The Effect of X-ray Energy on Dosimeter Measurements of CT Radiation Dose
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摘要:
目的:使用Raysafe-X2空气电离室(简称“RX2”)、piranha CT dose profiler半导体电离室(简称“CDP”)和
30013 Farmer 空气电离室(简称“PT3”)测量不同X射线能量下的点剂量和容积CT剂量指数(CTDIvol),探讨X射线能量对不同剂量计评估辐射剂量的影响。方法:逐层扫描管电压设置:单能量模式包括:80 kV、90 kV、100 kV、120 kV、140 kV和150 kV(Sn),双能量模式包括:70/150 kV(Sn)、80/150 kV(Sn)、90/150 kV(Sn)、100/150 kV(Sn)和80/140 kV。通过手动调节管电流,保证各组CTDIvol约为20 mGy,记录显示CTDIvol与DLP。使用CDP和PT3测量32 cm模体中心、0点、3点、6点和9点位点剂量值。使用RX2、CDP和PT3测量并计算实际CTDIvol。结果:(1)点剂量:①单能量模式(除Sn150 kV)时CDP在中心位置测得点剂量高于PT3。低能量时非中心位置,CDP测得的75%点剂量高于PT3;高能量时PT3测得的88%的点剂量高于CDP。②双能量模式(除90+Sn150 kV)时CDP在中心位置测得点剂量均高于PT3。除80+140 kV,非中心位置PT3测得点剂量高于CDP。(2)CTDIvol:RX2测量值为(18.89±0.38)mGy,CDP测量值为18.31(19.25,20.84)mGy,PT3测量值为(20.35±0.38)mGy。除使用CDP在150 kV(Sn)的射线能量下,余射线能量下三种剂量计测得CTDIvol均在16 mGy~24 mGy之间。结论:不同剂量计对射线能量的响应特性存在差异,因此在不同测量条件和测量目的下,选择合适的剂量计至关重要。Abstract:Objective: The point dose and volume CT dosimetry index (CTDIvol) at different X-ray energies were measured using the Raysafe-X2 air ionization chamber (referred to as “RX2”), the Piranha CT dose profiler semiconductor ionization chamber (referred to as “CDP”), and the
30013 Farmer air ionization chamber (referred to as “PT3”), in order to explore the effect of X-ray energy on the radiation dose evaluation by different dose meters. Methods : The tube voltage settings for each layer were as follows: single energy mode included 80 kV, 90 kV, 100 kV, 120 kV, 140 kV, and 150 kV (Sn); dual energy mode included 70/150 kV (Sn), 80/150 kV (Sn), 90/150 kV (Sn), 100/150 kV (Sn), and 80/140 kV. The tube current was manually adjusted to ensure that the CTDIvol for each group was approximately 20 mGy, and the displayed CTDIvol and DLP were recorded. Point dose values were measured at the center, 0-point, 3-point, 6-point, and 9-point positions of the 32 cm phantom using CDP and PT3. The actual CTDIvol was measured and calculated using RX2, CDP, and PT3. Results: (1) Point Dose:①in single energy mode (except for Sn150 kV), CDP measured higher point doses at the center compared to PT3. At low energies, the point dose measured by CDP at non-center positions was 75% higher than that of PT3, while at high energies, 