CT技術(shù)發(fā)展進(jìn)入低劑量成像時(shí)代

石明國(guó)

第四軍醫(yī)大學(xué)附屬西京醫(yī)院 放射科，陜西 西安 710032

CT技術(shù)發(fā)展進(jìn)入低劑量成像時(shí)代

石明國(guó)

第四軍醫(yī)大學(xué)附屬西京醫(yī)院 放射科，陜西 西安 710032

本文回顧了CT技術(shù)的發(fā)展過程和當(dāng)前水平，認(rèn)為CT技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)步入了低劑量成像時(shí)代。并提出在應(yīng)用CT低劑量技術(shù)的時(shí)侯應(yīng)遵守ALARA（As Low As Reassenable Achievable）原則。由于當(dāng)前CT低劑量技術(shù)種類繁多，本文在舉例歸納說明的同時(shí)，認(rèn)為放射科醫(yī)生應(yīng)該樹立良好的學(xué)習(xí)意識(shí)以更好地掌握和使用CT低劑量技術(shù)。

X射線；CT低劑量技術(shù)；ALARA原則

CT技術(shù)發(fā)展進(jìn)入低劑量成像時(shí)代?；仡機(jī)T技術(shù)的發(fā)展過程可以發(fā)現(xiàn)，基于CT各個(gè)發(fā)展時(shí)期的軟硬件技術(shù)水平，臨床醫(yī)學(xué)對(duì)CT提出的主要需求是不同的，而解決這些主要的需求是CT技術(shù)發(fā)展最主要的驅(qū)動(dòng)力。在CT的問世初期，不斷提高圖像質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)全身性應(yīng)用和提高掃描速度是CT技術(shù)發(fā)展面臨的主要問題。到了16層螺旋CT問世后，臨床的主要需求則轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾问沟霉跔顒?dòng)脈CT成像技術(shù)能夠更加普遍性地應(yīng)用，如是否可以實(shí)現(xiàn)不控制心率的冠狀動(dòng)脈CT成像。2005年，雙源CT問世后，臨床對(duì)CT的主要需求則逐漸變化為如何能夠?qū)崿F(xiàn)低劑量成像技術(shù)的普遍應(yīng)用。尤其是在最近2年，對(duì)CT低劑量成像技術(shù)的研究和討論已經(jīng)成為當(dāng)代CT兩大研究熱門技術(shù)之一（另一研究熱門技術(shù)是CT能量成像技術(shù)）。之所以這樣，其主要原因有3條：首先是對(duì)CT的應(yīng)用需求已經(jīng)幾乎涵蓋了所有的臨床學(xué)科；其次是CT在各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)已經(jīng)普遍地被使用，廣大醫(yī)務(wù)人員及受檢者對(duì)CT設(shè)備非常熟悉；最后是CT檢查的人數(shù)雖然只占到全部X線影像學(xué)檢查人數(shù)的2%，但是射線劑量卻占到了全部受檢人群接受的輻射劑量總量的20%或更高。相關(guān)研究認(rèn)為，即使是醫(yī)用的低劑量電離輻射（0～100mSv）也會(huì)對(duì)人類的健康造成威脅，增加放射相關(guān)疾病的發(fā)生率。而接受的輻射劑量越高，則導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)越大。尤其是對(duì)于婦女和兒童等敏感人群而言，射線劑量的增加導(dǎo)致罹患放射相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)的增加[1]。這里需要特別提到的是，2011年3月，日本“福島核電站核泄露事故”不但提高了全球廣大民眾對(duì)放射線的認(rèn)識(shí)，更促使放射科醫(yī)生更多地認(rèn)識(shí)和關(guān)注X線。

