兒童全身18F-FDG PET/CT 有效劑量的臨床研究

龐春蘭，關(guān)邵翔，楊小春，肖子正，林曉平

（華南腫瘤學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室//中山大學(xué)腫瘤防治中心核醫(yī)學(xué)科，廣東廣州 510060）

PET/CT 是將PET 功能成像與CT 解剖影像進(jìn)行同機(jī)融合，在明確腫瘤分期、指導(dǎo)治療方案的制訂、評(píng)估療效等方面臨床價(jià)值凸顯，因而在兒童腫瘤的無(wú)創(chuàng)評(píng)估和監(jiān)測(cè)中PET/CT 也越來(lái)越重要［1］。氟-18-脫氧葡萄糖（18F-FDG）是目前PET顯像最常用的放射性藥物［2］。隨著18F-FDG PET/CT 檢查的推廣，由檢查給患者帶來(lái)的電離輻射也倍受關(guān)注。由于兒童的細(xì)胞分裂速度快、對(duì)射線更敏感且生命周期相對(duì)長(zhǎng)，因此電離輻射潛在的致癌作用更容易體現(xiàn)［3］。目前對(duì)有效劑量（effective dose，ED）的估算及優(yōu)化、輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究大多針對(duì)成人［4］，對(duì)兒童全身18F-FDG PET/CT 檢查接受的有效劑量的研究較少。另外，患兒的生理特點(diǎn)及狀態(tài)與成人不同，更不能單純依靠人體模型進(jìn)行測(cè)算，必須在真實(shí)世界中獲得并分析數(shù)據(jù)，才能為相關(guān)決策及指南的制定提供可靠依據(jù)。本文擬對(duì)我科行18FFDG PET/CT 檢查的患兒進(jìn)行回顧性研究，評(píng)估及分析患兒行單次全身18F-FDG PET/CT 檢查受到的有效劑量并分析其影響因素。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

2019 年7 月至2020 年4 月中山大學(xué)腫瘤防治中心因腫瘤分期、療效評(píng)估或可疑復(fù)發(fā)等需進(jìn)行全身18F-FDG PET/CT 檢查的兒童患者。本研究已通過(guò)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批并嚴(yán)格遵守《赫爾辛基宣言》的相關(guān)原則。本研究取得患兒監(jiān)護(hù)人知情同意。

1.2 顯像前準(zhǔn)備

受檢兒童檢查前禁食6 h以上。常規(guī)測(cè)量患者身高、體質(zhì)量及空腹血糖，血糖水平＜11.1 mmol/L。按3.7 MBq/kg 的劑量靜脈注射18F-FDG（廣州原子高科公司提供），注射后將患兒置于安靜、避光的休息室靜臥約1 h 后即行全身PET/CT 檢查。檢查前囑咐患者多飲水充盈胃腔，排空尿液以降低膀胱內(nèi)放射性藥物對(duì)周圍臟器診斷的干擾。對(duì)于無(wú)法配合的患兒予以常規(guī)口服鎮(zhèn)靜劑（如水合氯醛），確保檢查過(guò)程保持體位不變。

1.3 顯像方法

顯像設(shè)備為西門子公司型號(hào)為Biograph mCT的PET/CT 顯像儀，先采集CT 正側(cè)位定位片，然后采用管電壓為100 kV、螺距為0.8、球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.5 s、層厚為3 mm、FOV 為500 mm、參考管電流為300 mAs 的自動(dòng)管電流調(diào)制（automatic tube current modulation，ATCM）技術(shù)進(jìn)行平掃。CT 掃描完成后即刻進(jìn)行PET 采集，每個(gè)床位采集時(shí)間為1.5 min，用CT 數(shù)據(jù)對(duì)PET 圖像進(jìn)行衰減校正并采用ultra HD 濾波反投影法重建PET 圖像然后與CT 圖像進(jìn)行融合，必要時(shí)加做局部CT（如肺部薄層掃描、頭部CT 掃描）。加做的頭部CT 掃描參數(shù)為：管電壓為100 kV，管電流為130～200 mAs；加做的肺部CT掃描參數(shù)為：管電壓為100 kV，管電流為120 mAs。掃描范圍為顱頂至股骨中段。

