多层螺旋 CT脊柱低剂量扫描的研究进展

李晓娜 彭志刚 马晓晖 崔建岭 孙英彩

多层螺旋 CT检查方便快捷、图像分辨率高，已成为首选的检查和诊断手段；但X线辐射对患者的危害也相应增加。在一些医院，对于脊柱损伤和骨盆骨折的患者，CT扫描已经代替平片成为常规的检查方式[1]。欧洲标准认为 30%的辐射累积剂量来自诊断放射学的检查，北美国家人群接受的医用辐射剂量超过半数是来自于CT检查[2]。为了降低 CT的辐射剂量，国内外学者已经开始探讨对检查部位进行低剂量扫描。本文就对脊柱损伤患者CT检查的危害，优化扫描参数及降低CT检查辐射剂量等方面加以综述。

1 CT检查的危害

研究表明，对受伤后严重颅脑损伤的昏迷和颈椎损伤的患者，CT比X线平片可发现更多的骨折，并能明确骨折块与椎管的关系[3]，也可用软组织算法图像重建去证实软组织损伤，如椎间盘突出和血肿。在国内外一些医院，对于颈椎外伤的患者，常用 CT代替平片检查。但急性外伤后，有症状患者颈椎损伤的发病率仅为 2%～6%[4]。因此，大多数病人即年轻人和健康的人群，为排除颈椎损伤接受了较大剂量的辐射。这种情况导致了辐射剂量的显著增加，尤其对于射线敏感的部位:甲状腺，晶状体和胸部。大多数的研究表明，多层螺旋CT比单螺旋CT辐射剂量高。单就颈椎检查来说，多螺旋CT扫描剂量比单螺旋增加 3倍[5]。大量文献证实，过高的器官剂量可导致癌症，特别是剂量超过 250mGy时易引发癌症[6]。所以评估多层螺旋 CT辐射剂量的危害性至关重要。

2 CT辐射剂量的测量方法

CT剂量指数(The Computed Tomography Dose Index，CTDI)，是描述CT辐射剂量大小的最基本的测量值，可比较同一设备不同扫描条件下的剂量差别。多层螺旋扫描，每次容积扫描辐射剂量是根据 CT机在轴向扫描所测量的剂量指数值 CTDIvol确定的[7]。对所选扫描参数，断层扫描平面的平均剂量用加权剂量指数 CTDIw来表示。螺旋扫描时需要螺距因子(CT pitch factor)来校正，国际电工委员会在 2002年 9月给容积剂量指数 CTDIvol作了如下定义:CTDIvol=CTDIw/CT pitch factor。CTDIvol是标准扫描容积的辐射剂量，用 mGy表示，因为考虑了螺距，可以用来描述同一扫描序列的剂量信息。该剂量数根据所选参数显示在多层螺旋 CT用户界面上，表示整个扫描容积的剂量指数。CTDIvol和器官剂量相差不大，可直接采用 CTDIvol估算 CT扫描区域内的组织或器官的吸收剂量[8]。剂量长度乘积(dose lenth product，DLP)表示了辐射中整体的剂量情况，DLP=CTDIvol×L(mgy×cm)，L是扫描长度，多层螺旋 CT的L=扫描长度+准直器宽度。根据国际电工委员会的定义将螺旋 CT的螺距因子定义为:螺距因子=每圈移床量/(探测器排数 ×断层准直)。在多螺旋 CT中，每旋转一次 Z轴方向扫描覆盖的范围为激活的探测器的排数与准直的乘积。有效剂量(effective dose，ED)指的是扫描范围内各器官接受的剂量以及身体其他部位接受剂量的加权和，可用于比较不同检查，不同物体组织之间的爆光辐射剂量，计算很复杂。欧洲 CT质量标准[9]具体给出了不同检查部位剂量长度 DLP与有效剂量 E两个量之间的转换系数K，这样可粗略估算出平均有效剂量 E=DLPxK=CTDIvolx(scan length+T)xK(mSv)[10]。T是准直层厚。颈部转换系数是0.0031 mSv/mGy.cm；脊柱是 0.018，不同于患者的胸腹部，是胸部 0.019和腹部 0.017的平均值。

3 低剂量所要遵循的原则

合理使用低剂量(as low as reasonably achievable，ALARA)理论作为剂量控制的原则被放射界普遍接受，是指采用最低的放射剂量来获得合适的图像质量用于准确诊断[11]。CT检查本身带来的好处当然远大于 X射线辐射带来的危险，CT放射人员应该遵循ALARA的原则通过调节扫描参数(如管电压、管电流和螺距等)或修改扫描方案(如减少扫描范围等)来调控辐射剂量，使得患者通过接受适当的辐射剂量受益于临床检查。医疗照射防护最优化的目的是在影像质量和受检者剂量之间找到最佳平衡点，这就要求我们在CT扫描中，在不影响诊断的前提下，尽量缩小扫描野，能少扫的不要多扫，能厚扫的不要薄扫，能不增强的就不增强，加强防护意识，做到辐射实践的正当化。

