頭頸部血管造影中采集野及附加濾過對受檢者輻射劑量影響的體模研究

孫士龍，龐思文，孟繁楊，周桂娟，李傳東，王玉麗，劉瑞宏*

(1.中日友好醫(yī)院放射科，北京 100029；2.吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射科，吉林 長春 130021；3.北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門醫(yī)院放射科，北京 100010)

頭頸部血管造影中采集野及附加濾過對受檢者輻射劑量影響的體模研究

孫士龍1，龐思文2，孟繁楊2，周桂娟3，李傳東1，王玉麗1，劉瑞宏1*

(1.中日友好醫(yī)院放射科，北京 100029；2.吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射科，吉林 長春 130021；3.北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門醫(yī)院放射科，北京 100010)

目的 探討頭頸部血管造影過程中采集野及附加濾過對受檢者輻射劑量的影響。方法 采用掃描仿真體模、熱釋光劑量計實測劑量，比較Philps Allura Xper FD20血管造影機(jī)的不同采集野(22、31、42、48 cm)及附加濾過 (0.1 mmCu+1 mmAl、0.4 mmCu+1 mmAl、0.9 mmCu+1 mmAl)組合下，2D-DSA及3D-DSA數(shù)據(jù)采集時的管電壓、管電流、累積劑量面積乘積(DAP)、空氣比釋動能(AK)及各采集點(diǎn)的劑量值；并在單次曝光模式下，調(diào)整不同的采集野及附加濾過組合，分別對矩形波測試卡攝影，采集單幅圖像，通過矩形波測試卡圖像，探討采集野及附加濾過與空間分辨率的相關(guān)性。結(jié)果 3D-DSA數(shù)據(jù)采集時采集野22 cm，附加濾過0.1 mmCu+1 mmAl時，AK為103.90 mGy，垂體的吸收劑量為(13.48±0.12)mGy，枕骨入射皮膚劑量為(134.76±0.55)mGy，均為最大值；采集野48 cm，附加濾過0.9 mmCu+1 mmAl時，AK為15.00 mGy，垂體的吸收劑量為(4.66±0.06)mGy，枕骨入射皮膚劑量為(21.30±0.26)mGy，均為最小值。3D-DSA數(shù)據(jù)采集時采集野為48 cm，附加濾過為0.9 mmCu+1 mmAl和0.1 mmCu+1 mmAl時，矩形波測試卡顯示值最低，為1.2 Lp/mm；采集野為22 cm，附加濾過為0.4 mmCu+1 mmAl時，矩形波測試卡顯示值最高，為 3.1 Lp/mm。結(jié)論 采用適中的采集野、適當(dāng)增加附加濾過厚度，在保證圖像空間分辨率的同時，可降低受檢者輻射劑量。

血管造影術(shù)，數(shù)字減影；采集野；附加濾過；輻射劑量

圖1 仿真體模的頭頸部段正面觀 圖2 仿真體模的頭頸部橫斷面觀

DSA具有較高空間分辨率，不僅可清晰顯示頭頸部動脈狹窄或動脈瘤的部位，還可動態(tài)反映供血動脈血流動力學(xué)變化以及側(cè)支循環(huán)的代償情況，是目前公認(rèn)的診斷顱內(nèi)及頸部血管疾病的“金標(biāo)準(zhǔn)”[1]。但高輻射劑量是DSA的最大缺點(diǎn)。為了進(jìn)一步降低臨床工作中受檢者所受輻射劑量，本研究調(diào)整了常規(guī)DSA的采集野及附加濾過，觀察體模所受輻射劑量的變化，并將其與三維DSA (3D-DSA )所受的輻射劑量進(jìn)行對比，現(xiàn)報道如下。

1 材料與方法

1.1體模 采用美國仿真體模男性ART(Alderson Radiation Therapy phantom)模型的頭頸部段，該段分為0～10層，層厚2.5 cm，每層留有數(shù)量不同、安放LiF片的陣列圓孔(圖1、2)。

