比释动能 Table 5 Air kerma at different positions in the third plane of the companion of the subject |
随着放射技术的提升，CT等医用诊断设备在疾病诊断方面的作用越来越大。但由于采用体层扫描技术，因此CT受检者在疾病诊断中可能会受到较大辐射剂量。与成人相比，儿童辐射敏感性更大。国外研究者发现，儿童CT检查红骨髓累积剂量达50 mGy时白血病发病风险可能增加3倍多[12]。牛亚婷等[13]通过Meta分析发现儿童CT扫描的辐射暴露可增加其患白血病和脑部肿瘤的风险。因此，应格外关注CT受检者特别是儿童受检者的辐射剂量问题。以往研究主要通过调取CT设备显示剂量（CTDIw和DLP）来评估CT受检者辐射剂量。但黄卓等[14]发现，受检者曝光后CT设备显示剂量与模体实测剂量并非完全一致且不同CT品牌间也存在一定的差别。其研究显示，2种品牌CT的儿童头部扫描模体实测剂量分别是CT设备显示剂量的1.30～1.39倍和1.17～1.26倍；胸部扫描模体实测剂量分别是CT设备显示剂量的1.95～2.27倍和1.75～1.97倍。因此，CT设备显示剂量并不能直接等效为受检者辐射剂量且这些剂量信息只能评判受检者整体辐射剂量而不能评估受检者局部组织吸收剂量，例如眼晶体、甲状腺等。
本研究显示，不同扫描方式对受检者不同组织吸收剂量的影响存在明显不同。对眼晶体吸收剂量而言，头部螺旋扫和头部轴扫对其影响较大，单次扫描吸收剂量分别为64.818 mGy和54.359 mGy，远高于胸部螺旋扫的0.174 mGy和腹部螺旋扫的0.040 mGy。甲状腺与眼晶体吸收剂量的现象相同，胸部螺旋扫（1.915 mGy）和腹部螺旋扫（0.154 mGy）对其产生的影响较小而头部扫描（头部螺旋扫：10.155 mGy；头部轴扫：9.180 mGy）则对其影响较大。心脏吸收剂量（20.797 mGy）和胸部皮肤吸收剂量（17.141 mGy）主要受胸部螺旋扫的影响。肝脏吸收剂量（19.219 mGy）和腹部皮肤吸收剂量（14.346 mGy）则主要来源腹部螺旋扫。产生这种现象的主要原因是不同扫描方式射线主要作用的组织不同。头部轴扫和头部螺旋扫时主要是眼晶体和甲状腺直接暴露在射线射野中。胸部螺旋扫时射线主要影响心脏和胸部皮肤。腹部螺旋扫时肝脏和腹部皮肤受射线影响程度较大。因此，采用不同的扫描方式可考虑对受检者采取不同的局部屏蔽措施来减少受检者的辐射剂量[7]。值得注意的是，虽然4种扫描方式对性腺的影响均较小（最大吸收剂量为0.154 mGy），但由于性腺与遗传效应相关，因此在CT扫描时也应对受检者性腺进行重点防护。杨珂等[15]研究显示，CT头部轴扫的眼晶体吸收剂量大约是头部螺旋扫的眼晶体吸收剂量的2倍。但本研究结果却显示头部螺旋扫对眼晶体吸收剂量的影响更大。这主要是因为本研究与杨珂等[15]的研究相比，虽然两者头部轴扫时间设置相同，但本研究头部螺旋扫时间（31.55 s）却接近其螺旋扫时间（3.56 s）的10倍。
本研究采用ATOM 701型仿真人体模型直接测量4种CT扫描方式受检者吸收剂量。尽管能够直观的展现受检者重要组织和器官吸收剂量，但实际临床扫描方式较多，仅头部扫描就有眼眶、内耳、副鼻窦等，且本研究只对成人体模进行研究。有研究表明不同年龄段的CT受检者头部检查所致眼晶体吸收剂量随着年龄的增长而增加。为更加全面掌握CT受检者的辐射剂量，有条件的研究者可选择不同年龄段仿真人体模型及不同扫描方案进行详细研究。同时目前应用广泛的锥形束CT成像技术，已经有学者利用蒙特卡洛模拟计算成像的研究[16]，后期测试对应受检者部位的剂量也是研究的热点。
对于儿童以及其他行动不便的CT受检者往往需要家人陪检，但如何合理确定陪检者的站位及评估陪检者所受剂量目前尚缺乏相关研究。本研究显示，单次胸部螺旋扫陪检者所受最大剂量为0.049 mGy。随着与球管距离的增大，陪检者所受剂量逐渐减少，对于站位相同但高度不同位点的空气比释动能则没有显著差别。因此，在评估陪检者辐射剂量时无需对不同高度（头部、胸部、腹部、下肢和足部等）的所有组织都进行监测。当距离诊断床较近时陪检者可考虑站在远离球管的位置并穿戴合适的辐射防护用品。根据本次实验得到的空间辐射剂量场，胸部CT螺旋扫时陪检者尽量距离球管1 m以上。本研究只对CT胸部螺旋扫描的空间辐射场进行研究且限于项目组专业水平限制，本研究的空间辐射场数据未能进行三维立体可视化呈现。在以后研究中可尝试系统研究不同扫描方式的空间辐射场并进行三维可视化分析。
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