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18F-FDG PET/CT全身显像辐射剂量估计及风险评价
中华核医学与分子影像杂志, 2017,37(07): 430-433. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2017.07.012
摘要

PET/CT检查时,受检者要接受来自CT的X线外照射和放射性显像剂所引起的内照射辐射。客观评价PET/CT全身显像的辐射剂量,不仅可以消除受检者对PET/CT检查的顾虑,同时可指导临床医师对PET/CT检查的必要性进行正确评价。该文就PET/CT显像的辐射剂量计算方法、影响因素、致癌风险及如何减低辐射剂量等进行综述。

引用本文: 程远, 王振光. 18F-FDG PET/CT全身显像辐射剂量估计及风险评价 [J]. 中华核医学与分子影像杂志,2017,37( 7 ): 430-433. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2017.07.012
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PET/CT显像兼具功能显像和解剖影像的特点,在肿瘤诊治中应用日趋频繁。从2002年第1台PET/CT在中国大陆投入临床应用以来,PET/CT的数量逐年增多,截至2014年已达198台,年检查量达44.6万例[1]。SPECT/CT的剂量学研究较为全面[2],相比之下,PET/CT的剂量学研究却不甚完善。笔者检索了近年来关于18F-FDG PET/CT辐射剂量的相关文献,旨在对该检查的辐射剂量及风险进行客观的描述与评价。

一、PET/CT受检者辐射剂量计算方法

PET/CT的辐射剂量来自显像剂产生的内照射和CT的X线外照射。

1.内照射剂量的估算方法。进行18F-FDG PET/CT检查时受检者所受内照射剂量由正电子湮灭辐射产生,其有效剂量的大小可以根据放射性活度计算[3]

E=∑eq^\o(,\s\do4(T))WT·DTA·∑eq^\o(,\s\do4(T))WT·ΓTEDGA·ΓEEDG(1)

其中,A代表注射的18F-FDG的放射性活度,其单位为MBq或mCi,而ΓEEDGΓTEDG分别代表在国际辐射防护委员会(International Commission on Radiological Protection, ICRP)第106号出版物[4]中所推荐的不同年龄个体与不同器官的注射活度与吸收剂量转换系数,其单位为mGy/MBq;WT是指不同器官的权重因子[5]

2. CT辐射剂量的估算方法。通常计算CT辐射剂量的方法有2种:第1种是将全身剂量转换系数按0.015 mSv/(mGy·cm)计算;第2种是按头区、颈区、胸区、腹区和盆区分别计算,根据ICRP第102号出版物[6],其各自的转换因子分别为0.002 1、0.005 9、0.014、0.015和0.015 mSv/(mGy·cm)。其计算公式如下[7]

ECTk·CDTIvol·LR·∑WRk·DLPR·∑WR(2)

k为不同个体间的转换系数;CTDIvol代表容积CT剂量指数(volume CT dose index);LR为身体不同部位沿z轴的扫描长度;WR为人体不同部位的剂量效应转换系数;剂量长度乘积(dose length product,DLP)通过CTDIvol乘以扫描长度得到。另外,CT-Expo、WinDose等软件[3,8]已经广泛应用于CT有效剂量的研究中。

二、各研究中有效剂量的差异及原因

不同研究所计算的全身18F-FDG PET/CT检查有效剂量的个体值各不相同,范围从6.2 mSv到77.38 mSv[3,8,9,10,11],所得平均值也有所不同,范围从11.8 mSv到25 mSv[3,8,9,10,11,12,13]。受检者有效剂量主要源自于CT外照射有效剂量,范围从6.3 mSv到20.3 mSv[3,8,9,10,12,14],而PET内照射对应的有效剂量范围从4.4 mSv到6.3 mSv[3,8,9,10,11,12],仅占18.5%~43.4%[3,8,9,10,12]。造成这些研究结果间差异的原因可能为CT扫描序列的差异、算法的差异、研究人群的差异等。

1. CT扫描序列的差异。在PET/CT全身检查中,CT的主要功能在于解剖学定位以及衰减校正。近年来,很多医院配备的PET/CT都并联了多层螺旋CT,使受检者在行PET/CT检查时,可以加做包括胸部诊断性CT、强化CT(contrast-enhanced CT,CECT)等较高剂量的CT检查,这在提升诊断准确性的同时,增加了对受检者的辐射。在Mahmud等[3]的研究中,19位受检者同时接受常规的平扫CT(non-contrast enhanced CT,NECT)与CECT,NECT有效剂量为0.61~43.80(7.89±10.00) mSv,CECT为7.01~27.56 (10.83±4.45) mSv,PET为5.45~7.38(6.33±0.70) mSv,总有效剂量平均为15.00~77.38(25.05±13.70) mSv。

2.算法的差异。(1)外照射剂量算法的差异。差异主要在于是否按照不同转换系数分别计算各部位辐射剂量。在PET/CT检查中,扫描野的范围通常是从头部至大腿中上段,如按整体计算有效剂量,虽然简便,但是数据的准确性会明显降低[15]。在Inoue等[7]的研究中,按照整体计算得到CT有效剂量为(5.23±1.14) mSv,按照不同分区计算的CT有效剂量为(4.49±1.06) mSv,该差异有统计学意义(P<0.05),使用整体方法计算得到的CT有效剂量比按各部位分别计算得出的有效剂量高出16.48%。