1.2儀器 采用Philips Allura Xper FD20血管造影機(jī)，自動曝光控制，固有濾過2.5 mmAl，30 cm×40 cm可90°旋轉(zhuǎn)非晶硅平板探測器，配有IEC標(biāo)準(zhǔn)的透過電離室型劑量測量系統(tǒng)(area exposure product， AEP)，可記錄透視條件、攝影條件、采集幀數(shù)、累積劑量面積乘積(dose area product， DAP)和入射參考點(diǎn)的空氣比釋動能(air kerma， AK)。

1.3劑量測量材料 熱釋光劑量計的探測元件選用圓片狀LiF(MgCuP)片，該材料的能量響應(yīng)好、靈敏度高、劑量線性范圍寬，探測靈敏度分散性<3%。

1.4方法 試驗開始前，先邀請Philips工程師，對設(shè)備進(jìn)行管電壓、管電流、球管X線輸出量的校準(zhǔn)、入射劑量率限值的校正及采集野范圍內(nèi)密度均勻性測試。

1.4.1安裝LiF片 在左、右眼晶體中心位和腦垂體中心位預(yù)留孔中放入5片LiF片，用以測量器官吸收劑量。為測量入射皮膚劑量，正側(cè)位采集時在第4層上緣枕骨隆起中心位置體表處貼上裝有5片LiF片的聚乙烯自封袋，使LiF片盡可能準(zhǔn)確到位且不互相重疊。劑量測量時取其5片平均值，確保測量值的精確。

1.4.2采集野、附加濾過與輻射劑量相關(guān)性試驗 將放入LiF片的體模置于檢查床上，調(diào)整不同的采集野及附加濾過組合，行常規(guī)正側(cè)位DSA(2D-DSA)及3D-DSA數(shù)據(jù)采集。2D-DSA單次采集曝光時間為11 s，攝影距離為90 cm；3D-DSA采用Neuro 3D Prop Scan旋轉(zhuǎn)模式，曝光時間為4.1 s，攝影距離為120 cm。采集過程中,記錄相應(yīng)的管電壓、管電流、DAP及AK值。按順序取出LiF片，每組采集結(jié)束后，送至專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)測量。

1.4.3采集野、附加濾過與空間分辨率的相關(guān)性試驗 將矩形波測試卡水平旋轉(zhuǎn)45°置于18 cm厚的樹脂板上，置于檢查床照射野中心，采用單次曝光(Single shot Exposure)模式，調(diào)整采集野及附加濾過不同組合,對矩形波測試卡攝影。2名經(jīng)驗豐富的放射科主任醫(yī)師、1名副主任技師及1名高級工程師共同分析獲得的圖像，評價采集野和附加濾過對空間分辨率的影響。

1.5統(tǒng)計學(xué)分析 采用SAS 9.13統(tǒng)計分析軟件，對測得的輻射劑量進(jìn)行分析，并對所有變量條件下的2D及3D器官輻射劑量進(jìn)行比較。采用Pearson相關(guān)分析評價DAP、AK參數(shù)與各點(diǎn)器官劑量的相關(guān)性。視方差是否齊性，采用t/t'檢驗比較2D-DSA、3D-DSA采集時不同部位器官輻射劑量的差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1采集野、附加濾過與輻射劑量相關(guān)性 當(dāng)采集野大小不變時，2D-DSA和3D-DSA采集的DAP、AK及各組織器官輻射劑量隨附加濾過厚度增加而相應(yīng)降低；當(dāng)附加濾過不變時，AK隨采集野減小而增加，DAP不隨采集野發(fā)生線性改變(表1、2)。

表1 2D-DSA采集時不同采集野及附加濾過組合的輻射劑量

采集野(cm)附加濾過(mmCu+1mmAl)管電壓(kV)管電流(mAs)DAP(mGy·cm2)AK(mGy)左晶體(n=5，mGy)右晶體(n=5，mGy)垂體(n=5，mGy)220．183～97153～263310330．710．83±0．080．87±0．063．79±0．060．486～108182～282202020．340．76±0．070．87±0．063．76±0．060．992～121213～251142814．640．69±0．030．69±0．072．98±0．05310．183～95153～269545627．451．75±0．042．20±0．044．38±0．050．486～103182～255354818．331．73±0．032．17±0．033．83±0．050．992～113221～245247012．731．16±0．081．16±0．093．25±0．05420．182～91120～222742224．642．64±0．084．18±0．073．50±0．070．485172466413．772．51±0．042．97±0．072．60±0．070．989～100202～26336328．511．84±0．082．33±0．072．42±0．05480．179～91141～142811018．923．36±0．083．91±0．093．95±0．050．484～93163～252495811．762．19±0．082．58±0．062．87±0．050．980～97124～26832597．641．90±0．082．30±0．062．54±0．04

