继续教育
儿科PET/CT的操作和剂量学
中华核医学与分子影像杂志, 2019,39(5) : 314-320. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2019.05.101
摘要

在儿科PET/CT诊疗领域,迄今还没有统一的CT扫描方法的指南。考虑到儿童更易受电离辐射的影响,在最短时间内和最小暴露剂量条件下提供具有诊断质量的图像十分必要。该文描述了CT辐射剂量测定以及儿童PET/CT采集的基本要点。根据对北美19所儿科PET/CT机构的调查,描述了儿科PET/CT技术的多样性。调查结果表明,尽管大多数机构采用自动管电流调制,但在实际应用中各机构间仍存在2~3倍的差异,这说明需要统一的指南。该文介绍了作者所在机构研发的多序列PET/CT采集技术,此技术可以兼顾在重要部位视野内获得有诊断质量的CT图像,以及在其余部位应用低辐射技术进行显像。这种方法使患者所受辐射剂量减少,同时将PET和具有诊断质量的CT集成在单次采集中。儿科PET/CT的标准化在保证适中水平的图像质量的同时,为患者提供了减少辐射剂量的机会。

引用本文: 王宽垠, 刘振, 兰晓莉. 儿科PET/CT的操作和剂量学 [J] . 中华核医学与分子影像杂志, 2019, 39(5) : 314-320. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2019.05.101.
参考文献导出:   Endnote    NoteExpress    RefWorks    NoteFirst    医学文献王
扫  描  看  全  文

正文
作者信息
基金 0  关键词  0
English Abstract
评论
阅读 0  评论  0
相关资源
引用 | 论文 | 视频

版权归中华医学会所有。

未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计。

除非特别声明,本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。

PET/CT融合显像为多种儿科疾病,如肿瘤、神经系统疾病及心脏病等的诊断和治疗提供了至关重要的参考信息[1]。PET/CT的应用已经改变了包括霍奇金淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤、尤因肉瘤及朗格汉斯细胞组织细胞增生症在内的数种儿科恶性肿瘤的分期及肿瘤疗效评估[2,3,4,5,6,7]

虽然在辐射暴露和辐射相关疾病的关系方面存在相当大的争议,医学影像检查,尤其是CT检查的辐射剂量仍获得了持续的关注[8,9,10,11,12,13,14,15,16]。尽管儿童在核医学诊疗操作中接受的注射活度比成年人要小,但他们对电离辐射可能产生的致癌作用尤其敏感。这是因为儿童快速分裂的细胞具有更强敏感性,同时潜在的负面结果可能会在其更长的余生中显现。在美国国家科学院关于电离辐射生物学效应(biologic effects of ionizing radiation, BEIR)Ⅶ第2阶段的报告中,辐射对10岁儿童的致癌风险估计为40岁成人的2倍;而对1岁儿童的致癌风险是40岁成人的3倍[17]。这些潜在的致癌风险依据肿瘤的类型而有所不同,20岁以下的年轻女性比年轻男性的风险更高,这主要是由于乳腺癌风险的缘故。

尽量减少对儿童的辐射剂量不能以降低患者治疗所需临床信息的质量为代价。同时,在整个患者护理的过程中,也必须要考量任何潜在的风险,尤其是肿瘤。考虑到这些问题,医师应谨慎地在保持高诊断(diagnostic, Dx)质量的情况下优化采集参数,以达到最小辐射剂量,消除不必要的辐射暴露[16,18,19,20]。对于PET/CT,辐射剂量同时取决于放射性药物及CT扫描[18,21]。对于同时接受Dx CT及PET/CT检查的儿童,有必要减少重复的CT检查,以减少镇静或麻醉药物作用时间。优化PET/CT采集可在保持其高水平临床价值的同时,使PET/CT更加安全和有效。

本文在儿科PET/CT的背景下,对CT辐射剂量测定的基本要素进行综述;对北美儿科专业机构的调查报告所陈述的儿童PET/CT检查的实践情况做进一步探讨;最后,本文提出儿科PET/CT的优化方法。

一、CT辐射剂量测定的基本要点

CT提供了穿过患者身体时X射线的吸收剂量差异图,由此获得组织密度差异的三维展示[22]。X射线的吸收剂量差异图取决于电子密度和材料中每个原子的平均质子数(即有效Z数)。以热离子发射的方式从阴极释放的电子被施加电压后,加速穿过CT的X线管,电子在X线管中击中阳极并减速,导致轫致辐射和典型X射线的产生。每秒撞击阳极的电子数用毫安培(mA)管电流来描述。电子撞击阳极的数量(和随后产生的X射线的数量)与管电流和曝光持续时间的乘积(mAs)直接相关。因此,患者受到X射线的辐射剂量与mAs成正比。

电子撞击阳极产生的能量(keV)以及随之产生的轫致辐射X射线的能量均取决于管间峰值电压(kVp)。高能电子在产生X射线时效率更高,且更有可能透过球管到达患者体内。虽然患者接触到的辐射剂量取决于多种因素,但其大体上随管电压的平方变化而变化。

