Radimetrics在放射剂量管理中的研究与进展

张新平， 胡琼洁， 万维佳， 张进华， 夏黎明

【关健词】 体层摄影术，X线计算机； 辐射剂量； Radimetrics； 剂量管理

近几年来，随着CT检查技术的不断进步，世界各国医疗辐射剂量也在持续增加。医疗辐射的大幅增加意味着它将取代自然辐射来源，成为人体接触辐射的最主要途径。美国辐射防护委员会发布的报告中指出，1993年～2006年CT检查例数每年增加幅度超过10%，而美国人口每年增加不到1%[1]。美国3亿人口中，每年大约有7500万人进行CT检查[2]，其中儿童CT检查超过400万次[3]。中国1990年之前使用CT机不足500台，到1999年已经达到3712台，跃居世界第三位[4]，到2009年增至10101台，2016年底已突破2万台，相比2015年的19592台，保有量增长了10%[5-6]。随着CT检查数的增加，相关的辐射剂量在逐渐增加，儿童癌症风险系数也在增加。尽管平均到个人的风险并不大，但人口中日益增加的辐射照射可能会成为未来的公共卫生问题[3]。

随着人们对CT检查辐射剂量的广泛关注，美国食品和药物管理局(food and drug administration,FDA)已经倡议全美放射科记录每位患者检查过程中所接受的辐射剂量值[7-10]。欧洲很多国家也已强制实施法案进行，来对辐射剂量作合理管控,如意大利的第187/2000号法令规定了剂量控制的最优化[11]、瑞士实施的国家剂量诊断参考水平[12]及美国加州颁布严格控制CT辐射剂量的新法案。中国目前尚没有相关的行规和法规对辐射剂量进行管控。从全球来看，辐射剂量调控备受关注，CT辐射成为医疗辐射中的重大来源。Radimetrics(Bayer HealthCare，Whippany，NJ)放射剂量管理软件能够对CT辐射剂量管理作出很好的质控及实现更优的成像质量。

Radimetrics介绍

蒙特·卡罗方法(Monte Carlo method)[13]，也称统计模拟方法，是二十世纪四十年代中期由于科学技术的发展和电子计算机的发明，而被提出的一种以概率统计理论为指导的一类非常重要的数值计算方法。将所求解的问题同一定的概率模型相联系，用电子计算机实现统计模拟或抽样，以获得问题的近似解。基于Monte Carlo 模型，Radimetrics可以计算出器官剂量(organ dose)、有效剂量(effective dose)。以及计算基于水等效直径(water-equivalient diameter，WED或diameter water，Dw)或有效直径的体型特异性剂量估算值(size-specific dose estimates，SSDE)[14,15]。Radimetrics支持CT、CR、DR、MRI、RF、XA、US等成像设备。在CT、CR、DR设备上，Radimetrics可以从辐射剂量结构化报告(radiation-dose-structured repoter，RDSR)和医学数字成像和通信(digital imaging and communications in medicine，DICOM)剂量图像获取剂量信息。在RF、XA设备上，Radimetrics可以从RDSR和设备操作过程步骤(modality performing procedure step，MPPS)提取剂量。Radimetrics能够收集和传输超声结构化报告数据。近几年，Radimetrics首先在欧美国家使用，用于监测管理剂量，亚洲国家也已开始在医疗机构上运用。Radimetrics通过连接PACS/RIS及其他系统来追踪放射信息的软件系统，将PACS/RIS/HIS中保存的相关临床图像和患者信息整合在一起，获取、整理和分析成像过程中放射剂量、操作、检查数据，跟踪和报告基于设备或患者的累积剂量记录。Radimetrics还能用于搜集、管理和分析手动输入或来自Certegra Workstation的对比剂相关数据。Radimetrics为患者提供剂量监测，提高检查过程的安全性，有利于医生做出循证决定，提高设备利用率及生成更好的管理方案。