毫無疑問，僅從劑量角度考慮，CT低劑量成像技術(shù)發(fā)展的目的是盡可能降低X射線劑量。每人每年所接受的自然背景輻射劑量平均為2～5mSv。那么 ，CT的所有檢查是否都可以低于這個(gè)水平呢？再?gòu)腃T應(yīng)用的角度來看，CT技術(shù)的發(fā)展以滿足臨床需求作為其唯一目的，為滿足這個(gè)目的，一個(gè)核心要求就是CT的圖像質(zhì)量要越來越好，能夠表達(dá)出足夠多的信息以明確疾病的臨床診斷。因此，根據(jù)不同的臨床診斷需要，實(shí)現(xiàn)更高的密度分辨率、空間分辨率及時(shí)間分辨率等評(píng)估指標(biāo)一直是CT技術(shù)發(fā)展的方向之一。但是，在影響CT圖像質(zhì)量的眾多因素中，X線的劑量毫無疑問是影響權(quán)重最大的因素。一般性而言，劑量越高，CT的圖像質(zhì)量越好；劑量越低，則CT圖像質(zhì)量越差。因此，如何綜合考慮X線劑量和圖像質(zhì)量?jī)烧咧g的關(guān)系，是正確使用和研究CT低劑量技術(shù)的前提。對(duì)此，目前在放射學(xué)界取得較為一致認(rèn)可的共識(shí)是，CT低劑量技術(shù)的使用和研究要遵循ALARA（As low As Reasonably Achievable，ALARA）最優(yōu)化原則，即在保證獲取良好CT圖像質(zhì)量（滿足臨床診斷的需求）的同時(shí)，盡可能合理地降低受檢者的檢查劑量[2]。

要在臨床工作實(shí)踐中踐行ALARA原則，最核心的要求就是，要實(shí)現(xiàn)對(duì)受檢者檢查劑量的個(gè)性化設(shè)定和掃描，從而可以最大程度地降低整個(gè)受檢人群的檢查劑量。由此，對(duì)放射科醫(yī)生提出了多方面的要求。首先要熟悉CT的X射線劑量測(cè)量方面的相關(guān)基本概念和知識(shí)；其次則要學(xué)習(xí)和熟悉不斷推出的、數(shù)量眾多的CT低劑量技術(shù)，能夠在臨床日常工作過程中對(duì)CT低劑量技術(shù)進(jìn)行靈活正確地選擇和使用；最后能夠針對(duì)不同的受檢者條件和臨床檢查目的，綜合CT的軟硬件技術(shù)，全面地制定個(gè)性化的、符合ALARA原則的掃描方案。上述3點(diǎn)要求中前2點(diǎn)是基礎(chǔ)，第3點(diǎn)是手段，其最終目的是要實(shí)現(xiàn)對(duì)受檢者的檢查符合ALARA原則、個(gè)性化低劑量的CT掃描。以下就上述這3個(gè)方面要求分別進(jìn)行闡述。

1 掌握測(cè)量的基本知識(shí)

