胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的臨床應(yīng)用研究現(xiàn)狀

楊宇 黃杏

計(jì)算機(jī)體層成像(computed tomography, CT)技術(shù)的原理在于用X 線束對(duì)機(jī)體局部進(jìn)行掃描, X 射線穿過(guò)人體組織后經(jīng)由探測(cè)器接收信號(hào)并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化, 基于計(jì)算機(jī)處理技術(shù)后可得到圖像資料［1］?，F(xiàn)階段, 隨著螺旋CT 技術(shù)、多層CT 技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,CT 技術(shù)在臨床領(lǐng)域中的應(yīng)用日益普遍, 隨之而來(lái)的受檢者輻射劑量問(wèn)題也備受關(guān)注, CT 技術(shù)輻射劑量與存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)備受關(guān)注, 如何平衡CT 掃描的輻射劑量與圖像質(zhì)量是國(guó)內(nèi)外學(xué)者所面臨的重要課題, 胸部低劑量掃描是該項(xiàng)研究的主要方向之一。

1 CT 技術(shù)的歷史沿革

從CT 技術(shù)問(wèn)世至今主要經(jīng)歷了5 代。第一代CT機(jī)的問(wèn)世可以追溯到1971 年, 是由英國(guó)學(xué)者漢斯菲爾德設(shè)計(jì)的X 射線診斷機(jī), 該機(jī)器包含三個(gè)主要部分,第一部分是X 光斷層掃描裝置, 第二部分是微型電子計(jì)算機(jī), 第三部分是電視顯示裝置, 該機(jī)器當(dāng)時(shí)被命名為X 線電子計(jì)算機(jī)體層攝影機(jī), 可對(duì)人體實(shí)施掃描檢查。該機(jī)器的問(wèn)世及應(yīng)用代表著CT 機(jī)的誕生與CT 影像掃描技術(shù)正式走進(jìn)醫(yī)療領(lǐng)域。運(yùn)用該機(jī)器進(jìn)行掃描和檢查需要5～10 min, 能夠基于單個(gè)探測(cè)器接收信號(hào),但該機(jī)器僅適用于頭部檢查, 并不適合用于心臟與肺部的檢查, 且運(yùn)動(dòng)偽影較為明顯, 圖像噪聲較大。

第二代CT 機(jī)在第一代CT 機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn), 最為明顯的改進(jìn)是探測(cè)器數(shù)量的增加, 基于這一改進(jìn)更好地覆蓋了探測(cè)器的范圍, X 線束呈扇形但角度小, 這樣一來(lái)可以實(shí)現(xiàn)掃描效率的提升, 并且相應(yīng)地縮短掃描時(shí)間, 掃描時(shí)間約30 s。同第一代CT 機(jī)一致的是, 第二代CT 機(jī)也不適宜進(jìn)行心臟、肺部等動(dòng)態(tài)器官的檢查, 僅適用于頭部的檢查。在機(jī)型方面, 第二代CT 機(jī)具體可以分為快速和慢速兩種, 快速CT 機(jī)的數(shù)目更多, X 射線束呈扇形, 且角度較大, 但未能覆蓋全部人體截面。第一代CT 機(jī)與第二代CT 機(jī)還有一點(diǎn)較為相似的地方, 即兩者均無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)掃描, 掃描方式均只能采用橫向平移掃描。

