CT低剂量扫描方案优化及临床应用研究

李斌，刘义军，刘婷

大连医科大学附属第一医院 放射科，辽宁 大连 116011

CT低剂量扫描方案优化及临床应用研究

李斌，刘义军，刘婷

大连医科大学附属第一医院 放射科，辽宁 大连 116011

本文旨在对CT低剂量扫描方案优化及临床应用的研究现状作一综述，阐述了一种将不同部位扫描文件按人体不同体厚进行分组，从而降低临床辐射剂量的方法的重要性及有效性。

体层摄影术；CT机；低剂量；方案优化

近年来，由于CT技术的不断发展与更新，CT成像技术在临床疾病诊治及科研等各领域获得广泛的应用。CT最初的应用目的是获得高质量的图像，对于辐射剂量的大小并没有引起人们的重视，随着CT广泛的临床应用，检查人次及频率的不断提高，受检者接受CT的辐射剂量大幅度增加，辐射危害及安全问题受到了人们的普遍关注，如何设计及优化扫描方案，使受检者在接受较低辐射剂量的同时获得较好的图像信息，成为当今世界影像学研究的重点。

1 CT的辐射危害

国外学者对美国每年接受CT检查的人次进行统计，得出自19世纪90年代中期每年接受CT检查的人次增加大于10%[1]，而人口增加低于1%。CT年检查人数由300万增加到2006年的6700万[2]。除了检查人次增多外，CT检查的频率及重复检查的比率也在不断上升，在过去20年的发展过程中，CT检查的频率在全世界范围内增长超过8倍[3]，CT扫描产生的辐射剂量占到所有医学辐射剂量的1/2左右[4]。Jaffe等报道9%患克罗恩病的患者做了超过5次腹部或骨盆CT检查，3%的人检查超过10次，几乎一半的人在急诊科就做了影像检查[5]。多次重复检查大大增加了患者的累计辐射剂量。

X线辐射剂量的大幅度增加，使得受检者随机效应的发生风险提高。流行病学调查显示[6]，CT辐射剂量的增加可增大患者癌症发生的风险。Einstein等[7]指出，在美国有1.5%~2%的患者由于CT检查导致肿瘤的发生。Colding[8]指出，成人腹部检查有效剂量为10 mSv时，致癌风险会增加1/2000。在国内也有很多学者很早就提出了CT检查过程中对于敏感部位如甲状腺、性腺等部位的剂量控制。刘昌盛等人[9]提到，对敏感器官进行不必要或过量照射会诱发癌症。表现最明显的就是儿童，尤其是低龄小儿，他们正处在生长发育期，体内细胞分裂更迅速，对X线的敏感程度远高于成人。有文献指出，儿童由于辐射曝光引起的癌症风险比成人高2~3倍[10]，现如今很多儿童CT扫描参数依然套用成人扫描参数，很显然是不合理的。Eric[11]的研究指出，采用相同剂量辐射条件进行CT扫描，1岁儿童在未来的生活中发生肿瘤致死的几率是成人的10~15倍，如果儿童以后继续接受X线检查，将产生严重的剂量积累效应。辐射危害不但存在于患者，且对放射工作人员自身也会带来潜在的危害。《2009年中国卫生年鉴》的数据显示，在被监督的50196家放射卫生单位中，医疗机构有46712家，占93.6%。这些单位中，疑似放射病490人，医务人员有481人，占88.4%，职业禁忌的有1539人，个人剂量监测超标总人数有801人，医务人员占88.0%[12]

由于CT扫描存在着危害，因此，我们要提高意识，遵循使用最低剂量原则（As Low As Reasonably Achievable，ALARA）[13]，降低CT辐射剂量，减小辐射对受检者造成的危害。

2 CT低剂量方法研究现状

近些年CT低剂量的研究一直是大家关注的热点，近两年在国内的研究热度有所降低，研究方法大多都集中在改变CT扫描参数上，包括管电压、管电流、螺距等技术参数。

2.1 降低管电压

降低管电压即降低X线的质，进而降低CT对受检者的辐射剂量。有研究指出[14]，降低管电压可以提高原子序数物质的CT值，增加对比噪声比，有利于含钙物质的检出。Nakayama等[15]的研究显示，低kV扫描可提高组织的强化程度，即存在增强放大效应的现象。降低管电压也存在着一定的缺陷，kV的降低影响图像CT值的线性度，进而影响图像诊断的可靠性，因此，在常规CT低剂量的研究中，kV值通常保持不变，而低kV的扫描大多应用在儿童及增强扫描的研究中。

2.2 降低管电流

管电流决定了X线管阴极灯丝发射电子的数量，管电流越大，阴极产生的电子数量越多，撞击阳极靶面产生的X线越多，降低管电流可降低CT扫描对受检者的辐射剂量。管电流量与CT辐射剂量之间呈线性关系。因此，常规CT低剂量的研究多集中在降低管电流的研究中。管电流的降低势必带来图像噪声的增加，影响图像的空间分辨率及密度分辨率，尤其对低对比的组织影响较大，如头、腹，对高对比组织肺的影响较小。胸部低剂量CT现已作为肺部病变特别是肺癌高危人群筛查的有效手段[16]，目前，国际上公认的用于肺部普查的管电流为25~35 mA。

