课题-科内交流

适合我国人群个性化的多层螺旋CT低辐射剂量与影像质量优化研究

马国林中日友好医院放射诊断科立项依据

多层螺旋CT的广泛应用

辐射剂量显著上升造成的危害已成为新的医疗关注点

多层螺旋CT的日益普及辐射剂量显著上升

超剂量电离辐射明显增加致癌的相对危险性

美国1980年2006年医学辐射增加600%Total~6.2mSv

percapitaTotal3.6mSv

percapita背景调查冠状动脉检查

4层CT7.1~11.9mSv16层CT8.8mSv

64层CT(采用固定管电流技术)13~21.4mSv常规冠脉造影2~9mSv有效剂量UniversityLaSapienzaRoma,Italy背景调查放射检查的典型剂量•Cheststudy 0.10mSv•Cervicalspine 0.11mSv•

Pelvis 0.27mSv•

Skull 0.31mSv•

UpperGI 1.17mSv•Bariumenema 2.98mSv•CTscan 18.0mSvLinnemann,2001.ManagingRadiationMedicalEmergencies背景调查因CT扫描引起的辐射增加的因素•

每次检查的高剂量•检查指征增多•CT设备的普及•CT检查更易行•

CT检查更快速背景调查美国百万人口检查的CT数量1981199520002005年(67)Linnemann,2001.ManagingRadiationMedicalEmergencies背景调查背景调查中国1990年前全国CT不足500台1999年增至3712台至今7000台以上仍每年数百台速度增长装机绝对数继日本美国后跃居世界第3位据2008年UNSCEAR最新报告美国CT检查占放射学检查总量的13%CT检查的集体剂量占放射学检查总剂量的75%每年5800万人次受检其中多层螺旋CT受检者69%原子弹存活者超剂量辐射致癌的相对危险性Adaptedfrom

Pierce,D.A.andPreston,D.L.1in2000背景调查

基于危险性评估和1991年至1996年的资料，估计在美国因CT扫描辐射致癌占全部癌症的0.4%；而基于当前CT的应用情况，该估计现可能为1.5%~2%BrennerDJ,HallEJ.ComputedTomography--AnIncreasingSourceofRadiationExposure.NEJM2007;357:2277-84(November29,2007)背景调查立项依据

缺乏适合我国人群的螺旋CT检查最优辐射剂量指导及螺旋CT的不尽合理使用是导致总体电离辐射剂量显著上升的主要原因

•欧美国家有检查指南(guidline),但仅4.5%的劝告被接受；我国没有螺旋CT检查辐射剂量指南•10%~20%的放射学检查对病人没帮助•11%的CT检查医嘱是不正确的•重叠或重复扫描辐射剂量增加2-3倍•螺旋CT新技术引进没有相应的辐射剂量技术指南

•成人扫描方案用于儿童辐射剂量上升50%以上•过度追求图像清晰增大扫描条件剂量上升的主要原因立项依据

为追求既要高质量的诊断效果又要尽可能低的受检者照射剂量

多层螺旋CT低辐射剂量与影像质量优化研究迫在眉睫立项依据

本研究领域国内外研究现状及存在的问题

国内外研究现状

--目前多层螺旋CT低剂量扫描大多是通过机器设置的一些滤过及自动曝光技术或改变扫描参数来实现

--最近国外有少数根据体质指数进行的螺旋CT低辐射剂量与影像质量临床研究但缺乏全面系统的综合研究没有考虑到我国及亚洲人群及儿童辐射剂量承受量没有解决个性化螺旋CT低辐射剂量与影像质量优化问题立项依据

本研究领域国内外研究现状及存在的问题

本研究领域存在的问题

最近ICRP102号出版物和美国FDA提出了有关多层螺旋CT剂量应考虑的2个重点问题：一是儿童和瘦小人体剂量的承受量二是多层螺旋CT新技术中剂量的控制另外迄今国内外并未较好解决方便实用的各类X-CT的辐射剂量表达及其测量问题拟解决的关键科学问题