1.4 兒童受檢者全身PET/CT 所致輻射的有效劑量計(jì)算

1.4.1 CT 所致輻射的有效劑量計(jì)算 當(dāng)掃描條件相同時(shí)，受檢者所受的CT 有效劑量直接由Z 軸的掃描長(zhǎng)度決定。由于人體的不同部位對(duì)輻射的敏感性不同，因此權(quán)重系數(shù)k也不同，計(jì)算算式如下［5］：

算式（1）中，k為權(quán)重因子［單位：mSv/（mGy·cm）］，與年齡和部位相關(guān)，見(jiàn)表1；CTDIVOL（單位mGy）表示多排螺旋CT 掃描的容積CT 劑量指數(shù)（computed tomography dose index）；L表示人體不同部位沿Z 軸的掃描長(zhǎng)度；DLP（單位mGy·cm）表示劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product），DLP＝CTDIVOL·L（在PET/CT設(shè)備上直接讀取）。

表1 不同年齡段兒童身體各部位CT有效劑量權(quán)重因子k［5］Table 1 CT effective dose weighting factor k for each part of the body of children at different ages［mSv/（mGy·cm）］

1.4.2 PET 所致輻射的有效劑量估算 PET/CT 檢查中PET 所致輻射的有效劑量用注入患者體內(nèi)的18F-FDG 活度與有效劑量的轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行估算，計(jì)算算式［6］：

算式（2）中，EDPET為PET所致的輻射 劑 量（mSv）；A為注入患者體內(nèi)放射性藥物18F-FDG的活度（MBq）；WFDG為不同年齡段的活度與有效劑量換算系數(shù)（mSv/MBq），可通過(guò)表2獲得。

表2 不同年齡段兒童18F-FDG有效劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)WFDG［6］Table 2 18F-FDG effective dose conversion coefficients WFDGfor children at different ages［mSv/MBq］

1.4.3 兒童放射性藥物18F-FDG 的給藥方案 兒童放射性藥物18F-FDG 的給藥方案主要參考傳統(tǒng)的體質(zhì)量基準(zhǔn)算式、韋伯斯特（Webster）算式和體表面積（BSA）算式［8］，后來(lái)相繼推出了歐洲核醫(yī)學(xué)會(huì)兒童活度卡（EANM）［9］及北美共識(shí)指南（NACG）［8］，本研究是根據(jù)NACG 按3.7 MBq/kg 給藥。

1.4.4 PET/CT 所致輻射的總有效劑量計(jì)算 PET/CT 檢查所致的總有效劑量（EDTOTAL）等于CT 有效劑量和18F-FDG 輻射的有效劑量相加，即：EDTOTAL=EDCT+EDPET。

1.5 小兒BSA計(jì)算方法

體質(zhì)量≤30 kg小兒BSA計(jì)算算式：

體質(zhì)量＞30 kg小兒BSA計(jì)算算式：

In formula 3 and 4，the unit of BSA and weight are m2and kg，respectively.

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用軟件SPSS 20.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。定量資料先進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的定量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，不符合正態(tài)分布的資料用中位數(shù)和四分位數(shù)表示。對(duì)兒童單次PET/CT 掃描的PET與全身CT 有效劑量之和（EDPET+WBCT）、全身CT 的平均有效劑量（EDWBCT）及EDPET用One way-ANOVA 進(jìn)行分析。三個(gè)不同年齡段的DLP值用Kruskal WallisH檢驗(yàn)進(jìn)行比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義時(shí)采用Bonferroni 法進(jìn)行組間兩兩比較。再按身高及BSA的中位數(shù)對(duì)EDPET+WBCT進(jìn)行分組，用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患兒一般情況