Radimetrics在放射剂量管理中的功能与作用

Radimetrics辐射剂量管理系统，在放射科的日常工作中最重要的是对剂量数据的采集，如不同扫描方案、不同机器设备、不同医院、不同影像中心剂量分布。Radimetrics可以通过CT剂量容积指数(computed tomography dose index volume，CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length product，DLP)、SSDE、器官吸收剂量、器官有效剂量等不同的剂量评估指标对剂量数据进行科学地分析，比如对腹部过去一年的所有扫描方案或者不同年龄段的检查者进行剂量分析，观察四分间区(interquartile range,IQR)的剂量分布。Radimetrics可以有效帮助科室的管理，通过后台可以方便快捷的获得每台设备在不同时间点放射技术人员的使用设备情况，从而使科室的设备运行效率提高，方便统筹。如今，放射科的日常工作中，CT的扫描方案往往缺乏标准化的管理，通过Radimetrics可以全方位地观察每个扫描方案，对扫描方案进行科学管理，对不标准的扫描方案进行校正。对于大家关注的每个检查者的剂量阈值，Radimetrics能够设置超阈值报警，一旦检查者的阈值超过，系统能够及时地提醒我们进行方案的调整。另外，Radimetrics还可以进行交互式剂量测定，对检查者进行方案调整模拟，如上述提到的超过阈值的情况下，调整扫描范围或方案，从而保证患者所接受的辐射剂量安全。综上，Radimetrics在放射剂量管理中可以进行大数据处理、优化流程、标准化扫描方案，使得患者的剂量安全得到保证。

Radimetrics在放射剂量管理中的研究目标与研究分类

Radimetrics辐射剂量管理系统的功能与作用是非常强大的，如何利用该系统使其更好地为人们服务，可以设立以下的研究目标。①利用Radimetrics调研不同地区、不同影像中心、不同设备的辐射剂量基线水平，通过对辐射剂量基线水平的研究，提供剂量参考水平。②建立日常工作的标准化扫描方案，如常见部位、常见临床疾病、患者体型和体质、不同年龄阶段(特别是儿童)的标准化方案，在满足诊断图像质量的前提下，不断优化扫描方案，减少辐射剂量，达到尽可能低的辐射剂量为临床提供最佳的影像诊断信息。③在降低辐射剂量方面，可以通过Radimetrics探索新型设备、新技术的应用价值，为科研提供平台。总之，Radimetrics在辐射剂量管理中，一切以患者利益为中心的研究目标，优化扫描方案，减低剂量，达到最优诊断。

Radimetrics辐射剂量管理研究分位单中心和多中心研究。单中心下，研究同一设备的不同扫描方案或技术的辐射剂量比较，研究不同设备在同一方案的辐射剂量比较，研究临床疾病或特殊年龄阶段的辐射剂量的采集与分析，对复诊患者的辐射剂量进行分析。多中心研究指不同地区、不同影像中心的辐射剂量基线的比较，不同国家或者地区标准方案的构建。

Radimetrics的应用现状

2013年美国加利福尼亚大学5所分校医学影像中心进行了199656次的CT扫描[16]，数据被传输至Radimetrics中。Radimetrics系统可以计算SSDE、器官剂量，并自动分析出CTDIvol、DLP的IQR。通过Radimetrics分析得出了器官剂量的分布区间、CT一期或者多期扫描的DLP四分分布剂量区间、有效剂量的四分分布区间。基于这些剂量数据的分析，Rebecca Smith-Bindman等研究认为该数据可作为各地区的剂量参考水平[16]。Bostani等使用了Radimetrics辐射剂量管理系统，进行了72073次CT检查，评估了患者CT检查的累积有效剂量，并对累积有效剂量为100 mSv及以上的患者进行分类。 这个阈值是根据暴露于辐射人群的流行病学研究选择的，统计学上高于100 mSv的辐射剂量检查者得癌症的风险可能会增加[17]。Supanich等[18]利用Radimetrics辐射剂量管理系统对0～2岁，2～13岁和成人的头部，胸部和腹部CT检查的CTDIvol和DLP辐射剂量值设置了超过阈值的提醒，该剂量低于AAPM[19]推荐的值。他的研究表明在正确配置参数阈值的情况下，甚至低于AAPM推荐值，使用AEC/或迭代重建的扫描会产生更少的剂量。使用SSDE而不是CTDI的阈值提醒，可以提供更多的临床相关数据。

