定位像中可见的扫描野外患者接触屏蔽对西门子Somatom CT管电流调制（TCM）及XCare的影响

《Radiation Protection Dosimetry》：A patient contact shield visible in the localizer—the effects to tube current modulation

　　

研究人员使用管电流调制（TCM）在西门子Somatom计算机断层扫描（CT）扫描仪上扫描拟人模体（anthropomorphic phantom）。首先在不使用接触屏蔽的情况下扫描模体胸部，随后以0.5 mm铅当量平面外屏蔽（out-of-plane shield）置于定位像中、但位于扫描体积尾侧外1 cm处进行扫描。使用扫描仪的器官辐射剂量降低功能重复扫描。采用0.35、0.6和1.05的螺距（pitch）值。当螺距为1.05、在扫描体积外使用屏蔽并向扫描体积尾端扫描时，不同扫描仪间TCM效应为4.35%至356%。此外，在某些扫描仪上，使用XCare增加了累积管电流（cumulative tube current）。

研究背景与问题：TCM用于在低衰减投影时降低管电流、在高衰减解剖时相应增加管电流，以维持所需图像质量；纵向（沿z轴）调制依据患者尺寸改变管电流，x-y平面调制依据患者解剖密度调整电流。定位像是TCM的基础，用于确定管电流水平。西门子Somatom扫描仪的调制强度可选very weak、weak、average、strong和very strong，该系统称Care Dose4D。Somaris 7扫描仪结合定位像与变化角度衰减曲线进行TCM：软件分析定位像确定沿z轴所需电流，随后依据测量投影前180°管旋转数据在x-y平面重新评估和调制电流；图像质量水平由用户以图像质量参考mAs确定，并表示为有效mAs（图像质量参考mAs/螺距）。Somaris 10扫描仪以Care kV图像质量（IQ）水平参数替代质量参考mAs，依据检查类型和由定位像计算的水当量直径调整TCM并允许选择管电压，不使用实时投影数据。器官剂量调制（XCare）通过有限角度电流限制降低眼、甲状腺和乳腺等表浅剂量敏感器官剂量，在X射线管位于患者前侧时降低管电流、后侧时增加，维持与无XCare扫描相同的平均容积计算机断层扫描剂量指数（CTDI_vol）。近年CT患者接触屏蔽使用持续存在争议，许多协会建议反对平面内或平面外屏蔽，但建议尚未普遍采纳，研究显示放射技师仍可能希望使用患者接触屏蔽；同时一般指南要求定位像应充分，因为过短定位像会影响扫描和图像质量。既往研究多关注平面外屏蔽对辐射剂量的影响，关于平面外屏蔽与器官剂量调制联合如何影响TCM功能的研究较少。近期研究评估扫描体积外但定位像可见的患者接触屏蔽与TCM的交互，发现西门子扫描仪行为与其他扫描仪不同。因此，本研究旨在更 thoroughly 评估西门子扫描仪在患者接触屏蔽位于扫描体积外但定位像可见情形下的运行，并评估XCare、TCM和平面外屏蔽的联合效应。

研究人员开展的研究、结论与意义：研究人员用拟人模体在9台西门子Somatom系列扫描仪上比较有/无扫描体积外但定位像可见的0.5 mm铅当量屏蔽时的TCM行为，并评估XCare与屏蔽联合效应。结果显示扫描仪间TCM行为差异明显：Somaris 7扫描仪在屏蔽可见于定位像时累积管电流增加，且螺距1.05时部分扫描仪最后层面管电流相对差异可达356%；Somaris 10扫描仪变化较小。部分Somaris 7扫描仪在使用XCare时还出现乳腺区域管电流及累积管电流增加。研究提示该情形下TCM行为复杂且依赖扫描仪，放射技师在缺乏医学物理师预先测量的情况下难以确定多数商用扫描仪的TCM行为，对急诊、无法预先排查妊娠等临床情境中的屏蔽实践具有警示意义。

关键技术与方法（≤250字）：采用商用拟人模体（Kyoto Kagaku, model PBU 60；相当于50 kg、165 cm小成人，组织等效塑料），在四家医院的9台Siemens Somatom系列扫描仪上扫描；go.Open Pro含两种软件版本。使用临床协议，自动TCM设为average强度，螺距0.35、0.6和1.05，0.35和0.6另加/不加XCare，扫描长度32 cm。先做无屏蔽扫描，再将0.5 mm铅当量屏蔽置于扫描体积末端外1 cm并使其在定位像可见后重复扫描。由医学数字成像和通信（DICOM）标签提取每层平均管电流，以MATLAB分析；记录同z位置≥20%差异并计算累积管电流（CTC）。