88% of the point doses measured by PT3 were higher than those measured by CDP. ②In dual energy mode (except for 90+Sn150 kV), CDP measured higher point doses at the center compared to PT3. However, except for 80+140 kV, PT3 measured higher point doses than CDP at non-center positions. (2) As for CTDIvol, the measured values were as follows: RX2 measured (18.89 ± 0.38) mGy, CDP measured 18.31 (19.25, 20.84) mGy, and PT3 measured (20.35 ± 0.38) mGy. Except when CDP was used at 150 kV (Sn), the CTDIvol measured by all three dose meters for other X-ray energies ranged between 16 mGy and 24 mGy. Conclusion: Different dosimeters exhibit varying responses to X-ray energy. Therefore, selecting an appropriate dosimeter is crucial depending on the measurement conditions and objectives.-
Keywords:
- X-ray energy /
- dosimeter /
- point dose /
- volume CT dosimetry index
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卵巢高钙血症型小细胞癌(small cell carcinoma of the ovary,hypercalcemic type,SCCOHT)是一种罕见的、高度侵袭性的卵巢恶性肿瘤,2/3患者伴有副瘤综合征高钙血症表现[1],发病率在卵巢肿瘤中占比不到0.01%,好发于青年女性(范围0~55岁,中位年龄约24岁)[2-3]。SMARCA4 基因突变是诊断SCCOHT金标准[4]。由于SCCOHT罕见发病、缺乏特异性影像学表现,加之影像医师对该病认识不足,术前往往难以准确诊断。现将我院收治的1例青少年女性SCCOHT患者报道如下,旨在提高影像医生对该疾病的认识,提高术前诊断率。
1. 病历资料
1.1 临床资料
患者女性,13岁,因腹胀1月余就诊。患者平素健康状况良好,既往史阑尾炎术后1年,无药物过敏史、输血史。患者病程中饮食睡眠尚可,排便困难,小便正常,体重未见下降,病程中无发热,无疼痛。专科检查:腹部膨隆,可触及腹盆腔巨大包块,质地硬,活动度差,全腹无压痛、反跳痛、肌紧张。肝脾未触及。移动性浊音阴性。实验室检查:糖类抗原CA-125
1964.01 U/mL(参考范围0~35 U/mL),血钙2.75 mmol/L(参考范围2.1~2.55 mmol/L),AFP 0.5 ng/mL(参考范围0~7 ng/mL)。1.2 设备与检查方法
保证患儿处于安静平卧状态下检查。CT检查采用Philips 256层iCT扫描机,采集层厚为5 mm;层间距5 mm,重建间隔为1 mm,管电压100 kV,电流采用自动管电流调节技术,窗宽300~500 HU,窗位30~50 HU,扫描范围为膈顶至耻骨联合下缘。增强检查高压注射器对比剂团注流速为2.5~3.5 mL/s,动脉期、静脉期、延迟期采集时间分别为注药后15~25 s、65~70 s、120~180 s。MRI检查采用Simons Skyra 3.0 T磁共振,扫描常规序列选择T1WI Dixon tra、T2WI fs tra、T2WI fs cor、DWI等,扫描分上腹和盆腔两部分进行,上腹部线圈定位中心为剑突下2~3 cm,盆腔线圈定位中心为耻骨联合上缘上2 cm。
1.3 影像表现
CT示腹盆腔内一体积巨大囊实性占位影,大小约为24 cm×20 cm×19.5 cm,内部密度不均,周围边界不清,挤压邻近正常组织。对比剂注入后周边实性部分不规则渐进性强化,中央低密度区未见强化。动脉期可见右侧卵巢动脉迂曲增粗,并伸入肿块,肿块内部见多发迂曲条状纤细血管影。腹膜多发局限性增厚伴小结节状强化影。胃周及腹膜后见多发增大淋巴结,伴强化。腹盆腔内多发片状低密度积液(图1)。
