如何計算CT有效輻射劑量

在進(jìn)行完CT檢查之后，患者都會得到這樣一張輻射劑量的報告表。

在這張表格中，我們可以獲得大部分和掃描相關(guān)的信息。與輻射劑量相關(guān)的參數(shù)主要有兩個，CTDI vol和 DLP。那么哪個是有效輻射劑量，如果不是，患者的有效輻射劑量如何計算呢？

這里，先說一些背景知識：

由于電離輻射的兩大生物學(xué)效應(yīng)：確定性效應(yīng)（具有較大劑量閾值才會發(fā)生，且其嚴(yán)重程度取決于受照劑量大小：如輻射導(dǎo)致的白內(nèi)障）和隨機性效應(yīng)（不存在發(fā)生效應(yīng)的劑量閾值，但發(fā)生幾率與受照劑量大小有關(guān)：如誘發(fā)腫瘤與遺傳效應(yīng)）的存在，輻射劑量增加對人體的危害會相應(yīng)地增加。一般而言，CT 掃描比普通 X 射線檢查劑量大，照射劑量的增加導(dǎo)致輻射誘發(fā)癌癥等隨機效應(yīng)的發(fā)生幾率增加。

2009 年，位于美國洛杉磯的Cedars－Sinai 醫(yī)療中心的一名患者在接受 CT 神經(jīng)灌注掃描后出現(xiàn)頭發(fā)脫落現(xiàn)象。該醫(yī)院經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，自 2008 年 2 月開始在 18 個月內(nèi)，共 206 名患者在 CT 過程中被錯誤施加高達(dá)正常劑量值8 倍的輻射劑量。為了規(guī)范 CT 檢查的行為，美國食品藥品管理局（FDA）推薦在 CT 檢查中評估患者的接受的輻射劑量。

中國衛(wèi)生部于 2012 年公布新版《GBZ165－2012 X 射線計算機斷層攝影放射防護(hù)要求》，首次公布了針對不同人群、不同部位 CT 檢查的診斷參考水平。新版標(biāo)準(zhǔn) 2013 年 2 月 1 日起實施，舊版標(biāo)準(zhǔn)同時廢止。根據(jù)《防護(hù)要求》，典型成年患者 X 射線 CT 檢查頭部、腰椎和腹部的診斷參考水平分別為 50mGy、35mGy 和 25mGy，0 － 1 歲兒童患者胸部和頭部診斷參考水平為 23mGy 和 25mGy，10 歲兒童患者胸部和頭部診斷參考水平為 26mGy 和28mGy?！斗雷o(hù)要求》提出，CT 工作人員應(yīng)在滿足診斷需要的同時，盡可能減少受檢者所受照射劑量。在開展 CT 檢查時，做好非檢查部位的防護(hù)，嚴(yán)格控制對診斷要求之外部位的掃描。要禁止用成人的輻射劑量評估標(biāo)準(zhǔn)來評估兒童的輻射劑量。

CT 劑量指數(shù)（CT Dose Index， CTDI）

CTDI 是指在 CT 檢查中，受檢者接收的射線平面內(nèi)的輻射劑量，一般是用 16cm（代表頭部和四肢）和 32cm（代表體部）的圓柱狀的充水體模進(jìn)行測量（單位：mGy），1981 年首次由 Shope 提出后，先后被 FDA、IEC、CEC、IAEA 等多個權(quán)威組織所定義并采用，是目前國際上應(yīng)用最廣泛的一種 CT 劑量指標(biāo)，我國國家標(biāo)準(zhǔn)亦采用此概念。

目前國際上對 CT 劑量的表征量和測量方法（包括模體種類）未有一致意見，ICRP 亦指出為避免混淆，應(yīng)明確各種 CTDI 定義的區(qū)別。

目前公認(rèn)的 CTDI 有以下三個，三個指數(shù)并不直接表征各種 CT 掃描所致受檢者的劑量，但與受檢者劑量密切相關(guān)。與吸收劑量有相同的量綱，以毫戈瑞（mGy）為單位。

1、CT 劑量指數(shù) 100（CTDI 100 ）

CTDI 100 是迄今廣泛應(yīng)用的最基本的反映 CT 掃描劑量特征的表征量，可用于統(tǒng)一比較 CT 機性能。其定義為：CT 旋轉(zhuǎn)一周，將平行與旋轉(zhuǎn)軸（z 軸，即垂直于斷層平面）的劑量分布 D （z） 沿 Z 軸從 －50mm 到 ＋50mm積分，除以層厚 T 與掃描斷層數(shù) N 的乘積之商。即：

CTDI 100 可用熱釋光探測器（TLD），在專用的 TLD 插件中進(jìn)行各點劑量分布的測量，進(jìn)而得出劑量分布曲線 D （z），再依劑量分布曲線的半高寬（Full Width at Half Maximum，F(xiàn)WHM）通過擬合計算求得CTDI。CTDI 100 采用積分區(qū)間從 －50mm 到 ＋50mm，可用有效長度正好為 100mm 的筆形電離室在通用標(biāo)準(zhǔn)劑量模體中方便地測量到，從而方便進(jìn)行 CT 機的驗收與經(jīng)常性的質(zhì)量控制檢測等。