本项目将实验模型拟人体模与临床图像评测综合应用对多层螺旋CT电离辐射器官剂量和有效剂量进行科学合理表征

探讨多层螺旋CT电离辐射在人体内的衰减规律

以器官剂量和有效剂量为评价标准研究适合我国人群个性化多层螺旋CT最低辐射剂量与影像质量优化问题

编写辅助医生决策低辐射剂量扫描参数计算软件

在保证诊断要求前提下科学合理地降低多层螺旋CT扫描的辐射剂量从而减少受检者照射剂量和多层螺旋CT辐射剂量上升造成的危害

研究意义

从根本上减少患者人群电离辐射集体剂量和多层螺旋CT辐射剂量上升造成的危害降低电离辐射致癌风险发生率

尤其减少儿童CT检查辐射剂量对保障儿童身体健康极其有益

螺旋CT辐射剂量降低还能减少CT球管损耗延长机器寿命节约医疗成本

编制出的个性化最低器官辐射剂量及有效剂量计算软件在进一步开发应用后预计会有较大的经济效益

项目的立项将有积极的现实意义和长远的历史意义并能产生较大的经济和社会效益

研究内容优选能够反映适合我国人群器官剂量及有效剂量的多层螺旋CT电离辐射表征方法

探索多层螺旋CT电离辐射的衰减规律

成年及儿童受检者多层螺旋CT扫描低辐射剂量与图像质量优化研究计算机辅助决策软件的实现

研究目标通过人体模型试验探讨X线CT电离辐射衰减规律及能精确表征适合我国人群的多层螺旋CT电离辐射器官剂量和有效剂量的方法研究影响个性化器官剂量及有效剂量的因素探讨不同受检者器官剂量及有效剂量与图像质量之间的关系在保证图像质量的基础上编制适合我国人群个性化最低器官剂量及有效剂量计算软件尤其是适合于儿童的计算软件真正实现满足医生诊断要求前提下实现患者“合理使用低剂量”原则

CT剂量指数(CTDI)•CT剂量指数100(CTDI100)•加权CT剂量指数(CTDIW)•容积CT剂量指数(CTDIVOI)

为迄今公认的CT受检者吸收剂量的间接表征量，以mSv为单位基本概念•CT剂量指数100(CTDI100)

X线管旋转一周中，平行于Z轴的剂量分布D(Z)沿Z轴从-50mm到+50mm积分，除以层厚(T)与采集层数(N)之商CTDI100反映的是标准CT体模中某一点吸收的X线量基本概念

CT剂量指数(CTDI)•加权CT剂量指数(CTDIW)

以标准CT体模测得的某些点空气中接受的X线剂量，用于反映扫描平面的平均剂量(弥补CTDI100在不同扫描位点上的差异)基本概念CTDIW反映的是采集层面的平均剂量

CT剂量指数的体模测量以及加权CT剂量指数的检测示意图

CT剂量指数(CTDI)•容积CT剂量指数(CTDIVOI)

代入螺距因子后推导出的整个扫描容积的平均剂量

式中N为一次螺旋采集的层面数;T为层厚;

d为X线管旋转一周床移的距离CTDIVOI反映的是整个采集容积的平均剂量基本概念

CT剂量指数(CTDI)基本概念由上图可见,容积CT剂量指数CTDIVOI可由加权CT剂量指数CTDIW求得，而加权CT剂量指数CTDIW则是剂量体模中心位置与周边四个不同位置CTDI100测量值的加权结果。三者可较好地反映CT设备的辐射剂量学特性CTDI100、CTDIW、CTDIVOI的比较示意图

CT剂量指数(CTDI)

剂量长度乘积指数(DLP)基本概念ICRP第87号出版物推荐的另一个CT诊断参考剂量学量其定义为：DLP=CTDIW×T×N

式中T为层厚N为层数DLP用于控制受照体积和总的照射量与受检者的器官剂量和有效剂量有直接关系对于MSCT:CTDIVOL=CTDIW/Pitch代入沿Z轴的实际扫描长度(L)的全部采集容积的吸收剂量