表2 3D-DSA采集時不同采集野及附加濾過組合的輻射劑量

采集野(cm)附加濾過(mmCu+1mmAl)管電壓(kV)管電流(mAs)DAP(mGy·cm2)AK(mGy)左晶體(n=5，mGy)右晶體(n=5，mGy)垂體(n=5，mGy)枕骨(n=5，mGy)220．18018～10518733103．903．29±0．024．96±0．0613．48±0．12134．76±0．550．48331～1351228268．892．23±0．063．56±0．0512．30±0．04100．66±0．590．980～8966～126763441．801．98±0．042．46±0．0610．40±0．0453．57±0．30310．18015～611995369．402．79±0．024．95±0．089．94±0．0888．22±0．840．48023～971292644．862．50±0．053．89±0．039．15±0．0467．07±0．840．982136961332．121．98±0．062．98±0．088．43±0．0444．79±0．84420．18012～401920448．143．74±0．1213．80±0．078．34±0．0562．51±0．700．48020～711419735．343．61±0．0810．30±0．087．91±0．0452．04±0．730．9801311095129．542．79±0．087．08±0．077．78±0．0339．38±0．71480．1809～251566532．943．71±0．0910．30±0．085．96±0．0639．96±0．770．48013～441130523．302．62±0．086．79±0．055．54±0．0535．54±0．550．98080720115．001．97±0．0633．67±0．084．66±0．0621．30±0．26

2.2不同采集野及附加濾過組合下空間分辨率的評估結(jié)果 采集野為48 cm，附加濾過為0.9 mmCu+1 mmAl和0.1 mmCu+1 mmAl時，矩形波測試卡顯示值最低，為1.2 Lp/mm；采集野為22 cm，附加濾過為0.4 mmCu+1 mmAl時，矩形波測試卡顯示值最高，為3.1 Lp/mm(表3)。

表3 不同采集野及附加濾過組合下空間分辨率的評估結(jié)果

附加濾過采集野組合(cm)矩形波測試卡顯示值(Lp/mm)矩形波測試卡中間線是否清晰顯示且連續(xù)0．9mmCu+1mmAl481．2是421．6是312．0是222．8是0．4mmCu+1mmAl481．4是421．8是312．2是223．1是0．1mmCu+1mmAl481．2是421．4是312．0是222．8是

2.3DAP、AK與各器官接受輻射劑量的相關(guān)性 DAP與垂體(r=0.766,P<0.01)、左側(cè)晶狀體(r=0.684,P<0.01)、右側(cè)晶狀體(r=0.727,P<0.01)及枕骨入射皮膚 (r=0.609,P=0.036) 所接受的輻射劑量呈正相關(guān);AK與垂體(r=0.894,P<0.01)及枕骨入射皮膚 (r=0.991,P<0.01) 所接受的輻射劑量呈正相關(guān)，而與左側(cè)晶狀體(r=0.253,P=0.234)和右側(cè)晶狀體(r=0.249,P=0.242)所接受的輻射劑量無相關(guān)性。

2.42D-DSA與3D-DSA采集時器官接受輻射劑量的比較 垂體、左側(cè)晶狀體和右側(cè)晶狀體在2D-DSA采集時輻射劑量均大于3D-DSA采集時的輻射劑量(P均<0.01，表4)。

表4 2D-DSA和3D-DSA采集時各部位的器官輻射劑量(mGy,±s,n=12)

