CT設(shè)備劑量的測(cè)量與分析
余曉鍔 馮曉剛 林意群 林木炎
在CT設(shè)備中，劑量大小不僅影響圖像質(zhì)量，而且還與病人的健康息息相關(guān)，因此，對(duì)CT劑量的測(cè)量和評(píng)價(jià)是十分重要的。放射防護(hù)學(xué)界所應(yīng)考慮的原則之一就是用可容許的最小X射線劑量，在低對(duì)比分辨力的影像中能看到最小的病灶。
一、材料和方法
1.檢測(cè)設(shè)備：設(shè)備是由美國(guó)Radical公司生產(chǎn)的model 2026C劑量讀數(shù)儀、20X6-3CT筆形電離室以及劑量體模組成的。筆形電離室長(zhǎng)14 cm(有效長(zhǎng)度10 cm)，直徑1.2 cm。劑量體模為直徑 16 cm (20CT6) 的頭模，體模由均勻的有機(jī)玻璃組成。在體模的中心和近表層位置分布有若干測(cè)試孔，孔的直徑與電離室的直徑一致，邊緣孔的中心離測(cè)試表面1 cm，相互間隔為90度，分別用于測(cè)試中心和表面劑量。
2.檢測(cè)方法：將16 cm劑量頭模置于診視床上移至機(jī)架掃描孔中心位置，體模軸線與掃描面垂直，將電離室探頭插入頭模中心孔，在測(cè)量中不用的孔要緊緊地插入與測(cè)試體模相同的材料插件；選擇頭部常規(guī)掃描條件對(duì)頭模中心層面進(jìn)行單層掃描，記錄劑量?jī)x上的劑量讀數(shù)，在相同條件下再對(duì)該層面作兩次單層掃描，記錄讀數(shù)，將電離室探頭按順時(shí)針順序依次插入體模距表層1 cm處的各小孔，分別測(cè)量這幾處的劑量，測(cè)量條件同前，每個(gè)位置掃描3次，記錄讀數(shù)。
3.受檢設(shè)備：為了使設(shè)備結(jié)果參數(shù)具有可比性，9臺(tái)設(shè)備均為東芝TCT-300S，選用頭部掃描條件，其具體受檢設(shè)備測(cè)試條件為：80 mA,120 kV,掃描時(shí)間為4.5 s，層厚10 mm，標(biāo)準(zhǔn)算法，掃描角度為360度，重建矩陣為512×512，照射野為240 mm。
二、結(jié)果
檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。表中分別列出了體模中心、上、下、左、右5個(gè)位置點(diǎn)的劑量值(用CTDI表示)，為了便于劑量相關(guān)因素的分析，同時(shí)給出了檢測(cè)條件和與劑量關(guān)系比較大的設(shè)備噪聲值。表中所列球管曝光次數(shù)為測(cè)量時(shí)球管已曝光次數(shù)。
表1 9臺(tái)東芝CT機(jī)中心和表面各點(diǎn)的CTDI值
設(shè)備
序號(hào) 曝光次數(shù)
(萬(wàn)次) 中心 上 下 左 右 噪聲
(%)
1 3 42.8 48.8 46.6 38.8 39.1 0.24
2 10 40.5 47.3 39.1 36.8 40.3 0.23
3 39 34.0 37.3 33.8 31.7 31.5 0.29
4 8.5 49.8 58.3 48.0 45.1 49.3 0.25
5 9 49.2 52.9 49.1 48.7 47.8 0.26
6 30 41.4 47.9 38.5 37.2 41.9 0.27
7 18 49.3 54.7 46.3 47.3 49.8 0.22
8 17 47.1 49.8 47.4 47.0 44.2 0.29
9 2 40.8 48.7 39.7 35.5 39.3 0.28
軍隊(duì)暫行CT規(guī)范規(guī)定頭部中心CTDI不得大于50 mGy，頭部表面最大劑量不得大于80 mGy，因此9家醫(yī)院設(shè)備的劑量均未超標(biāo)。但是有3家醫(yī)院頭部中心劑量處于臨界狀態(tài)。從結(jié)果表中還可以看出東芝300S型CT機(jī)表面最大劑量點(diǎn)在上部12點(diǎn)的位置。
三、討論
1.關(guān)于CT劑量檢測(cè)方法［1，2］：CT劑量的測(cè)試方法有電離室法、熱釋光劑量計(jì)和膠片劑量計(jì)。其中筆形電離室法測(cè)量劑量是目前最好的一種方法，這種方法在逐步普及。膠片劑量計(jì)方法已逐漸淘汰。應(yīng)該注意的是常規(guī)用于放射診斷中的電離室不適用于CT劑量的測(cè)量。因?yàn)椋孩?要保證劑量率測(cè)量足夠的靈敏度，電離室尺寸必須足夠大，而CT劑量分布在幾個(gè)毫米內(nèi)有很大變化，特別對(duì)薄層掃描，因此這種普通電離室不適用；② CT掃描劑量測(cè)量需要在體表和體內(nèi)多處測(cè)量，而普通電離室僅在一個(gè)點(diǎn)上測(cè)量，滿足不了測(cè)量CT劑量分布要求。
2.關(guān)于劑量的表達(dá)方法［2］：文中劑量值是用CTDI來(lái)表示的。CTDI的表達(dá)式為：
CTDI10 cm=(1/T)∫+50-50D(z)dz
