CT 与放射线

作者：霍福涛徐卫玲张维新作者单位：青岛大学医学院附属烟台毓璜顶医院

【关键词】计算机断层扫描放射线辐射剂量癌症

CT是电子计算机与X夜笑话射线检查技术相结合的产物，能提供细节清晰的2D、3D图像，而且价格相对便宜，对医生迅速做出临床诊断提供了很大的帮助。自1969年Hounsfield发明并设计第一代头部CT以来，经历多次技术性创新, 扫描速度和图像质量得到了大幅度的提高，拓宽了CT的应用范围和诊断水平。特别是近年来多层CT(MSCT)的普及把CT检查带到一个新的领域，CT扫描次数呈爆炸式增长，全身CT检查甚至有成为常规体检手段的趋势。但是，与MR、US相比，貌似物美价廉的CT扫描要用X射线，存在大量的辐射危险。随着对辐射潜在危害的认识，辐射剂量的问题就越来越受人们的重视[1～35]，X射线对人体可能存在的危害和如何在保证图像质量的前提下有效地降低剂量也越来越受到关注。无论是2006年的北美放射年会,还是2007年的欧洲放射学年会,医学影像领域的射线剂量安全性已经成为大家探讨的热点。

1.CT的临床应用及与X 射线剂量有关的一般信息

1.1 CT的临床应用 CT的临床应用根据检查的对象可分为成人和儿童；根据检查的目的及受检人有无症状，分为临床诊断和筛查体检；近几年来CT检查数量的激增，其主要原因是儿童病变的临床诊断和成人的筛查体检。儿童患者的激增主要受益于CT 检查方便快捷，成人的筛查体检主要用于早期肺癌、结肠癌、心脏及全身CT检查。据估计，现在美国每年有六千二百多万人曾做CT检查，其中四百万人是儿童[1]。

1.2 与X射线剂量有关的一般信息[2，4～6] 当X射线穿过物体时把全部或部分能量转移给物体,在能量转移时产生电离而造成物体的损伤,这种能量的转移就是X射线的曝光。曝光量或者说剂量是X光束在人体组织、模型、空气等被照射物体的指定点所释放的能量数量，它取决于物质的能量吸收因素和X射线的曝光度。X射线的曝光度用C/kg（库仑每公斤）来测量，取决于用来扫描的技术因素。描述辐射剂量最常用的术语是吸收剂量、有效剂量（ED）和CT剂量指数（CTDI）。

吸收剂量指的是每单位被照射物体内所吸收的能量，其测量单位为mGy (milliGray)。旧单位为Rad，1Rad相当于封开论坛10mGy。1mGy的吸收剂量意味着每克摄入1焦耳的能量。剂量一般与曝光度成正比，而曝光度与电流、电压和扫描时间成正比，并与患者身体大小成反比。照射点的X射线可以直接来自X射线管，也可来自邻近物质的X射线漫射。

在临床应用中受辐射的往往是一个或几个局部器官,这就是所谓的器官剂量。在临床上大家真正关心的是辐射造成的生理损伤的危险性有多大。由于目前能把辐射剂量同生理损伤联系起来的数据,为来自于二战时爆幸存者全身均匀辐射后生理损伤和疾病的统计,因此Jacobi于1975提出了有效剂量(Effective Dose)的概念[7]。有效剂量是一种全身剂量当量值，它经过标度来表示被曝光器官的剂量，由每个器官的剂量信息和相对辐射损害所决定,反映了人体内部对辐射的不均匀吸收,用于表征患者或人的随机风险的方式，可通过人体不同组织对X射线光子的吸收和散射的数学仿真来得到。有效剂量的引入使得人们把特定器官吸收剂量转化为全身平均吸收剂量,从而把对特定器官的辐射同生理损伤的危险性联系起来。患者的生理学危险不但与剂量有关，而且与被曝光的器官以及患者的年龄和性别也高度相关。

在临床应用中当确定了扫描程序以后,我们就能够得出和这种扫描程序相关的CTDIvol.这个数值乘上沿病人方向的曝光长度L,即可得到剂量长度乘积DLP。然后使用相应器官的权重因子(W),我们就能估计对某个或几个器官扫描后得出的有效剂量ED:ED= CTDIvol×L×W = DLP×W

有效剂量是根据特殊器官或软组织的特殊辐射敏感性来加权的剂量总和，由各个不同受辐射器官的吸收剂量的加权平均得出,而权重由器官在受到全身均匀辐射情况下的辐射损伤占全身辐射损伤的比例来决定聚氨酯改性环氧树脂[8]。人体各部位的加权值见ICRP 60 （InternationalCommittee on Radiation Protection, Publication 60，国际防辐射委员会，60号出版物）[9]。

CT中目前常用的有效剂量的计算沿用欧洲的剂量长度乘积的方法，目前使用比较多的不同部位的权重因子来自于“欧洲对CT质量标准指导性文件”，它由被成像的身体部位所决定[9]，人体不同位置的有效剂量权重因子如下：头部，0.0023;颈部，0.0054；胸部，0.017；腹部，0.015；盆腔，0.019。根据有效剂量我们可以精确的描述在CT扫描中对患者的曝光量，但不容易根据有效剂量决定患者剂量或患者风险。

由于有效剂量不能表征个体患者接受的具体剂量，在CT的实际应用中人们提出了CT剂量指数(CT Dose Index，CTDI)的定义，CTDI测量了X射线在标准的CTDI模具中产生的电离量。通常电离室的长度为100mm,也就是常用的CTDI100。这些剂量指数值可以用于对比CT系统和帮助选择适当的扫描操作条件。为了体现头部扫描和体部扫描的不同,模具又