CT的X线管围绕患者旋转的过程中,部分X射线穿过患者体内,随后被二维阵列的放射探测器检测到。X线管和探测器阵列的几何构型固定,检测时围绕患者稳定地进行旋转,通常旋转1周需要0.33~1 s。采集到的投影数据可被重建为平行平面图像的三维序列。在CT采集过程中,检查床持续地移动,以螺旋的方式完成患者立体图像的采集。由等中心的准直光束宽度归一化的进床距离即螺距:螺距=扫描架旋转1周时检查床移动的距离/准直光束宽度。扫描架旋转1周内,检查床移动的距离等于光束宽度时,这就是1个单位的螺距(1∶1)。更高的螺距值(例如1.5∶1)代表更快的进床速度,同时可能产生些微的欠采样数据,但可降低辐射暴露或减少采集时间。对高螺距值研究获得的轴向数据进行插值补足处理通常能让重建更充分。

管电流(mA)、旋转时间(s)以及螺距可以定义有效mAs,即:有效mAs=管电流(mA)×旋转时间(s)/螺距。CT信号被量化为CT值或Hounsfield单位(Hounsfield units, HU),即将体素内平均线性衰减系数与体素内水的平均线性衰减系数进行参数化:CT值(HU)=1 000×(μV-μ)/μ,其中μV是单位体素内测量的平均线性衰减系数,μ是给定CT采集X射线谱下水的线性衰减系数。

自动曝光控制(automatic exposure control, AEC)即根据患者体型和组织衰减自动调整辐射剂量——这项技术应用于所有最先进的CT扫描仪,包括纳入PET/CT系统中的部分。AEC包含2个方面:自动化管电流调制技术(automated tube current modulation, ATCM)和目前Siemens公司提供的管电压(kV)自动化选择技术。低剂量投影图像(即"侦察员"或者"定位片")提供了用于管电压选择及ATCM的二维衰减图像。管电压自动化选择技术依据给定的患者体型及成像任务使信噪比最优化。ATCM在扫描的每个位置都达到类似水平的图像噪声。例如,肺部成像所需的放射剂量小于腹部成像,而扫描正位片(前-后方向)所需的辐射剂量低于侧位片(正交侧向方向)。管电流经由用户设定的标称图像质量参数,即Siemens公司应用的质量参考mAs(quality reference mAs, QRM)或GE公司应用的噪声指数(noise index, NI)来限定。基于患者体型大小以及所执行的CT程序,AEC可以使患者接受的辐射剂量降低25%~40%(图1)。

点击查看大图
图1
自动曝光控制(AEC)的示例。下层图像是胸部CT的定位片。白色的轮廓表示mAs作为Z轴的函数。由于横向的厚度增加和(骨骼)组织造成的衰减,mAs在肩部较高,在肺部显著下降,在腹部再次上升,因为腹部的实质性内脏造成的衰减更多
点击查看大图
图1
自动曝光控制(AEC)的示例。下层图像是胸部CT的定位片。白色的轮廓表示mAs作为Z轴的函数。由于横向的厚度增加和(骨骼)组织造成的衰减,mAs在肩部较高,在肺部显著下降,在腹部再次上升,因为腹部的实质性内脏造成的衰减更多

CT辐射剂量测定相关的参数包括以下几种[21,22]:CT剂量指数(CT dose index, CTDI)是对于特定的1组采集参数而言,标准的头部或者成人身体模型(分别以16或32 cm为直径)所接受的辐射剂量(mGy);CTDIvol是经过螺距校正后模型中心及边缘的CTDI值的加权平均数;剂量-长度乘积[dose-length product, DLP(mGy-cm)]是CTDIvol与扫描轴向长度的乘积。CTDIvol及DLP通常在采集期间显示在CT操作员的控制台上,同时被记录在辐射剂量组成报告和医学数字成像和通信标头中。CTDIvol及DLP并不代表某个特定患者接受的辐射剂量,而是代表标准模型所接受的辐射剂量。然而,CTDIvol可以针对体型更小或更大的患者进行调整,同时提供特定体型所接受剂量的估计值[23,24]

二、PET/CT的采集

在PET/CT采集中,CT可用来达到衰减校正、解剖共定位或高诊断质量影像的提供这3种目的中任一种或几种的结合[21,25]。衰减校正解释了正电子湮没事件中的位置差异,以及PET湮没光子穿透组织后衰减的程度。从患者中心发射出的光子相对于边缘发射更难被探测到,CT值可以结合到重建过程中进行衰减校正。

CT采集参数和相应的患者所受辐射剂量可因CT的使用方式不同而发生显著变化。当仅用于衰减校正时,CT辐射剂量可明显减少,但仍然能够保证充分的衰减校正[25,26]。在这种情况下,解剖学细节可能会被丢失,影响准确的解剖共定位。当用于PET数据中的解剖定位时,CT不需要具有Dx图像质量,够辨别PET图像上感兴趣区的解剖学特征即可。当然,也可能要进行感兴趣区的Dx CT采集。如果患者需要行Dx CT和PET检查,在单次检查过程中完成这2种检查不仅便捷和有效,而且还能减少可能的额外CT扫描,从而降低辐射剂量。对于低龄儿童,这种模式也可以缩短完成2次扫描所需的镇静时间。在许多情况下,CT可用于多种目的,例如,Dx CT可以用于解剖定位和衰减校正,或者用于解剖定位的CT也可用于衰减校正。

