MDCT冠脉成像与数字冠脉造影对患者受照射剂量影响对比研究

刘彬，魏岚，费晓璐，白玫

宣武医院 医学工程科，北京 100053

MDCT冠脉成像与数字冠脉造影对患者受照射剂量影响对比研究

刘彬，魏岚，费晓璐，白玫

宣武医院 医学工程科，北京 100053

临床上冠心病常用的影像学检查方法分为有创性和无创性两种，分别为冠状动脉造影（Coronary Angiography, CA）和多层螺旋CT(MDCT)心脏冠脉成像（Coronary CT Angiography,CTA）。两种检查方法各有其优缺点，同时都会使患者接受一定量的X射线照射，带来辐射风险。本次实验的目的是通过临床实验和计算机模拟，探讨两种放射学检查患者确定性和随机性辐射效应发生的危险度。为临床诊断手段的选择提供客观量化的辐射剂量指导信息。

冠状动脉造影；多层螺旋CT；心脏冠脉成像；辐射风险

冠状动脉粥样硬化性心脏病是由于冠状动脉功能性或器质性病变导致冠脉供血和心肌需求之间不平衡所致心肌损害。冠心病是目前致死率最高的疾病之一，严重威胁人民群众健康和生命。因此，对于不同阶段冠心病的临床诊断有着重要的临床及社会意义。目前，临床上冠心病常用的影像学检查方法分为有创性和无创性两种。冠状动脉造影（Coronary Angiography, CA）为经典的冠心病检查方法，准确度较高，被誉为诊断冠心病的金标准，但它为有创检查，且检查时间较长。多层螺旋CT(MDCT)心脏冠脉成像（Coronary CT Angiography, CTA）是CT临床应用领域的一个巨大突破，其检查时间短，且为无创检查，已日渐成为疑似冠心病的筛查及术后复查的重要手段。但是由于时间分辨率的限制，CTA在对一些心率不齐或心率过高的患者进行冠脉成像时其成像质量会受到影响，可能导致诊断准确性受到影响或者需要患者再次接受扫描检查。

在患者受照剂量方面，两项检查均会接受一定量的X射线照射。ICRP、UNSCEAR等权威国际组织多次提出多排螺旋CT成像及介入放射学均存在较大辐射安全隐患[1-3]。因此，在评估数字冠脉造影及多排螺旋CT冠脉成像两种不同的放射学诊断时，对患者辐射风险的评估必不可少。但目前多排螺旋CT与数字血管造影系统有着各自的剂量表征方式。在多排螺旋CT检查中患者的受照剂量一般使用CT剂量指数CTDIvol，剂量长度乘积DLP进行表征。CTDIvol表征对于某种特定的CT检查及特定的扫描模式患者接受的平均剂量。DLP由于考虑到扫描长度的因素，可以精确地表征对于某次具体的CT扫描中患者所受剂量[4]。数字血管造影系统中，常用的剂量表征量有剂量面积乘积DAP，累积剂量CD，透视时间等。DAP反映了患者接受射线总能量；CD是参考点处的累积剂量，与DAP的相关性很好；透视时间由于没有考虑剂量率等因素只是一个比较粗糙的剂量表征量[5]。然而，CT系统与数字血管造影系统的这些常用剂量表征量是无法相互比较的。因此，必须从临床医学实际出发，立足辐射防护科学，为不同放射学检查寻求统一的剂量表征参数。本文以临床实验和计算机模拟相结合，分别对两种放射学检查中患者的有效剂量和皮肤峰值剂量（PSD）进行评估，为临床诊断手段的选择提供客观量化辐射剂量指导信息。

1 方法

在宣武医院分别累计84例冠状动脉造影和40例多排螺旋CT冠脉成像。冠状动脉造影采用数字平板血管造影系统（AXIOM Artis，Siemens，German）进行实施，采用自动曝光条件采集图像。CT冠脉造影采用64排（层）螺旋CT（LightSpeed VCT，GE，USA）进行实施，扫描过程采用常规模式，不使用心电门控调节（ECG－modulation）和毫安调制（Smart mA）模式。

