低劑量CT掃描技術(shù)研究進展

王寶華，仝金鳳

隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的飛速發(fā)展，CT設(shè)備快速更新?lián)Q代，近幾年先后應(yīng)用于臨床的64層以上多層CT（MSCT）、雙源CT（DSCT），使CT的成像質(zhì)量不斷提高，應(yīng)用范圍日益擴大，極大地促進了臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展。與此相伴隨的是受檢者接受的X線輻射劑量也大幅度增加，降低CT掃描輻射劑量越來越受到醫(yī)療界乃至全社會的關(guān)注。現(xiàn)就近幾年國內(nèi)外低劑量CT掃描研究的現(xiàn)狀綜述如下。

1 低劑量CT掃描的概念

低劑量CT掃描技術(shù)可分為基本技術(shù)和次級技術(shù)?；炯夹g(shù)是指非調(diào)制性的固定電流時間乘積的降低，即低mAs。次級技術(shù)包括Z軸電流調(diào)制、X-Y-Z軸電流調(diào)制等技術(shù)。適當(dāng)?shù)蛣┝緾T掃描與常規(guī)劑量CT掃描相比，兩者間成像的分辨率、對比度、清晰度、偽影等無統(tǒng)計學(xué)差異[1，2]。降低CT輻射劑量的方法首先是生產(chǎn)廠家硬件設(shè)計的優(yōu)化、軟件的開發(fā)和升級，如由螺旋掃描方式回歸為體層掃描方式，有回顧性心電門控改為前瞻性心電門控，還有“刀鋒準(zhǔn)直器”、能量鈍化技術(shù)等，可以使CT檢查的輻射劑量大大降低，目前主流的MSCT，由于硬件性能改進、軟件算法的改善，與早期相比使受檢者輻射劑量明顯降低。其次是個性化劑量管理，包括檢查技術(shù)的優(yōu)化和改進、個性化選擇掃描參數(shù)（管電壓、管電流、曝光時間、螺距、準(zhǔn)直寬度、掃描視野及Z軸掃描覆蓋范圍等）。兩者相結(jié)合才能最大限度地降低受檢者的輻射劑量。在CT設(shè)備一定的情況下，與輻射劑量相關(guān)的因素主要包括管電壓、管電流、曝光時間、螺距、準(zhǔn)直寬度、掃描視野及Z軸掃描覆蓋范圍等,國內(nèi)目前研究和應(yīng)用最多的低劑量掃描技術(shù)是降低mAs。一般認(rèn)為腹部掃描低于200 mA即為低劑量[3]。有作者建議將低劑量掃描技術(shù)分為最低劑量和次低劑量，胸部最低劑量5～6 mAs[4，5]，但這種最低劑量只適用于極廋小且只要觀察肺實質(zhì)的患者；次低劑量即符合臨床應(yīng)用的低劑量，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為20～50 mAs是臨床應(yīng)用的理想范圍，其具體的應(yīng)用應(yīng)根據(jù)設(shè)備和目的的不同而加以調(diào)整，如在8層CT上，30 mAs可作為肺結(jié)節(jié)的篩查條件，而在16層CT上20 mAs就足夠了，到了64層CT，15 mAs就可以獲得滿意圖像。目的不同掃描條件也應(yīng)隨之變化，如僅用于篩查肺內(nèi)結(jié)節(jié)時，由于肺組織密度很低，天然對比很大，可以使用最低的mAs，而如果進行胸壁病變或胸部血管成像掃描，則需要增加掃描條件。

2 低劑量CT掃描的意義

國際放射防護委員會（ICRP）主張，X線檢查應(yīng)遵循實踐正當(dāng)性、防護最優(yōu)化原則[6，7]。最優(yōu)化是指以最小的代價和最小的患者接受劑量來獲得有價值的影像，進而在進行正確診斷的全部過程中有計劃、有系統(tǒng)的活動。ICRP認(rèn)為，受檢者X線輻射劑量每增加1 mSv將增加5/10萬的惡性腫瘤發(fā)病率。2000年ICRP統(tǒng)計的資料顯示，世界范圍內(nèi)的CT檢查占放射學(xué)檢查的5%，但輻射劑量占整個放射學(xué)檢查的34%，在美國甚至高達67%。CT所引起的電離輻射風(fēng)險已成為嚴(yán)重的醫(yī)療問題和社會問題，按照現(xiàn)在CT應(yīng)用狀況，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)估算在美國大約1.5%～2.0%的癌癥將由CT檢查所致[8]。低劑量CT掃描技術(shù)的意義首先在于極大地降低了輻射所帶來的危害和風(fēng)險，常規(guī)胸部CT輻射劑量大約是胸片的100倍、乳腺片的10倍，與常規(guī)CT掃描條件（180～220 mA）相比，胸部低劑量CT掃描使患者所受X線輻射劑量下降了80%甚至更多，接受3～4次胸部低劑量CT掃描，僅相當(dāng)于1次常規(guī)胸部CT輻射劑量；其次，低劑量（低kV）CT掃描在CT血管成像時可降低含碘對比劑用量及注射流率[9]，減少容易產(chǎn)生對比劑腎病的高?；颊?、年老體弱、心功能不全者等特殊人群由對比劑注入而帶來的不良反應(yīng)發(fā)生率；另外，低劑量CT掃描降低了CT球管和探測器的損耗，降低了CT的運營成本。