第三代CT 機(jī)相對(duì)于第一代和第二代CT 機(jī)而言有了更明顯的進(jìn)步, 也是目前臨床應(yīng)用廣泛的一種機(jī)型。在探測(cè)數(shù)目方面, 第三代CT 機(jī)增加至數(shù)百個(gè)之多。在X 射線扇形光束張角方面, 第三代CT 機(jī)的張角進(jìn)一步擴(kuò)大至30～45°?；谏鲜龈倪M(jìn), 第三代CT 機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體全部截面的覆蓋［2］。采用第三代CT 機(jī)進(jìn)行掃描時(shí), X 線球管與檢測(cè)器無(wú)需平移, 僅需基于人體軸心進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)即可。隨著相關(guān)醫(yī)學(xué)科技技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步, 融合應(yīng)滑環(huán)技術(shù)使螺旋掃描成為可能, 這一技術(shù)也被應(yīng)用于第三代CT 機(jī)中。與第一代和第二代CT 機(jī)相比較, 第三代CT 機(jī)掃描的時(shí)間大大縮短, 僅為5～10 s, 因掃描時(shí)間較短, 可開展心臟、肺部等動(dòng)態(tài)器官的檢查。目前, 伴隨圖像后處理技術(shù)的出現(xiàn)與不斷發(fā)展, CT 掃描的范圍也不斷擴(kuò)大, 對(duì)于X 射線的利用率也不斷提升, 進(jìn)而獲得更為優(yōu)質(zhì)的圖像質(zhì)量。

第四代CT 機(jī)與之前的CT 機(jī)相比之下, 探測(cè)器的數(shù)量達(dá)400～1500 個(gè), 均勻分布于掃描機(jī)架上。使用第四代CT 機(jī)進(jìn)行掃描時(shí)無(wú)需像第一代、第二代CT 機(jī)一樣將檢測(cè)器進(jìn)行平移, 也無(wú)需進(jìn)行旋轉(zhuǎn), 掃描過(guò)程中機(jī)器是固定不動(dòng)的狀態(tài)。第四代CT 機(jī)將X 先球管裝置安裝于探測(cè)器圈內(nèi), 可沿CT 機(jī)探測(cè)器旋轉(zhuǎn), 因此使用第四代CT 機(jī)掃描時(shí)所有探測(cè)器接收到的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換與重建后產(chǎn)生的圖像質(zhì)量更佳［3］。

第五代CT 機(jī)在掃描結(jié)構(gòu)與掃描原理方面均與常規(guī)CT 機(jī)設(shè)備有所差異, 產(chǎn)生差異的原因在于X 射線產(chǎn)生方式的不同。第五代CT 機(jī)在臨床上也被叫做電子束CT, 是借助電子槍發(fā)射電子束而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的X 線,基于這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體組織器官的掃描。第五代CT 機(jī)的掃描流程如下：①由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令, 基于指令電子槍會(huì)產(chǎn)生電子束并形成電子脈沖；②借助CT機(jī)的聚焦線圈與偏轉(zhuǎn)線圈實(shí)現(xiàn)對(duì)電子束的控制時(shí)期成為小焦點(diǎn)并轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的X 線；③由計(jì)算機(jī)控制電子束掃描過(guò)程, 由準(zhǔn)直器控制X 線束性狀；④由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理探測(cè)器接收到的X 線掃描信號(hào)并送至存儲(chǔ)器, 由重建系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行重建。

2 多層螺旋CT 掃描X 線輻射的危害

因CT 的密度分辨率與普通X 線檢查相比更高,在很多肺部疾病的篩查和評(píng)估中的準(zhǔn)確率均顯著高于普通X 線檢查, 使得胸部多層螺旋CT 檢查在臨床領(lǐng)域中獲得了十分廣泛的應(yīng)用。與所有醫(yī)療技術(shù)一樣, 評(píng)價(jià)任何技術(shù)的優(yōu)劣主要在于盡量增加正面作用、減小負(fù)面影響。先進(jìn)的多層螺旋CT 檢查能夠提供多種新的功能, 但同時(shí)也可能增加受檢者的輻射劑量［4］。如將成人的掃描參數(shù)用于兒童, 那么輻射劑量也會(huì)至少增加1 倍；如采用多層螺旋CT 重疊掃描或同一部位進(jìn)行重復(fù)掃描會(huì)使輻射劑量增加至2～3 倍［5］。

