CT灌注成像技術(shù)輻射劑量的控制

楊崗（綜述） 張聯(lián)合（審校）★

CT灌注成像技術(shù)輻射劑量的控制

楊崗（綜述） 張聯(lián)合（審校）★

CT灌注成像（Computed tomography perfusion imaging，CTPI或CTP）是利用CT動(dòng)態(tài)掃描檢測隨時(shí)間變化的被測活體組織器官的增強(qiáng)情況，利用后處理軟件進(jìn)行圖像處理和數(shù)據(jù)計(jì)算，來評價(jià)被測組織在病理、生理情況下的血流動(dòng)力學(xué)改變及微循環(huán)狀態(tài)。CT灌注成像檢查技術(shù)在人體全身部位得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在腦CT灌注方面更為成熟和完善，有極高的臨床意義。但CT掃描產(chǎn)生的輻射損傷能誘導(dǎo)一定的生物學(xué)效應(yīng)，越來越受到醫(yī)患雙方及公眾的關(guān)注，如何降低患者所受到的輻射劑量，成為需要解決的關(guān)鍵問題之一。

1 CT灌注成像輻射現(xiàn)狀

CT能產(chǎn)生一定量的電離輻射，而電離輻射可以對機(jī)體產(chǎn)生損傷，據(jù)劉兵［1］、李鋒坦［2］等綜合統(tǒng)計(jì)國內(nèi)外的文獻(xiàn)，近年來已有較多有關(guān)CT輻射致癌的報(bào)道，其中腹部和骨盆的CT掃描是輻射致癌最主要的原因［3］，尤其是對于一些敏感人群（孕婦、兒童等）危害更大，而多期相增強(qiáng)掃描可以導(dǎo)致更高輻射劑量產(chǎn)生，如腹部CT增強(qiáng)掃描，其輻射劑量明顯高于普通掃描。盡管CT灌注掃描是局部性掃描，但有重復(fù)性，所產(chǎn)生的輻射劑量不可忽視。以頭顱CT灌注為例，據(jù)Wiesmann等［4］的研究證實(shí)，64層螺旋CT 1次急性缺血性腦卒中的多模態(tài)CT檢查的平均輻射劑量約為16.4mSV，相當(dāng)于單次CT頭顱平掃的6倍；Cohnen等［5］用64層螺旋CT做腦的輻射劑量研究，采用4種不同的掃描方案，得出頭顱CT灌注成像的輻射劑量比普通CT平掃也要高出6.7倍。國內(nèi)羅沛霖等［6］對廣州市8家三甲醫(yī)院的腦CT灌注的輻射劑量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出國內(nèi)顱腦CT灌注輻射劑量是明顯偏高的結(jié)論。由此可見，CT灌注所引起的輻射需加以控制，CT灌注成像技術(shù)需要改進(jìn)，從而降低電離輻射。

2 提高輻射防護(hù)意識、遵循實(shí)踐正當(dāng)化原則

作為醫(yī)務(wù)人員，應(yīng)正視放射輻射的存在，不懼怕輻射損傷的同時(shí)，也需提高防護(hù)意識，做好防護(hù)工作。在實(shí)施放射診療過程中，必須遵循放射實(shí)踐正當(dāng)化原則，為患者選擇合適的檢查項(xiàng)目。以頭顱CT灌注為例，既往頭顱CT灌注主要用于診斷腦缺血疾病，但隨著磁共振的普遍應(yīng)用和技術(shù)的進(jìn)步，尤其是磁共振彌散成像（Diffusion weighted imaging，DWI）的應(yīng)用，可發(fā)現(xiàn)超急性期的腦梗塞，診斷明確、定位精準(zhǔn)，因此，懷疑腦梗死的病患，以選擇MR檢查為最優(yōu)，但若患者有幽閉恐懼癥、軀體內(nèi)安裝有金屬植入器或假體，則是MR檢查的禁忌癥，對于此類患者，即可選擇頭顱CTP檢查。對于同一個(gè)病患，需要緊密結(jié)合臨床，如患者情況改善或惡化，確實(shí)需求行CTP檢查時(shí)，方可采用，如病情穩(wěn)定，則適當(dāng)延長復(fù)查CTP 的間期。