3 國內(nèi)外低劑量CT掃描研究的差異

低劑量CT掃描研究在國外始于20世紀(jì)80年代后期，在國內(nèi)此項研究約有10年歷史。國外在基礎(chǔ)研究方面，擁有完整的研究團隊和前沿的設(shè)備，參與研究的人員包括影像學(xué)醫(yī)師、技師、工程師、放射防護專家、計算機專家等，涉及醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、劑量學(xué)、放射生物學(xué)、工科及理科等多個學(xué)科，相互之間分工協(xié)作，研究實力強大，在臨床應(yīng)用研究方面，涵蓋了胸部、心臟、甲狀腺、乳腺、牙齒、椎間盤、泌尿系結(jié)石、孕婦必須接受CT檢查時胎兒接受輻射劑量等，使該項研究不斷向器官、病種細化方向發(fā)展，在研究的方法上更加多樣化，既有不同設(shè)備如PET與CT、SPECT與CT間輻射劑量的對比研究，還有CT低劑量掃描圖像與X線平片甚至是MR在病變檢出率方面關(guān)系的研究，各種檢查設(shè)備、各種檢查條件之間相互驗證，能有效地評價CT低劑量掃描的價值。目前國內(nèi)CT低劑量掃描基礎(chǔ)研究較少，臨床應(yīng)用研究方面主要集中于肺部和心臟，尤其是MSCT、DSCT在肺部病變和心臟病變應(yīng)用時，如何既能保證影像質(zhì)量又能有效地減少受檢者輻射劑量成為研究熱點，尚有少量關(guān)于副鼻竇、頭部、腎臟及輸尿管等器官的研究，研究的范疇主要集中在不同掃描參數(shù)下CT低劑量掃描影像之間差別的比較。自2007年以來，在中華醫(yī)學(xué)會放射學(xué)分會和《中華放射學(xué)雜志》的共同倡導(dǎo)和支持下，低劑量CT掃描研究報道日益增多。

4 低劑量CT掃描與圖像質(zhì)量之間的關(guān)系

最大限度地降低輻射劑量和盡可能保持良好的圖像質(zhì)量以滿足診斷需求是放射科醫(yī)師最需要關(guān)注和必須完成的任務(wù)。低劑量CT掃描圖像噪聲和偽影與設(shè)備、掃描參數(shù)及患者個體情況有關(guān)。首先，X線劑量與圖像信噪比為正相關(guān)關(guān)系，曝光劑量越低，信噪比隨之下降越明顯。因此，一方面不能一味地降低輻射劑量，同時可通過采用適宜的掃描參數(shù)和圖像重建方法進行彌補，使其對圖像質(zhì)量的影響降至最低，蘇大同等[10]研究證實，軟組織算法的圖像噪聲顯著低于標(biāo)準(zhǔn)算法。如縱隔圖像應(yīng)采用軟組織算法或平滑過濾重建，而肺圖像應(yīng)采用高分辨率濾過重建；螺旋掃描后軸面圖像重疊重建，應(yīng)用三維重組保留空間分辨率，降低圖像噪聲以彌補原始圖像的不足等。其次，噪聲對不同部位組織結(jié)構(gòu)圖像質(zhì)量影響程度不同。對于胸部的不同部位應(yīng)對曝光劑量進行相應(yīng)的調(diào)整，如肺尖部由于胸壁骨骼肌肉較厚加上上肢的重疊需要較大的劑量才能獲得滿意的圖像，而中下肺野則較低劑量即可滿足需求。另外，低劑量掃描圖像噪聲與偽影和患者體質(zhì)量指數(shù)（BMI）、體型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)患者的BMI和大致體形（廋、中等、肥胖）適當(dāng)調(diào)整掃描參數(shù)。要改變一成不變固定參數(shù)的掃描模式，針對不同的CT設(shè)備、不同的檢查目的、不同患者的個體條件、不同疾病、不同部位來確定合適的低劑量掃描方案和參數(shù)，從而實現(xiàn)個性化合理掃描[11]。適度的噪聲和偽影是可以接受的，當(dāng)圖像噪聲在27 HU以下時，不會對診斷造成明顯不利影響，所以設(shè)定27 HU為可以接受的噪聲值。