由于CT和PET数据之间的差异,应用基于CT的衰减校正时必须作调整。CT管电压通常在80~140 kVp间(有效光子能量在40~80 keV间),而湮灭光子能量是511 keV。为了针对以上能量差进行调整,可以在CT重建数据及511 keV对应的组织线性衰减系数之间进行多线性变换[27]。同时必须对2种模态的空间分辨率差异(CT为约1 mm,而PET为5~10 mm)进行调整,以避免检查对象边界处的伪影。在应用能量转换之前,将CT数据调至PET的分辨率数值。因此,基于CT的衰减校正应用如下:获取CT扫描数据后进行重建,调整至PET的分辨率数值,应用能量转换,对调整后的数据进行重新投影以生成校正矩阵,并应用于PET数据重建。

对于解剖相关性应用中的CT,其图像质量只需要满足解剖定位。因此,依据技师手头的任务和患者体型的大小,mAs可以降低(倍数因子为3~5)。结合Dx CT扫描可以增加PET显像结果在解剖学上的可信度。例如,在腹部脏器中病变的可识别度常取决于CT技术和适时的对比剂应用。结合Dx CT和PET可以提高效率,减少检查时间和儿童检查时对镇静剂可能的需求,对患者来说也更加便捷。当Dx CT扫描和PET显像的区域相同时(通常是躯干),Dx CT也可以用于衰减校正。然而,将Dx CT应用于特定区域(例如,头颈部或者胸部)且需要进行全身PET显像时,就需要应用下文所述替代策略。

三、儿科PET/CT的实际应用

1.北美儿科PET/CT机构的调查。由于北美儿科的PET/CT诊所缺乏实践标准,笔者假设儿科PET/CT的采集可能因诊所不同而异,对19个北美相关机构进行了调查,并描述其儿科PET/CT的实践。这些机构包括14所儿童医院以及5所具有重点儿科研究资质的大型学术性医院(表1)。由于不需要收集个体患者的数据,所以不需要内部委员会审查,只要获得PET/CT采集标准的方案。

点击查看表格
表1

完成儿科PET/CT调查的机构

表1

完成儿科PET/CT调查的机构

波士顿儿童医院(Boston Children′s Hospital)
德克萨斯儿童医院(Texas Children′s Hospital)
圣犹大儿童研究医院(St. Jude Children′s Research Hospital)
辛辛那提儿童医院及医疗中心(Cincinnati Children′s Hospital Medical Center)
密歇根大学CS莫特儿童医院(University of Michigan CS Mott Children′s Hospital)
洛杉矶儿童医院(Children′s Hospital Los Angeles)
斯坦福露西尔·派克德儿童医院(Lucile Packard Children′s Hospital Stanford)
巴恩斯-犹太和圣路易斯儿童医院(Barnes-Jewish and Saint Louis Children′s Hospitals)
不列颠哥伦比亚省儿童医院(British Columbia Children′s Hospital)
杜克大学(Duke University)
匹兹堡儿童医院(Children′s Hospital of Pittsburgh)
堪萨斯市儿童慈善医院(Children′s Mercy Kansas City)
国家儿童卫生系统(Children′s National Health System)
科罗拉多儿童医院(Children′s Hospital Colorado)
多伦多病童医院(The Hospital for Sick Children)
西雅图儿童医院(Seattle Children′s Hospital)
麻省总医院(Massachusetts General Hospital)
芝加哥安与罗伯特·H·鲁利儿童医院(Ann & Robert H. Lurie Children′s Hospital of Chicago)
费城儿童医院(Children′s Hospital of Philadelphia)

本次调查使用科罗拉多大学医学院的电子数据采集(Research Electronic Data Capture, REDCap)工具对数据进行收集和整理[28]。调查分为三部分:首先,要求提供被调查机构的一般信息,包括每周进行儿童PET/CT显像数量,用于儿科的PET/CT扫描仪的制造商和型号;其次,询问是否使用非Dx扫描(用于衰减校正或者解剖定位)或者Dx CT扫描作为PET/CT显像的一部分;最后,询问如何在3个假设体质量分别为25、50以及75 kg的患者身上采集非Dx和Dx PET/CT。

笔者在3周内完成了对这19所机构的调查。每周进行的儿科PET/CT扫描的数量变化很大,中位数和平均值分别为4.0和6.2次扫描/周(范围为1.5~20次扫描/周)。19所机构中有9所的仪器由GE公司制造,5所由Siemens公司制造,5所由Philips公司制造。19所机构中只有2所使用CT静脉对比剂。19所机构中,15所进行了Dx CT扫描,其中有4所在整个PET扫描范围中采集Dx CT,6所在局部区域内采集Dx CT,5所机构除PET/CT显像外于同一仪器上另外进行了局部区域内的CT扫描。