组织或器官的吸收剂量(D)

反映受检组织或器官具体吸收的辐射剂量，简称为组织或器官剂量DT该剂量在实际检查中是不能检测的，仅用于体模研究基本概念DT=€T/mT

全身有效剂量(E)

有效剂量(EffectiveDose)指当针对随机性效应(例如辐射诱发的癌症等)时，在全身非均匀照射的情况下，人体所有组织或器官的当量剂量的加权总合。可简化为公式：

式中DLP即前述的剂量长度乘积；K为转换系数E=K•DLP基本概念

全身有效剂量(E)身体不同部位的转换系数k借之，可较容易地推算出全身各部位的有效剂量受检者身体部位K值(mSv.mGy-1.cm-1)头0.0023颈0.0054胸0.0170腹0.0150骨盆0.0190基本概念研究方案多层螺旋CT剂量的简单合理表征TLD分别测量拟人模体体表入射剂量和相应器官平均剂量在CT剂量模体（头模和体模）分别选定与拟人模体相应平面扫描用笔形电离室测定模体中心剂量

和周边剂量研究方案多层螺旋CT剂量的简单合理表征螺旋CT各种剂量指数的计算方法

-利用笔形电离室测量CTDI100

--加权CT剂量指数（CTDIW）

CTDIW=（CTDIC+2CTDIP）/3--容积CT剂量指数

CTDIVOL=CTDIW/Pitch研究方案多层螺旋CT剂量的简单合理表征螺旋CT各种剂量指数的计算方法-剂量长度乘积（DLP）

DLP=CTDIW×T×NCTDIVOL=CTDIW/Pitch对于MSCT：DLP=CTDIVOL×扫描长度-由P-Dose/CT软件计算出器官剂量和CTDIW的比值（Ro）

有效剂量和DLP的比值（RE）-利用其平均比值估算出器官剂量和有效剂量

DO=CTDIW.RoE=DLP.RE研究方案多层螺旋ＣＴ电离辐射衰减规律的测量技术

-分别对头胸腹部相应层面进行扫描-测得每排CTDI的平均值及入射体表剂量-分析不同组织中距表面不同深度电离辐射剂量衰减规律11笔形电离室在扫描平面的设置研究方案成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究受检者选择及扫描参数制定

--按不同的扫描条件性别年龄及体质指数等组成不同的扫描条件—体质指数/年龄组合--每种组合随机选择12人次受检者（男:女=1:1）--分别行头部、胸部和腹部扫描，共计受检样本量约为1500人次--根椐论理学要求向受检者说明研究目的后按自愿原则进行研究方案成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究

成年受检者选择根据人体质量指数(BMI=kg/m2）

瘦小型(<18.5)正常型(18.5-24.9)

超重型(25-29.9)肥胖型(>30)年龄20岁-59岁每组12人次受检研究方案

成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究儿童受检者选择根据儿童生理特点结合模体实验年龄分组0-1岁-3岁-6岁每组12人次受检研究方案成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究扫描参数制定管电压140－80kv范围成人以20KV递减儿童以30KV递减曝光量成人以30mAs递减儿童以50mAs递减研究方案成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究影像质量评价指标物理学影像评价图像噪声对比度和空间分辨力信号噪声比对比噪声比及噪声指数CT值的均匀性和稳定性等研究方案成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究影像质量评价指标解剖学影像评价对头基底节胸部肺门腹部肝门“可见度”和“清晰显示”评价

研究方案成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究影像质量评价指标解剖学影像评价头基底节胸肺门腹部肝门量化评分0－器官和结构不可观察影响诊断1－器官和结构可观察但细节未显示2－解剖结构细节显示但不清晰3－解剖细节清晰研究方案成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究影像质量评价指标

受检者辐射剂量评价加权CT剂量指数（CTDIW）容积CT剂量指数（CTDIVOL）剂量长度乘积（DLP）器官剂量及有效剂量研究方案成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究