放射科醫(yī)生要想做到符合ALARA原則的放射檢查劑量的個(gè)性化設(shè)定，首先就需要熟悉有關(guān)CT的X射線劑量測(cè)量的基本概念和知識(shí)。在關(guān)于CT的X線劑量的基本概念和知識(shí)中，最重要的是要明確認(rèn)識(shí)X線劑量大小的評(píng)估參數(shù)。X線劑量大小的評(píng)估參數(shù)很多，如mAs、surface dose、HVL、mGy、mSv、CTDI （CTDI100/ CTDIFDA/ CTDIw/ CTDIvol）、DLP、Patient dose、Organ Dose及Effective Patient Dose等。但對(duì)使用CT的醫(yī)生來說，最重要的是要熟悉。之所以這樣說，是因?yàn)椋孩?由于CT常規(guī)采用高千伏掃描，X線的質(zhì)屬于硬射線，與人體作用時(shí)主要是康普頓效應(yīng)占主導(dǎo)地位，kV的變化對(duì)康普頓效應(yīng)所占比例影響不大；②與此同時(shí)，CT的X線球管一般采用多重、多種射線濾過技術(shù)，導(dǎo)致管電流的mA值和實(shí)際的機(jī)架中心處的射線劑量不呈線性關(guān)系；③ 在相同的kV和mA設(shè)定條件下， 不同采集技術(shù)的使用會(huì)導(dǎo)致射線劑量非常之大的差別，如螺旋和序列掃描技術(shù)。所以在CT檢查過程中，即使采用較高的kV值和較大的mA值，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致較小的射線劑量產(chǎn)生；反之，即使有時(shí)采用較小的kV和mA設(shè)置，可能也會(huì)導(dǎo)致相對(duì)較高的檢查劑量。所以kV和mA值不能夠較為準(zhǔn)確地表達(dá)CT檢查對(duì)受檢者產(chǎn)生射線劑量的大小。以Flash 模式為例，F(xiàn)lash掃描模式在胸痛三聯(lián)癥檢查和常規(guī)胸部檢查的，kV和mAs的設(shè)定分別是120kV和372mAs、120kV和130mAs時(shí)，雖然前者的mAs是后者的2.9倍，但是前者在機(jī)架中心處的實(shí)際X線劑量只有6.43mGy，而后者胸部常規(guī)檢查是7.26mGy，前者的射線量要低于后者。而CTDIvol、DLP和mSv 3個(gè)參數(shù)是獨(dú)立用于評(píng)估CT輻射劑量大小的參數(shù)。CTDIvol是采用國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備，在特定的掃描條件和掃描方式設(shè)定下，自機(jī)架中心處測(cè)得的實(shí)際發(fā)出的X線輻射劑量；而DLP則是CTDIvol和受檢者接受的X線掃描長(zhǎng)度的乘積，即考慮了受檢者接受的X線輻射長(zhǎng)度；mSv則是DLP和轉(zhuǎn)換系數(shù)的乘積，用于表達(dá)受檢者接受到的具有生物學(xué)損傷意義的X射線劑量的大小。這3個(gè)參數(shù)的測(cè)量和定義，國(guó)際上已經(jīng)制定了明確的公式和限制條件，見下列公式[3]。

式中K值，見圖1。

以1例胸部檢查患者為例，如果在某個(gè)特定掃描條件下，其所接受的CTDIvol是3.47mGy，DLP是104mGycm，轉(zhuǎn)換系數(shù)是0.014，那么患者接受的具有生物學(xué)損傷意義的檢查劑量是1.456mSv。而根據(jù)國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)1990年發(fā)布的60號(hào)文件規(guī)定，放射工作者1年內(nèi)接受的輻射的劑量限值是50mSv，同時(shí)連續(xù)3年內(nèi)平均不高于20mSv；公眾個(gè)人的限值是1年1mSv，當(dāng)連續(xù)5年平均劑量不超過1mSv時(shí)，允許某年高于1mSv。由此，我們對(duì)CT檢查的劑量就有了明確的印象和概念。

圖1 轉(zhuǎn)換因子k值

2 熟悉和掌握各種低劑量技術(shù)是制定符合ALARA原則的個(gè)性化低劑量掃描方案的前提

目前，全球幾個(gè)主要的CT生產(chǎn)商都陸續(xù)推出了低劑量技術(shù)，覆蓋了CT檢查掃描的環(huán)節(jié)、圖像重建環(huán)節(jié)和圖像處理環(huán)節(jié)等整個(gè)CT影像鏈。這里要說明的是，在圖像重建環(huán)節(jié)和圖像處理環(huán)節(jié)使用的CT低劑量技術(shù)是在不影響診斷準(zhǔn)確度的前提下，提高對(duì)低信噪比圖像質(zhì)量的容忍度，從而可以使得在掃描環(huán)節(jié)進(jìn)一步降低X線的輻射劑量。如在掃描環(huán)節(jié)，GE、Philips、Siemens和Toshiba都推出了自動(dòng)毫安調(diào)節(jié)技術(shù)，其中，Siemens還推出了業(yè)界唯一的自動(dòng)kV調(diào)節(jié)技術(shù)——智能最佳kV掃描技術(shù)。在圖像重建環(huán)節(jié)，GE、Philips、Siemens 和Toshiba都分別推出了基于硬件水平提升的迭代算法ASiR、iDose4、SAFIRE和AIDR，其中，SAFIRE與一般的基于圖像空間的迭代算法不同，也是目前唯一的基于原始數(shù)據(jù)空間的CT迭代算法[4]。在圖像處理環(huán)節(jié)上述4大廠商又都推出了2D或3D的降噪技術(shù)。考慮到目前在上述4大廠家中，西門子的CT低劑量技術(shù)推出最早、種類多，所以下文以西門子CT為例，簡(jiǎn)單概括介紹眾多的CT低劑量技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)在上述3個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用的。

