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台灣之電腦斷層設備品質調查及輻射劑量研究
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台灣之電腦斷層設備品質調查及輻射劑量研究

 醫放系 蔡惠予 助理教授

一、研究背景

  台灣目前有「游離輻射防護法」規範游離輻射的使用,其中第十七條規定「醫療院所使用經主管機關公告應實施醫療曝露品質保證之放射性物質、可發生游離輻射設備或相關設施,應擬訂醫療曝露品質保證計畫,報請主管機關核准後始得為之。」在此母法下,「輻射醫療曝露品質保證標準」因應而生,目的在於保障全民健康品質。

  自 2005 年 7 月開始實施「輻射醫療曝露品質保證標準」,第一階段先規範放射治療領域中,直線加速器 ( linac )、鈷 60 遠隔治療機( Co-60 teletherapy )與遙控後荷式近接治療(brachytherapy)之使用,第二階段於 2008 年 1 月開始規範電腦刀( X knife )、電腦斷層治療機 ( tomotherapy ) 與加馬刀 ( gamma knife ),第三階段則於 2008 年 7 月開始規範放射診斷領域中之乳房X光檢查 ( mammography )。

  放射診斷的輻射曝露之特性在於單一受檢者所受的劑量低、卻涉及廣大的群體,對國民所造成的群體劑量不容小覷。放射診斷的醫療輻射曝露,包含一般 X 光檢查 ( radiography )、透視攝影 ( fluoroscopy )、血管攝影 ( angiography )、乳房 X 光檢查、電腦斷層檢查 ( computed tomography, CT ) 等。以乳房 X 光檢查為例,國民健康局目前正在推行乳房健康篩檢,鼓勵 45 歲以上之女性接受乳房 X 光檢查,期望能對乳癌達到早期發現早期治療之目的。若檢查設備的影像品質不夠好,便失去了此健康檢查的意義,因此規範放射診斷領域中之醫療設備的保證,是非常重要的。

  電腦斷層檢查是所有放射診斷檢查中,給予受檢者劑量最高的,因其掃描速度變快,致使臨床所用之電腦斷層掃描,可以在短時間內取得更多的醫學影像。儀器設備的進步可容許改變掃描參數,以降低輻射劑量,取得足夠判斷病兆的影像;然而在臨床執行上,卻很可能延用過去使用舊設備的觀念與掃描參數,應用於新設備上,無法發揮劑量降低的功能,致使電腦斷層檢查有很大的輻射劑量調降空間,值得我們投注更多的關切於此議題上。除了探討電腦斷層的劑量問題外,亦應全面瞭解電腦斷層設備的影像品質,藉由執行常規性品質保證測試,方能確保儀器設備在影像與劑量,皆維持於一定的水平之上,在合理抑低輻射劑量的前題下,達到最佳化的影像與檢查。

  本研究已於 2009 年開始針對全台灣的電腦斷層檢查,進行儀器設備之影像品質調查與受檢者的輻射劑量評估,目前已完成 50% 的醫院實地訪查。

二、研究方法與過程

  針對國內使用電腦斷層機進行實地訪查,實地訪查項目,包括品質保證執行概況及頻率、人員配置及需求與設備狀況。對於設備狀況之測試,包含病人輻射劑量評估與影像品質評估,測試步驟則參考國際報告,如美國醫學物理學會 ( American Association of Physics in Medicine, AAPM ) 39 號與 74 號報告、美國放射學院 ( American College of Radiology, ACR ) 對認證電腦斷層設備的品保要求、英國國家電腦斷層掃描機性能評鑑中心 ( Imaging Performance Assessment of CT Scanner, ImPACT ) 的劑量量測標準手冊、和歐盟的第 16262 號報告等。測試項目則是參酌這些相關資料,擬定出合適的要求標準。表一列出訪查項目與各項要求標準。

表一、訪查項目的名稱與該項目之要求標準

項目

要求標準

1.輻射劑量

(電腦斷層劑量指標)