3 輻射劑量控制方法

自Naidich等［7］提出低劑量掃描后，放射學(xué)醫(yī)生、臨床醫(yī)生及相關(guān)研究人士就一直在尋找降低輻射劑量的最佳方案，并且放射工作人員應(yīng)該在放射實(shí)踐中須嚴(yán)格遵循A LA R A 原則（as low as reasonably archievable）［8］，嚴(yán)格執(zhí)行CT掃描計(jì)劃和操作規(guī)程，在充分發(fā)揮CT作用的同時(shí)，盡量降低輻射劑量。FDA為減少灌注所導(dǎo)致的輻射過度問題，提出了5項(xiàng)建議：（1）檢查前評估患者是否受到過量輻射。（2）檢查輻射劑量方案是否正確、合理。（3）確保正確合理的輻射劑量方案得以實(shí)施。（4）放射工作人員檢查過程中監(jiān)測輻射水平是否合格。（5）研究性的CT檢查所導(dǎo)致的輻射劑量要處于適當(dāng)、符合研究的要求。CT輻射劑量和圖像質(zhì)量、成像方式、掃描范圍等是密切相關(guān)的，有較多影響因素，如重建算法，探測器的效率和幾何設(shè)計(jì)，X線球管的 kV、mAs、螺距（pitch）、曝光時(shí)間等。

3.1 CT機(jī)器硬件-探測器及準(zhǔn)直器性能改進(jìn) 當(dāng)X射線穿過人體后產(chǎn)生衰減，由探測器俘獲 X 線光子，轉(zhuǎn)化為光能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。探測器的性能將直接影響 CT 的成像質(zhì)量和輻射劑量?，F(xiàn)在各CT廠家均采用稀土陶瓷探測器，以及更為先進(jìn)的寶石探測器、量子探測器、超寬探測器技術(shù)，較大地提高圖像的對比分辨率和空間分辨率。如GE的Discovery CT750 HD 寶石能譜CT擁有先進(jìn)的低劑量影像鏈：寶石探測器、動(dòng)態(tài)變焦球管、ASiR技術(shù)，可以降低心臟和全身掃描劑量，并產(chǎn)生高清影像。于彤等［9］對一組兒童頸椎外傷患者用寶石高分辨率CT和64排螺旋CT進(jìn)行的對比分析，寶石CT的輻射劑量有明顯的減少。而東芝公司的160mm寬的大面積探測器可以僅用一次曝光覆蓋整個(gè)臟器，可以得到完美的各向同性的多平面重建和三維重建圖像，同時(shí)加以超高速掃描，可以明顯降低造影劑用量和射線劑量。準(zhǔn)直器是CT重要裝置，其決定了X線限束寬度、掃描的層厚，當(dāng)限束寬度較小，輻射劑量增加，東芝Aquilion系列活性準(zhǔn)直技術(shù)使掃描范圍兩端的X線束寬度與用來重建圖像的臨床有效范圍同步校準(zhǔn)，通過消除未用作診斷的曝光，患者劑量能減少至20%。西門子公司利用最新的選擇性光子屏蔽技術(shù)，純化分離高、低千伏的能譜重疊，可將雙能量成像的輻射劑量降低至常規(guī)單能量成像的水平。

3.2 智能化軟件的開發(fā) 如（1）CT自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)：在 CT 動(dòng)態(tài)掃描過程中，對X射線管的電流輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)制，降低劑量，提高射線效率，可以大幅度降低輻射劑量。東芝SUREExposure 3D三維智能劑量控制技術(shù)，應(yīng)用自動(dòng)曝光控制，可以在掃描患者預(yù)掃描圖像中自動(dòng)獲得的衰減測量值，管流（mA）在X、Y 和Z 平面自動(dòng)調(diào)節(jié)使圖像質(zhì)量保持在一個(gè)不變的水平，可根據(jù)不同患者和不同掃描部位實(shí)現(xiàn)劑量降低40%。（2）前瞻性門控的智能化步進(jìn)和點(diǎn)射：通過斷層掃描后移動(dòng)床或螺旋式間斷曝光等前門控技術(shù)，避免了回顧性門控螺旋掃描的“無效”X 射線劑量，在進(jìn)行心臟掃描時(shí)，在一些特定心率條件下，大幅降低劑量［10］。