本研究只采用Siemens和GE公司仪器的显像数据进行技术因素的比较。总的来说,大部分Dx和非Dx方案中都应用了ATCM。当kV自动化选择可用时,其主要应用于Dx方案,仅1个非Dx方案使用了kV自动化选择。这是合理的,因为kV的调整主要是为了增强对比材料的可视性,与非Dx方案不存在相关性。被调查的医疗机构之间的ATCM参数存在高度差异(表2)。应用CARE Dose四维技术的Siemens公司仪器数据显示,在进行Dx扫描时,对于体质量为20 kg的患者来说,QRM变化范围为60~150(系数为2.5,即2.5×);对于体质量75 kg的患者来说,变化范围为120~220(1.8×)。应用GE公司仪器进行Dx的数据显示,对于体质量为20 kg的患者,NI变化范围是5~18(3.6×);相对体质量为75 kg的患者,变化范围是11~18(1.6×)。

点击查看表格
表2

应用ATCM时GE公司仪器NI范围以及Siemens公司仪器QRM范围

表2

应用ATCM时GE公司仪器NI范围以及Siemens公司仪器QRM范围

患者体质量(kg)NI范围QRM范围(mAs)
Dx非DxDx非Dx
205~18(12.97)20~30(28.5)60~150(140)35~80a
5010~18(13.5)20~40(29)120~180(150)35~80a
7511~18(15)20~40(29)120~220(150)35~80a

注:ATCM为自动化管电流调制技术,Dx为诊断型,NI为噪声指数,QRM为质量参考mAs;圆括号内为中位数;a仅报告2个值,没有中位数

2.波士顿儿童医院的方法。在本机构,躯干PET/CT检查中的CT部分过去一直以低剂量非Dx的方式进行,必要时再对临床关注的解剖部位进行Dx CT扫描。通过整合非Dx CT和Dx CT的数据,可以减少患者的扫描时间和辐射剂量,消除对Dx CT检查部位的重复扫描。Dx CT不仅为解剖定位提供了更多的图像数据,还可被应用于衰减校正。然而,以前的软件版本不能将分开采集的CT序列合并到单独重建的非Dx采集序列,也不能将非Dx和Dx CT结合成1次采集的多序列CT扫描。因此,笔者所在团队与制造商(Siemens公司)合作开发多序列的CT采集方式,患者只接受每个区域所需剂量,这样扫描重叠区域最小。例如,可以在头部、颈部以及胸部采用非Dx扫描,然后在腹部采用Dx扫描,再在骨盆到双大腿中部采用非Dx扫描。然后将这3个部分的扫描合并成单个扫描,用于衰减校正、解剖定位以及完善的Dx CT。一旦建立了这种可行性,即实现了多序列的CT采集。

基于AEC可以为不同体型儿童提供合理的CT采集参数的假设,笔者应用本机构的标准临床CT方案进行了模拟实验。数据均由Siemens公司mCT 40 PET/CT仪在CARE kV和CARE Dose四维模式下进行非Dx及Dx扫描获取。不论是进行非Dx或Dx CT采集,本机构均对体质量在55 kg以上、以下的患者采用不同的方案。对于体质量在55 kg以下的患者,本机构使用CARE Dose四维模式进行Dx CT扫描,QRM为150,强度设置为弱,CARE kV模式为"on"(kV参考值设置为120),剂量优化器数值设置为7。进行非Dx CT扫描时,除了将体质量在55 kg以下、以上的患者的QRM值分别设置为20和35,其余参数与Dx CT扫描一致。

为5类不同体型的患者(成年患者以及15岁、10岁、5岁、1岁的患者)进行了拟人、组织等效模型(CIRS,007TE模型)的CT采集。针对年龄不同的患者,笔者分别设计了单独的扫描头部、胸部或腹部的模型。每次采集都记录对应的CTDIvol(身体32 cm,头部16 cm),同时用CTDIvol乘以每个年龄对应的各区域扫描标称长度,应用Deak等[29]报道的换算因数来计算DLP。

根据国际辐射防护委员会报告103的DLP换算因数来估算每个区域的有效剂量(effective dose, ED)[29]。考虑了以下5种方案(图2):(1)躯干部位的Dx以及非Dx扫描;(2)躯干部位Dx扫描;(3)躯干部位非Dx扫描;(4)腹部Dx扫描(从膈肌上方到骨盆上方的区域)以及躯干部位非Dx扫描;(5)包括头部、胸部非Dx扫描以及腹部Dx扫描的多序列扫描。估算每个区域的ED值,并根据不同扫描情况对这些值进行求和。例如,如果感兴趣区域是1例10岁儿童患者的腹部,应用上述多序列扫描方式(图2方案5),将非Dx CT扫描头(颈)部和胸部的ED值和腹部Dx CT扫描的ED值(分别为0.018、0.0517、1.24 mSv)相加得到总ED值。

点击查看大图
图2
对10岁儿童按5种方式扫描的示意图[红色代表诊断(Dx)CT扫描,粉色代表非Dx CT扫描;AC为衰减校正]。第1种扫描方式是躯干部位的Dx以及非Dx扫描;第2种是躯干部位Dx扫描;第3种是躯干部位非Dx扫描;第4种是腹部Dx扫描(从膈肌上方到骨盆上方的区域)以及躯干部位非Dx扫描;第5种是包括头颈部、胸部、双下肢非Dx扫描以及腹部Dx扫描的多序列扫描。请注意,图中的"全身"与"躯干部位"同义
点击查看大图
图2
对10岁儿童按5种方式扫描的示意图[红色代表诊断(Dx)CT扫描,粉色代表非Dx CT扫描;AC为衰减校正]。第1种扫描方式是躯干部位的Dx以及非Dx扫描;第2种是躯干部位Dx扫描;第3种是躯干部位非Dx扫描;第4种是腹部Dx扫描(从膈肌上方到骨盆上方的区域)以及躯干部位非Dx扫描;第5种是包括头颈部、胸部、双下肢非Dx扫描以及腹部Dx扫描的多序列扫描。请注意,图中的"全身"与"躯干部位"同义