成人頭部檢查之劑量參考水平為 75 mGy;限值為 80 mGy

成人腹部檢查之劑量參考水平為 25 mGy;限值為 30 mGy

小兒腹部檢查之劑量參考水平為 20 mGy;限值為 25 mGy

2.電腦斷層值

水:-7 ~ 7 HU

聚乙稀:-107 ~ -87 HU

壓克力: 110 ~ 130 HU

空氣-1005 ~ -970 HU

骨骼:850 ~970 HU

3.重組影像厚度

測量值與使用的重組切片厚度差異不可超過 1.5 mm

4.低對比度解析度

最小可見直徑 6 mm、對比度 6 HU 之低對比物質

5.影像均勻度

周圍與中心的電腦斷層值差異在正負五之間

6.假影評估

沒有任何假影

7.高對比解析度

一般腹部檢查之影像解析度不小於 5 lp/cm

 

高對比腹部檢查之影像解析度不小於於 6 lp/cm

  輻射劑量的評估方面,分為兩個部份,第一為電腦斷層的輻射輸出,第二為病人劑量的評估。前者是使用長棒型游離腔進行量測,將游離腔放置在頭部或軀幹假體內,以軸位掃描測量空氣中電腦斷層劑量指標 ( CT dose index in air, CTDIair ),和假體中電腦斷層劑量指標,並將假體中心的劑量 ( CTDIC ) 與假體外圍的劑量 ( CTDIP ),代入以下公式計算加權電腦斷層劑量指標 ( CTDIW ):

  待得到實地訪查量測電腦斷層劑量指標後,亦將訪查各檢查的掃描參數,所得資料可計算出劑量長度乘積 ( dose length product, DLP ),進而以有效劑量轉換因子計算有效劑量 ( Effective dose, E )。

  影像評估方面,使用美國放射學院電腦斷層認證假體,進行切面厚度、電腦斷層值準確性及線性度、高對比空間解析度、低對比解析度、雜訊、影像均勻度及假影等,以上測試結果之統計與分析,應有助於國內主管機關制定電腦斷層品質保證作業及規範。

三、結果與討論

以下針對訪查現況、輻射劑量、與影像品質之結果分別討論之:

1. 訪查現況

  台灣目前共有 242 家醫院具有電腦斷層掃描儀,而全台的電腦斷層掃描儀共有 450 台,其中以奇異公司的電腦斷層掃描儀為最多 ,其佔 42%,其次分別為 TOSHIBA, SIEMENS, PHILIPS, HITACHI, PICKER 等,詳見圖一。

  至今年 10 月底時,已完成 121 家醫院之訪查,完成比例為 50%,實際的訪查台數為 189 台,完成比例為 42%。目前預計的訪查進度會於年底前完成 140 家醫院之訪查,訪查範圍包含北中南東部與外島,由於經費運用之限制,今年之訪查多集中在北部與中部,此二區域已完成 63% 之比例。

  多切電腦斷層掃描儀 210 台已佔台灣電腦斷層掃描儀一半以上,且以 64 切掃描儀 91 台為最多,高階的掃描儀 ( > 64 切 )也有 9 台。隸屬於核醫科的 SPECT/CT 或 PET/CT 掃描儀共有 33 台。

▲圖一

2. 劑量統計

  成人頭部檢查、成人腹部檢查、與五歲孩童腹部檢查之 CTDIvol ( mGy ) 劑量的統計數據列於表二,成人頭部檢查與腹部檢查的第三分位數 ( Q3 ) 皆低於美國放射學院電腦斷層認證的參考劑量水平,唯有五歲孩童的腹部檢查遠高過美國放射學院電腦斷層認證的參考劑量水平。

表二、臨床檢查之劑量 ( CTDIvol ,mGy )、參考水平、劑量限值

檢查

總數

CTDIvol (mGy)

數量(百分比)

平均值

中位數

(最小-

最大)

第三
分位數

低於參考劑量水平

高於劑量限值

成人頭部

171

58

58

(3-

146)

71

138 (81%)

19 (11%)

成人腹部

 

161

18

17

(4-

70)

23

134 (83%)

14 (9%)

小兒腹部

84

25

21

(2-

124)

33

40 (48%)

36 (43%)

  多數的成人檢查之劑量低於參考劑量水平,頭部檢查有 81% 的比例,腹部檢查有 83% 的比例;然而五歲孩童的腹部檢查之劑量則僅有 48% 的比例低於參考水平。由此可知,台灣的成人檢查條件與美國放射學院所建議的水平相差無多,但是孩童檢查的條件仍有待最佳化。