4 降低辐射剂量的方法

4.1 降低管电流 1990年 Naidich等[12]首次提出低剂量 CT的概念，即在其它参数不变的情况下，由于射线剂量与管电流成线性关系，患者受照剂量直接与mA或mAs成正比，降低管电流，放射剂量也相应下降，因此选择合适的管电流是控制辐射剂量的有效方法。对骨盆骨骼施行低剂量扫描，可以降低性腺的辐射剂量，这对育龄妇女及少年儿童有重要意义。郭文梅等[13]应用 GE light speed QX/I多层螺旋 CT，扫描剂量由常规200mA降至 100 mA时，影像正常结构清晰；降至 50mA时，骨小梁模糊但骨皮质清晰，二维、三维影像可达到诊断要求；降至 25 mA时，影像质量显著下降，骨皮质模糊、部分缺损，三维影像伪影明显，所以 50 mA即可满足对骨盆骨结构的观察要求。通常对于高对比度的骨组织和结石，我们选用低管电流扫描。颈椎和副鼻窦具有高对比度，可以使用低剂量扫描，图像质量不降低，使得发生癌变的可能性降低[6]。目前国内外低剂量 CT扫描主要采取这种方法。

4.2 自动曝光系统 (automated exposure control，AEC):这种自动曝光控制模式是考虑了患者的身材和解剖位置而自动调试管电流的一种系统，能保证在整个扫描过程中适当的管电流保持恒量，这样可以使有效剂量降低达到 40%[14]。检查肥胖患者时，通常为了保证图像质量而增加管电流，但真正到达扫描部位的 X线很少，几乎被外部组织吸收衰减掉了。自动曝光系统不仅适应这样的组织衰减，而且为了达到最好的诊断要求，对于各种体型的患者都可以转换适当的剂量。CT的辐射剂量主要与管球电压和电流时间乘积有关。所以CT图像的质量随 CT扫描条件的下降而逐渐下降，CT图像的噪声随 CT扫描条件的下降成倍的增高。因此一定条件下，增加电压或mAs虽然能够提高 CT图像的质量，但会增加受检者的辐射危害，不利于 X线辐射的防护。不同组织的 X线透过率并不相同，不同个体、不同扫描层面所需的曝光剂量也就不相同，当固定扫描条件时，由于需要满足同一扫描部位所有层面的信噪比要求，很难实现最佳的剂量减低效果，所以只有根据人体的组织密度相应地动态调节曝光剂量才能够满足减低剂量和保证图像质量的要求。脊柱多层螺旋扫描检查使用 CARE Dose 4D(Siemens CT)技术能够实时分析每位患者的解剖部位，并相应调节放射剂量，无需任何用户干预[15]。多层螺旋 CT腰椎扫描的剂量长度 DLP是 445 mGy.cm，有效剂量 E是 7.2 mSv，使用 CareDose4D，管电流由 360 mAs降至 300 mAs，管电压不变，剂量平均减低 20%[16]。脊柱侧弯患者使用低剂量扫描比常规剂量扫描低 2.5～1.8倍。

4.3 根据患者体型选择适当管电压 研究表明在成像过程中，通过降低管电压可获得低剂量扫描。在其他扫描参数不变的条件下，管电压由 120 k V增加到 140 k V，其射线量增加30%～40%[17]；降低管电压减少了射线的穿透力，辐射剂量会相应地减少，但此法降低了X线质量，其后果是吸收的辐射照射量和图像质量关系破坏，因此在低剂量 CT中通常保持管电压不变。当管电流降低至 50%～60%，低电压 110 kV，扫描剂量降低 60%～70%，可用于颈椎损伤患者的普查[4]。目前大部分 CT管电压均采用 120 kV，既保证了射线的穿透力，又不会增加受检者的吸收剂量，因此调节管电压的方法并不被提倡。为了降低儿童和瘦小病人的辐射剂量并提高肥胖患者的图像质量，Mccollough等[18]使用了标准尺寸技术图表，他们报道为了降低剂量应根据低体重患者的宽度选用适合的管电流和管电压。椎弓根钉棒系统成为最常用的植入物用于脊柱外科手术，CT扫描有助于术后并发症的诊断，为了要求在 CT检查中采用较为有限的辐射剂量，吴骏峰等使用减少金属伪影和辐射剂量的方案是:高管电压(一般是 140 kV)并保持不变，管电流使用250～270 mA[19]。

4.4 选择合适的准直器宽度 多螺旋 CT的出现势必导致Z轴的过度扫描，必须选择适当的准直器宽度，减少辐射剂量。西门子 16层螺旋 CT颈椎扫描有两种准直宽度:16×0.75mm；16×1.5mm。为脊柱损伤提供术前准备，进行矢状面，冠状面重建时使用大准值(16×1.5 mm)就足够，除非需要高分辨高要求(三维 SSD或 VRT图像的处理)，可选择小准值(16×0.75)。对大部分CT机来说，由于半影现象存在，选择小准值比大准值辐射剂量大。在国外的医院只有在高分辨胸部扫描，颈椎和 CT血管扫描使用小准值。所以在保证图像质量的情况下，可根据容积剂量指数最小，选择适当的准直器宽度[20]。

4.5 缩小扫描范围 由于现代多层螺旋CT扫描速度快，产生图像也快，以至于扫描时往往使用大扫描野，而不根据病变范围，适当选择扫描范围。例如颈 3-5有病变时，总是扫描整个颈椎。有文献报道扫描整个胸椎(发生癌变的可能是 1/1 800)比扫描 3个胸椎(发生癌变的可能是 1/5 800)增加 70%的剂量和癌变可能的危险[21]。

综上所述，为了追求诊断准确率，脊柱损伤患者有可能接受高剂量CT扫描。近年来，虽然人们已经开始关注CT扫描剂量的危害，但对于放射人员和临床人员来说应该遵循ALAR原则尽可能的选择优化的多层螺旋扫描技术减少患者接受的辐射剂量。这是我们医务工作者的权利和义务。

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