電離室中心-X射線線束偏移距離對多排CTDI100輻射劑量測定的影響

鄭海亮，馮樹理，王仁貴，段永利，楊磊，傅巖，趙君

首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院a.醫(yī)學工程研究室；b.放射中心，

北京 100038

電離室中心-X射線線束偏移距離對多排CTDI100輻射劑量測定的影響

鄭海亮a，馮樹理a，王仁貴b，段永利b，楊磊b，傅巖b，趙君b

首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院a.醫(yī)學工程研究室；b.放射中心，

北京 100038

目的 探索多排CT的X射線束平面與電離室中心刻度偏移距離（offset distance，Do）對輻射劑量指數(shù)（CTDI100）測量結(jié)果的影響規(guī)律。方法 采用滿足IEC標準的頭部體模（T6M164）和長桿電離室，測量Philips Brilliance iCT 256在軸掃條件下不同偏移距離時的CTDI100值。結(jié)果 當偏移距離在1cm時，誤差在0%～5%范圍內(nèi)；當偏移距離為3 cm，誤差在5%～15%范圍內(nèi)；當偏移距離在5 cm時，誤差在25%～75%范圍內(nèi)。結(jié)論 CTDI100測量結(jié)果對Do值敏感度較高，測量者在測量時應(yīng)保證線束應(yīng)與電離室中心刻度無偏離；在半影區(qū)內(nèi)輻射劑量不容忽視，散射線束使得周圍4點位的測量值較中心點發(fā)散，床對測量結(jié)果影響表現(xiàn)為中心點外的4個點位的CTDI100空間對稱性降低。

多排CT；CT輻射劑量計；CT劑量指數(shù)；半影區(qū)；測量誤差

1 研究背景

近年來，醫(yī)用X線計算機斷層攝影（CT）在醫(yī)學臨床上應(yīng)用越來越廣泛，全國各地醫(yī)療系統(tǒng)使用的醫(yī)用CT裝置已經(jīng)超過8000臺，北京地區(qū)（不包括軍隊系統(tǒng)）就有100臺以上[1]。正是由于CT機的大量使用，CT所產(chǎn)生的輻射劑量問題是放射科醫(yī)生和患者所共同關(guān)注的問題。此外，圖像質(zhì)量的優(yōu)劣與CT掃描時使用劑量大小直接相關(guān)[2-4]，而準確測得CT真實輻射劑量水平是輻射劑量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

目前，16排以上的多排CT已成為醫(yī)院的主流CT診斷設(shè)備。多排CT與單排CT相比，性能已經(jīng)大幅提升，表現(xiàn)為：在掃描速度和圖像質(zhì)量上獲得了大幅提高，如某些高端的CT在時間分辨率上已經(jīng)達到了44 ms，旋轉(zhuǎn)1周時間降低到0.27 s，圖像的層厚也降低到1mm以下[5-6]。此外，多排CT具有新的輻射劑量特性，如多排CT的準直器不再是用于調(diào)節(jié)層厚，而是一種劑量控制的手段，因此有必要就其輻射特性開展研究。

CT劑量指數(shù)（Computered Tomography Dose Index，CTDI）是用于表征CT吸收劑量的參數(shù)，就其原理而言，CTDI是在球管旋轉(zhuǎn)過程中對床移動量進行的體積平均算法。CTDI測量技術(shù)發(fā)展到了今天，除了使用歷史較悠久的熱釋光輻射劑量片和電離室，還出現(xiàn)了可替換探測器，包括視覺刺激的發(fā)光探測器和固體的實時放射探測器。長桿電離室具有使用方便、應(yīng)用范圍廣（可測定CTDI100、CTDIc和CTDIp）等優(yōu)點，現(xiàn)在還在醫(yī)院日常CT質(zhì)量控制和儀器維護乃至科研方面還在大量使用[7]。我國相關(guān)部門仍然認可長桿電離室測定多排CT的輻射劑量的方法[8-9]。