5 低劑量CT掃描的主要臨床應(yīng)用

5.1 在肺部病變的應(yīng)用 胸部低劑量CT掃描技術(shù)日臻成熟。肺組織對X線的衰減較胸壁肌肉和骨骼等組織低，低劑量掃描時受噪聲的影響相對較小，又由于肺組織結(jié)構(gòu)的特異性，其血管支氣管等肺間質(zhì)以及肺結(jié)節(jié)與含氣肺實質(zhì)之間存在很高的天然對比，因此肺部病灶篩查較適于低劑量掃描技術(shù)[11]。目前比較常用的是肺部體檢和結(jié)節(jié)篩查，但像肺部炎性病變、肺氣腫、肺癌等肺內(nèi)病變的隨訪、肺轉(zhuǎn)移瘤、胸部外傷、特殊人群（嬰幼兒、兒童、孕期婦女、老年人）的胸部檢查都應(yīng)考慮低劑量檢查[4]。肺部低劑量CT掃描用于早期肺癌的篩查，其檢出率較常規(guī)X線高出6～10倍。隨著多層CT的發(fā)展，重建層厚越來越薄，而且可以根據(jù)需要進行回顧性重組，因此，對肺內(nèi)微小結(jié)節(jié)幾乎可以做到不遺漏。肺氣腫、胸部外傷等胸部非腫瘤性病變的低劑量CT掃描也越來越受重視，早期肺氣腫常無自覺癥狀，臨床診斷困難，低劑量CT掃描結(jié)合肺密度測定是判斷有無早期肺氣腫的有效手段，可指導(dǎo)患者及早進行治療及制定預(yù)防措施。低劑量CT掃描具有對體位要求低、掃描時間短、可以實時觀察等優(yōu)點，對胸部外傷患者病變檢出敏感性和準(zhǔn)確性均優(yōu)于X線胸片。同一時段內(nèi)重復(fù)掃描應(yīng)強調(diào)低劑量，如CT引導(dǎo)下穿刺，除第一次掃描外其余掃描的目的只是定位和發(fā)現(xiàn)并發(fā)癥，可以采用低劑量掃描技術(shù)；不同時間段內(nèi)的重復(fù)掃描，如肺結(jié)節(jié)隨訪或腫瘤治療后觀察變化等對圖像質(zhì)量要求不高，也可以使用低劑量掃描技術(shù)。

5.2 在心臟冠狀動脈成像的應(yīng)用 64層以上 MSCT和DSCT冠狀動脈CTA已成為冠心病檢查的一項重要的無創(chuàng)性成像手段。在診斷冠狀動脈粥樣硬化、評價支架術(shù)后再狹窄、搭橋血管的評價等方面發(fā)揮著越來越越重要的作用。心臟CT成像要求在時間分辨率、空間分辨率、密度分辨率上均達到最佳，因而需要掃描中球管在單位時間內(nèi)產(chǎn)生較高的射線量，如何保證心臟CT檢查的圖像質(zhì)量同時又有效地減少患者接受的輻射劑量，是近幾年研究的重點。既往冠狀動脈CTA檢查中，回顧性心電門控需小螺距重疊掃描，使輻射劑量顯著增高，有效輻射劑量顯著高于常規(guī)冠狀動脈造影[12]。不同醫(yī)療機構(gòu)之間冠狀動脈CTA輻射劑量差距明顯，平均5～30 mSv[13]。受檢者接受的輻射劑量除了取決于CT設(shè)備固有性能和受檢者個體條件外，更重要的是取決于掃描參數(shù)的設(shè)置和技術(shù)操作因素。降低冠狀動脈CTA輻射劑量的主要手段包括:在回顧性心電門控螺旋掃描中根據(jù)受檢者BMI結(jié)合胸圍個性化選擇低管電流，使用100 kVp以下的低管電壓，根據(jù)心率、心律選擇性增大螺距、ECG脈沖調(diào)控技術(shù)，該項技術(shù)是通過X線球管實時監(jiān)測受檢者的心電波形并進行輸出調(diào)制，在心動周期中有用部分（用于圖像重建）使用高毫安輸出，而心動周期的其余部分使用低毫安，可以降低約30%～50%的輻射劑量[14，15]；目前，前瞻性心電門控序列掃描模式是研究的熱點，該技術(shù)采用步進-點射非螺旋掃描方式，結(jié)合前瞻性ECG觸發(fā)，在R-R間期內(nèi)固定時相觸發(fā)掃描，下一個心動周期移床，再下一個心動周期采集，64層CT完成冠狀動脈掃描需要采集3～4個心動周期的數(shù)據(jù)，可降低輻射劑量80%左右[9，16-18]，該技術(shù)的局限性是掃描不連續(xù)，易受心率、心律的影響，不能進行心功能評價，其應(yīng)用條件是心率70次/min以下且心律比較規(guī)整者。DSCT適應(yīng)性序列掃描技術(shù)彌補了上述局限性，且被認(rèn)為是目前最有效的降低冠狀動脈CTA檢查輻射劑量的方法[19]，該方法通過增大掃描角度，實現(xiàn)了重建相位調(diào)整，可以在R-R間期約±8%范圍內(nèi)選擇最佳的重建期相，結(jié)合DSCT的時間分辨率優(yōu)勢實現(xiàn)了對高心率患者的檢查[20]，其心律不齊補償技術(shù)在期前收縮發(fā)生時可自動識別并忽略掃描或重復(fù)掃描，提高了檢查成功率，對于早搏等嚴(yán)重心律不齊患者的掃描具有優(yōu)勢。