多層螺旋CT 掃描使用的是X 射線, 因此會(huì)產(chǎn)生輻射問(wèn)題。輻射可以對(duì)人體產(chǎn)生損傷, 特別是對(duì)細(xì)胞和DNA 的影響, 可能導(dǎo)致癌癥和遺傳異常等。對(duì)于患者來(lái)說(shuō), 接受多次CT 檢查會(huì)增加其遭受輻射的風(fēng)險(xiǎn),特別是兒童和孕婦更容易受到輻射損傷的影響。為了降低輻射對(duì)患者的影響, CT 技術(shù)不斷地在改進(jìn), 新的技術(shù)能更好地控制輻射的量和分布。這些改進(jìn)包括：①可以為不同類型的檢查調(diào)整輻射劑量水平, 確保患者在接受檢查時(shí)接受最佳的輻射劑量；②現(xiàn)代的CT機(jī)器采用雙重能量掃描技術(shù), 可以降低輻射劑量并提高成像質(zhì)量；③采用更快的掃描速度, 減少待檢人體部位的接受輻射時(shí)間；④采用電子束劑量計(jì), 能夠通過(guò)測(cè)定患者接受的劑量完善地控制輻射水平。此外,診斷時(shí)需要權(quán)衡風(fēng)險(xiǎn)和收益, 確保CT 檢查的必要性,避免無(wú)必要的輻射, 減少患者遭受輻射損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

高劑量輻射對(duì)人體所產(chǎn)生的危害極大, 但關(guān)于輻射劑量與患者生物學(xué)危險(xiǎn)的關(guān)系尚無(wú)確切定論。就目前來(lái)看, 盡管多層螺旋CT 檢查與其潛在輻射危險(xiǎn)相比而言利大于弊, 但也絕不是說(shuō)患者可以接受過(guò)多的掃描, 尤其是兒童。針對(duì)多層螺旋CT 檢查存在的X 線輻射問(wèn)題, 應(yīng)采取積極的措施調(diào)整當(dāng)前的掃描技術(shù), 以降低輻射劑量。一方面, 降低輻射劑量能夠減少X 線輻射對(duì)受檢者帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)；另一方面降低輻射劑量,還可以使多層螺旋CT 機(jī)X 線球管的壽命延長(zhǎng)至兩倍,進(jìn)而節(jié)省了球管維護(hù)的費(fèi)用與更換的費(fèi)用, 帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益［5］。

3 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的價(jià)值

胸部CT 低劑量掃描的發(fā)展始于20 世紀(jì)90 年代,當(dāng)時(shí)研究人員開始關(guān)注CT 掃描對(duì)人體組織的輻射損傷問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和成像技術(shù)的不斷發(fā)展, 胸部CT 低劑量掃描技術(shù)得到了不斷完善和提高。目前,胸部CT 低劑量掃描已經(jīng)成為臨床診斷中的重要手段之一。新一代的胸部CT 低劑量掃描技術(shù)采用先進(jìn)的成像算法和圖像重建技術(shù), 可以生成高分辨率、高對(duì)比度的影像, 同時(shí)降低掃描時(shí)間和輻射劑量, 這些技術(shù)包括噪聲抑制、輻射劑量模擬、遮罩輔助成像等。此外, 一些相關(guān)技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用, 例如自適應(yīng)濾波、噪聲消除、直接成像噪聲調(diào)整等, 來(lái)減少圖像噪聲和偽影, 并提高圖像質(zhì)量。新型胸部CT 機(jī)器也在出現(xiàn), 如Dual-Source CT(DSCT)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)等。總之, 隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善, 胸部CT 低劑量掃描將更加廣泛地應(yīng)用于臨床, 為人類健康事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