方法腦垂體左晶狀體右晶狀體2D?DSA8．65±2．612．77±0．686．23±3．553D?DSA3．32±0．641．78±0．822．19±1．15t/t′值6．853．203．76P值<0．01<0．01<0．01

3 討論

最高皮膚劑量(peak skin dose， PSD)是介入放射學(xué)操作中患者所有部位的皮膚劑量最大值，是評價確定性效應(yīng)較好的指標(biāo)，但因測量復(fù)雜，目前尚無實時測量PSD的方法?；颊呷肷鋮⒖键c(diǎn)的空氣比釋動能(air kerma， AK)可用于PSD的估算。DAP是X射線束橫截面積與該橫截面上的平均AK乘積，單位為Gy·cm2，可作為射線束給予患者總能量的替代測量，作為評估隨機(jī)性效應(yīng)危險的一個良好指標(biāo)，可結(jié)合使用有效劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)推導(dǎo)有效劑量[2-5]。

3.1采集野對受檢者輻射劑量的影響 選擇采集野是血管造影中常用的操作，常規(guī)造影、局部放大造影及血管全程顯示應(yīng)選擇不同的采集野。本研究顯示隨著采集野變大，AK明顯降低，垂體吸收劑量降低，枕骨皮膚入射劑量降低。采集野越大，覆蓋頭顱的范圍就越大，到達(dá)探測器的輻射強(qiáng)度越大，此時電離室電流增大，曝光時間縮短，管電流減低，受檢者輻射劑量減低。垂體位于顱腦中心位置，造影采集時處于各采集野內(nèi)，因此垂體的吸收劑量變化幅度較小。正位采集時，晶狀體在各采集野內(nèi)，側(cè)位及3D-DSA采集時，可能會處于小采集野外，因此晶狀體的吸收劑量在大采集野時增大。側(cè)位采集時，右側(cè)晶狀體離球管更近，右側(cè)晶狀體的吸收劑量明顯大于左側(cè)晶狀體。但3D-DSA采集時，球管繞頭顱旋轉(zhuǎn)，雙側(cè)晶狀體吸收劑量相差不大。正位采集時，枕骨均在采集野范圍內(nèi)；側(cè)位采集時，枕骨不在小采集野范圍內(nèi)，因此枕骨入射皮膚劑量也在大采集野時更大。

3.2附加濾過對輻射劑量的影響 附加濾過板改變了X線譜的形狀，選擇性地吸收了X射線束中的低能光子，進(jìn)入人體的光子能量增加，發(fā)生光電效應(yīng)的概率降低，X射線透過的比率增加，組織吸收劑量降低。本研究顯示，隨著附加濾過增加， DAP、AK、垂體、晶狀體的吸收劑量明顯降低。枕骨及第4頸椎在采集野范圍內(nèi)時，隨著附加濾過增加，枕骨及第4頸椎處的皮膚入射劑量也明顯減低。本結(jié)果與研究[6]報道一致。

3.3采集野和附加濾過對空間分辨率的影響 數(shù)字成像空間分辨率的主要影響因素是矩陣和像素。本研究顯示，附加濾過相同時，采集野越大，空間分辨率越低。在矩陣不變的前提下，采集野越大，像素越大，空間分辨率越低；采集野相同時，適當(dāng)?shù)母郊訛V過會增加空間分辨率。在DSA成像過程中，噪聲限制了空間分辨率[7-8]。DSA圖像的噪聲主要包括X射線的量子噪聲、視頻攝像機(jī)的噪聲、模擬存儲器件的噪聲及散射線引起的噪聲[9]。附加濾過可有效濾除低能射線，減少散射線，從而降低散射線噪聲，提高空間分辨率。但過大的附加濾過同時吸收了一部分用于成像的原發(fā)射線，導(dǎo)致成像板獲得的X線光子數(shù)目相對減少，產(chǎn)生量子噪聲，使得空間分辨率下降。本研究結(jié)果表明，在采集野為22 cm，附加濾過為0.4 mmCu+1 mmAl時，圖像的空間分辨率最高。

