【转】CT辐射量如何计算？

左手的ㄟ右手 2022-09-16 04:48 2060阅读 0赞

转自:[CT辐射量如何计算？ - 知乎][CT_ -]

作者：西门子中国  
链接：https://www.zhihu.com/question/27399697/answer/190062962  
来源：知乎  
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

CT检查后，医生会给你一张像下图这样标有辐射剂量的报告表。

![aa1cd6068e5eeff2c7dd197a0f1319fa.png][]

在这张表格中，我们可以获得大部分和扫描相关的信息。与辐射剂量相关的参数主要有两个：**「CTDI vol」**和**「DLP」**。通过这两个参数，我们就可以算出一次CT检查的辐射剂量。

**咱们先来看第一个参数「CTDI vol」**

CTDI代表的是**「CT 剂量指数（ CT Dose Index）」**是指**在 CT 检查中，受检者接收的射线平面内的辐射剂量**，一般是用 16cm（代表头部和四肢）和32cm（代表体部）的圆柱状的充水体模进行测量（单位：mGy），1981 年首次由Shope 提出后，先后被FDA、IEC、CEC、IAEA 等多个权威组织所定义并采用，是目前国际上应用最广泛的一种CT剂量指标，我国的国家标准也采用此概念。

目前国际上对CT 剂量的表征量和测量方法（包括模体种类）未有一致意见，国际辐射防护委员会（ICRP） 亦指出为避免混淆，**应明确各种CTDI 定义的区别**。

目前公认的CTDI 有以下三个，三个指数并不直接表征各种CT 扫描所致受检者的剂量，但与受检者剂量密切相关。与吸收剂量有相同的量纲，以毫戈瑞（mGy）为单位。

**「 CT 剂量指数 100（CTDI 100）」**

CTDI 100 是迄今广泛应用的最基本的反映CT 扫描剂量特征的表征量，可用于统一比较CT 机性能。其定义为：CT旋转一周，将平行与旋转轴（z轴，即垂直于断层平面）的剂量分布D (z) 沿Z 轴从-50mm 到+50mm积分，除以层厚T 与扫描断层数N 的乘积之商。即：

![726474bf4f57bec38aa33f97bd5b263a.png][]

CTDI 100 可用热释光探测器（TLD），在专用的 TLD 插件中进行各点剂量分布的测量，进而得出剂量分布曲线 D (z)，再依剂量分布曲线的半高宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）通过拟合计算求得CTDI。

CTDI 100 采用积分区间从 -50 mm 到 +50 mm，可用有效长度正好为 100mm 的笔形电离室在通用标准剂量模体中方便地测量到，从而方便进行 CT 机的验收与经常性的质量控制检测等。

![237af240d4d95245201c9acc93eef0db.png][]

CTDI 100 这个最基本的表征量反映的是在标准甲基丙烯酸甲酯模体中测得某点空气中沉积的 X 射线能量。

**「加权 CT 剂量指数（CTDI w）」**

由于在同一个模体中不同位置的辐射剂量有所区别，因此为了更好的表达整体的辐射剂量水平，需要引入加权CT 剂量指数（CTDI w ）的概念，其可以准确反映扫描平面中的平均剂量。

![6d24e43adcb216536a36b9631a0ce194.png][]

CTDI 100 （central）为在模体中心位置上的测量值；CTDI 100 （peripheral）表示在模体周边四个不同位置上（至少以90°为间隔的模体表面下10mm 处）测量值的平均值。如下图：

![4035263218f206ed311bce1b60c6078a.png][]

加权CT 剂量指数（CTDI w）已被选来作为CT 诊断医疗照射的指导（参考）水平的表征量之一。可以反映多层连续扫描的平均剂量（pitch=1时），**但对于不连续的多层扫描，CTDI w 不能准确反映其平均剂量。**

**「容积 CT 剂量指数（CTDI vol ）」**

螺旋CT 问世后，CTDI w已经不能准确表征辐射剂量的水平，需要考虑螺距对扫描剂量的影响，它的计算公式为：

![17f34399d09f1e93d70cc68891640e0b.png][]

其中：

CT 螺距（因子）=Δd / N·T

Δd 为X 射线管每旋转一周检查床移动的距离；

N 为一次旋转扫描产生的断层数；

T 为扫描层厚

容积 CT 剂量指数**「CTDI vol」**反映了整个扫描容积中的平均剂量**。**

**这也是我们的剂量报告表格中与剂量直接相关的第一个参数。**

***这里画个重点，敲下小黑板***容积 CT 剂量指数 **「CTDI vol」**可由加权 CT 剂量指数 **「CTDI w 」**求得，而 **「CTDI w」**则是剂量模体中心位置与周边四个不同位置 **「CTDI 100」** 测量值的加权结果。因此：