共50 例，淋巴瘤22 例，肉瘤10 瘤，神經(jīng)母細(xì)胞瘤7 例，腎母細(xì)胞瘤2 瘤，梭形細(xì)胞腫瘤2 例，其他腫瘤7 例。其中男34 例女16 例，年齡為（1～13）歲（圖1），平均年齡為（7.6±3.2）歲。體質(zhì)量為（10～48）kg，平均體質(zhì)量為（24.4±9.2）kg，身高為（78～163）cm，平均身高為（124.0±19.5）cm。

2.2 有效劑量整體分析

圖1 單次18F-FDG PET/CT 掃描不同年齡段分布Fig.1 Distribution of different age groups in a single 18FFDG PET/CT scan

50 例受檢患兒中有41 例（占82%）因手臂偽影或呼吸偽影需加做局部診斷CT，其中8例僅加做屏氣肺薄層掃描，37 例僅加做頭部CT 掃描，4 例同時(shí)加做屏氣肺薄層及頭部CT 掃描。受檢者行一次18F-FDG PET/CT 檢查的平均總有效劑量為（9.37±2.21）mSv，其中EDPET和EDCT分別為（4.49±0.96）mSv 和（4.88±1.63）mSv，占總有效劑量的48%及52%。CT 掃描的有效劑量中，EDWBCT和加做局部診斷CT（頭部及肺部CT）的平均有效劑量分別為（3.26±1.05）mSv 和（1.62±0.48）mSv，各占總CT 有效劑量的67%和33%。全身CT掃描產(chǎn)生的頭頸部及盆腔的有效劑量為（0.39±0.21）mSv 及（0.94±0.39）mSv。本研究的50 例患兒皆采用ATCM 技術(shù)進(jìn)行CT 采集，PET/CT 圖像質(zhì)量均符合診斷要求（圖2）。

圖2 淋巴瘤患兒18F-FDG PET/CT 圖像Fig.2 18F-FDG PET/CT images with pediatric lymphoma

2.3 年齡分組分析

如表3所示，不同年齡段的DLP（CT部分）不符合正態(tài)分布且方差不齊，采用Kruskal WallisH檢驗(yàn)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（H＝17.191，P＜0.001）。組間比較采用Bonferroni 法，1～4 歲和5～9 歲組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.006），1～4 歲和10～13 歲組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.000），5～9 歲和10～13 歲組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.321）。3 個(gè)年齡段兒童的EDPET+WBCT、EDPET、EDCT均符合正態(tài)分布且滿足方差齊性，用One way-ANOVA 進(jìn)行分析，EDPET+WBCT差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F＝0.765，P＝0.471），EDPET差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F＝0.788，P＝0.460），EDWBCT差異也無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F＝0.682，P＝0.510）。

表3 50例兒童全身18F-FDG PET/CT 不同年齡段的有效劑量分析Table 3 Analysis of effective dose of 50 children with 18F-FDG PET/CT in different age ［M（P25～P75），（）］

表3 50例兒童全身18F-FDG PET/CT 不同年齡段的有效劑量分析Table 3 Analysis of effective dose of 50 children with 18F-FDG PET/CT in different age ［M（P25～P75），（）］

圖3 不同年齡段兒童全身18F-FDG PET/CT 的EDPET+WBCTFig.3 The EDPET+WBCTof pediatric whole-body 18F-FDG PET/CT by different ages

2.4 有效劑量分組分析

表4按受檢者身高的中位數(shù)（127.5 cm）分成高矮兩組，兩組的EDPET+WBCT符合正態(tài)分布，用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，身高≤127.5 cm 組的兒童平均EDPET+WBCT為（7.61±1.79）mSv，身高＞127.5 cm 組的兒童平均EDPET+WBCT為（7.89±1.88）mSv，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝-0.545，P＞0.05）。按BSA的中位數(shù)（0.94）分成兩組，兩組的EDPET+WBCT符合正態(tài)分布，用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，小BSA組的EDPET+WBCT為（7.25±1.84）mSv，大BSA組的EDPET+WBCT為（8.34±1.69）mSv，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝-2.191，P＜0.05；表4）。

表4 不同分組兒童PET/CT掃描的EDPET+WBCT比較Table 4 Comparison of EDPET+WBCT on PET/CT scan of children in different groups ()