胸部多層螺旋CT 低劑量掃描作為一種可以減少輻射暴露的CT 掃描方法。與傳統(tǒng)CT 掃描相比, 低劑量CT 掃描可以減少對(duì)人體組織的輻射損害, 同時(shí)也可以減少機(jī)身部位的掃描, 縮短掃描時(shí)間, 并減少造成的不適。胸部低劑量CT 掃描可以提供高分辨率的影像,能更好地顯示肺部病變, 例如肺結(jié)節(jié)、肺氣腫等, 使醫(yī)生更容易診斷和治療；通過(guò)胸部多層螺旋CT 低劑量掃描可以及早發(fā)現(xiàn)肺癌、肺結(jié)節(jié)、肺部感染、肺炎等疾病, 尤其是對(duì)于有吸煙史、家族中有肺癌患者, 年齡在50 歲以上、長(zhǎng)期接觸工業(yè)、放射性物質(zhì)等高危人群進(jìn)行篩查。此外, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描還可以檢測(cè)咳嗽、氣短、胸部疼痛等癥狀的原因, 幫助醫(yī)學(xué)專業(yè)人員做出準(zhǔn)確的診斷和治療方案。同時(shí), 低劑量掃描下, 對(duì)患者的肺部情況進(jìn)行全面檢查, 可以及早檢測(cè)到肺部的微小結(jié)節(jié)和病變, 在治療上更容易具有針對(duì)性, 減少無(wú)效的肺部復(fù)查?？傊? 低劑量胸部CT 掃描是一種更加安全、可靠和高效的檢查方式, 可以在不增加不必要的輻射劑量的同時(shí), 更好地解決患者的健康問(wèn)題。因此, 胸部CT 低劑量掃描在預(yù)防和診治肺部疾病方面具有重要的意義。

4 降低胸部多層螺旋CT 掃描輻射劑量的方法

一直以來(lái), 多層螺旋CT 在臨床領(lǐng)域中均發(fā)揮著重要的作用, 但多層螺旋CT 帶來(lái)的較高輻射并未引起廣泛關(guān)注。隨著多層螺旋CT 應(yīng)用范圍的逐漸增加, 尤其是兒童受檢者的增加, 加之多層螺旋CT 技術(shù)不斷發(fā)展,多層螺旋CT 引導(dǎo)下穿刺活檢的應(yīng)用也日趨廣泛, 降低多層螺旋CT 掃描的輻射劑量開始成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注的話題。目前, 絕大多數(shù)放射學(xué)研究者普遍認(rèn)可的觀點(diǎn)是“CT 輻射劑量應(yīng)當(dāng)降低而且可以在劑量與圖像質(zhì)量之間找到最佳平衡點(diǎn)”。早期對(duì)于多層螺旋CT 掃描輻射劑量的測(cè)量是很復(fù)雜的, 主要的測(cè)量方式有CT 劑量指數(shù)、專用模體、專用筆型電離室、劑量?jī)x、熱釋光片等。目前臨床使用的多層螺旋CT 機(jī)在選定掃描參數(shù)后可實(shí)現(xiàn)劑量指數(shù)的自動(dòng)計(jì)算, 操作簡(jiǎn)單、觀測(cè)直觀。對(duì)于胸部多層螺旋CT 低劑量掃描受檢者而言, 輻射劑量與掃描參數(shù)的選擇有直接關(guān)系, 掃描參數(shù)中的毫安秒、峰值電壓、層厚和層數(shù)等均會(huì)對(duì)輻射劑量產(chǎn)生影響。