  若我們參考美國放射學院電腦斷層認證的劑量限值(參見表一與表二),11% 的成人頭部檢查、9% 的成人腹部檢查、與 43% 的五歲孩童的腹部檢查之劑量是超過限值,這些掃描儀所用的掃描參數需要重新檢討。

  近五成的五歲孩童的腹部檢查之劑量超過限值,探討其原因,多數的受訪查單位表示,並無針對兒童檢查設定特定的掃描條件,乃是用成人的檢查條件對孩童進行掃描,故此體型愈小的孩童愈容易接受過多的輻射劑量。國際上對孩童進行電腦斷層檢查也逐漸重視與關切,孩童影像輻射安全聯盟 ( Alliance for Radiation Safety in Pediatric Imaging ) 設立 Image Gently 網站,對孩童電腦斷層檢查建議可實行的方法,以合理抑低孩童的輻射劑量。

3. 影像品質

  表三列出六項影像品質項目的結果,關於影像厚度的精確度 ( 96% )、影像均勻度 ( 90% )、與高對比解析度 ( 99% ) 等項目,大多數掃描儀可以達到標準。水的電腦斷層值之準確度 ( 84% )、低對比偵測度 ( 80% )、假影 ( 82% ) 等項目僅有八成可達到標準。電腦斷層值的準確度(除了水外之其他物質)則只有五成以下符合標準(軟組織範圍:42%;高對比組織範圍:25%)。

表三、影像品質的評估

項目

皆符合標準 (台)

符合標準之比例

a. 電腦斷層值

1.水

158

84%

2.聚乙烯與壓克力

78

42%

3.空氣與骨骼

46

25%

b. 重組影像厚度

180

96%

c. 低對比偵測度

149

80%

d. 影像均勻度

169

90%

e. 假影

153

82%

f. 高對比解析度

186

99%

  水的電腦斷層值是電腦斷層影像品質的基準,然而仍有 16% 的影像之水電腦斷層值未達到 0±7 HU 的標準,建議這些掃描儀應盡速改善之。軟組織(聚乙烯與壓克力)與高對比組織(空氣與骨骼)的電腦斷層值也有半數以上沒有落在美國放射學院建議的標準中,因此美國放射學院的標準是否適用?仍可進一步地探討。

  電腦斷層檢查影像幾乎 ( ~90% ) 是在看低對比物質的影像,此方面的影像評估方式可用低對比偵測度代表之;然而依據目前訪查結果有 20% 的影像並無法觀測到直徑 6 mm 且 6 HU 對比度的物質,這表示這些影像的雜訊,已掩蓋住應有的物體影像資訊,這些影像之掃描參數應重新評估以改善之。

四、結論

  原子能委員會已將電腦斷層品 質保證,明確設定為下一個在醫療輻射曝露品質保證作業上之管制目標;因此訪查的數據與結果,可幫助原子能委員瞭解台灣電腦斷層掃描之現況,可作為未來制定法規限值之參酌。

  由已完成 50% 醫院訪查的初步數據,已使我們對於台灣電腦斷層掃描之現況有初步的瞭解,小兒的電腦斷層劑量與低對比度的影像品質,仍有待改善與加強。

參考文獻

[1]Tsai HY, Hwang YH, Chen CC, Liu HL. Review and recommendations for physics testing of x-ray computed tomography: CSMPT CT task group report. Chin J Radiol.  In press.

[2]Hwang YS, Wang HC, Chen CC, Liu HL, Tsai HY. Review and Recommendations for Physics Testing of Conventional and Digital Mammography: CSMPT Mammography Task Group Report. Chin J Radiol 2008; 33:153-179.

[3]ACR. ACR Technical Standard for Diagnostic Medical Physics Performance Monitoring of Computed Tomography Equipemnt. 2007. http://www.acr.org/SecondaryMainMenuCategories%2fquality_safety%2fguidelines% 2fmed_phys%2fct_equipment.aspx, Accessed by: Jun. 14, 2009.

[4]游離輻射防護安全標準. In. 2005/12/30 ed. 台北: 行政院原子能委員會, 1970.

[5]Liu HL, Liu RR, Reeve DM, Shepard SJ, Willis CE. Measurement of CT radiation profile width using CR imaging plates. Medical Physics 2005; 32:2881-2887.

[6]Image Gently. http://www.pedrad.org/associations/5364/ig/, Accessed by: Jun. 30, 2009.

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