图 1 右侧卵巢SCCOHT的CT平扫及增强图像注:(a)横断面平扫图像示腹腔内巨大囊实性占位(三角);(b)横断面增强动脉期示右侧卵巢动脉增粗并伸入肿块中(白箭);(c)横断面增强动脉期可见肿瘤内部多发迂曲纤细新生血管影(白箭);(d)横断面平扫及三期增强示肿物内同一实性位置(绿色部分)CT值分别为27、45、81和61 HU,呈中度强化;(e)为动脉期冠状面重建图像,病灶巨大布满腹腔(三角),子宫受牵拉向右上方移位(U),术中发现右侧卵巢及输卵管扭转,迂曲增粗的右侧卵巢动脉(白箭);(f)延迟期矢状位重建示病灶(三角)上方、肝下缘及腹膜后多发增大淋巴结影(白箭)。Figure 1. Plain CT scan and enhanced images of SCCOHT of the right ovaryMRI示腹腔结构紊乱,腹腔内见一体积巨大的分叶状多房分隔的囊实性肿块影,大小约为23 cm×20 cm×15 cm,T1WI以低信号为主,内见少许条状高信号,提示出血;T2WI呈高低信号混杂;DWI(b=800 s/mm2)可见实性部分明显高信号,ADC图呈低信号,ADC值为0.514×10−3mm2/s。腹膜多发结节状异常增厚;胃大弯侧及腹膜后多发增大淋巴结影,较大者长径2.3 cm。腹盆腔内弥漫性T2WI高信号积液影(图2)。
图 2 右侧卵巢SCCOHT MRI平扫及弥散图像注:(a)轴位T2WI,病灶(白箭)T2WI呈高低混杂信号,边界欠清;(b)轴位T1WI,病灶以低信号为主,内条片状略高信号(白箭);(c)弥散图像,实性部分DWI高信号;(d)ADC图示信号明显降低,ADC值(绿色部分)为0.514×10−3mm2/s;(e)冠状位T2WI,肿物(白箭)布满腹腔,无明确边界,腹腔内肠管扭曲;(f)矢状位T2WI,盆底腹膜多发不规则增厚(白箭)。Figure 2. Plain MRI scan and diffusion-weighted images of SCCOHT of the right ovary1.4 手术与病理
患者行右附件切除术+大网切除术+腹腔冲洗引流术+盆腹腔粘连松解术。术中见整个盆腹腔被肿瘤占据,大网膜与肿瘤广泛粘连;肝脏表面光滑,未触及结节,右横膈及右侧腹膜见多发结节样凸起。肿瘤起源于右侧附件,且伴有右侧卵巢输卵管扭转,子宫及左侧附件未见异常,子宫直肠窝腹膜表面可见散在转移样肿物。
病理大体可见右卵巢巨大肿瘤,大小27 cm×21 cm×12.5 cm,切面囊实性,实性区灰白灰黄灶状出血,部分肉质感;囊腔直径0.4~4.5 cm,内含棕黄及血性液体。免疫组化:BRG1(−);WT-1(+);EMA(少量+);CKpan(少量+);CK7(−);Pax-8(−);SALL4(−);ER(−);p53(野生型)等。病理诊断:(右)卵巢恶性肿瘤伴坏死,结合形态及免疫组化BRG1表达缺失,符合高钙血症型小细胞癌;大细胞亚型(大细胞成分 > 50%)(图3)。
1.5 预后
患者术后于外院进行了基因检测,基因检测结果:SMACA4基因突变(+),证实了SCCOHT的诊断。随后患者于我院行5周期化疗,于术后5月余出现腹部不适症状再次入院,复查肺部CT示纵隔内、心膈角处多发增大淋巴结,部分融合。腹部MRI示肝左叶内肿块影,DWI显示水分子弥散受限。报告提示纵隔、腹腔实质脏器内多发转移性病变(图4)。
2. 讨论
2.1 SCCOHT概述
卵巢高钙血症型小细胞癌(SCCOHT),目前文献中报道的不超过500例[1-2]。1982年由DICKERSIN等[3]首次报道,对其定义为未分化的、高钙血症相关的卵巢小细胞癌。好发年龄为40岁以下的年轻女性,平均诊断年龄为24岁[2]。美国MD Anderson癌症中心报道的47例SCCOHT患者平均发病年龄为30.0岁[5],复旦大学附属肿瘤医院收治的11例患者平均年龄为30.5岁[6],均集中在年轻育龄期女性,而本例为青少年女性,相较于中位发病年龄更早,同时临床表现也更加隐匿。高钙血症是本病最常见的副瘤综合征,据统计三分之二的患者出现无症状性血钙升高[4],这是一个有助于诊断的特征性发现。同时也有研究提出大多数患者伴有另一实验室指标CA 125水平升高,本例患者术前CA125数值为
1964.01 U/mL,可能与疾病预后不良有一定相关性。关于SCCOHT起源说法不一,在2014年世界卫生组织(WHO)的女性生殖器官肿瘤分类中,SCCOHT被归类为杂项肿瘤[7]。文献[8]研究结果显示,SMARCA4基因突变及其相关编码蛋白BRG1缺失是确诊卵巢高钙血症型小细胞癌的金标准,本案例患者BRG1表达缺失及基因检测SMACA4基因突变阳性。
由于SCCOHT是一种具有生物侵袭性的恶性肿瘤,预后极差。Young等[4]对150例SCCOHT患者进行统计,其中高达65%的患者术后发生病情复发、转移,总体生存率为16%。根据国际妇产科联盟(FIGO)分期,高于ⅠA期(局限于单侧卵巢)的患者几乎全部死亡,Ⅲ期(病变扩散到腹腔或腹膜后淋巴结)患者治疗后中位生存期仅6个月[9]。本例患者术前分期为III期,随访结果术后生存期仅为8个月。
2.2 影像表现与分期
SCCOHT的影像学表现与其他卵巢癌类似,但其缺乏特异性影像征象,与其他类型卵巢肿瘤鉴别困难,因此影像学的关注重点可放在肿瘤来源的判断、术前分期及预后随访。因发病率低,很少有大宗报道进行影像特征相关统计,在过往文献中以个案居多,且多以临床特点切入,鲜有关于该肿瘤影像特征总结的报道。现就本例患者及既往文献[6-10]对SCCOHT影像特征总结如下:①腹盆腔内单侧巨大囊实性肿块,伴中央出血、坏死;②CT增强可见单侧卵巢动脉迂曲增粗,流入病灶;③病灶强化方式为渐进性强化,以静脉期为主;④MRI上T1WI、T2WI信号混杂,内可见局灶性T1高信号出血灶,实性部分DWI明显受限;⑤恶性程度高,多可发生淋巴结转移或邻近脏器侵犯。
