莊靜文白 玫

多排螺旋CT幾何效率影響因素初步研究*

莊靜文①白 玫①

目的：研究多排螺旋CT幾何效率與準(zhǔn)直寬度及管電壓的關(guān)系。方法：使用長(zhǎng)桿電離室測(cè)量不同準(zhǔn)值寬度以及管電壓下體模內(nèi)劑量分布曲線并計(jì)算其幾何效率。結(jié)果：多排螺旋CT的幾何效率為11%～68%，其中中心位置的幾何效率為11%～49%，邊緣4個(gè)位置的幾何效率為16%～68%，加權(quán)幾何效率為17%～58%。隨準(zhǔn)直寬度的增加，幾何效率明顯增高，而管電壓對(duì)幾何效率的影響不明顯。結(jié)論：多排螺旋CT幾何效率受準(zhǔn)直寬度影響較大，因此在實(shí)際臨床操作中應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)直寬度進(jìn)行掃描以減小患者的輻射劑量負(fù)擔(dān)。

多排螺旋CT；幾何效率；輻射劑量

幾何效率(geometric efficiency，GE)是衡量沿Z軸方向X射線輻射利用的一個(gè)物理量[1-2]。CT成像中的不均勻半影會(huì)降低圖像質(zhì)量，在單排螺旋CT系統(tǒng)中，由于半影區(qū)域在一定程度上包含在有效探測(cè)器長(zhǎng)度中，故GE較高[3]。隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展，CT的排數(shù)增長(zhǎng)迅速[4-7]。對(duì)于多排螺旋CT，為保證圖像質(zhì)量需要使沿Z軸的有效探測(cè)器單元全部曝光并均勻地接收輻射線[8-9]。因此，多排螺旋CT的射線寬度一般要大于探測(cè)器寬度，也導(dǎo)致了部分射線落到有效探測(cè)器外而被浪費(fèi)，降低了GE，增加了患者的輻射劑量[10]。因此，有必要對(duì)多排螺旋CT GE的主要影響因素進(jìn)行研究[11]。

1 多排螺旋CT的GE

GE是單次掃描位于有效探測(cè)器寬度內(nèi)的劑量分布與Z軸方向整個(gè)長(zhǎng)度的劑量分布積分之比[12]。其表達(dá)式為公式1：

式中D(z)是Z軸方向的劑量分布，w是有效探測(cè)器陣列長(zhǎng)度。

本研究使用直徑為16 cm的有機(jī)玻璃體模，體模中心和邊緣共有5個(gè)孔，在體模中心位置測(cè)量時(shí)w等于掃描設(shè)置的準(zhǔn)直寬度，而在體模邊緣位置進(jìn)行測(cè)量時(shí)w應(yīng)該用公式2進(jìn)行校正：

式中595 mm是本研究所用Siemens Definition Flash CT焦點(diǎn)到掃描中心的距離，75 mm為邊緣測(cè)量位置到掃描中心的距離。

加權(quán)GE可以通過測(cè)量有機(jī)玻璃體模5個(gè)位置的GE得到，其表達(dá)為公式3[13]：

式中GEc和GEp分別為在體模中心與邊緣測(cè)得的幾何效率。

2 實(shí)驗(yàn)方法

使用西門子公司Definition Flash CT掃描直徑16 cm體模，使用CT-SD16長(zhǎng)桿電離室依次測(cè)量體模中心位置以及12點(diǎn)鐘、3點(diǎn)鐘、6點(diǎn)鐘及9點(diǎn)鐘方向的邊緣位置劑量分布曲線(分別簡(jiǎn)稱A、B、C、D、E位置)，根據(jù)公式(1)、公式(2)及公式(3)計(jì)算得到GE。掃描條件：管電壓為160 mAs、球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間1.0 s、螺距1.0、層厚5.0 mm。設(shè)置管電壓分別為100 kV、120 kV及140 kV，準(zhǔn)直寬度為16 mm×0.3 mm、16 mm×0.6 mm、20 mm×0.6 mm、40 mm×0.6 mm、32 mm×1.2 mm以及128 mm×0.6 mm。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，GE整體位于11%～68%之間(見表1、表2、表3)。其中位于體模中心的A位置GE為11%～49%，邊緣4個(gè)位置的GE為16%～68%，加權(quán)GE為17%～58%。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨準(zhǔn)直寬度增加，GE有上升趨勢(shì)，而管電壓對(duì)GE的影響并不明顯(如圖1所示)[14]。