為了降低胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的輻射劑量, 有研究者提出在其他參數(shù)不變的情況下降低管電流, 因放射線劑量與管電流之間存在著線性關(guān)系, 所以管電流的下降也會(huì)使放射線劑量有所下降［6,7］。現(xiàn)階段, 國(guó)內(nèi)外低劑量CT 掃描的實(shí)現(xiàn)主要采用這種方法,將管電流設(shè)置在合理范圍內(nèi)也能滿足CT 圖像的質(zhì)量的需求, 管電流的設(shè)置應(yīng)以滿足所需CT 圖像的最小值為宜。對(duì)于胸部多層螺旋CT 機(jī)而言, 螺距對(duì)于輻射劑量的影響也很重要, 當(dāng)螺距<1 時(shí)表示體素曝光>360°, 從而使輻射劑量增加；當(dāng)螺距>1 時(shí)表示體素曝光<360°, 因床進(jìn)過(guò)大容易將較小的病灶漏掉［8］。有研究者嘗試將螺距值從1 提高至1.5, 結(jié)果使輻射劑量大大降低, 未明顯丟失診斷信息［9,10］。除了螺距以外,層厚對(duì)于胸部多層螺旋CT 輻射劑量也會(huì)產(chǎn)生一定的影響［11］；因X 射線屬于發(fā)散的錐形輻射, 胸部多層螺旋CT 掃描時(shí)輻射超過(guò)探測(cè)器的準(zhǔn)直, 因此薄層CT 輻射會(huì)更多擴(kuò)散至圖像層塊外, 與厚層掃描相比較重疊更多, 薄層CT 因?qū)雍竦淖冃?huì)增加圖像的噪聲, 需要通過(guò)mAs 的提高來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償, 進(jìn)而使輻射劑量增加,大量的薄層CT 其輻射劑量與厚層掃描輻射相比增加30%～50%［12,13］。近年來(lái), 也有學(xué)者嘗試基于體重來(lái)進(jìn)行胸部多層螺旋CT 掃描參數(shù)的調(diào)節(jié), 體重小的受檢者采用較小的劑量, 體重大的受檢者采用較大的劑量, 可滿足獲取CT 圖像的要求［14,15］。從理論層面來(lái)講, 利用受檢者的身高體重比調(diào)節(jié)胸部多層螺旋CT 掃描參數(shù)可能更為合適, 但目前尚缺乏相關(guān)研究進(jìn)一步證實(shí)。

5 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的具體應(yīng)用

胸部多層螺旋CT 低劑量掃描已經(jīng)用于許多疾病的診斷和評(píng)估, 包括肺癌、結(jié)節(jié)、肺纖維化、肺氣腫、肺炎、支氣管擴(kuò)張、食管癌、胸腔積液等。①肺癌篩查：胸部CT 低劑量掃描是肺癌常用的篩查方法之一, 早期發(fā)現(xiàn)肺部病變, 有助于早期治療和預(yù)后。目前胸部多層螺旋CT 低劑量掃描多用于早期肺癌的篩查和隨訪方面, 伴隨越來(lái)越多大型臨床試驗(yàn)研究結(jié)果的公布, 對(duì)于胸部多層螺旋CT 低劑量掃描用于肺癌篩查的應(yīng)用有了更加深入的認(rèn)識(shí), 但也引起了一些爭(zhēng)議。有研究者認(rèn)為, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描用于肺癌篩查,可能會(huì)降低肺癌的死亡率［16］。也有研究者對(duì)胸部多層螺旋CT 超低劑量掃描進(jìn)行了嘗試, 由兩名以上經(jīng)驗(yàn)豐富的胸部獨(dú)立閱讀放射科醫(yī)生對(duì)結(jié)節(jié)數(shù)量、位置、大小等進(jìn)行分析, 結(jié)果胸部多層螺旋CT 超低劑量掃描具有較高的靈敏度與特異度, 且有效降低了輻射劑量, 輻射劑量為0.13 mSv, 相當(dāng)于平片輻射減少約10 倍的累積輻射暴露［17］。②結(jié)節(jié)檢查：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描可以檢查肺部結(jié)節(jié)的大小、數(shù)量、位置、形態(tài)等,幫助醫(yī)生判斷結(jié)節(jié)性質(zhì)是否惡性。③流感病毒感染：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描可以顯示肺部的炎癥和感染, 有助于診斷和治療。④肺部疾病的評(píng)估：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描可用于如肺纖維化、肺氣腫等診斷和評(píng)估。既往大量的臨床研究表明, 在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描用于成人肺部疾病的篩查, 可使受檢者胸部整體的輻射劑量減少約30.6%。在兒童受檢者中應(yīng)用胸部多層螺旋CT低劑量掃描, 可使胸部輻射劑量降低16%～39%。⑤肺部手術(shù)前后的評(píng)估：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描適用于肺部手術(shù)患者術(shù)前的定位和規(guī)劃, 術(shù)后的療效評(píng)估等。⑥其他疾病的評(píng)估：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描在其他疾病的評(píng)估中應(yīng)用也較為廣泛, 如支氣管擴(kuò)張、食管癌、胸腔積液等?？傊? 胸部CT 低劑量掃描具有廣泛的應(yīng)用, 并且已成為胸部疾病診斷、治療和疾病隨訪的重要工具。