**「CTDI 100」** 反映的是 CT 标准测量模体中某一点所沉积的 X射线能量；

**「CTDI w 」**描述 CT 所扫描某一断层平面上的平均剂量状况；

**「CTDI vol 」**是描述多排（层）螺旋 CT 在整个扫描容积范围内的平均辐射剂量。

*获得单位容积的辐射剂量水平之后，我们还需要了解一次检查的总体辐射剂量水平。*

**这就是剂量报告表中的第二个和剂量直接相关的参数--「剂量长度乘积** (**DLP)」**

DLP 用来评价受检者一次完整 CT 扫描的总的辐射剂量。对于序列扫描 DLP（单位：mGy•cm），可以表述为：

## DLP=i∑nCTDIw\*nT\*N\*C ##

i 为 X-CT 扫描序列数；

N 为旋转圈数；

nT 为每旋转一圈的标称限束准直宽度（cm）；

C 为 X 射线管每旋转一周的管电流与曝光时间之积（mAs）；

nCTDI w 则表示与所用管电压和总标称限束准直宽度相对应的归一的加权 CT 剂量指数（![\[公式\]][equation_tex_mGy_C2_B7mA_5E_7B-1_7D_2As_5E_7B-1_7D] ）。

而对于螺旋扫描 DLP 可方便地表达为：

**DLP=CTDI vol \* L**

CTDI vol 为多排（层）螺旋 CT 扫描的容积 CT 剂量指数；

L 为沿 Z 轴的扫描长度。

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

在获得累计辐射剂量之后，这个参数还不是最终患者接受的辐射剂量，受检者的辐射剂量终将落实到有关**各组织或器官的吸收剂量「D」**。组织或器官的吸收剂量是X射线积在受检者单位质量组织或器官里的能量。

单位: 戈瑞，Gy

![\[公式\]][equation_tex_1Gy_3D1_5Ctext_7B_E7_84_A6_E5_B0_94_C2_B7_E5_8D_83_E5_85_8B_7D_5E_7B-1_7D_5Ctext_7B_28J_C2_B7kg_EF_BC_89_7D_5E_7B-1_7D]

组织或器官的吸收剂量的严格定义是物理意义上的点量，即吸收剂量是指致电离辐射授予某一体积元内物质的平均能量除以该体积元内物质的质量而得的商。即：**D=dε / dm**

组织或器官的吸收剂量是最完整地表征受检者所接受的X射线照射的量，然而大多数情况下是不可能直接测量的，通过体模模拟研究可以解决：

用仿真人体模型，借助TLD 和其它发光剂量计等探测器，测量受检者组织或器官的吸收剂量及其分布，采用蒙特卡罗（Monte Carlo）方法运算，估算组织或器官的吸收剂量。

吸收剂量的生物效应决定于射线的种类和照射条件。如相同的吸收剂量，α射线对生物体危害比 X 线大20 倍。在辐射防护中，将个人或集体实际接收的或可能接收的吸收剂量根据组织生物效应加权修正，经修正后的吸收剂量在放射防护中称为**「当量剂量」**。

**「当量剂量」**的单位与吸收剂量(D)一样，即

![\[公式\]][equation_tex_5Ctext_7B_E7_84_A6_E5_B0_94_C2_B7_E5_8D_83_E5_85_8B_7D_5E_7B-1_7D_28_5Ctext_7BJ_C2_B7kg_7D_5E_7B-1_7D_29]

我们称之为Sv， ![\[公式\]][equation_tex_1Sv_3D_5Ctext_7B1J_C2_B7kg_7D_5E_7B-1_7D_28_3D1_Gy_29]

比较不同类型放射学检查的相对电离辐射风险，并且考虑到不同组织或器官的不同辐射敏感性时，采用以**希沃特（Sivert, Sv）为单位**的**「有效剂量(E) 」**来表征。全身有效剂量是一个反映非均匀照射归一到全身照射危险度的剂量参数。

**「有效剂量（EffectiveDose）」**专指当所考虑的效应是随机性效应（例如辐射诱发的癌症等）时，在全身非均匀照射的情况下，人体所有组织或器官的当量剂量的加权总和。即：

![\[公式\]][equation_tex_E_3D_5Csum_W_T_2AH_T]

![\[公式\]][equation_tex_H_T] 为组织或器官T 所受的**「当量剂量」**； ![\[公式\]][equation_tex_W_T] 为T 的组织权重因子。

有效剂量是器官和/ 或组织的当量剂量按各组织权重因子加权之和。

**螺旋 CT 的有效剂量：**

利用CTDI vol 及其扫描长度L 计算出剂量长度乘积DLP，再乘以特定的转换系数k 来估计出有效剂量E：

E=k·DLP

转换系数k( ![\[公式\]][equation_tex_5Ctext_7BmSv_C2_B7mGy_7D_5E_7B-1_7D_5Ctext_7B_C2_B7cm_7D_5E_7B-1_7D] ) 与检查部位有关。