图3显示了用波士顿儿童医院的PET/CT扫描方案对不同体型患者进行非Dx以及Dx CT扫描后估算的ED值。ED值仅由PET/CT中的CT部分估算得到,不包括患者接受的放射性药物带来的辐射剂量。根据北美以及欧洲核医学学会指南[30,31]18F-脱氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose, FDG)对应的ED一般为5.2~7.4 mSv。因此,AEC技术的应用合理地减少了特定体型患者接受的辐射剂量。在非Dx以及Dx扫描中,1岁和5岁的儿童患者接受的辐射剂量低于体型更大的患者,所有的儿童患者接受的辐射剂量均低于成人。

点击查看大图
图3
衰减校正(非Dx)和Dx CT扫描产生的有效剂量(ED)。图中为从1岁到中年成人(MA)不同年龄阶段的ED估算值(mSv)
点击查看大图
图3
衰减校正(非Dx)和Dx CT扫描产生的有效剂量(ED)。图中为从1岁到中年成人(MA)不同年龄阶段的ED估算值(mSv)

图4显示了上述5种情况中10岁患者的ED估算值。对于接受第5种扫描方式的患者,ED值估算为1.77 mSv,小于第1、2、4种扫描方式的ED估算值(3.09、2.30、2.02 mSv)。以上数据表明将非Dx以及Dx CT扫描合并为单一的多序列采集方式能够减少辐射剂量,与第1、2、4种扫描方式相比,分别减少了44%、23%和12%。

点击查看大图
图4
10岁患儿在图2所示多序列扫描方式下的估算ED值(mSv)。方案5:腹部Dx+头、胸部非Dx方案4:腹部Dx+躯干非Dx方案3:仅躯干非Dx方案2:仅躯干Dx方案1:躯干Dx+躯干非Dx
点击查看大图
图4
10岁患儿在图2所示多序列扫描方式下的估算ED值(mSv)。方案5:腹部Dx+头、胸部非Dx方案4:腹部Dx+躯干非Dx方案3:仅躯干非Dx方案2:仅躯干Dx方案1:躯干Dx+躯干非Dx

3.案例分析。用1个13岁患者的病例进一步说明多序列扫描方案。该患者在行颈部和胸部Dx CT扫描(图5A)及相应活组织检查(简称活检)后被诊断为淋巴母细胞淋巴瘤。为了完成分期,除腹部(骨盆)的Dx CT扫描外,患者还进行了躯干18F-FDG PET/CT显像。尽管辐射剂量已降低到合适的范围,笔者仍没有重复进行颈部和胸部Dx CT扫描,因为这些部位已经在最初诊断时完成了扫描。对患者进行了多序列PET/CT显像:先行颈部和胸部非Dx CT扫描,然后进行腹部和骨盆Dx CT扫描。另外进行的大腿以上部位非Dx CT扫描用于PET扫描时床位的解剖定位(图5B)。颈部和胸部的非Dx CT扫描不仅可以对同一区域更早进行的Dx CT扫描进行补充,还可以用于PET的衰减校正以及解剖定位。患者进行腹部(骨盆)Dx CT扫描的价值可经18F-FDG显像证实——右肾有18F-FDG低摄取灶,如果不进行对比增强Dx CT扫描显示该低衰减病变,则很难将其与18F-FDG的肾脏清除相区分。该转移性病变在非对比、非Dx CT图像上会显示不明显。非Dx CT扫描的区域,即颈部(胸部)及双下肢接受到的辐射剂量(0.3、0.3 mSv)明显低于进行标准Dx CT扫描的腹部(骨盆)区域的剂量(3.4 mSv)(图5B)。总体而言,本机构的多序列CT扫描方案的应用为临床医师提供了有价值的分期信息,同时降低了患者所受辐射剂量并节省了患者的时间。