美國食品及藥物管理局（FDA）給出CTDI100目前最常用的計算模式，見式(1)。

式中：D(z)為輻射劑量沿Z軸的分布函數(shù)，N為圖像數(shù)，T為圖層厚度。

由式(1)知，CTDI100是以中心為對稱點±50 mm范圍內(nèi)的輻射劑量值的積分值。由長桿電離室測得的值已經(jīng)是對D(z)在100 mm范圍內(nèi)的輻射劑量分布函數(shù)的積分值，但由于電離室測量值可受溫度、氣壓等因素影響，并需要完成測量輻照量到體模吸收劑量的轉(zhuǎn)換，即：

式中:Dw-模體中的吸收劑量，mGy；

M—劑量儀，經(jīng)溫度、氣壓修正的示值，2.58×10-4C/kg(R)；

NX—照射量刻度因子，cm；

F1—由測量的照射量轉(zhuǎn)換成空氣中吸收劑量的轉(zhuǎn)換系數(shù)，33.97×103mGy·kg/C；

F2—由空氣中吸收劑量轉(zhuǎn)換成模體中的吸收劑量的轉(zhuǎn)換因子，0.88；

d—層厚(N·T)，cm。

在實際測試中，由于定位激光燈位置發(fā)生偏移或床的位置不水平，或者人為的操作不當，可能造成CT機X射線線束與電離室中心偏移的問題。由此問題引起的對測量結(jié)果的影響目前很少見文獻報道。本研究基于Philips Brilliance 256 iCT針對光束中心與輻射劑量計中心的偏移距離Do（offset distance，Do）對試驗結(jié)果的影響程度和機理進行了探討。

2 試驗介紹

CT機為荷蘭Philips公司的Brilliance iCT 256，輻射劑量計為瑞典RTI Electronics公司生產(chǎn)的Solidose 400型CT輻射劑量計（帶100 mm長桿電離室），測試范圍為10 mGy～200 Gy，誤差為±5%。體模為中國計量科學研究院提供的T6M164型劑量體模，由1個直徑（Φ）16 mm、長（L）150 mm有機玻璃柱和4根Φ為13 mm，L為150 mm有機玻璃棒組成。有機玻璃柱上有5個Φ13 mm的通孔，其中，軸心位置上1個、孔中心線距表面10 mm處4個。測量時不用的通孔用實心有機玻璃棒填平。

本研究設(shè)定的掃描參數(shù)為：射野（FOV）為250 mm × 120 mm，準直器為16×0.625 mm，層厚5 mm。掃描電壓為80～120 kV，mAs值為25～200 mAs。掃描方式為軸掃手動，每按按鈕1次，診斷床先移動2個圖層長度后機架旋轉(zhuǎn)1周，用時0.4 s，得到2層圖像。

測試時，首先用水平儀驗證床是否水平，然后將劑量體模放置于移動床上利用激光燈定位，通過升降和平移床使體模中心處于機架中心，要求模體軸線與掃描面垂直。待位置擺放好以后再用水平儀進行驗證。采用的掃描方式為進床掃描，手動方式。機器完成120 mm掃描范圍需移床12次，每次移動1cm，得到2幅圖像。將電離室探頭分別插入頭模周邊的4個孔中，然后執(zhí)行掃描并記錄Solidose 400的讀數(shù)。每個點位重復3次，記錄試驗值并根據(jù)公式(2)計算出最終的測量結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 同一毫安秒下試驗結(jié)果

在150 mAs條件下，80 kV、100 kV、120 kV和140 kV的試驗結(jié)果利用式(1)進行計算，并計算標準方差，根據(jù)RTI公司提供的技術(shù)資料表明，10 cm長的電離室可以測定CT掃描層厚為1cm以下的CTDI100值，并且讓X光束對準電離室的中心。在本文中，為了便于討論，非中心位置的計算值也認為是CTDI100值，結(jié)果，見圖1～4。圖中的（b）、（c）、（d）、（e）、（f）分別為中心點位、3點位、6點位、9點位、12點位CTDI100隨測試體模進床位移的變化關(guān)系，在圖中標出了標準差。