以上影像学特征对SCCOHT诊断虽有一定敏感性,但是特异性不强,与多种其他卵巢肿瘤均有不同程度交叉,因此很难通过影像学表现锁定SCCOHT的诊断,需要综合临床、实验室检验、甚至基因检测等多项指标,尚可合理提出对SCCOHT的怀疑,但该病的金标准仍为病理。所以对于此类罕见肿瘤,影像学最主要的作用是术前对其准确分期,更好地指导临床制定手术方案。根据国际妇产科联盟(International Federation of Gynecology and Obstetrics,FIGO)2014年卵巢癌分期标准,Ⅰ期为肿瘤局限性一侧卵巢或输卵管,无器官外侵犯;Ⅱ期涉及单侧或双侧卵巢或输卵管,并伴有局部盆腔扩展或腹膜侵及;III期为Ⅱ期基础上伴有腹膜外扩散或向腹膜后淋巴结转移;Ⅳ期出现远处转移。在Young等[4]对150例患者的研究中I期患者平均6年无病生存率为33%,而对于Ⅱ-Ⅳ期,5年生存率仅为6.5%。本报道患者术前分期为III期,尽管手术后3月内多次复查均未发现肿瘤相关病灶残存,但术后5月余发现肿瘤复发并快速进展,全身多处转移,随访结果该患者术后生存期仅为8个月,疾病进程与文献[11]中报道的“所有Ⅳ期患者在确诊13个月后均无存活”基本相符。
2.3 鉴别诊断
SCCOHT与卵巢其他恶性肿瘤影像学特征多有重叠之处,缺乏典型特征,本例术前CT误诊为生殖细胞瘤(无性细胞瘤可能性大),MRI误诊为原始神经外胚层肿瘤/肉瘤。因此可通过临床特点、实验室结果、影像学表现等多方面与以下疾病进行鉴别,包括原始神经外胚层肿瘤/肉瘤、无性细胞瘤、卵黄囊瘤/内胚窦瘤、颗粒细胞瘤。
原始神经外胚层肿瘤:发生于卵巢极为罕见,侵袭性强、预后差,病理分类上与SCCOHT同属于小圆细胞类恶性肿瘤[12]。好发年龄为年轻女性,影像表现为单侧盆腔较大实性为主肿块,中央可坏死囊变,各项特征均与SCCOHT十分相似,但缺乏副瘤综合征高钙血症特点。尽管如此术前二者鉴别仍十分困难。
无性细胞瘤:好发于年轻女性(20~30岁)。实验室检查中常有乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)升高。影像学表现为盆腔巨大实性为主肿块,CT增强可见特征性“间隔样强化”特点,为肿瘤内部纤维血管间隔[14]。
卵黄囊瘤/内胚窦瘤:好发于幼年女童(<5岁),发病年龄较SCHOOT小,特征性表现为实验室检查AFP水平升高。CT 表现为单侧附件区实性为主肿块,内可见囊变坏死或出血,增强后表现为实性部分明显渐进性强化,特异性征象为“丝瓜瓤样”或“旋涡样”强化[13]
颗粒细胞瘤:分为成年型和幼年型,多数为成年型,好发年龄于绝经期前后女性,幼年型绝大多数发病年龄<30岁。肿瘤表现为单侧、边界清楚的囊实性肿块,呈多房性、蜂窝状改变,“海绵征”为其典型影像表现。由于该肿瘤具有分泌雌激素功能,常伴Meigs综合征即子宫内膜增厚,腹盆腔积液等。以上特征可与SCCOHT鉴别。
2.4 小结
本文报道了一名青少年女性SCCOHT患者的疾病诊疗全过程,着重阐述分析了该病的影像学表现和相关鉴别诊断并进行了相关文献的对照复习。在临床工作中若遇到年轻女性伴有血钙和CA125升高,影像上表现为起源于单侧卵巢的巨大囊实性占位,增强可见同侧卵巢动脉迂曲增粗,实性部分呈渐进性以静脉期为主的强化,应考虑到SCCOHT的可能。
综上SCCOHT发病罕见预后差,影像医师应加强对该疾病的认识,熟悉SCCOHT的影像学表现,同时着重关注肿瘤的术前精准分期,帮助临床制定个性化的手术和治疗方案。
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表 1 实际扫描参数和设备显示辐射剂量及扫描长度
Table 1 Actual Scanning Parameters, Radiation Dose Displayed by the Equipment, and Scanning Length
管电压(kV) Raysafe-X2空气电离室 30013 Farmer 空气电离室
piranha CT dose profiler半导体电离室管电流(mAs) 显示值 扫描长度(cm) 管电流(mAs) 显示值 扫描长度(cm) CTDIvol(mGy) DLP(mGy∙cm) CTDIvol(mGy) DLP(mGy∙cm) 80 1045 20.03 115.4 5.76 870 20.02 192.2 9.60 90 695 20.03 115.4 5.76 578 19.99 191.9 9.60 100 500 20.01 115.3 5.76 416 19.97 191.7 9.60 120 299 19.92 114.8 5.76 249 19.9 191 9.60 140 206 19.99 115.1 5.76 171 19.89 190.9 9.60 Sn150 686 19.97 115 5.76 572 19.97 191.7 9.60 70+Sn150 1053 /26319.93 114.8 5.76 880/220 19.99 191.9 9.60 80+Sn150 595/298 20.06 115.6 5.76 495/248 20.02 192.2 9.60 80+140 544/99 19.98 115.1 5.76 452/82 19.87 190.7 9.60 90+Sn150 425/266 19.97 115 5.76 355/222 20 192 9.60 100+Sn150 367/184 20.01 115.3 5.76 305/153 19.94 191.5 9.60 表 2 单能量模式下使用piranha CT dose profiler与