点击查看大图
图5
A.在PET/CT扫描前进行的头部(颈部;上排)诊断(Dx)以及胸部(下排)CT扫描图[剂量-长度乘积(DLP)=139 mGy-cm;有效剂量(ED)估算值=2.2 mSv]。B.多序列PET/CT显像图,左图为PET/CT显像中多序列CT采集生成的复合冠状CT图像,头颈部及胸部采用非Dx CT扫描,腹部采用Dx CT扫描,腿部以上采用非Dx扫描[红箭头代表不同扫描方式之间的过渡,同时反映不同CT技术的噪声水平;3个框中的值是DLP (mGy-cm),括号中是ED估算值(mSv)];右上图是使用多序列CT数据进行衰减校正后得到的PET冠状图,图中没有可识别的质量转变;右下图表示横断面CT(上排)以及融合PET/CT(下排)图,显示了右肾后部的低衰减病变及其18F-脱氧葡萄糖(FDG)摄取情况,使用非对比Dx CT扫描则无法发现
点击查看大图
图5
A.在PET/CT扫描前进行的头部(颈部;上排)诊断(Dx)以及胸部(下排)CT扫描图[剂量-长度乘积(DLP)=139 mGy-cm;有效剂量(ED)估算值=2.2 mSv]。B.多序列PET/CT显像图,左图为PET/CT显像中多序列CT采集生成的复合冠状CT图像,头颈部及胸部采用非Dx CT扫描,腹部采用Dx CT扫描,腿部以上采用非Dx扫描[红箭头代表不同扫描方式之间的过渡,同时反映不同CT技术的噪声水平;3个框中的值是DLP (mGy-cm),括号中是ED估算值(mSv)];右上图是使用多序列CT数据进行衰减校正后得到的PET冠状图,图中没有可识别的质量转变;右下图表示横断面CT(上排)以及融合PET/CT(下排)图,显示了右肾后部的低衰减病变及其18F-脱氧葡萄糖(FDG)摄取情况,使用非对比Dx CT扫描则无法发现
四、讨论

PET/CT检查已是应用于儿童疾病的一种重要显像方法,特别是对于肿瘤学以及神经病学而言[1,2,3,4,5,6,7]。因为放射性药物及CT组件都具有电离辐射,所以如何在提供高质量Dx信息的同时将对儿童的辐射剂量保持在低水平引起了研究者的关注[32,33,34,35,36,37,38]。虽然已有18F-FDG在儿童中的使用标准[30,39,40],但在CT采集部分并无相关标准。本研究的调查结果表明,即使在专业的儿科机构中,CT采集也存在着明显差异,这进一步表明了标准化的潜在需求。在过去的10年中,部分研究小组报道了儿科PET/CT的最优化方式[25,41,42,43,44]。笔者将波士顿儿童医院的方法(即采用AEC来管理辐射剂量)作为一种选择,这种方法不需要为不同体型的患者设定特定的水平值。在上述采集方案中,非Dx CT明显降低了患者接受的辐射剂量。然而,剂量降低的相对大小随着患者的体型变化而变化(图4)。对成人而言,非Dx辐射剂量约为Dx辐射剂量的20%,对于1岁患者则接近50%。

将Dx CT扫描成像纳入多序列采集方案使得Dx检查达到最低辐射剂量。虽然降低的辐射剂量相对较少,但在单次采集中完成非Dx以及Dx CT检查的方案更为有效。当然,肯定会有对单次局部Dx CT采集更加合适的情况。例如,采集保持屏气、双臂在头顶的胸部Dx CT对肺部实质性病变或肺下叶近膈肌处可见病变有重大意义。在这种情况下,合并胸部Dx CT与躯干部位的非Dx CT扫描是最好的方案,患者接受的辐射剂量仅稍高于多序列采集方案(与体模研究得到的1.8 mSv相比仅为2.0 mSv)。将波士顿儿童医院的采集方式与其他机构相比较,执行Dx CT的15所机构中有5所以类似本院传统方式进行CT扫描——即在同一扫描仪上与PET/CT显像分开进行的局部CT扫描;而有6所机构使用多序列采集方案,类似于本院新方式。15所机构中有4所机构在整个PET扫描范围中采集了Dx CT。

在儿科显像中,大家希望尽可能有效地获取所需图像。这种需求是在保证临床医师得到所需高质量诊断信息(以便给予患者合适的治疗)的同时,患者接受的辐射剂量也达到最低。大多数儿童并没有在专业的儿科机构进行影像采集,因此对儿童进行显像的机构较少受益于儿科PET影像团体提供的指南。波士顿儿童医院的儿科PET/CT显像方法应用简便且能提供出色的图像质量,同时将辐射剂量维持在远低于成人的水平。然而,其局限性在于:该方法可能不能适用于所有的PET/CT系统。在这些情况下,在非Dx PET/CT后行临床感兴趣区域的Dx PET/CT是一种合理的可替代性选择。笔者从体模实验中估算辐射剂量的方法也可能存在误差,因此计划以后通过使用真实的计算机模型以及蒙特卡罗模拟来得到更精确的估算结果。

大部分Dx CT检查需要静脉造影,本研究的调查发现19所机构中只有2所在PET/CT检查期间使用静脉造影。这可能是因为担心碘对比剂影响组织的HU密度,从而影响衰减校正以及标准摄取值(standardized uptake value, SUV)测量的准确性。以往的研究表明,正确地使用对比剂对SUV的计算几乎没有影响(比较有和无静脉注射对比剂的CT数据衰减校正过的PET显像数据,结果示二者的最大SUV(maximum SUV, SUVmax)及平均SUV(mean SUV, SUVmean)的差异均为5%,这也是笔者得到的经验[45,46]

五、结论

PET/CT多序列采集方案为减少辐射剂量及优化检查提供了可能性。随着越来越多的融合显像研究的开展,以及更多的放射学和核医学方向的影像专业人员认识到PET/CT多序列采集方案,本文概述的策略有助于推动更广泛地讨论儿科PET/CT中CT技术的标准化。