分为直径为16cm和32cm两种。由于CTDI与模型大小成反比，对于相同的扫描技术（扫描协议），较小的模型（患者）比较大的模型（患者）的吸收剂量更高。因此，体部扫描视野使用32cm CTDI模型，所有儿童和头部滤波使用16cm CTDI模型来用于剂量报告。

另外为了反映X射线剂量在体内的不均匀性,人们提出加权剂量指数(CTDIW)的概念。CTDIW是电离量在模具中心和边缘测量值的加权平均:

CTDIW =(1/3)CTDI100(中心)+2/3 CTDI100(边缘)

随着螺旋CT的引入,人们又进一步把剂量指数的概念拓广到容积剂量指数CTDIvol:

net-link CTDIvol=CTDIW /pitch

从以上的定义大家可以看出CTDIW，CTDIvol并不是个体病人剂量的直接测量,而是更多地反映了CT扫描仪和扫描技术的剂量使用,是在特定的模具中的剂量。但是它提供了一种很好的标准来评价不同的CT扫描仪和不同的扫描程序。也间接地反映了对病人的相对剂量。

1.3 其他放射测定信息

1.3.1 剂量效率剂量效率是焦点尺寸和射束准直的函数，剂量效率是测量系统用了多少Z轴方向的X射线束。

1.3.2 剂量剖面分布剂量剖面分布是作为系统的 Z 轴中的线的函数而测量出的剂量。如同剂量效率的计算，剂量剖面分布是焦点尺寸和射束准直的函数。

1.3.3 侦查扫描剂量通常情况下，由于较短的扫描时间和低mA，定位像剂量只是患者检查总剂量的一小部分，有作者对CT 的侦查扫描剂量进行了研究，并与标准胸片的放射剂量作了比较，发现二者剂量相当，如果适当降低CT的管电压、管电流，则CT的侦查扫描剂量小于标准胸片的放射剂量[10]。鉴于目前尚无一种标准化定位像剂量计算方法，CT系统不报告定位像剂量。

2.辐射与癌症

人类每年接受宇宙射线的辐射剂量大约是3mSv，以前，氡等在自然环境中的天然辐射是人们接受的主要辐射源，来自医疗检查过程中的辐射只占人们日常生活中受到的辐射的六分之一。但是现在，人类接受的医疗辐射明显增加，据称，美国人日常生活中受到的辐

射竟然有一半是来自医疗检查，虽然CT检查仅占放射学检查的9%，但是 CT 检查的辐射剂量约占医用辐射剂量的1/2[6，11]。

电离辐射的生理损伤分为急性和随机两种[2]。急性生理损伤发生在大于500mSv的一次性辐射,而随机生理损伤则体现为低辐射情况下每10mSv产生的体癌症危险性的增加。儿童对Ｘ射线的敏感性比中年人大10倍，即使低剂量的辐射也会对对儿童造成伤害，女孩患者受害尤甚[3,4]。

无论利用CT做临床诊断还是筛查体检都明显提高了病人的累积辐射剂量，虽然对于单个病人引发癌症的长期风险较小,但对大范围人的风险还是存在的[1，12]。根据不同的CT设备，每次CT检查时患者的辐射剂量为15～30mSv，而连续数次CT扫描对人体的害处与二战时日本爆炸幸存者受到的辐射剂量（50至150 mSv）不相上下，有很高的致癌风险。在美国，每年死亡于头部和腹部CT检测者分别为700例和1800例，其中儿童期接受头部或者腹部的CT检查者死亡人数分别为盐酸诺氟沙星170人和310人。平均600万名儿童若在15岁的时候接受腹部或者头部的CT检测就将导致其中500例儿童的死亡。预计在未来十多年间，至少2%的癌症患者可能是由于CT检查时的放射性辐射所引发的，因此应该对患者特别是儿童减少使用CT检查[1，13～15]。

2005年1月，美国卫生部首次将Ｘ射线列入新增加的17种致癌物中[16]。美国国家研究委员会关于电离辐射的生物效应的第七号报告(BEIR VII report)指出,诊断过程中的辐射剂量与人类癌症发病率存在线性非阈值的剂量响应关系。长期暴露在Ｘ射线下会导致多种肿瘤发生，其引发癌症风险在某种程度上取决于接受照射的年龄，儿童时期接受过量照射与白血病和甲状腺癌的增加有关，生育期则会增加乳腺癌的风险，而晚年则可能增加肺癌的发病机会。BEIR委员会基于美国人口的正态分布计算出10mSv的剂量将导致1/1000的癌症发生,但是该报告也承认这个计算结果可能存在偏差,且这个结论也存在争议[17]。国际放射防护委员会(ICRP)曾经也估计10mSv的剂量可能导致1/2000的癌症发生[18]。

目前，由于几乎所有冠状动脉CTA (CCTA)都使用回顾性心电门控小螺矩螺旋采集技术,在一次检查中,某个解剖部位可能接受多达4-5次的X射线重复照射,射线剂量的累积产生了相对很高的总体剂量。与之相比，每个传统冠脉造影的剂量约为5.6mSv（3.1～9.4mSv）。核医学心脏检查由于放射物的使用通常有更高的剂量,使用technetium-99m的静息负荷心肌SPECT检查的有效剂量约5～中国选煤论坛17.5mSv,使用thallium-201的负荷和再灌注研究的剂量约18～25.1mSv,使用Th-201和Tc-99m的双核素检查的有效剂量约27.3mSv[17，19]。而关于CCTA的16层螺旋CT受有效剂量约为14.7mSv[19]。最新的64层