30013 Farmer空气电离室测得点剂量(mGy)Table 2 Point Dose Measured Using a Piranha CT Dose Profiler and
30013 Farmer Air Ionization Chamber under the Single Energy Mode (mGy)管电压(kV) 中心 0点 3点 6点 9点 CDP PT3 CDP PT3 CDP PT3 CDP PT3 CDP PT3 80 12.56 10.79 24.76 24.83 25.05 23.18 22.73 21.78 24.57 23.08 90 12.98 11.41 25.9 24.76 24.52 23.21 22.5 24.01 23.65 23.16 100 13.12 11.67 24.6 22.28 22.93 23.08 23.78 23.69 22.5 22.93 120 12.85 11.81 22.32 22.06 21.33 22.61 21.06 21.66 20.45 22.51 140 12.57 12.47 21.18 24.28 19.81 22.93 18.57 21.87 19.43 22.78 Sn150 11.03 13.67 13.15 22.23 13.49 22.63 8.64 22.88 13.14 22.48 注:CDP为piranha CT dose profile半导体电离室。PT3为 30013 Farmer空气电离室。表 3 双能量模式下使用piranha CT dose profiler与
30013 Farmer空气电离室测得点剂量(mGy)Table 3 Point Dose Measured Using Piranha CT Dose Profiler and
30013 Farmer Air Ionization Chamber under the Dual Energy Mode (mGy)管电压(kV) 中心 0点 3点 6点 9点 CDP PT3 CDP PT3 CDP PT3 CDP PT3 CDP PT3 70+Sn150 12 11.91 23.29 24.41 22.37 24.01 19.81 22.86 21.92 23.91 80+Sn150 12.24 12.14 22.3 23.43 20.8 23.68 19.45 23.13 20.26 23.78 80+140 13.02 12.03 24.13 24.01 24.01 24.71 22.25 22.75 23.15 24.26 90+Sn150 12.45 12.6 20.62 23.45 20.53 23.6 19.4 22.7 20.01 23.65 100+Sn150 12.75 12.44 22.23 23.47 20.88 23.47 19.84 23.02 20.72 23.42 注:CDP为piranha CT dose profile半导体电离室。PT3为 30013 Farmer空气电离室。表 4 不同X射线能量下使用3种剂量计测得容积CT剂量指数(mGy)
Table 4 Volume CT Dosimetry Index Measured Using Three Dosimeters under Different Energies(mGy)
管电压(kV) RX2 CDP PT3 80 18.89 21.22 19.87 90 18.96 21.27 20.48 100 18.57 20.84 20.02 120 18.26 19.25 19.53 140 18.33 18.08 20.4 Sn150 18.66 12.24 20.41 70+Sn150 19.18 19.34 20.66 80+Sn150 19.22 18.62 20.53 80+140 19.33 20.77 20.8 90+Sn150 19.34 18.31 20.59 100+Sn150 19.01 18.95 20.52 统计值 18.89±0.38 18.31(19.25,20.84) 20.35±0.38 注:RX2为Raysafe-X2空气电离室。CDP为piranha CT dose profile半导体电离室。PT3为 30013 Farmer空气电离室。 -
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