3.3 掃描條件的優(yōu)化 多層螺旋CT掃描中輻射劑量的最佳評價(jià)指標(biāo)是：劑量指數(shù)（volume CT dose index，CTDIvol），其代表單次曝光電離時(shí)實(shí)測的吸收劑量平均值；劑量長度乘積（dose length product，DLP），代表間接推算輻射植入能量的一種方法，反映的是一次檢查、掃描范圍內(nèi)身體內(nèi)接受的總輻射劑量，二者之間的關(guān)系為DLP=CTDLvol×L（L為掃描長度）。從中可以看出，當(dāng)掃描長度固定時(shí)，只有通過降低CTDLvol來控制患者總的吸收劑量［11］。通過降低CTDLvol來控制降低輻射劑量的方法較多，常用的措施是［12］：（1）降低管電壓、管電流。（2）加大螺距、增加增厚。（3）縮短掃描時(shí)間。（4）縮小掃描視野。Naidich［7］、李楊飛［13］、羅沛霖［14］、李琳［15］等的研究證實(shí)，mAs與輻射劑量的關(guān)系最為密切，呈線性改變，在其他參數(shù)不變的情況下，降低50% mAs，意味著降低50%的輻射劑量［12］，因此建議低毫安掃描。李功杰等［16］通過對乳腺癌的灌注模式改變進(jìn)行對照，表明低劑量灌注不影響診斷效果，同時(shí)采用低對比劑注射速度能降低對比劑血管外溢的風(fēng)險(xiǎn)。Wiesmann等［4］從掃描時(shí)間間隔上進(jìn)行分析，得出的結(jié)論是時(shí)間間隔在3s也能取得較好的灌注參數(shù)。郭濴等［17］通過對比試驗(yàn)，電影模式比軸掃模式的輻射劑量高，掃描時(shí)間多一半，2種掃描模式所取得的腦灌注參數(shù)及圖像質(zhì)量均無差異，認(rèn)為軸掃模式間隔1s的灌注模式在評價(jià)腦組織的血流動(dòng)力學(xué)上，具有可重復(fù)性、穩(wěn)定性、可靠性，且不受CT機(jī)器型號、對比劑類型和用量限制。魏新華等［18］研究證實(shí)，適當(dāng)增加全腦CT灌注成像時(shí)容積數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔的方法，既對灌注參數(shù)值無明顯影響，同時(shí)又能明顯減少患者接受的輻射劑量，在臨床開展CT灌注成像時(shí)應(yīng)引起重視。楊秀軍等［19］將原來的延遲5s、掃描50s改良為延遲至8s、掃描40s，獲得的圖像效果、診斷效果是一樣的，而且明顯減少了球管曝光次數(shù)和患者接受的輻射劑量，得出的結(jié)論是國人腦CT灌注延遲時(shí)間建議選擇8s、采集掃描40s即可。在螺距設(shè)計(jì)方面，東芝Aquilion可變螺距掃描技術(shù)則是可變螺距，即允許在圖像采集過程中不用停止床的運(yùn)動(dòng)，就可以在用戶預(yù)設(shè)定的部位自動(dòng)改變螺距，當(dāng)進(jìn)行聯(lián)合研究時(shí)，可變螺距提供了更大的靈活同時(shí)又能顯著減少造影劑用量和放射劑量。

3.4 改變CT數(shù)據(jù)重建算法 以往運(yùn)用常規(guī)的濾波反投影算法完成圖像重建，速度快，但抑制噪聲效果差，低劑量時(shí)，圖像質(zhì)量下降明顯。而應(yīng)用迭代算法，在相同劑量條件下，圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于前者，但計(jì)算量大，耗時(shí)長，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，后兩種技術(shù)難題逐步改進(jìn)，迭代算法得以廣泛應(yīng)用CT技術(shù)發(fā)展，從而有效地降低了圖像噪聲，提高了圖像質(zhì)量，達(dá)到了降低輻射劑量的目的，并廣泛用于臨床。GE公司已經(jīng)將自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建（ASIR）算法用于CT臨床實(shí)踐，在保證圖像質(zhì)量不受損的前提下，可降低輻射劑量達(dá)50%。西門子公司也是如此，在其最新的高端 CT推出了一系列提高圖像質(zhì)量、降低輻射劑量的先進(jìn)措施，如基于原始數(shù)據(jù)域迭代的云重建（SAFIRE）、智能最佳 KV（CARE KV）和炫速掃描等技術(shù)。東芝Aquilion系列的自適應(yīng)迭代劑量降低（Adaptive Iterative Dose Reduction 3D，AIDR 3D）算法是新一代劑量降低技術(shù)，當(dāng)噪聲從原始數(shù)據(jù)中移除后結(jié)果會被重新用來分析，這個(gè)過程會一直重復(fù)直至達(dá)到目標(biāo)降噪水平，在去除背景噪聲，同時(shí)又保存診斷信息有很大的優(yōu)勢，AIDR3D可以應(yīng)用于所有日常常規(guī)臨床圖像采集模式中，并且能消除50%的圖像噪聲，降低高達(dá)75%的劑量。Philips公司的IDOSE技術(shù)也是基于迭代法重建，且IDOSE4技術(shù)具有較大優(yōu)勢，可在確保圖像質(zhì)量的前提下降低80%的輻射劑量，同時(shí)圖像的分辨率提高68%，重建速度快。董健等［11］通過對肺部腫瘤的CT低劑量灌注成像的研究證實(shí)，在運(yùn)用迭代算進(jìn)行重建后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出的灌注參數(shù)與傳統(tǒng)采用濾波反投影法得到的參數(shù)無差異。

