2025-04-10 09:25:43
近日，中国科学技术大学核医学物理研究所与附属第一医院联合团队在医学物理领域顶级期刊《Medical Physics》发表了题为“Uncertainty Quantification for CT Dosimetry Based on 10,281 Subjects Using Automatic Image Segmentation and Fast Monte Carlo Calculations”的学术论文。研究所2023级博士研究生叶子睿（导师徐榭教授）为论文第一作者，徐榭教授为通讯作者，合作团队包括姚蓓、郑浩然、赵英明、韦炜等医院专家和陶莉、王日鹏等研究人员。该研究依托慧软科技自主研发的放射治疗轮廓勾画软件DeepContour，结合GPU加速蒙特卡罗计算技术，为全球CT辐射剂量精准评估与个体化医疗树立新标杆。
CT扫描是全球医疗辐射暴露的主要来源之一，而传统剂量评估方法依赖简化模型和人口平均数据，难以准确量化个体解剖差异带来的剂量不确定性。研究团队创新性地构建了一套集成自动图像分割与GPU加速蒙特卡罗（MC）计算的技术平台，首次实现了超万例CT剂量不确定性量化分析。研究通过以下关键步骤实现：
1、数据采集与处理：从附属第一医院健康管理中心匿名化获取10,281例受检者的CT影像数据及身高、体重等健康指标，覆盖5种CT机型。
2、自动器官分割：采用深度学习工具DeepContour对CT图像进行自动多器官勾画，本研究考虑了8个辐射敏感器官：肺、心脏、乳腺、食管、胃、肝脏、胰腺及脾脏。
3、快速剂量计算：基于GPU加速的MC软件ARCHER-CT，结合已验证的CT扫描仪模型，实现单例剂量计算仅需10.2秒， 10,281例数据的自动分割和剂量计算仅需耗时16（单个NVIDIA RTX 3080 GPU卡）。
图1. 个体化CT剂量计算的工作流程，包括数据采集、自动分割、剂量计算和统计分析
研究结果显示，即使对于具有相似体重指数（BMI）或水等效直径（WED）的个体，器官剂量仍存在显著差异，且腹部器官剂量对个体解剖差异更为敏感。在固定管电流模式下，女性器官剂量变化范围为46%-149%，男性为40%-157%；启用管电流调制（TCM）后，部分器官剂量的变化范围进一步扩大至271%。传统线性拟合方法评估器官剂量时，最大绝对误差可达4.51 mGy/CTDIvol，相对误差可超过50%，凸显个体化剂量评估的必要性。统计分析表明，小样本数据集往往低估器官剂量变化范围，且其不确定性随样本量增加而减少。研究还揭示了器官剂量与健康指标（如体重、BMI、WED等）之间的定量相关性，为间接剂量估计提供了参考。此外，该方法还可用于大规模CT剂量数据挖掘和趋势预测，为辐射风险流行病学研究和质量控制提供支持。
图2. 固定与调制管电流模式下每CTDIvol的器官剂量分布对比，上图为女性结果，下图为男性结果
论文链接：https://aapm.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mp.17796