3.42D-DSA與3D-DSA的攝影參數(shù)及輻射劑量比較 本研究顯示3D-DSA采集時的DAP僅為常規(guī)采集的32%，AK為常規(guī)采集的39%。3D-DSA采集需2次旋轉(zhuǎn)曝光，單次曝光時間為4.1 s，總曝光時間小于正側(cè)位單次采集，因此3D-DSA采集的輻射劑量更低。李海波等[10]認(rèn)為單次旋轉(zhuǎn)DSA的吸收劑量是常規(guī)DSA的25%左右，與本研究結(jié)果相近。

本研究結(jié)果顯示采集野越大，采集野范圍內(nèi)的組織吸收劑量越小，但輻射到的組織器官越多，受檢者整體所受的輻射損害越大，同時圖像的空間分辨率也越低；附加濾過越大，采集野范圍內(nèi)的組織器官輻射劑量越小，但過大和過小的附加濾過均會降低圖像空間分辨率。體模試驗無法采集血管影像，下一步將進(jìn)行臨床試驗，優(yōu)化采集野及附加濾過組合，在滿足臨床診斷及治療需求的前提下，進(jìn)一步降低受檢者的輻射劑量。

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Impact on examinees dose with collection field and additional filtration in angiography of head and neck: Phantom study

SUNShilong1，PANGSiwen2，MENGFanyang2，ZHOUGuijuan3，LIChuandong1，WANGYuli1,LIURuihong1*

(1.DepartmentofRadiologhy,China-JapanFriendshipHospital,Beijing100029,China; 2.DepartmentofRadiologhy,JilinUniversityFirstHospital,Changchun130021,China; 3.DepartmentofRadiologhy,DongzhimenHospital,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100010,China)

Objective To investigate the impact on examinees dose with additional filtration and collection field in head and neck angiography. Methods Values of tube voltage, tube current, dose area product (DAP), air kerma (AK) and radiation dose in each collection point with normal and three dimensional DSA model were collected and compared. All the data were measured in different combination of collection field (22, 31, 42, 48 cm)and additional filtration (0.1 mmCu+1 mmAl, 0.4 mmCu+1 mmAl, 0.9 mmCu+1 mmAl) with scanning simulation model of Philps Allura Xper FD20 angiography machine. In a single exposure mode, the different gathering wild and additional filtration combination were adjusted respectively to the line to the photography, single image was collected, through the rectangular wave test card image, and the correlation of gathering wild and additional filtration with spatial resolution were discussed. Results In 3D-DSA scanning with 22 cm collecting wild and 0.1 mmCu+1 mmAl additional filtration, the corresponding AK value and pituitary absorbed dose were 103.90 mGy and (13.48±0.12)mGy respectively, the entrance surface dose was (134.76±0.55)mGy, both were maximum value; 48 cm collecting wild and 0.9 mmCu+1 mmAl additional filtration, the corresponding AK value and pituitary absorbed dose were 15.00 mGy and (4.66±0.06)mGy respectively, the entrance surface dose was (21.30±0.26) mGy, both were minimum value. In 3D-DSA scanning with 48 cm collecting wild, 0.9 mmCu+1 mmAl or 0.1 mmCu+1 mmAl additional filtration, rectangular wave test card display value showed the lowest value 1.2 Lp/mm, with 22 cm collecting wild, 0.4 mmCu+1 mmAl, rectangular wave test card display value showed the highest value 3.1 Lp/mm. Conclusion This experiment showed that the moderate gathering wild and proper thickness of additional filtration would reduce the radiation dose while the space resolution of images was guaranteed.

Angiography, digital subtraction； Collection field； Additional filtration； Radiation dosage

中日友好醫(yī)院2013年院級科研基金(2013-MS-38)。

孫士龍(1985—)，男，山東費(fèi)縣人，本科，主管技師。研究方向：放射防護(hù)以及醫(yī)學(xué)影像新技術(shù)臨床應(yīng)用。E-mail： dalongsun@126.com

劉瑞宏，中日友好醫(yī)院放射科，100029。E-mail： liu_ruihong@163.com

2016-05-10

2016-09-09

R814.4; R144.1

A

1672-8475(2016)12-0767-05

10.13929/j.1672-8475.2016.12.013