4 防護(hù)設(shè)備的應(yīng)用

放射防護(hù)設(shè)備是放射診療工作中必須具備的物件，嚴(yán)格的放射防護(hù)要求在實(shí)施放射檢查或治療后過程中需使用防護(hù)設(shè)備，但在實(shí)際工作中，因?yàn)橹T多原因，防護(hù)設(shè)備使用不規(guī)范，甚至不使用，增加了患者不必要的輻射劑量。要達(dá)到減少患者輻射劑量的目的，就必須合理使用防護(hù)設(shè)備，比如在進(jìn)行頭顱CTP時(shí)，可使用鉛衣或圍脖將甲狀腺、頸部以下軀體覆蓋，以減少輻射損傷。

綜上所述，CT灌注成像所產(chǎn)生的輻射劑量可采用多種方式進(jìn)行控制，從而降低輻射劑量，減輕因此給患者帶來的輻射損傷。在機(jī)器設(shè)備和隨機(jī)軟件固定的情況下，以低毫安（70mAs）、層厚大（0.8cm）、小視野（FOV 32.0cm）、長時(shí)間間隔（2s）等多種降低輻射的方法進(jìn)行掃描，總體的輻射劑量是在安全范圍內(nèi)，在保障醫(yī)療需求的同時(shí)，也降低患者的輻射劑量。

1 劉兵，孔博玉，馬淑梅，等.CT多次掃描對機(jī)體損傷效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究.中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志，2014，34（3）：164～167.

2 李鋒坦，張?jiān)仆?C T檢查的輻射危害及控制策略.醫(yī)學(xué)綜述，2013，19（14）：2571～2374.

3 Berringto de Gonza1ezA，Mahesh M，Kim K P，et al.Projected cancer risks from computed to mographic scans perfo rmed in the United States in 2007.Arch Intern Med，2009，169（22）：2071～2077.

4 Wiesmann M，Berg S，Bohner G，et al.Dose reduction in dynamic perfusion CT of the brain：effects of the scan frequency on measurements of cerebral blood flow，cerebral blood volume，and mean transit time.Eur Radiol，2008，18（12）：2967～2974.

5 M.Cohnen，H.J.Wittsack，S.Assadi，et al.Radiation exposure of patients incomprehensive computed tomography of the head in acute stroke.AJNR AM JNeuroradiol，2006，27（8）：1741～1745.

6 羅沛霖，王海林，李龍.國內(nèi)顱腦CT灌注成像輻射劑量的初步調(diào)查.當(dāng)代醫(yī)學(xué)，2011，17（33）：155～157.

7 Naidich D P，Marshall C H，Gribbin C，et al.Low-dose CT of he lungs：preliminary observations.Radiology，1999，175（3）：729.

8 Slovis T L.The ALARA in pediatric CT：myth or reality？ Radiology，2002，223（1）： 5～6.

9 于彤，李鎮(zhèn)，路春蘭，等.寶石高分辨CT自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建方法在兒童頸椎外傷低劑量掃描中的應(yīng)用.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2013，29（2）：285～288.

10 張挽時(shí).從RSNA2012看CT低劑量技術(shù)的發(fā)展.中國醫(yī)療設(shè)備，2013，28（3）：7～9.

11 董健，高莉，王霄英，等.迭代重建對肺腫塊低劑量CT灌注成像參數(shù)的影響.放射學(xué)實(shí)踐，2013，28（3）：280～283.

12 郭濴，郭安齊，葛英輝，等.64層螺旋CT腦灌注間隔模式降低掃描劑量的可行性研究.中華放射學(xué)雜志，2009，43（12）：1243～1246.

13 李楊飛，樊樹峰.CT檢查中mAs與輻射劑量的比較分析.現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志，2007，16（33）：5006～5007.

14 羅沛霖，李龍，周毅方.不同管電流對正常顱腦CT灌注參數(shù)和輻射劑量的影響.臨床放射學(xué)雜志，2012，31（2）：277～282.

15 李琳，羅德紅，余小多，等.頭頸部多層螺旋CT低劑量掃描研究.中國腫瘤影像學(xué)，2009，2（4）：81.

16 李功杰，郭京海，周娟.乳腺癌低劑量與常規(guī)劑量MDCT灌注成像的對比研究.醫(yī)械臨床，2010，31（12）：83～84.

17 郭濴，盧萬協(xié)，葛英輝，等.探討多層螺旋CT腦灌注成像掃描模式.中國實(shí)用醫(yī)刊，2009，36（16）：7～8.

18 魏新華，江新青，吳梅，等.增加容積數(shù)據(jù)單元重組間隔對全腦CT灌注成像參數(shù)值及輻射劑量的影響.中華放射學(xué)雜志，2012，46（3）：278～281.

19 楊秀軍，楊冰，陳旭，等.多層螺旋CT腦灌注成像：改良技術(shù)及其初步應(yīng)用.上海醫(yī)學(xué)影像，2006，15（4）：266～268.

·流行病學(xué)調(diào)查·

310051 武警浙江省總隊(duì)杭州醫(yī)院放射科