志      谢
志谢

德克萨斯儿童医院的Christina Dodge,圣犹大儿童研究医院的Samuel Brady,辛辛那提儿童医院及医疗中心的Andrew Trout,密歇根大学CS莫特儿童医院的Jill Rothley,洛杉矶儿童医院的Hollie A. Lai,斯坦福露西尔·派克德儿童医院的Vinh Nguyen,巴恩斯-犹太和圣路易斯儿童医院的Dmitry Beyder,不列颠哥伦比亚省儿童医院的Helen Nadel,杜克大学的Timothy Turkington,匹兹堡儿童医院的Michael Czachowski,堪萨斯市儿童慈善医院的Jennifer Foley,国家儿童卫生系统的Sarah McKenney,科罗拉多儿童医院的Ishtiaq Bercha,多伦多病童医院的Nicholas Shkumat,西雅图儿童医院的Lisa Aldape,麻省总医院的Jon Adams,芝加哥安与罗伯特·H·鲁利儿童医院的Nicholas Rupert和费城儿童医院的Kevin Edwards

参考文献
[1]
TrevesST. Pediatric Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 4th ed. New York, NY: Springer; 2014.
[2]
Kiratli, TuncelM, Bar-SeverZ. Nuclear medicine in pediatric and adolescent tumors. Semin Nucl Med. 2016;46:308-323.
[3]
UsluL, DonigJ, LinkM, RosenbergJ, QuonA, Daldrup-LinkHE. Value of 18FFDG PET and PET/CT for evaluation of pediatric malignancies. J Nucl Med. 2015;56:274-286.
[4]
KamalNM, ElsabanK. Role of 18F-FDG-PET/CT in assessment of pediatric Hodgkin′s lymphoma. Q J Nucl Med Mol Imaging. April 1, 2014[Epub ahead of print]
[5]
HarrisonDJ, ParisiMT, ShulkinBL. The role of 18F-FDG-PET/CT in pediatric sarcoma. Semin Nucl Med. 2017;47:229-241.
[6]
RaciborskaA, BilskaK, DrabkoK, et al. Response to chemotherapy estimates by FDG PET is an important prognostic factor in patients with Ewing sarcoma. Clin Transl Oncol. 2016;18:189-195.
[7]
NguyenBD, RoarkeMC, ChiversSF. Multifocal Langerhans cell histiocytosis with infiltrative pelvic lesions: PET/CT imaging. Clin Nucl Med. 2010;35:824-826.
[8]
Berrington de GonzalezA, JournyN, LeeC, et al. No association between radiation dose from pediatric CT scans and risk of subsequent Hodgkin lymphoma. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2017;26:804-806.
[9]
Berrington de GonzalezA, SalottiJA, McHughK, et al. Relationship between paediatric CT scans and subsequent risk of leukaemia and brain tumours: assessment of the impact of underlying conditions. Br J Cancer. 2016;114:388-394.
[10]
JournyN, AnceletS, RehelJL, et al. Predicted cancer risks induced by computed tomography examinations during childhood, by a quantitative risk assessment approach. Radiat Environ Biophys. 2014;53:39-54.
[11]
JournyNM, LeeC, HarbronRW, McHughK, PearceMS, Berrington de GonzalezA. Projected cancer risks potentially related to past, current, and future practices in paediatric CT in the United Kingdom, 1990-2020. Br J Cancer. 2017;116:109-116.
[12]
KutanziKR, LumenA, KoturbashI, MiousseIR. Pediatric exposures to ionizing radiation: carcinogenic considerations. Int J Environ Res Public Health. 2016;13:E1057.
[13]
MigliorettiDL, JohnsonE, WilliamsA, et al. The use of computed tomography in pediatrics and the associated radiation exposure and estimated cancer risk. JAMA Pediatr. 2013;167:700-707.
[14]
SiegelJA, PenningtonCW, SacksB. Subjecting radiologic imaging to the linear no-threshold hypothesis: a non sequitur of non-trivial proportion. J Nucl Med. 2017;58:1-6.
[15]
SiegelJA, SacksB, PenningtonCW, WelshJS. Dose optimization to minimize radiation risk for children undergoing CT and nuclear medicine imaging is misguided and detrimental. J Nucl Med. 2017;58:865-868.
[16]
FaheyFH, TrevesST, AdelsteinSJ. Minimizing and communicating radiation risk in pediatric nuclear medicine. J Nucl Med. 2011;52:1240-1251.
[17]
Health risks from exposure to low levels of ionizing radiation: BEIR VII phase II. Washington, DC: National Academic Press; 2006.
[18]
BradySL, ShulkinBL. Ultralow dose computed tomography attenuation correction for pediatric PET CT using adaptive statistical iterative reconstruction. Med Phys. 2015;42:558-566.
[19]
LeeC, PearceMS, SalottiJA, et al. Reduction in radiation doses from paediatric CT scans in Great Britain. Br J Radiol. 2016;89:20150305.
[20]
FaheyF, TrevesST, LassmannM. Dose optimization in pediatric nuclear medicine. Clin Transl Imaging. 2016;4:5-11.
[21]
FaheyFH. Dosimetry of pediatric PET/CT. J Nucl Med. 2009;50:1483-1491.
[22]
BushbergJT, BooneJM. The Essential Physics of Medical Imaging:Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins; 2011.
[23]
BooneJ, StraussK, CodyD, etal. AAPM report no. 204: size-specific dose estimates (SSDE) in pediatric and adult body CT examinations. College Park,MD: American Association of Physicists in Medicine; 2011.