(2)内照射剂量算法的差异。PET剂量算法也存在整体与分区的差异。按照ICRP第103号出版物[5]所给出的组织加权因子,人体被分成23个区域。在Huang等[11]的研究中,利用不同组织的加权因子和放射性活度转换系数估算出的全部有效剂量为6.23 mSv。如果按照整体方法进行计算,有效剂量则为7.03 mSv[13]

3.研究人群的差异。由于不同研究的样本来源不同,样本之间存在的差异会导致研究结果不同,这些差异主要包括年龄、性别等。年龄不同引起有效剂量结果不同的原因主要是:(1)不同年龄个体组器官的权重值各不相同;(2)各组织器官的放射性分布及其对辐射的敏感程度也大相径庭。鉴于上述原因,不同机构和研究者分别给出了外照射与内照射的年龄相关转换系数(表1)。男性和女性各自的组织器官权重值存在差异(例如性腺),由于该差异导致的结果不同也应被考虑。根据Kaushik等[18]的研究,在CT参数不同的情况下,女性受到的总有效剂量、内照射剂量及外照射剂量均高于男性,其差异分别为20.59%~22.03%、28.57%以及16.83%~17.39% (表2)。

表1

不同年龄PET/CT受检者的剂量转换系数[4,16,17]

表1

不同年龄PET/CT受检者的剂量转换系数[4,16,17]

年龄ΓEEDGk
mGy/MBqmGy/mCi
成人1.9×10-20.701.00
15岁2.4×10-20.891.15
10岁3.7×10-21.371.42
5岁5.6×10-22.071.62
1岁9.5×10-23.521.85
新生儿2.1×10-17.772.25

注:ΓEEDG即不同年龄个体的注射活度与吸收剂量转换系数,k为不同年龄个体间的转换系数

表2

Kaushik等[18]的研究中性别差异造成的有效剂量差异

表2

Kaushik等[18]的研究中性别差异造成的有效剂量差异

CT管电流(mA)有效剂量(mSv)
CTPETPET/CT
1106.98.14.96.311.814.4
25010.111.84.96.315.018.1
35014.212.14.96.317.020.5
三、辐射的致癌风险

按照ICRP等机构的规定,当量剂量小于100 mSv的电离辐射称低剂量电离辐射(low dose radiation, LDR)。现在关于高剂量辐射所造成的损伤已达成共识,但是低剂量辐射是否会造成损伤还存在争议。

关于LDR的损伤效应,讨论最多的是关于LDR对肿瘤发生率的影响。目前关于辐射对肿瘤发生率影响的研究主要应用的是线性无阈值模型(linear no-threshold mode,LNTM)。该模型认为辐射剂量对肿瘤发生率的影响呈线性相关,不存在肿瘤发生的剂量阈值。根据ICRP第103号出版物[5],每接受1 Sv辐射可增加5.5%的终生致癌概率。文献[4]报道,可使用该模型预测暴露于电离辐射后的癌症发生率,同时指出:当有效剂量在50 mSv以下时,癌症发生的风险要低于模型的计算值。美国医学物理学家协会的指导性策略也指出,当有效剂量小于100 mSv时,可能造成的癌症发生风险很低[19]。因此接受单次PET/CT检查可能造成的风险要远低于公众平时的认知。

值得注意的是,很多受检者在接受该检查以前短期内接受过不止1次的CT等检查。Guttikonda等[20]对部分淋巴瘤患者的随访数据显示,约有60.53%的患者接受的有效剂量超过50 mSv,最多的1人在随访期内受到的有效剂量为209.1 mSv,已经超过LDR的范围。但是对恶性疾病患者而言,辐射造成的寿命缩短较疾病所造成的要小很多。在Nievelstein等[21]的研究中,弥漫性大B细胞淋巴瘤的患者理论上仅有0.09%的男性患者与0.07%的女性患者会因为辐射而提前死亡。

另外,当接受相等剂量的辐射时,年龄越小,由辐射致癌可能性越大,这不仅因为儿童对于辐射的敏感性高,而且还与其预期寿命较长有关。Pearce等[22]的研究发现,接受过30 mGy以上辐射的儿童淋巴瘤发病率及接受过50~74 mGy以上辐射的儿童脑部恶性肿瘤发病率要高于所受辐射在5 mGy以下的儿童。

综上,成人接受PET/CT检查后是否会因辐射而导致致癌风险增加还存在争议或不确定性,对患有恶性疾病而需要反复检查的受检者来说,其由于辐射造成的危害相对于疾病本身的危害要小很多。另外,在对未成年人及年轻患者进行该项检查时,其风险-收益需仔细斟酌。

四、如何减少PET/CT检查中的辐射剂量

由于PET/CT特有的工作方式,凡能影响外照射剂量与内照射剂量的因素都能影响PET/CT总的有效剂量。其中,内照射有效剂量仅受注射体内的显像剂放射性活度影响;外照射剂量主要受管电压、管电流等的影响。