由圖1～4可見，每個點位在4個kV值的曲線形狀基本相似，而各個點位的曲線不具有對稱性，左邊（有診斷床一側(cè)，對應(yīng)移床距離為1～6 cm）數(shù)據(jù)點的值高于右邊（無診斷床一側(cè)）。其中，（c）、（d）、（e）、（f）圖，在外圍4個點位中，所有kV值下3點位曲線都較其余3個外圍點位平坦，且隨kV值增大，4個外圍點位的CTDI100曲線逐漸變得平坦；（a）圖的CTDI100值由高到低的大致順序為12點位>3點位（9點位）>6點>中心點位，在這5個點位中，出現(xiàn)劑量值最大點為（6±1）cm位移處，也就是輻射劑量計中心位置；（b）圖的中心點位的測量值均方差遠遠小于

4 分析與討論

由圖1～8可見，當Do=1cm時，測量值較在線束投影位置測量值相差無幾，而當Do=3 cm時，相差在15%以下。將圖8的各個點位在電離室中心偏移光束不同位置的CTDI100計算值與中心在光束內(nèi)的CTDI100值進行比較，其結(jié)果，見表1。由該表可以看出，當Do=1 cm時，誤差基本上在0%～5%，而當Do=3 cm，誤差<（5%～15%），當Do=5 cm時，誤差落在25%～75%范圍內(nèi)。

表1 120 kV下200 mAs時不同Do值對試驗結(jié)果的影響

分別將同一點位在同一掃描位置處的CTDI100分別按照固定mAs和kV條件作圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同一點位的同一Do處CTDI100值隨mAs和kV值大致上都呈線性增加。限于篇幅，本文僅給出Do為0～5cm時CTDI100與mAs和kV變化的關(guān)系圖，見圖9，其中，（a）圖，當Do=0時的線性最好，而Do=5 cm的線性最差；（b）圖，同樣，當Do=0時的線性最好，而Do=5 cm的線性最差?？梢婋S著Do值增大，CTDI100測量值的發(fā)散性增大，這也影響了CTDI100隨電壓和電流的變化關(guān)系。

對于上述試驗結(jié)果我們做以下的解釋：CT的光束為扇束，由于球管的焦點有一定的幾何尺寸，因此，CT束形成的光斑中既有本影區(qū)域也有半影區(qū)域，而在本影區(qū)域內(nèi)輻射劑量大，但在半影區(qū)域內(nèi)也有輻射劑量，見圖10。中心點處于體模的正中心，處于本影區(qū)域，而且由于四周為有機玻璃所包裹，過濾了大部分散射射線，使測量值的重復性較高且曲線光滑。四周4點在掃描的過程中會部分出于半影區(qū)域，而且受到散射射線的影響較大，因此測量值的均方差值顯著大于中心點。以圖8為例，當電離室中心偏移CT線束中心4 cm時，CTDI100的值降低不到25%，可見，在半影區(qū)域的輻射劑量也很可觀。

長桿電離室的內(nèi)芯為石墨管，中心為空腔，當電子束穿過石墨管使得內(nèi)部空氣產(chǎn)生電離并向電極加速運動產(chǎn)生電流，從而獲得檢測結(jié)果。由式(1)知，當光束照射到電離室的中心位置，在其以中心為對稱的±5 cm范圍的區(qū)域內(nèi)都接受X射線線束的輻射，所以儀器顯示的值也就是在10 cm距離上進行積分的結(jié)果。在本研究中，體模具有空間對稱性，且體模放置在掃描區(qū)域的中心，因此曲線的前半段（1～6 cm）和后半段（7～12 cm）應(yīng)該具有較好的對稱性。而本試驗卻表明：在不同kV值和mAs值下，各個點位在不同線束-電離室中心距測得的CTDI100值的對稱性較差，我們推測由CT發(fā)出的線束的兩個半影區(qū)域的線束量分布情況略有差異。