同一个体的不同部位对相同辐射剂量的敏感程度不同，具体表现为K 值的不同。K值是不同部位的归一化有效剂量权重因子。同一解剖部位，年龄越大，K值越小；同一年龄段个体的头颈部K 值小于腹、盆部。另外不同器官对射线的敏感性不同，敏感器官包括眼晶体、甲状腺、乳房、生殖腺和造血系统等。在受到不必要的或过量的放射线照射时，人体发生白内障、甲状腺癌及乳腺癌的概率会增加。

**~~~~~~~~~~~~~~~~~分割线~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~**

以上这些评估方法主要是根据模体测量的结果进行推测，由于实际患者的体型并非圆柱体，且密度有有差别，因此使用上述方法对于准确反映患者接受的辐射剂量会存在误差。2011年，美国医学物理家协会（American Association of Physicists in Medicine, AAPM) 提出了**「体型特异性扫描剂量评估（Size-SpecificDose Estimates, SSDE）」**的方法。

SSDE 引入了**「有效直径（Effectivediameter,ED）」**的概念，指假设被扫描患者有一个圆形的横截面，沿着其头足方向的某一个给定位置处的直径。虽然体部的某些部位有近似的圆截面，但大部分位置不是。因此有效直径可以被认为是与患者体部横截面面积相等的圆的直径。SSDE指经过患者体型校正的患者接受的CT 剂量估算值，是基于CT 操作界面上显示的容积CT 剂量指数CTDI vol 通过体型相关转换系数得到的。相对于上述评估方法，SSDE相对准确，不过SSDE 估算值与患者接受辐射的真实值之间，仍有一定的差距。

[CT_ -]: https://www.zhihu.com/question/27399697
[aa1cd6068e5eeff2c7dd197a0f1319fa.png]: /images/20220828/a83bd5ce4ae3455b86c6927987af9456.png
[726474bf4f57bec38aa33f97bd5b263a.png]: /images/20220828/483767be64414474be068e2d2a4eaba7.png
[237af240d4d95245201c9acc93eef0db.png]: /images/20220828/6c5ad8296b754a809cf96ade50b94e33.png
[6d24e43adcb216536a36b9631a0ce194.png]: /images/20220828/55f1ae71794249cc97f33163d18b75f4.png
[4035263218f206ed311bce1b60c6078a.png]: /images/20220828/2b2242b9871f4cd7835df7d642d2ee62.png
[17f34399d09f1e93d70cc68891640e0b.png]: /images/20220828/2da233bcfa4e418d87e7794da290d395.png
[equation_tex_mGy_C2_B7mA_5E_7B-1_7D_2As_5E_7B-1_7D]: https://www.zhihu.com/equation?tex=mGy%C2%B7mA%5E%7B-1%7D+%2As%5E%7B-1%7D+
[equation_tex_1Gy_3D1_5Ctext_7B_E7_84_A6_E5_B0_94_C2_B7_E5_8D_83_E5_85_8B_7D_5E_7B-1_7D_5Ctext_7B_28J_C2_B7kg_EF_BC_89_7D_5E_7B-1_7D]: https://www.zhihu.com/equation?tex=1Gy%3D1%5Ctext%7B%E7%84%A6%E5%B0%94%C2%B7+%E5%8D%83%E5%85%8B%7D%5E%7B-1%7D%5Ctext%7B+%28J%C2%B7kg%EF%BC%89%7D%5E%7B-1%7D+
[equation_tex_5Ctext_7B_E7_84_A6_E5_B0_94_C2_B7_E5_8D_83_E5_85_8B_7D_5E_7B-1_7D_28_5Ctext_7BJ_C2_B7kg_7D_5E_7B-1_7D_29]: https://www.zhihu.com/equation?tex=%5Ctext%7B%E7%84%A6%E5%B0%94%C2%B7+%E5%8D%83%E5%85%8B%7D%5E%7B-1%7D+%28%5Ctext%7BJ%C2%B7kg%7D%5E%7B-1%7D+%29
[equation_tex_1Sv_3D_5Ctext_7B1J_C2_B7kg_7D_5E_7B-1_7D_28_3D1_Gy_29]: https://www.zhihu.com/equation?tex=1Sv%3D%5Ctext%7B1J%C2%B7kg%7D%5E%7B-1%7D+%28%3D1+Gy%29
[equation_tex_E_3D_5Csum_W_T_2AH_T]: https://www.zhihu.com/equation?tex=E%3D%5Csum+W_T%2AH_T
[equation_tex_H_T]: https://www.zhihu.com/equation?tex=H_T
[equation_tex_W_T]: /images/20220828/9a0f60a77077449f89177ab432743d2d.png
[equation_tex_5Ctext_7BmSv_C2_B7mGy_7D_5E_7B-1_7D_5Ctext_7B_C2_B7cm_7D_5E_7B-1_7D]: https://www.zhihu.com/equation?tex=%5Ctext%7BmSv%C2%B7mGy%7D%5E%7B-1%7D%5Ctext%7B+%C2%B7cm%7D%5E%7B-1%7D