1.内照射辐射剂量的控制。如何在不影响图像质量的前提下减少显像剂活度是要关心的重点。(1)用BMI代替体质量计算所需注射显像剂活度。现行PET检查中显像剂的放射性活度通常为:①按每千克体质量注射3.7~5.5 MBq,根据受检者体质量计算所需剂量[23,24];②固定注射160~550 MBq[10]。而在Sánchez-Jurado等[25]的研究中,提出了一种新的方式,即用BMI代替体质量来计算所需注射的放射性活度,以减少受检者所受的辐射剂量。不同BMI的受检者所需注射的放射性活度按下表计算(表3)。该研究称,此方法在不降低图像质量的前提下可以减少20%~50%的注射剂量。

表3

不同BMI所需显像剂放射性活度[25]

表3

不同BMI所需显像剂放射性活度[25]

BMI分级BMI (kg/m2)注射剂量(MBq/BMI)
偏瘦≤18.4910.22
正常体质量18.5~24.99.30
超重25.0~29.98.18
肥胖30.0~39.97.16
重度肥胖≥40.06.55

(2)减少PET辐射剂量的方法。2006年开始应用于商用PET/CT的时间飞行(time of flight, TOF)技术,不仅可以缩短检查时间,还能减少显像剂活度。法国辐射防护与核安全研究院(Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety, IRSN)在2011年公布的数据[12]显示,所选49家使用PET/CT的医疗机构中有14家使用具有TOF技术的PET/CT,另外35家使用的PET/CT不具有该技术,前者按体质量对受检者平均注射的放射性活度为3.5 MBq/kg(0.09 mCi/kg),而后者为4.6 MBq/kg(0.12 mCi/kg),相差20%。另外,有文献[26]提到三维成像系统较二维成像提高了对光子的敏感性,可以减少辐射剂量。对于使用不同视野及不同闪烁探测器对受检者所受辐射的影响还有待进一步研究。

2.外照射剂量的控制。在通常的研究中,研究者主要通过降低CT的管电压和管电流来降低受检者所受的外照射剂量。但由于在降低管电压后,不仅会降低对微小病灶的检出率,增高图像的噪声,而且会降低X射线的能量,使射线吸收比率增加。所以在临床工作中常用调整管电流的方法来降低患者所受辐射。近年来,不同厂商生产的PET/CT均配有自动曝光控制(automatic exposure control, AEC)技术,该技术主要通过分析定位像来调节不同部位所投照的管电流,以适应不同部位的解剖差异[27]。Kalender等[28]的研究表明,该技术的应用可以在不改变图像质量的前提下降低受检者所受的辐射剂量,对不同部位减少的辐射剂量各不相同;在噪声相同的情况下,使用该技术可以减少不同部位约26%~45%的辐射剂量。

五、总结

近年来,由于新技术和新方法的不断应用,PET/CT检查所产生的辐射剂量已在很大程度上减少,文献报道的有效剂量的平均值为11.8 mSv到25.0 mSv不等,其主要来自CT外照射的辐射剂量,范围从6.3 mSv到20.3 mSv不等;而来自PET内照射的辐射剂量范围从4.4 mSv到6.3 mSv不等。全球每年人均自然本底剂量约为2.4 mSv[29],1次PET/CT检查的剂量平均为本底剂量的4.9倍至10.4倍。关于不同部位普通CT以及不同核医学检查的有效剂量可以参见表4表5[2,6,30,31]

表4

不同研究中各部位CT检查所致有效剂量mSv

表4

不同研究中各部位CT检查所致有效剂量mSv

作者/出版物胸部CT腹部CT盆部CT颅脑CT全身CT
ICRP 102[6]5.77.22.8
Kanematsu等[30]10.6±5.17.8±4.010.5±4.7
Gordic等[31]29.5

注:"-"表示无数据;ICRP为国际辐射防护委员会

表5

不同放射性药物及检查所致有效剂量[2]

表5

不同放射性药物及检查所致有效剂量[2]

放射性药物平均放射性活度(MBq)有效剂量(mSv)
99Tcm-MDP705.39±60.714.02±0.35
99Tcm-MIBI681.42±58.886.13±0.53
99Tcm-MAA150.52±11.651.66±0.13
11C-MET379±833.18±0.69
11C-Choline308±501.71±0.05
13N-ammonia555~7403.65~4.87

通过比较,可以发现PET/CT的有效剂量虽然大于单部位普通CT扫描剂量,但小于全身CT扫描。在受检者最为担心的辐射风险方面,现行的流行病学并没有直接证据可以证明接受单次PET/CT检查会对人体造成严重危害;而在恶性疾病患者中虽然接受的累积辐射剂量较高,但是较疾病所造成的后果危害要小很多;在儿童与年轻受检者中,由于其预期寿命较长,部分组织器官未发育完善,对辐射的敏感性较高,所以在对此类患者进行检查时应该认真评价其风险与收益之间的关系,严格遵循"辐射实践正当性"原则。

利益冲突

利益冲突 无

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关键词
主题词
正电子发射断层显像术
体层摄影术,X线计算机
辐射剂量
危险性评估