由圖1～8可知，6點位的各條曲線的CTDI100值略低于其他3個外圍點，12點位的CTDI100值最大。若CT體模是懸在空中不與床接觸，外圍4個點位點接受X射線輻射的機會應(yīng)該相等，我們認為這是受到了床體的影響，見圖11。由圖11可知，6點收到床的遮蔽影響最大，3點、9點次之，而12點最小。由于床的存在使得CTDI100在4個點位上的空間分布對稱性被打破。

此外，機架的旋轉(zhuǎn)角度對CTDI100測量也可能存在一定的影響，這將留在后續(xù)研究中做進一步的工作。

5 結(jié)論

通過上述研究可以看出：

（1）當偏移距離在1 cm時，誤差在0%～5%范圍內(nèi)，而當偏移距離為3 cm，誤差在5%～15%范圍內(nèi)，當偏移距離在5 cm時，誤差在25%～75%范圍內(nèi)。CTDI100測量結(jié)果對Do值敏感度較高，因此測量者在測量時應(yīng)保證線束應(yīng)與電離室中心刻度無偏離

（2）半影區(qū)的輻射劑量也很顯著，應(yīng)采取適當?shù)拇胧┮种瓢胗皡^(qū)域輻射劑量。

（3）散射線束使得周圍四點的測量值較中心點發(fā)散。

（4）由于體模放置在床上，因此周圍4個點位的空間對稱性被打破。

致謝

感謝中國計量科學研究院醫(yī)學電離所的李興東老師在試驗操作的指導和測試儀器予以的幫助；感謝首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院放射科的同仁們在CT使用上予以的幫助，也感謝北京交通大學生物工程系本科生李輝和成志霞兩位同學在試驗數(shù)據(jù)測定付出的艱辛工作。

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Effect of Offset Distance between X-Ray Beam and Ionization Chamber Center to CTDI100Radiation Dosage Measurement of Multi-Slice CT

ZHENG Hai-lianga, FENG Shu-lia, WANG Ren-guib, DUAN Yong-lib, YANG Leib, FU Yanb, ZHAO Junb
a. Medical Engineering Laboratory; b. Radiation Center, Beijing Shijitan Hospital Affiliated to Capital Medical University, Beijing 100038, China

Objective To explore the inf uence law of offset distance (Do) between ionization chamber center scale and X-ray beam plane of multi-slices CT to the CTDI100measurement result. Methods Head body mold(T6M164) and long pole ionization chamber, which meet IEC standards, are used to measure the CTDI100value of Philips Brilliance iCT 256 on axial scanning condition of different offset distance. Results When Do is 1cm, relevant deviation(Dr) is 0%～5%, when Do is 3cm, Dr is 5%～15%, and when Do is 5cm, Dr is 25%～75%. Conclusion The measurement result of CTDI100has greater sensitivity for Do, which means the operator should make sure no deviation exist between X-ray beam and ionization chamber center, besides, more attention should be paid to radiation dose in penumbra area. Scattering beam causes the measurement of CTDI100at 4 points around more discrete, effect of bed to measurement result shows that symmetry of CTDI100at 4 points outside the center reduces.

multi-slices CT; CT radiation dosage meter; CT dose index; penumbra area; relevant deviation

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.09.006

1674-1633(2012)09-0033-05

2012-05-03

2012-05-21

國家自然基金項目（11005119）；首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院院級課題（2011C-34）資助。

馮樹理，北京世紀壇醫(yī)院醫(yī)學工程室主任，碩士生導師。

通訊作者郵箱：shulifeng1@msn.com