CT設備劑量的測量與分析
余曉鍔 馮曉剛 林意群 林木炎
在CT設備中，劑量大小不僅影響圖像質量，而且還與病人的健康息息相關，因此，對CT劑量的測量和評價是十分重要的。放射防護學界所應考慮的原則之一就是用可容許的最小X射線劑量，在低對比分辨力的影像中能看到最小的病灶。
一、材料和方法
1.檢測設備：設備是由美國Radical公司生產的model 2026C劑量讀數儀、20X6-3CT筆形電離室以及劑量體模組成的。筆形電離室長14 cm(有效長度10 cm)，直徑1.2 cm。劑量體模為直徑 16 cm (20CT6) 的頭模，體模由均勻的有機玻璃組成。在體模的中心和近表層位置分布有若干測試孔，孔的直徑與電離室的直徑一致，邊緣孔的中心離測試表面1 cm，相互間隔為90度，分別用于測試中心和表面劑量。
2.檢測方法：將16 cm劑量頭模置于診視床上移至機架掃描孔中心位置，體模軸線與掃描面垂直，將電離室探頭插入頭模中心孔，在測量中不用的孔要緊緊地插入與測試體模相同的材料插件；選擇頭部常規掃描條件對頭模中心層面進行單層掃描，記錄劑量儀上的劑量讀數，在相同條件下再對該層面作兩次單層掃描，記錄讀數，將電離室探頭按順時針順序依次插入體模距表層1 cm處的各小孔，分別測量這幾處的劑量，測量條件同前，每個位置掃描3次，記錄讀數。
3.受檢設備：為了使設備結果參數具有可比性，9臺設備均為東芝TCT-300S，選用頭部掃描條件，其具體受檢設備測試條件為：80 mA,120 kV,掃描時間為4.5 s，層厚10 mm，標準算法，掃描角度為360度，重建矩陣為512×512，照射野為240 mm。
二、結果
檢測結果見表1。表中分別列出了體模中心、上、下、左、右5個位置點的劑量值(用CTDI表示)，為了便于劑量相關因素的分析，同時給出了檢測條件和與劑量關系比較大的設備噪聲值。表中所列球管曝光次數為測量時球管已曝光次數。
表1 9臺東芝CT機中心和表面各點的CTDI值
設備
序號 曝光次數
(萬次) 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
軍隊暫行CT規范規定頭部中心CTDI不得大于50 mGy，頭部表面最大劑量不得大于80 mGy，因此9家醫院設備的劑量均未超標。但是有3家醫院頭部中心劑量處于臨界狀態。從結果表中還可以看出東芝300S型CT機表面最大劑量點在上部12點的位置。
三、討論
1.關于CT劑量檢測方法［1，2］：CT劑量的測試方法有電離室法、熱釋光劑量計和膠片劑量計。其中筆形電離室法測量劑量是目前最好的一種方法，這種方法在逐步普及。膠片劑量計方法已逐漸淘汰。應該注意的是常規用于放射診斷中的電離室不適用于CT劑量的測量。因為：① 要保證劑量率測量足夠的靈敏度，電離室尺寸必須足夠大，而CT劑量分布在幾個毫米內有很大變化，特別對薄層掃描，因此這種普通電離室不適用；② CT掃描劑量測量需要在體表和體內多處測量，而普通電離室僅在一個點上測量，滿足不了測量CT劑量分布要求。
2.關于劑量的表達方法［2］：文中劑量值是用CTDI來表示的。CTDI的表達式為：
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z，D(z)為z點劑量；T為標稱層厚；在測量中是把筆形電離室依次插入各個待測劑量點的圓孔內，測出的是介質的吸收劑量。在測試中從劑量儀讀出的數據是以毫倫(mR)為單位，把它轉換為CTDI值，必須除以層厚值再乘以每個位置點的校準因子，然后轉換為以毫戈瑞(mGy)為單位的數據。其中的校準因子是由北京市計量科學研究所對劑量測試體模標定而得，本測試頭模的中心、上、下、左、右 5個位置點的校準因子分別為8.97、9.12、9.04、8.96和8.82。
3.CT劑量值最大點位置：CT劑量最大點位置不能一概而論，由CT機的結構設計而定。由實驗結果數據可知東芝300S型號的CT機在360度旋轉分布(曝光時間4.5 s)條件下，最大劑量點在12點位置，在180度非對稱旋轉分布(曝光時間2.7 s)時最大劑量點在4點半位置。
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)
上式說明，單次掃描劑量Ds隨管電壓、X射線束的濾過、毫安秒(mAs)、焦點與皮膚距離(SSD)和病人衰減因素而改變。指數c隨濾過類型和形狀而變，B是病人傳遞因素，軀體小的病人B較大，SSD與CT機的設計有關。
5.劑量對CT性能參數的影響：在CT設備中，我們關注劑量值的大小，不僅因為劑量超標對受檢病人有害，而且劑量值的選取還影響CT設備的性能參數即劑量對噪聲的影響，其數學關系可用Brooks公式［4］描述：
σ=k(β)/(W3hD0)
式中：σ為標準噪聲偏差；k為描述劑量探測效率的常數；β為人體衰減因子，β=e-μd；μ為平均線束衰減系數；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。上式可以說明各種因素的權衡情況，當噪聲減少50%時，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，劑量要增加2倍。也就是說，噪聲應限制在病理學所必須的合理范圍內，否則病人的射線負荷太大。
6.有關CT設備中X射線球管的考慮：球管質量的好壞直接影響到CT劑量的質量。衡量球管的老化并非是球管的曝光次數(在表1中我們可以看到有一設備球管曝光39萬次，但設備各項參數還很穩定)，而是在于出射的X射線是否影響CT性能參數，主要表現是噪聲明顯增加，密度分辨率明顯降低，導致圖像質量惡化，實際上也是投影數據信噪比的下降。這時應更換新的X射線管，以保證圖像質量。在CT劑量測量過程中，如果球管老化則在同一參數設置條件測試的劑量極不穩定，測試的劑量值忽大忽小。如果是螺旋CT，則螺旋掃描根本無法進行。但CT球管本身是消耗部件，曝光次數有限，球管的價格又比較昂貴，因此，在設備的運作過程中，可以采取一些措施保護球管，延長球管的壽命，其根本原則是在圖像質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，在測量條件一致的情況下，球管曝光次數超過一定的數值，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間，以確保劑量能夠達到臨床診斷要求。
余曉鍔（510515 廣州，第一軍醫大學生物醫學工程系）
馮曉剛（510515 廣州，第一軍醫大學生物醫學工程系）
林意群（510515 廣州，第一軍醫大學生物醫學工程系）
林木炎（510515 廣州，第一軍醫大學生物醫學工程系）
參考文獻
1，Arata Suzuki,Marcia N,Suzuki. Use of a pencil-shaped ionization chamber for measurement of exposure resulting from a computed tomography scan. Med Phys, 1978,5:536-539.
2，尉可道.CT劑量的測量及其表達.中華放射醫學與防護雜志，1997，17：347-351.
3，American Association of Physicists in Medicine by the American Institute of Physics. Specification and acceptance testing of computed tomography scanner.Report No.39. New York: 1993.52-56.
4，孫良洲.醫用X線CT圖像質量評價與控制.中國醫療器械雜志，1995，19：303-307. |
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