优化方案

物理学影像测量解剖学影像量化积分和受检者辐射剂量评价相关分析与常规扫描和人体实验模型对照研究影像诊断敏感度特异度准确度阳性预测值阴性预测值比较研究研究方案成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描与图像质量优化研究

优化方案多层螺旋CT低辐射剂量和影像质量综合评价与最优化分析所得数据提供个性化低辐射剂量计算软件使用尤其是适合不同年龄儿童的计算软件研究方案计算机辅助决策软件的实现

建立影像质量评价信息和受检者辐射剂量数据库编写辅助决策低辐射剂量扫描参数的计算软件研究方案计算机辅助决策软件的实现软件总体结构研究方案计算机辅助决策软件的实现数据环境结构研究方案计算机辅助决策软件的实现软件构件设计关键技术

多层螺旋CT剂量简单合理表征及电离辐射衰减规律的测量技术

成年及儿童受检者多层螺旋CT低辐射剂量扫描方案与图像质量优化策略

多层螺旋CT低辐射剂量计算机辅助决策软件的实现可行性分析理论上可行前人研究基础传统CT扫描的辐射剂量水平国外研究成果自己的前期研究经验

所采用的技术方法可行总体方案合理技术路线清晰实验手段先进

研究基础与条件可行

进行了大量前期研究工作并取得了初步结果研究团队结构合理研究时间安排得当研究单位拥有一流的医疗设备及实验仪器特色与创新之处

将器官剂量及有效剂量作为评价标准，以实现个性化多层螺旋CT剂量表征的目标值为螺旋CT辐射的基础研究和临床应用提供科学理论依据为理论方面的创新

将实验模型拟人体模与临床图像评测综合应用研究个性化多层螺旋CT扫描最低辐射剂量为研究方法上的创新

特色与创新之处

多层螺旋CT扫描低辐射剂量计算机辅助决策软件是本项目的特色

结合我国人群特性及儿童特点研究和制定低辐射剂量与影像质量最优化的多层螺旋CT扫描方案体现中国特色以人为本保障儿童健康为项目的另一特色

年度研究计划项目实施年限：2010年1月－2012年12月

2010.1—2010.12年度多层螺旋CT电离辐射表征方法和衰减规律研究扫描模型制作和预试验工作

2011.1—2011.12年度低辐射剂量多层螺旋CT扫描临床研究影像质量评价与辐射剂量相关对照研究

2012.1—2012.12年度分析资料编制软件撰写论文申报成果临床验证并推广相关经验项目结题预期研究结果

可探索出规范化的能反映适合我国人群受检者实际接收剂量的多层螺旋CT电离辐射剂量表征指数

能辅助医生完善个性化的多层螺旋CT电离辐射器官剂量及有效剂量的计算

在核心期刊发表论文6～8篇其中在国外期刊发表1-2篇培养1～2名研究生

推广和应用多层螺旋CT低辐射剂量扫描技术研究成果指导多层螺旋CT扫描方案制定及优化

研究基础与工作条件

工作基础

本项目组已在CT低辐射剂量和影像质量优化研究方面进行了大量的前期研究工作积累并取得了一定的成绩

-包括有关论文及完成和正在进行的科研课题研究基础与工作条件90mAs

170mAs

研究基础与工作条件

110mAs（动脉期）

290mAs（门静脉期）

研究基础与工作条件130mAs

260mAs研究基础与工作条件130mAs

260mAs研究基础与工作条件

前期研究工作和取得的主要研究成果已经发现-尽管不能用统一扫描参数但均可以通过改变螺距降低管电流和管电压等方法减少辐射剂量15-78%

研究基础与工作条件工作条件电离辐射剂量测量所需专用检测设备包括：

CT影像模体CT剂量仪

CT剂量测量专用模体TLD剂量仪人体等效材料全身模型CT剂量评估软件儿童CT剂量测量专用模体研究基础与工作条件科研课题国家标准化委员会标准修订任务（2007－2008）：修