表4 不同分組兒童PET/CT掃描的EDPET+WBCT比較Table 4 Comparison of EDPET+WBCT on PET/CT scan of children in different groups ()

1）P＜0.05；Height and BSA according to the median of the sample

2.5 與其他類似研究比較

表5 所列近幾年類似的研究中，兒童全身18FFDG PET/CT 檢查的EDTOTAL為10.99～13.84 mSv，本研究計(jì)算的結(jié)果是9.37 mSv，EDCT與使用ATCM 技術(shù)的報(bào)道相接近，而EDPET為類似報(bào)道的64%～81%。

表5 兒童18F-FDG全身PET/CT檢查有效劑量的研究比較Table 5 Comparison of studies in effective dose of pediatric 18F-FDG whole-body PET/CT ［（）（min，max）］

表5 兒童18F-FDG全身PET/CT檢查有效劑量的研究比較Table 5 Comparison of studies in effective dose of pediatric 18F-FDG whole-body PET/CT ［（）（min，max）］

3 討論

目前兒童PET/CT 檢查已成為一種重要的腫瘤影像手段。由于放射性檢查所造成輻射的有效劑量與潛在的放射性損傷直接相關(guān)，本研究通過(guò)收集并分析真實(shí)世界的數(shù)據(jù)，以期為相關(guān)決策及指南制定提供參考依據(jù)。

本研究有41例（82%）患兒接受了額外的CT掃描。同類文獻(xiàn)中，Li 等［4］的研究需加做CT 掃描的占93%，而Quinn 等［14］在紐約的一家醫(yī)療中心統(tǒng)計(jì)的結(jié)果是54%。本研究加做的局部CT 掃描主要包括兩種：8例（16%）患兒做了肺屏氣薄層掃描、37例（74%）患兒進(jìn)行頭部CT 掃描，前者皆是肺部有病灶而后者是因?yàn)轭^部位置改變或有偽影干擾診斷。本研究加做的CT 掃描增加的有效劑量占總劑量17%，低于Li等［4］研究統(tǒng)計(jì)的42%。

EDPET+WBCT在亞組分析中提示，BSA小的兒童接受的有效劑量較低。因此對(duì)BSA較大的兒童可通過(guò)適當(dāng)減少18F-FDG 注射劑量而延長(zhǎng)PET 圖像采集時(shí)間來(lái)減少PET產(chǎn)生的有效劑量，對(duì)無(wú)法配合的患兒予以常規(guī)口服鎮(zhèn)靜劑（如水合氯醛），確保圖像質(zhì)量的同時(shí)避免因身體移動(dòng)造成的重掃［15］。不同年齡段兒童的EDPET+WBCT、EDPET、EDWBCT亞組分析均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能與低齡兒童雖然身材矮小但劑量權(quán)重因子相對(duì)大相關(guān)。

CT 部分的有效劑量根據(jù)算式（1）通過(guò)機(jī)器讀取的DLP值來(lái)計(jì)算，1～4 歲的低齡組DLP值比另外兩高齡組的低，與低齡組的身高相對(duì)矮（CT 軸向掃描范圍短）且通常低齡兒童身材相對(duì)瘦小以及用自動(dòng)管電流掃描時(shí)mAs 相對(duì)低相關(guān)。越來(lái)越多的文獻(xiàn)反映，成人18F-FDG 全身PET/CT 檢查過(guò)程中輻射劑量大部分來(lái)源于CT［16-17］，而兒科CT 輻射的劑量問(wèn)題在十多年前已經(jīng)引起了充分的關(guān)注且在保證圖像質(zhì)量的情況下劑量得到了顯著降低，甚至低于PET 部分劑量［10］，表5 可以體現(xiàn)。盡管如此，目前指南仍然缺少對(duì)CT部分掃描方案一致的推薦意見(jiàn)，包括掃描參數(shù)、PET/CT 掃描間隔、數(shù)量和區(qū)間頻率等［18］。PET 方面，據(jù)北美在美國(guó)的調(diào)查，不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)兒童每公斤體質(zhì)量的給藥活度相差3 倍甚至更多［8］。說(shuō)明不同機(jī)構(gòu)的兒科PET/CT 檢查由放射性藥物輻射的有效劑量差異較大。