表1 100 kV時(shí)各準(zhǔn)直寬度下的GE

表2 120 kV時(shí)各準(zhǔn)直寬度下的GE

表3 140 kV時(shí)各準(zhǔn)直寬度下的GE

圖1 100 kV、120 kV及140 kV加權(quán)幾何效率圖

4 討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，GE與具有幾何特性的準(zhǔn)直寬度有較為明顯的關(guān)系，GE隨準(zhǔn)直寬度的增加而升高。由此可知，實(shí)際準(zhǔn)直寬度越寬，CT機(jī)在掃描時(shí)所產(chǎn)生的超過有效探測(cè)器的射線越少(即多余的射線越少)。而影響射線質(zhì)量的管電壓與GE的關(guān)系并不明顯。

Perisinakis等[14]曾使用西門子公司的Sensation 16CT對(duì)螺旋CT的GE進(jìn)行研究，測(cè)量了不同管電壓、準(zhǔn)直寬度、焦點(diǎn)大小以及總濾過下直徑為16 cm體模中的幾何效率。研究結(jié)果表明，在120 kV管電壓、準(zhǔn)直寬度1.2 mm～24 mm條件下體模中心位置的GE為9.6%～38.7%，體模邊緣位置的GE為18.8%～50.9%，GE隨準(zhǔn)直寬度增加而升高，該結(jié)果與本研究的結(jié)果基本一致。此外，在Perisinakis等的研究中，GE還與焦點(diǎn)大小有明顯關(guān)系，使用小焦點(diǎn)時(shí)GE較高[15]。

目前，學(xué)者已對(duì)準(zhǔn)直寬度、焦點(diǎn)大小、管電壓以及總過濾對(duì)GE的影響進(jìn)行了研究，而其他因素對(duì)于GE是否有影響尚未見文獻(xiàn)報(bào)道，因此對(duì)于GE影響因素還有待于進(jìn)一步深入研究。

5 結(jié)論

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，多排螺旋CT的GE受管電壓影響不明顯，而受準(zhǔn)直寬度影響較明顯。隨著準(zhǔn)直寬度的增加，幾何效率會(huì)顯著提高，故準(zhǔn)直寬度越大，患者的劑量負(fù)擔(dān)越小。因此，在實(shí)際臨床操作中，醫(yī)務(wù)人員應(yīng)盡量選擇較大的準(zhǔn)直寬度進(jìn)行掃描以減小患者的劑量負(fù)擔(dān)。

本研究?jī)H針對(duì)準(zhǔn)直寬度以及管電壓兩個(gè)因素對(duì)GE的影響進(jìn)行了探究，而對(duì)于GE其他影響因素的研究有待進(jìn)一步完善。

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Research on influencing factors of geometric efficiency on MDCT

/
ZHUANG Jing-wen, BAI Mei//
China Medical Equipment,2014,11(11):4-6.

Objective: To investigate the dependence of geometric efficiency (GE) on beam collimation and tube voltage. Methods: The dose profile was measured under the conditions of different collimations and tube voltages and GE was calculated. Results: GE was found to be from 11% to 68%, GE at central position and periphery were found to range from 11% to 49% and 16% to 68% respectively, and weighted GE was found to be from 17% to 58%. GE was increased with beam collimation, while it was less pronounced on tube voltages. Conclusion: The dependence of GE on collimation was significant. Therefore, operators should choose appropriate collimations to reduce the dose burden of patients in CT examinations.

Multi-detector row computed tomography; Geometric efficiency; Radiation dose

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.11.002

1672-8270(2014)11-0004-03

R812

A

莊靜文,女,(1990- ),碩士研究生。首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科，研究方向：生物醫(yī)學(xué)工程。

2014-06-16

國家自然科學(xué)基金(81372923)“寬探測(cè)器螺旋CT所致輻射劑量評(píng)價(jià)方法研究”；國家科技支撐計(jì)劃(2011BAI02B02)“醫(yī)用光學(xué)與放射影像設(shè)備計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及溯源體系研究”

①首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 北京 100053

[First-author’s address]Xuanwu Hospital of Capital Medical University, Beijing 100053, China.