患者皮肤峰值剂量（PSD）测试方法：将热释光剂量计（TLD）探测器排列成10行9列的矩阵，行间隔5cm，列间隔4cm。为了便于操作及减少对TLD探测器的污染，将探测器用硫酸纸包裹，放置于白布制成的矩阵袋中。由于数字平板血管造影系统为床下管，在实施介入诊断的过程中，X射线管球仅在手术台下方活动。并且由于患者的病理特征，照射野大小、位置，医生操作习惯等方面存在诸多差异，患者皮肤剂量分布情况差别很大，无法将患者体表PSD的位置点固定于某个确定的区域。因此，对于CA诊断过程，在每个患者背部均布放一个TLD矩阵。而对于CTA来讲，多排螺旋CT曝光条件相同，扫描位置也相同。X射线在360°范围分布，因此，以ART仿真人体辐照体模（Fluke Biomedical）代替患者，用两个TLD矩阵将体模躯干部包裹，以模拟获得患者皮肤峰值剂量PSD。

患者有效剂量估算方法：有效剂量对于估计辐射的随机性效应危险度是非常方便的，同时也是辐射实践最优化原则的基础量，可以用于不同X射线诊疗辐射风险的比较。然而在临床实践中，器官剂量和有效剂量并不能直接测量出来。本次临床对比研究分别采用两个基于Monte Carlo代码的有效剂量估算软件，对两种放射学检查中患者的有效剂量进行估算。对于CA诊断，采用芬兰辐射原子安全协会研发的PC-Based Monte Carlo program (PCXMC)进行估算[6]。在CA诊断过程中，详细记录X射线管球的每个投照角度、DAP和管球到患者体表距离等参数。按不同投照角度，将记录参数输入PCXMC软件，计算器官剂量和有效剂量。对诊疗过程中的所有投照角度的器官剂量和有效剂量的计算值求和，即得到整个诊疗过程器官剂量和有效剂量的软件估算值。对于CTA诊断，采用从NRPB (National Radiological Protection Board，英国国家放射防护局)购买的SR-250软件进行估计。该软件也是基于NRPB Monte Carlo代码计算CT扫描过程中患者器官剂量和有效剂量的软件。它可以选择CT的厂家型号、扫描参数、并可以在其“体模界面”上对数学体模设定扫描区域。计算后得到归一化的器官剂量和有效剂量，其中器官剂量包括：性腺、红骨髓、大肠、肺、胃、膀胱、乳房、肝脏、食管、甲状腺、皮肤、骨表面及胸腺，没有提及的器官均算入剩余器官中显示。对于两款软件的准确性，笔者已经进行了体模实验（将另文发表）[7]。根据相关标准，软件准确性在可接受范围内[8-9]。

2 结果

两种诊断方法下患者的皮肤峰值剂量和有效剂量如表1所示。在CA诊断过程中，84例患者皮肤峰值剂量差别较大，平均值为(63.96±24.07)mGy。在CTA诊断过程中，由于采用的是统一的常规CTA扫描模式，没有使用ECG-modulation及Smart mA，扫描过程中的曝光参数不发生变化。因此所得到的皮肤峰值剂量和有效剂量为单一值。由于实验对象都是成年患者，因此有效剂量的估算没有考虑年龄导致的体态差别。