在肺動(dòng)脈檢查中, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的應(yīng)用也較為廣泛, 為了實(shí)現(xiàn)輻射劑量的降低, 很多研究者會(huì)采用降低管電壓的方式, 如將管電壓設(shè)置為80 kV, 與常規(guī)120 kV 的管電壓相比輻射劑量會(huì)相應(yīng)降低。為了在降低輻射劑量的同時(shí)更好保證圖像質(zhì)量,有研究者采用iDose 4 迭代重建, 發(fā)現(xiàn)可以降低有效輻射劑量和碘攝入量, 同時(shí)獲得所需的CT 掃描圖像［18］。除了用于肺癌、肺結(jié)節(jié)、肺動(dòng)脈篩查和隨訪以外, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描在其他胸部疾病的檢查中亦應(yīng)用廣泛, 如間質(zhì)性肺疾病等。在間質(zhì)性肺疾病的臨床檢查中運(yùn)用胸部多層螺旋CT 低劑量掃描主要采用選擇適宜的管電流或管電壓的方法, 與此同時(shí)可根據(jù)患者體型與具體的檢查類型等個(gè)體化信息選擇掃描參數(shù), 實(shí)現(xiàn)以盡可能低的輻射劑量生成臨床所需要的CT 掃描圖像。為了獲得更好的圖像質(zhì)量, 采用管電流或管電壓實(shí)現(xiàn)胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的同時(shí), 可配合適宜的重建方法, 減少CT 掃描的噪聲, 更好地顯示間質(zhì)性肺疾病受檢者的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與支氣管擴(kuò)張情況,在低輻射劑量的前提下更好檢測(cè)出間質(zhì)性肺疾病。與此同時(shí), 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描檢查間質(zhì)性肺疾病通過(guò)合理選擇重建方法, 還可以降低圖像的噪聲, 獲得較高的圖像分辨率, 從而獲得良好的圖像質(zhì)量特征。但值得注意的是, 與常規(guī)劑量的胸部多層螺旋CT 掃描相比較, 低劑量的掃描方案可能會(huì)低估受檢者網(wǎng)狀、蜂窩狀改變情況, 高估磨玻璃密度, 對(duì)閱片者閱片技能要求較高, 必要情況下可進(jìn)行復(fù)讀閱片, 以增加疾病檢出的敏感性。

綜上所述, 在臨床實(shí)踐中, 合理應(yīng)用胸部多層螺旋CT 低劑量技術(shù)是診斷放射學(xué)的基本原則, 因此要求影像學(xué)技師在圖像質(zhì)量能滿足臨床需求的前提下, 盡可能地減少輻射劑量, 以減少受檢者在電離輻射下的暴露, 有效保護(hù)受檢者。相信伴隨胸部多層螺旋CT 低劑量技術(shù)的深入研究與不斷完善, 未來(lái)實(shí)施胸部多層螺旋CT 檢查可以根據(jù)不同檢查部位、不同檢查目的,制定最佳的、個(gè)性化的掃描方案, 從而更好滿足受檢者的需求。