CTDI 100 這個最基本的表征量反映的是在標(biāo)準(zhǔn)甲基丙烯酸甲酯模體中測得某點空氣中沉積的 X 射線能量。

2、加權(quán) CT 劑量指數(shù)（CTDI W ）

由于在同一個模體中不同位置的輻射劑量有所區(qū)別，因此為了更好的表達(dá)整體的輻射劑量水平，需要引入加權(quán) CT 劑量指數(shù)（CTDI W ）的概念，其可以準(zhǔn)確反映掃描平面中的平均劑量。

CTDI 100 （中心）為在模體中心位置上的測量值；CTDI 100 （外周）表示在模體周邊四個不同位置上（至少以 90°為間隔的模體表面下 10mm 處）測量值的平均值。

目前普遍采用的與有效長度 100mm 筆形電離室檢測儀器配套的標(biāo)準(zhǔn)有機玻璃劑量模體，分頭部模體（直徑160mm）與軀干模體（直徑 320mm）兩種，均呈長度為140mm 的圓柱體狀，模體中心及其四周表面下 10mm 處都有專用的檢測電離室插孔（該孔不測量時即插入組織等效的有機玻璃棒）。

加權(quán) CT 劑量指數(shù)（CTDI w ）已被選來作為 CT 診斷醫(yī)療照射的指導(dǎo)（參考）水平的表征量之一。可以反映多層連續(xù)掃描的平均劑量（pitch＝1 時），但對于不連續(xù)的多層掃描， CTDI w 不能準(zhǔn)確反映其平均劑量。

3、容積 CT 劑量指數(shù)（CTDI vol ）

螺旋 CT 問世后，CTDI w 已經(jīng)不能準(zhǔn)確表征輻射劑量的水平，需要考慮螺距對掃描劑量的影響：

CT 螺距（因子）＝Δd ／ N·T

Δ d 為 X 射線管每旋轉(zhuǎn)一周檢查床移動的距離；

N 為一次旋轉(zhuǎn)掃描產(chǎn)生的斷層數(shù)；

T 為掃描層厚

容積 CT 劑量指數(shù) CTDI vol 反映整個掃描容積中的平均劑量。這也是我們的劑量報告表格中與劑量直接相關(guān)的第一個參數(shù)。

小結(jié)

容積 CT 劑量指數(shù) CTDI vol 可由加權(quán) CT 劑量指數(shù) CTDI w 求得，而 CTDI w 則是劑量模體中心位置與周邊四個不同位置 CTDI 100 測量值的加權(quán)結(jié)果。因此：

CTDI 100 反映的是 CT 標(biāo)準(zhǔn)測量模體中某一點所沉積的 X射線能量；

CTDI w 描述 CT 所掃描某一斷層平面上的平均劑量狀況；

CTDI vol 是描述多排（層）螺旋 CT 在整個掃描容積范圍內(nèi)的平均輻射劑量。

劑量長度乘積 DLP

DLP 用來評價受檢者一次完整 CT 掃描的總的輻射劑量。對于序列掃描 DLP（單位：mGy·cm），可以表述為：

DLP＝i∑nCTDIw·nT·N·C

i 為 X－CT 掃描序列數(shù)；

N 為旋轉(zhuǎn)圈數(shù)；

nT 為每旋轉(zhuǎn)一圈的標(biāo)稱限束準(zhǔn)直寬度（cm）；

C 為 X 射線管每旋轉(zhuǎn)一周的管電流與曝光時間之積（mAs）；

nCTDI w 則表示與所用管電壓和總標(biāo)稱限束準(zhǔn)直寬度相對應(yīng)的歸一的加權(quán) CT 劑量指數(shù)（mGy·mA －1 ·s －1 ）。

對于螺旋掃描 DLP 可方便地表達(dá)為：

DLP＝CTDI vol × L

CTDI vol 為多排（層）螺旋 CT 掃描的容積 CT 劑量指數(shù)；

L 為沿 Z 軸的掃描長度。

有效劑量D：

在獲得累計輻射劑量之后，這個參數(shù)還不是最終患者接受的輻射劑量，受檢者的輻射劑量終將落實到有關(guān)各組織或器官的吸收劑量（D），組織或器官的吸收劑量是 X射線積在受檢者單位質(zhì)量組織或器官里的能量。

單位 ： Gy， 1Gy＝1 焦?fàn)枴?千克 －1 （J·kg －1 ）100c Gy＝100rad

組織或器官的吸收劑量的嚴(yán)格定義是物理意義上的點量，即吸收劑量是指致電離輻射授予某一體積元內(nèi)物質(zhì)的平均能量除以該體積元內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量而得的商。即：D＝dε ／ dm