表1 CA与CTA皮肤峰值剂量与有效剂量对照表

3 讨论与小结

确定性效应（Deterministic Effect）存在产生辐射效应的剂量域值（域值的大小和生物体的特异性有关），只有当生物组织或器官接受超过这一域值的辐射剂量时，才会产生辐射效应，辐射效应的伤害程度随辐射剂量的增加而加剧。典型的确定性辐射效应导致的辐射伤害包括脱发、皮肤溃烂等。由于照射到皮肤某点的辐射剂量直接决定了确定性效应发生的程度，PSD是监控确定性效应发生的最直观的量值[9]。本次实验的结果显示CA及CTA两种诊断方法PSD分别为（63.96±24.07）mGy和74.45mGy，在同一量值水平。因此，笔者认为，对于确定性效应来讲，两种检查方法具有基本等同的辐射风险。另外，根据国际放射防护委员会ICRP第85号出版物的相关建议：产生皮肤伤害的最小剂量阈值为2Gy[2]。在本次调查中，患者PSD的范围为均未超过这个阈值。因此就目前调查范围来讲，接受CA和CTA这两种放射学检查患者所受辐射的剂量范围是相对安全的。

随机性效应（Stochastic Effect），不存在发生辐射效应的剂量域值，辐射效应的发生几率与辐射剂量间存在线性关系，辐射效应的伤害程度与辐射剂量无关。典型的随机性效应导致的辐射伤害包括癌症、基因突变等。有效剂量对于估计辐射的随机危险度是非常方便的。本次实验结果表明，CTA检查中患者有效剂量明显大于CA检查中患者有效剂量。因此，笔者认为在冠心病的放射学检查中，CA给患者带来的随机性辐射效应危险度相比CTA较低。

[1]Brenner DJ, Hall, EJ. Computed Tomography-An Increasing Source of Radiation Exposure[J].N Eng J Med.2007,357:2277-84.

[2]ICRP. ICRP Publication 85, Avoidance of Radiation Injuries from Medical Intervention Procedures[M]. Oxford: Pergamon Press. 2000.

[3]ICRP. ICRP Publication 73, Radiological Protection and Safety in Medicine[M]. Oxford: Pergamon Press,1996.

[4]Jorg Hausleiter, Tanja Meyer, Martin Hadamitzky. Radiation Dose Estimates From Cardiac Multislice Computed Tomography in Daily Practice : Impact of Different Scanning Protocols on Effective Dose[J]. Circulation.2006,113:1305-1310.

[5]Donald L.Miller, Stephen Balter, Patricia E.Cole. Radiation Doses in Interventional Radiology Procedures: The RAD-IR Study[J]. Vac Interv Radiol,2003,14:711-727.

[6]A. Servomaa, M. Tapiovaara. Organ dose calculation in medical X ray examinations by the program PCXMC[J]. Radiation Protection Dosimetry, 1998,80:213-219.

[7]刘彬,费晓璐,魏岚,等.PCXMC在介入放射学估算患者受照剂量中的应用[J].中国医疗设备,2008,23(2):3-4.

[8]刘彬,白玫,彭明辰.介入诊疗过程中的确定性效应监控方法[J].医疗设备信息,2006,21(2):25-27.

[9]S.HEINRICH,A.KELLER:Quasi-Monte Carlo methods in computer graphics,Part II:The Radiance Equation, Technical Report[R].University of Kaiserslautern,1994,94:243-246.

Comparative Research on the Impact of Coronary MDCT Angiography and Coronary on the Patients

LIU Bin, WEI Lan,FEI Xiao-lu, BAI Mei
Biomedical Engineering Department,Xuanwu Hospital, Beijing 100053, China

R814.2；R814.43

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.03.005

1674-1633(2011)03-0013-02

2008-03-28

2011-01-22

国家自然科学基金项目（30870751）；北京市卫生系统高层次卫生技术人才培养计划项目（2009-3-57）。

本文作者：刘彬，生物医学硕士。

作者邮箱：biancaliu@sina.com

Abstract:There are two clinical methods to diagnose coronary heart disease: invasive coronary angiography(CA) and noninvasive coronary CT angiography (CTA), with their own advantages and disadvantages, and bringing radiation risk to the patients during the examination. In this paper, the deterministic effect and stochastic effect are discussed in order to give recommendations on different radiological examinations.

Key words:coronary angiography; MDCT; coronary CT angiography; radiation risk