在掃描環(huán)節(jié)中，西門子的智能最佳kV掃描技術(shù)，即CARE kV技術(shù)可以根據(jù)受檢者的體型和檢查目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)kV的自動(dòng)選擇和mA的自動(dòng)選擇，還可以實(shí)現(xiàn)曝光角度的自動(dòng)選擇。該技術(shù)根據(jù)受檢者的體型和檢查類型，可以在70～140kV范圍內(nèi)自動(dòng)選擇合適的管電壓[5-8]，可以在降低50%輻射劑量的同時(shí)，增加及增強(qiáng)檢查圖像的對(duì)比度，從而提高圖像的質(zhì)量。其在實(shí)現(xiàn)了降低掃描劑量的同時(shí)，也提高了圖像質(zhì)量（圖2）。

圖2 智能最佳kV掃描技術(shù)在自動(dòng)降低掃描劑量的同時(shí)，提高了圖像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的圖像質(zhì)量和最低的劑量

這里需要特別提到的是，智能最佳kV掃描技術(shù)所能使用的70kV管電壓，其不但可以獲取前所未有的超高對(duì)比度CT圖像，更可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)超低的輻射劑量。70kV的超高對(duì)比度掃描技術(shù)特別適合于兒童的CT檢查。掃描環(huán)節(jié)使用的SPS（Selective Photon Shield）技術(shù)是保證CT能量成像技術(shù)常規(guī)使用的必要技術(shù)。SPS技術(shù)的使用使得高低千伏能譜之間的平均能量值的差值變大，在降低無效輻射劑量的同時(shí)，提高了被掃描物體在二維能量空間的能量差異性[9-11]。SPS技術(shù)的使用使得CT能量成像的劑量低于常規(guī)單源CT，同時(shí)，使得被掃描物質(zhì)的可被識(shí)別能力提高80%（圖3）。

圖3 SPS技術(shù)保證了CT能量成像技術(shù)常規(guī)使用的必要技術(shù)

在掃描過程中，使用X-CARE技術(shù)可以在實(shí)現(xiàn)受檢者檢查劑量最優(yōu)的同時(shí)，選擇性地保護(hù)好敏感器官，以避免對(duì)敏感器官的直接照射，如避免對(duì)晶狀體、甲狀腺和乳腺的直接照射。X-CARE可以在其他成像條件保持不變的同時(shí)，減少40%的輻射劑量（圖4）。

圖4 X－CARE可以在其他成像條件保持不變的同時(shí)減少40%的輻射劑量

在圖像重建環(huán)節(jié)，西門子推出的SAFIRE算法（Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction ，SAFIRE）是一種基于原始數(shù)據(jù)空間的CT圖像迭代重建算法（圖5），其與傳統(tǒng)的基于圖像空間進(jìn)行迭代重建的算法相比，SAFIRE可以使得72%的CT檢查劑量低于2.4mSv，同時(shí)，能夠更有效地去除圖像偽影，提高圖像質(zhì)量。

圖5 SAFIRE算法是基于原始數(shù)據(jù)空間的CT圖像迭代重建算法

在CT圖像的處理環(huán)節(jié)，西門子推出的4D降噪技術(shù)，可以使得在掃描環(huán)節(jié)的劑量在原有水平基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低的同時(shí)，保證灌注分析的圖像質(zhì)量和結(jié)果準(zhǔn)確性不受影響。