兒童的生理和解剖有異于成人且嬰幼兒生長(zhǎng)發(fā)育期間的藥代動(dòng)力學(xué)也和成人不同，兒科核醫(yī)學(xué)檢查使用的放射性藥物劑量應(yīng)滿足檢查所需的最低劑量，劑量過(guò)高會(huì)造成不必要的輻射還可能影響圖像質(zhì)量，劑量過(guò)低則可能因采集信息過(guò)少而得不到理想的圖像［19］。根據(jù)2010 年北美兒童放射性藥物注射劑量指南［8］，兒童基于體質(zhì)量的18F-FDG 注射活度推薦值為3.7～5.2 MBq/kg，表5 的研究中，放射性藥物皆是基于體質(zhì)量給藥，為3.7～5.92 MBq/kg，本研究中18F-FDG 的注射活度為3.7 MBq/kg，屬于指南建議的最低給藥活度。每床位采集時(shí)間為1.5 min，得到的PET 圖像滿足臨床需要（圖2）。根據(jù)北美以及歐洲核醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)指南［20-21］，18FFDG 對(duì)應(yīng)的有效劑量一般為5.2～7.4 mSv，本研究得出的結(jié)果是4.62 mSv，處于較低水平劑量，該差異可能與掃描設(shè)備的更新?lián)Q代相關(guān)。

本研究主要存在的不足之處包括：一是本研究為回顧性研究且未與低劑量CT 掃描對(duì)比，以后擬開(kāi)展不同掃描方法比較有效劑量及圖像質(zhì)量的前瞻性研究；二是因缺乏兒童體模及計(jì)算軟件，未能計(jì)算受檢者器官的有效劑量；三是僅估算了兒童單次PET/CT 掃描的有效劑量而并未統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)多次檢查累積的有效劑量。目前，隨著科技進(jìn)步及大眾防癌意識(shí)的提高，許多癌癥患者（尤其是早期患者）的總體生存期明顯延長(zhǎng)，包括兒童腫瘤患者［22］，這些患者在整個(gè)腫瘤診療過(guò)程中可能根據(jù)病情需要做多次PET/CT 掃描，累積劑量對(duì)患兒長(zhǎng)期生存的影響也需要進(jìn)行研究。

近幾年，分子影像新儀器的誕生除了提升圖像質(zhì)量也給受檢者的輻射劑量?jī)?yōu)化帶來(lái)新的曙光。PET/MRI 作為一種新興的核醫(yī)學(xué)設(shè)備，無(wú)CT 造成的電離輻射且在軟組織分辨率上有優(yōu)勢(shì)，對(duì)兒童腫瘤患者來(lái)說(shuō)，根據(jù)病情個(gè)性化選擇PET/MR 取代PET/CT 檢查，有助于降低有效劑量［23］。另一方面，新的PET/CT 的設(shè)備可以大幅度提高信號(hào)采集效率［24］，減少放射性藥物的注射活度可以直接降低PET 部分的有效劑量，縮短采集時(shí)間還能減少額外CT 掃描（如自然呼吸引起的運(yùn)動(dòng)偽影影響診斷），從而最大限度降低CT部分的有效劑量。一些新研發(fā)PET/CT 甚至只需患者注射9.25 MBq 的18F-FDG進(jìn)行全身PET/CT 掃描，圖像質(zhì)量便可以媲美注射370 MBq18F-FDG 的其他設(shè)備，并使PET 產(chǎn)生的有效劑量小于0.2 mSv［25］。另外，隨著融合顯像研究的開(kāi)展，PET/CT 多序列采集方案也為降低其有效劑量提供了可能性［3］?？傊?，隨著檢查流程尤其是參數(shù)設(shè)置的優(yōu)化，以及檢查設(shè)備及技術(shù)的進(jìn)步，PET/CT 檢查將在輻射安全范圍內(nèi)更好地服務(wù)于更多的患者，尤其是兒童患者。