研究结果：
累积管电流及扫描体积最后层面管电流：通过比较无额外屏蔽与扫描体积外但定位像可见屏蔽的扫描，研究人员发现Somaris 7扫描仪加用平面外屏蔽后管电流增加，CTC相对差异随螺距从0.35增至1.05而增大，螺距1.05时达14.9%–29.7%；两台Somaris 7扫描仪在螺距1.05并用屏蔽时经Care kV功能意外提高管电压，相关结果不直接可比。Somaris 10扫描仪 shielded与unshielded扫描的CTC相对差异<±1%。螺距1.05时，Somaris 7扫描仪最后层面管电流向扫描体积尾侧和平面外屏蔽方向明显增长，部分扫描仪最后层面相对mA差异达137%–356%，超过20%电流增加的解剖距离在部分扫描仪为42.9–53.8 mm；Somaris 10扫描仪最后层面最大相对差异为4.35%（go.Up和X.cite）。管电流增加在扫描过程中向尾侧推进时开始。

XCare：通过在所有扫描均使用平面外屏蔽、仅在重复扫描使用XCare的比较，XCare导致的相对差异在所有评估扫描仪中<±5%。在不使用平面外屏蔽时比较XCare效应，Somaris 7扫描仪XCare明显增加模体乳腺区域管电流，使CTC增加12.8%–28.7%；Somaris 10扫描仪中go家族CTC相对降低?2.20%至?5.06%，X家族为?0.32%至?2.86%。所有扫描仪最后层面电流值似乎独立于XCare。

讨论部分总结：研究人员指出扫描仪间TCM行为差异显著；Somaris 7扫描仪在平面外屏蔽可见于定位像时CTC增加可达29.7%（Drive），最后层面管电流相对差异超过350%，而Somaris 10扫描仪变化较小。该结果与文献中其他厂商扫描仪的量级相似。图像重建至少需要额外半圈旋转；本研究中管电流增加在扫描结束前超过一个总准直长度开始（Edge2因管电压增加除外），与van der Molen和Geleijins观察相似但范围较短。准直差异会影响TCM，即使螺距相同，较宽准直因照射角更宽可造成扫描体积外目标过量照射；若调制算法使用扫描体积外衰减信息，则可见高衰减物体可影响调制算法。临床方面，急诊及无法在扫描前排查妊娠时，年轻女性扫描仍可能存在使用平面外接触屏蔽的压力；该TCM行为也适用于扫描体积外紧邻骨结构或创伤患者监测设备，监测设备可移出定位像并裁剪定位像。近期研究提示若TCM行为未预先充分了解，孕妇成像不推荐屏蔽；减轻焦虑不足以证明潜在剂量增加合理，Begano et al.用模体测量认为缩短胸部扫描是降低胎儿吸收剂量最有效的方法。XCare方面，Somaris 7扫描仪出现不期望后果：乳腺区域管电流及每次扫描CTC增加12.8%–28.7%；Somaris 10扫描仪影响较小，go家族CTC降低?2.20%至?5.06%，X家族?0.32%至?2.86%，且乳腺区域无此效应。既往研究中，Duan et al.将TCM和XCare与完全无TCM扫描比较，Ketelsen et al.与乳腺区域使用XCare的扫描比较；Mussman et al.报告前侧剂量增加至51%、总剂量增加至32%，并推测与临床扫描和模体测量所用螺距差异有关；Franck et al.报告胸部扫描使用XCare时CTDI_vol增加15%，死亡归因风险增加极小；Li et al.观察到剂量与体重指数相关，但XCare与剂量降低无相关性。尽管不建议使用患者接触屏蔽，该做法尚未从日常实践中消失；本研究布局模拟放射技师试图保护患者同时避免过度扫描与接触屏蔽联合效应的情况。结果并非单一明确：取决于扫描仪，定位像中可见高密度物体时TCM行为不同；若无医学物理师预先广泛测量，提供扫描的放射技师无法确定多数商用扫描仪的TCM行为。局限性包括：真实患者数据或临床场景可能提供更强证据；扫描仪间诸多差异未在本研究中处理，无法确定哪些差异导致TCM差异；临床协议未统一，可能影响扫描仪及家族间结果；两台螺距1.05的Somaris 7扫描仪因平面外屏蔽导致管电压高于预期，说明联合管电流和电压调制的复杂性。

研究结论部分翻译：在纳入本测量的西门子Somatom扫描仪中，扫描体积外但定位像内存在高衰减材料时，部分扫描仪的胸部扫描TCM受到显著影响。本研究中部分设备在使用XCare时也表现出成像TCM行为差异。