3 制定出個(gè)性化的、符合ALARA原則的低劑量掃描方案

在熟悉掌握了有關(guān)CT劑量測(cè)量的基本知識(shí)和眾多的CT低劑量技術(shù)后，就要求放射科醫(yī)生能夠針對(duì)不同的受檢者條件和檢查的臨床目的，結(jié)合所使用的CT的軟硬件技術(shù)特點(diǎn)，制定出個(gè)性化的、符合ALARA原則的低劑量掃描方案。這對(duì)放射科醫(yī)生的業(yè)務(wù)能力提出了較高的要求。如1個(gè)簡(jiǎn)單的CT胸腹聯(lián)合增強(qiáng)掃描，是采用不同曝光條件分別胸腹掃描，還是采用單一曝光條件一次性完整掃描，如采用單一曝光條件是采用胸部曝光條件，還是采用腹部曝光條件；是采用常規(guī)體部掃描方案，還是采用體部CTA掃描方案；是采用常規(guī)濾波反投影算法，還是采用迭代算法；患者是否能夠屏氣；患者體型是胖還是瘦，是均勻肥胖還是向心性肥胖；CT圖像是否需要后處理等。以上眾多因素都會(huì)直接或間接的影響到最終的檢查劑量的多少。這就要求放射科醫(yī)生能夠根據(jù)受檢者的個(gè)體情況、基本臨床資料、檢查目的及結(jié)合所使用CT的基本性能水平等作出綜合全面的判斷，從而制定出最優(yōu)的個(gè)性化掃描方案。可以說，放射科醫(yī)生對(duì)CT低劑量技術(shù)掌握的水平高低決定了在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中整個(gè)CT檢查受檢人群所接受的輻射劑量水平的高低。

4 小結(jié)

回顧過去，自2005年標(biāo)志著CT技術(shù)的發(fā)展步入了低劑量成像時(shí)代雙源CT問世，低劑量技術(shù)的研究和應(yīng)用受到了越來越多的重視。到現(xiàn)在為止，雖然只有6年的時(shí)間，但如果根據(jù)CT低劑量技術(shù)發(fā)展的理念變化來區(qū)分的話，CT低劑量技術(shù)的發(fā)展過程已經(jīng)可以分為3個(gè)階段。第1個(gè)階段是降低劑量，增加噪聲，降低了圖像質(zhì)量，就是簡(jiǎn)單的降低掃描劑量。第2個(gè)階段是降低劑量，降低噪聲，保持圖像質(zhì)量不變，這時(shí)的CT低劑量技術(shù)代表是迭代算法的出現(xiàn)。第3個(gè)階段是降低劑量，增加對(duì)比度，提高圖像質(zhì)量。以上3個(gè)階段的劃分不但標(biāo)志著CT低劑量技術(shù)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，更代表著人們對(duì)CT低劑量技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷深化和提高的過程。

目前，隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展，新的CT低劑量技術(shù)還在持續(xù)不斷出現(xiàn)。如何能夠最大程度地使用好這些低劑量成像技術(shù)，對(duì)影像科醫(yī)生而言是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。文本再次強(qiáng)調(diào)，在應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)的過程中，放射科醫(yī)生應(yīng)該樹立良好的工作學(xué)習(xí)習(xí)慣，樹立終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，認(rèn)識(shí)到只有不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，才能夠掌握最新的CT技術(shù)，從而更好地服務(wù)于廣大患者。而在這個(gè)過程中，加深了解和掌握先進(jìn)CT技術(shù)的生產(chǎn)商的新設(shè)備、新技術(shù)，各種成像技術(shù)間的良好溝通交流及互動(dòng)是十分必要的。

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CT Entering Low Dose Imaging Times

SHI Ming-guo
Radiology Department, Xi jing Hosipital, Fourth Military Medical University, Xi'an Shaanxi 710032,China

This paper retrospects the level of CT technologies. CT technologies enter low dose imaging times based on CT developing history and current CT situations. ALARA principle is key standard for doctors using CT low dose technologies in routine clinical works. There are a lot of CT low dose imaging technologies, and how to grasp and use the technologies is a big challenge for radiological doctors. The author surgests doctors should have a very good continous study consciousness for the sake of grasping CT low dose imaging technologies.

X-ray; CT low dose technology; ALARA principle

R814.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.01.012

1674-1633(2012)01-0039-04

2011-11-27

作者郵箱：smg2002@163.com