5.3 在CT灌注成像的應(yīng)用 CT灌注成像技術(shù)作為一項功能成像技術(shù)取得了很大進展，目前已應(yīng)用于腦部、肝臟、胰腺、腎臟、淋巴結(jié)、軟組織病變等全身多個部位，隨著臨床應(yīng)用的增多，患者的輻射劑量也隨之增加，郭溁等[21]在64層螺旋CT腦灌注成像檢查中使用間隔2 s的軸位掃描模式，可以在保證腦灌注參數(shù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上降低輻射劑量，與標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)軸位掃描模式相比，可降低輻射劑量66%。

5.4 在肺動脈的應(yīng)用 周旭輝等[22]在64層螺旋CT肺動脈成像中，使用低管電壓結(jié)合個體化對比劑應(yīng)用的對照研究中認(rèn)為，使用低管電壓（100 kV）以降低輻射劑量是可行和有效的，個體化對比劑注射方案可以減少對比劑用量，降低對比劑注射流率，減少了高速團注帶來的不良反應(yīng)，對于特殊人群如容易產(chǎn)生對比劑腎病的高?；颊?、年老體弱、心功能不全者有一定臨床價值。如結(jié)合管電流調(diào)控技術(shù)，輻射劑量還有進一步降低的空間。

5.5 在嬰幼兒的應(yīng)用 由于嬰幼兒處于生長發(fā)育旺盛期，細胞分裂更新速度和比例遠高于成人，對射線的敏感性是成人的十?dāng)?shù)倍，所以適當(dāng)降低輻射劑量對嬰幼兒來講尤其重要。劉玥等[23]應(yīng)用模擬低劑量法行新生兒頭顱CT掃描，掃描劑量（mAs）較常規(guī)劑量減少40%，圖像質(zhì)量符合臨床診斷要求。

5.6 其它應(yīng)用 于紅等[24]認(rèn)為平掃時測定的腹主動脈CT值的標(biāo)準(zhǔn)差（s）可以反映實際情況的綜合圖像噪聲值，據(jù)此可大致估計獲得良好腹腔動脈血管成像（CTA）所需的大致mAs值，s越小，可以使用的mAs就可以越小，常規(guī)使用80mAs可以保證CTA圖像質(zhì)量達到優(yōu)等，平掃s<12.25甚至12.00，則可以嘗試使用60 mAs。急性肺栓塞患者采用乳腺鉍屏、低kV及自動毫安調(diào)節(jié)，乳腺輻射劑量降低21%，肺臟減少47%。傅強等[25]選擇CT常用定位像部位頭、胸、腹和腰椎，進行了降低掃描參數(shù)（kV、mAs）值和改變胸、腹正位X線入射方向的兩項降低人體輻射劑量試驗，證實頭、胸、腹低劑量定位像掃描方案較設(shè)備預(yù)設(shè)方案患者接受輻射劑量明顯降低，影像噪聲有一定增加，但影像質(zhì)量仍在可接受的允許范圍，不影響定位功能。

6 存在問題

目前低劑量CT掃描技術(shù)尚沒有廣泛開展的原因是由于該項技術(shù)導(dǎo)致圖像噪聲及偽影增加，部分醫(yī)師擔(dān)心不能保證圖像質(zhì)量；國家及醫(yī)學(xué)影像專業(yè)內(nèi)還沒有低劑量CT掃描技術(shù)規(guī)范和量化標(biāo)準(zhǔn)[5]。國內(nèi)低劑量CT掃描技術(shù)基礎(chǔ)研究薄弱，研究方法粗糙、單一，臨床應(yīng)用研究局限，缺乏公認(rèn)可行的客觀評價指標(biāo)和方法。另外，低劑量CT掃描研究涉及的問題非常多，一個單位或醫(yī)院無力進行系統(tǒng)研究，必須進行多中心研究；衛(wèi)生行政領(lǐng)導(dǎo)及其他科室醫(yī)師應(yīng)理解、配合、支持影像科醫(yī)師進行低劑量CT掃描技術(shù)的臨床應(yīng)用[26]。

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