式中z為沿垂直于斷層面上的某一位點(diǎn)z，D(z)為z點(diǎn)劑量；T為標(biāo)稱層厚；在測(cè)量中是把筆形電離室依次插入各個(gè)待測(cè)劑量點(diǎn)的圓孔內(nèi)，測(cè)出的是介質(zhì)的吸收劑量。在測(cè)試中從劑量?jī)x讀出的數(shù)據(jù)是以毫倫(mR)為單位，把它轉(zhuǎn)換為CTDI值，必須除以層厚值再乘以每個(gè)位置點(diǎn)的校準(zhǔn)因子，然后轉(zhuǎn)換為以毫戈瑞(mGy)為單位的數(shù)據(jù)。其中的校準(zhǔn)因子是由北京市計(jì)量科學(xué)研究所對(duì)劑量測(cè)試體模標(biāo)定而得，本測(cè)試頭模的中心、上、下、左、右 5個(gè)位置點(diǎn)的校準(zhǔn)因子分別為8.97、9.12、9.04、8.96和8.82。
3.CT劑量值最大點(diǎn)位置：CT劑量最大點(diǎn)位置不能一概而論，由CT機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可知東芝300S型號(hào)的CT機(jī)在360度旋轉(zhuǎn)分布(曝光時(shí)間4.5 s)條件下，最大劑量點(diǎn)在12點(diǎn)位置，在180度非對(duì)稱旋轉(zhuǎn)分布(曝光時(shí)間2.7 s)時(shí)最大劑量點(diǎn)在4點(diǎn)半位置。
4.影響CT劑量的主要因素：影響CT劑量的主要因素可以用下式表示［3］：
DsαkVpc*mAs*(B)/(SSD2)
上式說(shuō)明，單次掃描劑量Ds隨管電壓、X射線束的濾過(guò)、毫安秒(mAs)、焦點(diǎn)與皮膚距離(SSD)和病人衰減因素而改變。指數(shù)c隨濾過(guò)類型和形狀而變，B是病人傳遞因素，軀體小的病人B較大，SSD與CT機(jī)的設(shè)計(jì)有關(guān)。
5.劑量對(duì)CT性能參數(shù)的影響：在CT設(shè)備中，我們關(guān)注劑量值的大小，不僅因?yàn)閯┝砍瑯?biāo)對(duì)受檢病人有害，而且劑量值的選取還影響CT設(shè)備的性能參數(shù)即劑量對(duì)噪聲的影響，其數(shù)學(xué)關(guān)系可用Brooks公式［4］描述：
σ=k(β)/(W3hD0)
式中：σ為標(biāo)準(zhǔn)噪聲偏差；k為描述劑量探測(cè)效率的常數(shù)；β為人體衰減因子，β=e-μd；μ為平均線束衰減系數(shù)；d為物體厚度；W為象素寬度；h為斷層厚度；D0為入射皮膚表面劑量的最大值。上式可以說(shuō)明各種因素的權(quán)衡情況，當(dāng)噪聲減少50%時(shí)，劑量就要增加4倍；如噪聲不變，象素寬度減少一半，則劑量要增加8倍；或噪聲不變，斷層厚度降為一半時(shí)，劑量要增加2倍。也就是說(shuō)，噪聲應(yīng)限制在病理學(xué)所必須的合理范圍內(nèi)，否則病人的射線負(fù)荷太大。
6.有關(guān)CT設(shè)備中X射線球管的考慮：球管質(zhì)量的好壞直接影響到CT劑量的質(zhì)量。衡量球管的老化并非是球管的曝光次數(shù)(在表1中我們可以看到有一設(shè)備球管曝光39萬(wàn)次，但設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)還很穩(wěn)定)，而是在于出射的X射線是否影響CT性能參數(shù)，主要表現(xiàn)是噪聲明顯增加，密度分辨率明顯降低，導(dǎo)致圖像質(zhì)量惡化，實(shí)際上也是投影數(shù)據(jù)信噪比的下降。這時(shí)應(yīng)更換新的X射線管，以保證圖像質(zhì)量。在CT劑量測(cè)量過(guò)程中，如果球管老化則在同一參數(shù)設(shè)置條件測(cè)試的劑量極不穩(wěn)定，測(cè)試的劑量值忽大忽小。如果是螺旋CT，則螺旋掃描根本無(wú)法進(jìn)行。但CT球管本身是消耗部件，曝光次數(shù)有限，球管的價(jià)格又比較昂貴，因此，在設(shè)備的運(yùn)作過(guò)程中，可以采取一些措施保護(hù)球管，延長(zhǎng)球管的壽命，其根本原則是在圖像質(zhì)量能夠很好地滿足臨床診斷的前提下，降低劑量值。由表1可知，在測(cè)量條件一致的情況下，球管曝光次數(shù)超過(guò)一定的數(shù)值，則劑量值要略微低一些，因此在球管使用后期，可以略微增大毫安值和曝光時(shí)間，以確保劑量能夠達(dá)到臨床診斷要求。
余曉鍔（510515 廣州，第一軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系）
馮曉剛（510515 廣州，第一軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系）
林意群（510515 廣州，第一軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系）
林木炎（510515 廣州，第一軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系）
參考文獻(xiàn)
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