美国儿童的CT扫描辐射剂量数据是相当缺乏的[20,21]。Marilyn J.Goske等[22]搜集美国6家不同地区的儿童医院(QuIRCC注册研究)954次腹部CT的扫描数据，利用Radimetrics分析了不同体宽BW儿童的CTDIvol、DLP、SSDE、有效剂量的四分间距，建立了基于儿童体宽(BW)值腹部CT剂量的DRR(剂量参考水平)。DRR能够很好地解决患者风险(辐射剂量)和获益(诊断图像质量)之间的矛盾，并指导调整儿童的CT扫描方案。另外，Meike Weis,MD,MSc等还前瞻性地利用Radimetrics软件对70 kVp和100 kVp不同电压下带有锡过滤器的光谱X线束(100 kVp Sn)[23]非增强儿童胸部CT的辐射剂量值和图像质量进行了评估，研究表明与70 kVp的低峰值千伏成像相比，100 kVp Sn光谱X线显著降低辐射剂量，且能改善图像质量。因此应该优选在非造影增强儿童胸部CT检查上[24]。

对于疑似急性阑尾炎患者，腹盆CT检查是首选的影像检查方法[25]。目前，CT已经越来越多地用于疑似阑尾炎的患者[26]。但是阑尾炎患者多较年轻，而CT主要局限性在于让被检查者暴露于辐射，这是临床工作中特别受关注的一个问题。目前有较多研究对CT诊断阑尾炎通过减少有效管电流来降低剂量[27-29]。Michael T.Corwin等[30]进行了腹部CT急性阑尾炎剂量分析的研究。他们利用Radimetrics分析了在缩小腹盆扫描范围的基础上，减少了23%的辐射剂量，所获取的图像质量同时能达到诊断水平。对疑肝癌患者，肝脏三期CT对比增强检查是标准方案，其中最佳的动脉晚期扫描是关键，但是标准三期CT往往不是最佳的，特别是对于富血供的HCC。Gawlitza等[31]比较了肝癌患者中，肝脏优化的灌注CT方案与肝脏的三期标准CT方案之间的器官特异性辐射剂量水平。通过Radimetrics分析两者扫描方案的器官辐射剂量，研究表明70或80 kVp下执行的dVPCT对比130 kVp标准三期CT方案，不仅有效器官剂量(特别是敏感器官剂量)更少，而且获取的图像更优化,还能为新靶向治疗的HCC患者提供重要的信息[32]。

乳腺剂量是大家一直所关注对焦点，从ICRP103报告中知乳腺权重因子为0.12，在所有器官中权重因子是较大的[33]。国内有文献报道在全野数子乳腺X线摄影下，以自动条件作为参照标准，管电压和管电流可以得到有效降低，减少辐射剂量且不影响诊断[34]。Baek等[35]研究了Radimetrics辐射剂量管理系统在全景数字乳房X射线摄影(FFDM)中的临床应用性。该研究进行了3076次亚洲女性的乳腺X线摄影，发现具有高于诊断参考水平(≥75%)放射剂量的患者具有致密性乳腺的特征。因此对具有致密性乳腺的亚洲女性，检查过程中应严格管理辐射剂量。Radimetrics等辐射剂量管理系统可帮助放射科医师优化方案并减少辐射剂量。

结语与展望

Radimetrics作为一个比较新的辐射剂量管理系统，以患者为中心，对辐射剂量全面监控与分析，提高了工作效率和质量，改善了工作流程，促进了质量管理的规范性和标准化。在未来的放射剂量管理中，Radimetrics能够充分发挥其优势，科室领导及其医师、技师能够更好的为广大患者服务。尽管Radimetrics软件系统的功能很强大，但目前Radimetrics的应用还不普遍，这需要医技工作者与工程师的配合。使用者可能对Radimetrics的平台如何使用和管理掌握尚不够熟练。同时，Radimetrics平台也需要不断的完善，尽量使得操作简单化。Radimetrics工程师可以加大力度对放射医护人员在该平台的培训。希望该平台可以探索新设备、新技术，为科研提供利器，以达到临床需求。相信在Radimetrics平台帮助下，未来的辐射剂量管理工作可以更好的开展，达到临床和科研双赢。总之，Radimetrics为解决辐射剂量调控与优化提供了新的途径和方法。