[24]
BradySL, MirroAE, MooreBM, KaufmanRA. How to appropriately calculate effective dose for CT using either size-specific dose estimates or dose-length product. AJR. 2015;204:953-958.
[25]
FaheyFH, PalmerMR, StraussKJ, ZimmermanRE, BadawiRD, TrevesST. Dosimetry and adequacy of CT-based attenuation correction for pediatric PET:phantom study 1. Radiology. 2007;243:96-104.
[26]
RuiX, ChengL, LongY, et al. Ultra-low dose CT attenuation correction for PET/CT: analysis of sparse view data acquisition and reconstruction algorithms. Phys Med Biol. 2015;60:7437-7460.
[27]
LonnA. Evaluation of method to minimize the effect of x-ray contrast in PETCT attenuation correction [abstract]. IEEE Medical Imaging Conference. 2003;M6:146.
[28]
HarrisPA, TaylorR, ThielkeR, PayneJ, GonzalezN, CondeJG. Research electronic data capture (REDCap)—a metadata-driven methodology and work-flow process for providing translational research informatics support. J Biomed Inform. 2009;42:377-381.
[29]
DeakPD, SmalY, KalenderWA. Multisection CT protocols: sex-and age-specific conversion factors used to determine effective dose from dose-length product. Radiology. 2010;257:158-166.
[30]
TrevesST, GelfandMJ, FaheyFH, ParisiMT. 2016 update of the North American consensus guidelines for pediatric administered radiopharmaceutical activities. J Nucl Med. 2016;57(12):15N-18N.
[31]
LassmannM, TrevesST. Pediatric radiopharmaceutical administration: harmonization of the 2007 EANM paediatric dosage card (version 1.5.2008) and the 2010 North American consensus guideline [comment]. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2014;41:1636.
[32]
GoskeMJ, ApplegateKE, BoylanJ, et al. The Image Gently campaign: working together to change practice. AJR. 2008;190:273-274.
[33]
FrushDP, GoskeMJ, Hernanz-SchulmanM. Computed tomography and radiation exposure. N Engl J Med. 2008;358:851, author reply 852-853.
[34]
StaussJ, FranziusC, PflugerT, et al. Guidelines for 18F-FDG PET and PET-CT imaging in paediatric oncology. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2008;35:1581-1588.
[35]
FrushDP. Radiation, CT, and children: the simple answer is... it′s complicated. Radiology. 2009;252:4-6.
[36]
StraussKJ, ButlerPF, GoskeMJ, RitenourER. Image gently: reducing radiation dose in pediatric computed tomography through collaboration. Med Phys. 2009;36:5719-5720.
[37]
StraussKJ, GoskeMJ. Estimated pediatric radiation dose during CT. Pediatr Radiol. 2011;41(suppl 2):472-482.
[38]
FrushDP, StraussKJ. Image Gently: getting it right. J Am Coll Radiol. 2017;14:575-576.
[39]
GelfandMJ, ParisiMT, TrevesST. Pediatric radiopharmaceutical administered doses: 2010 North American consensus guidelines. J Nucl Med. 2011;52:318-322.
[40]
LassmannM, TrevesST, EANM/SNMMI Paediatric Dosage Harmonization Working Group. Paediatric radiopharmaceutical administration: harmonization of the 2007 EANM paediatric dosage card (version 1.5. 2008) and the 2010 North American consensus guidelines. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2014;41:1036-1041.
[41]
AlessioAM, KinahanPE, ManchandaV, GhioniV, AldapeL, ParisiMT.Weight-based, low-dose pediatric whole-body PET/CT protocols. J Nucl Med. 2009;50:1570-1577.
[42]
GelfandMJ. Dosimetry of FDG PET/CT and other molecular imaging applications in pediatric patients. Pediatr Radiol. 2009;39(suppl 1):S46-S56.
[43]
YangCC, LiuSH, MokGS, WuTH. Evaluation of radiation dose and image quality of CT scan for whole-body pediatric PET/CT: a phantom study. Med Phys. 2014;41:092505.
[44]
ParisiMT, BermoMS, AlessioAM, SharpSE, GelfandMJ, ShulkinBL. Optimization of pediatric PET/CT. Semin Nucl Med. 2017;47:258-274.
[45]
BerthelsenAK, HolmS, LoftA, KlausenTL, AndersenF, HojgaardL. PET/CT with intravenous contrast can be used for PET attenuation correction in cancer patients. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2005;32:1167-1175.
[46]
AschoffP, PlathowC, BeyerT, et al. Multiphase contrast-enhanced CT with highly concentrated contrast agent can be used for PET attenuation correction in integrated PET/CT imaging. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2012;39:316-325.
 
 
展开/关闭提纲
查看图表详情
回到顶部
放大字体
缩小字体
标签
关键词