組織或器官的吸收劑量是最完整地表征受檢者所接受的X 射線照射的量，然而大多數(shù)情況下是不可能直接測量的，通過體模模擬研究可以解決：

用仿真人體模型，借助 TLD 和其它發(fā)光劑量計等探測器，測量受檢者組織或器官的吸收劑量及其分布，采用蒙特卡羅（Monte Carlo）方法運算，估算組織或器官的吸收劑量。

吸收劑量的生物效應(yīng)決定于射線的種類和照射條件。如相同的吸收劑量，α射線對生物體危害比 X 線大 20 倍。在輻射防護(hù)中，將個人或集體實際接收的或可能接收的吸收劑量根據(jù)組織生物效應(yīng)加權(quán)修正，經(jīng)修正后的吸收劑量在放射防護(hù)中稱為當(dāng)量劑量。

當(dāng)量劑量的單位與吸收劑量一樣，即焦?fàn)枴?千克 －1 （J·kg －1 ），專名是 Sv，

1Sv＝1J·kg－1 （＝1Gy）

比較不同類型放射學(xué)檢查的相對電離輻射風(fēng)險，并且考慮到不同組織或器官的不同輻射敏感性時，采用以希沃特（Sivert， Sv）為單位的有效劑量 E 來表征。全身有效劑量是一個反映非均勻照射歸一到全身照射危險度的劑量參數(shù)。

有效劑量（Effective Dose）專指當(dāng)所考慮的效應(yīng)是隨機性效應(yīng)（例如輻射誘發(fā)的癌癥等）時，在全身非均勻照射的情況下，人體所有組織或器官的當(dāng)量劑量的加權(quán)總和。即：

E＝∑WT·HT

HT 為組織或器官 T 所受的當(dāng)量劑量；WT 為 T 的組織權(quán)重因子。

有效劑量是器官和 ／ 或組織的當(dāng)量劑量按各組織權(quán)重因子加權(quán)之和。

螺旋 CT 的有效劑量

利用 CTDI vol 及其掃描長度 L 計算出劑量長度乘積 DLP，再乘以特定的轉(zhuǎn)換系數(shù) k 來估計出有效劑量 E：

E＝k·DLP

轉(zhuǎn)換系數(shù) k（mSv·mGy －1 ·cm －1 ） 與檢查部位有關(guān)。

同一個體的不同部位對相同輻射劑量的敏感程度不同，具體表現(xiàn)為 K 值的不同。K 值是不同部位的歸一化有效劑量權(quán)重因子。同一解剖部位，年齡越大，K 值越小；同一年齡段個體的頭頸部 K 值小于腹、盆部。另外不同器官對射線的敏感性不同，敏感器官包括眼晶體、甲狀腺、乳房、生殖腺和造血系統(tǒng)等。在受到不必要的或過量的放射線照射時，人體發(fā)生白內(nèi)障、甲狀腺癌及乳腺癌的概率會增加。

體型特異性掃描劑量評估（Size－Specific Dose Estimates， SSDE）

以上這些評估方法主要是根據(jù)模體測量的結(jié)果進(jìn)行推測，由于實際患者的體型并非圓柱體，且密度有有差別，因此使用上述方法對于準(zhǔn)確反映患者接受的輻射劑量會存在誤差。2011 年，美國醫(yī)學(xué)物理家協(xié)會（American Association of Physicists in Medicine， AAPM） 提出了體型特異性掃描劑量評估（Size－Specific Dose Estimates， SSDE）的方法。

SSDE 計算了有效直徑（Effectivediameter， ED）的概念，指假設(shè)被掃描患者有一個圓形的橫截面，沿著其頭足方向的某一個給定位置處的直徑。雖然體部的某些部位有近似的圓截面，但大部分位置不是。因此有效直徑可以被認(rèn)為是與患者體部橫截面面積相等的圓的直徑。SSDE 指經(jīng)過患者體型校正的患者接受的 CT 劑量估算值，是基于 CT 操作界面上顯示的容積 CT 劑量指數(shù) CTDI vol 通過體型相關(guān)轉(zhuǎn)換系數(shù)得到的。相對于上述評估方法，SSDE 相對準(zhǔn)確，不過 SSDE 估算值與患者接受輻射的真實值之間，仍有一定的差距。

在 CT 檢查中可使用防護(hù)圍脖、眼罩和乳腺表面屏蔽等進(jìn)行防護(hù)。在設(shè)置掃描參數(shù)的時候，要時刻注意 ALARA原則，ALARA 原則是全世界醫(yī)學(xué)物理輻射安全計劃的指導(dǎo)原則，和持續(xù)地、科學(xué)地審視劑量和成像質(zhì)量之間的聯(lián)系以不斷促進(jìn)低劑量、高質(zhì)量的成像技術(shù)發(fā)展的主要動力?？傊砻嫫帘畏ê颓爸脼V線器方法均可與其他降低劑量的方法聯(lián)合應(yīng)用，如減小掃描覆蓋范圍、管電壓調(diào)節(jié)、管電流調(diào)節(jié)、縮短掃描時間、迭代算法等技術(shù)，進(jìn)一步降低敏感器官所受輻射劑量。