2.3 其他参数的调整

增加螺距、减小扫描时间等，同样可以降低CT辐射剂量，Mettler等[17]的研究显示，螺距从1增加到1.5，图像质量不受影响，剂量可下降33%。但是螺距的增加同时降低了影像Z轴的空间分辨率。

以上CT低剂量的研究主要集中在扫描技术参数的应用上，也是近年来国内低剂量研究的重点。降低CT剂量除了降低扫描参数外，受检者的体型因素对剂量的影响也比较大，对不同体型受检者采用不同扫描条件，可大大降低CT的总体辐射剂量，尤其是对于多次重复检查的受检者意义重大，体型的引入成为低剂量研究的又一热点。

3 体型因素对图像质量影响的研究现状

体型因素包括很多元素，如体重、身高、体重指数（BMI）、横断面径线长度、前后径、左右径、周径等。对于体型因素的研究，国外的研究相对较早，最初的研究多以体重元素为参考[18-19]，近几年，国内也出现了以体重指数为参考来进行体型因素对图像质量影响的相关研究[20]。Huda[21]等关于体重与图像质量和扫描参数之间关系的研究表明，忽略患者体重而采用固定扫描参数是不恰当的，因为体重影响X线能量的吸收与衰减，采用相同固定扫描条件，对10 kg体重和120 kg体重的人分别进行扫描，X线能量衰减相差大约两个数量级（102），即体重越大，通过躯体传递的X线能量衰减越多，同时X线能量的下降又会对各种不同密度组织如肌肉、脂肪、骨骼等的衰减值产生影响，从而影响图像质量，同样，体重从10 kg变为120 kg，要想使探测器接受的X线能量相同，必须使初始X线能量增加两个能量级（102）。CT的辐射能量、射线剂量和选择的mAs成线性关系。 因此，忽略患者体重而采用固定参数的扫描方案会导致患者曝光剂量过量或不足，从而影响到图像质量。很多国外的学者也进行了人体径线相关参数的研究，Haaga[22]的研究认为，人体体径能更好地反映X线的衰减，与图像噪声的相关性大于体重，Das[23]等的相关研究结果也证实了这一观点。Menke[24]的研究也得出，在进行成人腹部检查时，可根据体重和横断面周径对不同体型人群进行剂量调节。因此，对于体型因素的研究，国外的学者已做了大量的工作，普遍认为径线相关参数与图像质量相关性大，国内的研究相对比较少并局限在单一部位，临床实际应用的不多见，多部位径线相关临床实际应用的研究还存在空缺。

4 CT临床扫描方案现状、优化及重要性

目前，CT临床扫描方案大致分两种，一种是采用固定扫描参数进行扫描，各部位文件扫描参数固定，应用于所有人群，很显然忽略了受检者体型因素对图像质量的影响，这就导致瘦小体型受检者及反复多次重复检查的受检者接受过多辐射剂量，造成辐射损伤。这种扫描方案是目前很多医疗机构普遍采用的方案，急需优化。

另一种是采用管电流自动调制技术（ATCM）进行扫描，随着CT设备的不断更新与发展，CT研发者们已开发出能够根据受检者体型及组织密度来自动调整管电流的扫描技术，ATCM技术是建立在图像曝光指数基础上的一种自动调控技术，操作者根据需要预先设置曝光指数，CT扫描仪根据曝光指数及扫描定位的数据自动调整X、Y、Z轴的射线剂量，提高了X线的利用率，同时可大幅降低受检者的辐射剂量[25]。ATCM技术包括3种类型：① 角调制，根据不同投射方向进行调制；② Z轴调制，根据Z轴方向不同层面进行调制；③ 联合调制，此技术的应用需要CT扫描仪本身必须安装此软件，曝光指数设置需准确。目前，有很多CT并不具备此软件功能，同时对于各部位各不同体型受检者曝光指数的设置并没有一个准确的参考，仍然处在一个探索的阶段，就实际应用来说，我们发现对于肥胖患者采用ATCM技术，辐射剂量并没有显著降低，有些甚至会增加，因此ATCM技术的临床应用也存在着一定的限制。曝光指数设置仍需优化[26]。

以上两种扫描方案都需优化，就目前临床实际应用来看，第一种扫描方案依然占有很大比率，很多CT扫描仪并不具备ATCM技术软件，此种扫描方案的应用会产生很大的辐射危害。此扫描方案的优化需引入体型因素，根据受检者不同的体型采用不同的扫描文件、扫描参数进行扫描，可大大降低辐射剂量，同时可为操作者提供一个应用剂量的指导。

5 结论

随着社会对CT辐射危害意识的不断提高，越来越多的人对降低CT辐射剂量的关注度越来越大。CT低剂量扫描方案优化及实际应用给我们开拓了另一种CT低剂量扫描的思路，它区别于常规固定参数扫描及管电流自动调制技术扫描的方式，将不同部位扫描文件按人体不同体厚进行分组，进而降低临床辐射危害，对于降低辐射剂量意义重大，在低剂量的研究上开辟了一个新的方向。新的CT低剂量扫描方案的形成，会使CT检查成为更加安全且让人更满意的检查方式。

[1] Mettler FA Jr,Thomadsen BR,Bhargavan M,et al.Medical radiation exposure in the U.S.in 2006:preliminary results of NCRP 6-2[J].Health Phys,2008,95(5):502–507.

[2] Schauer DA,Linton OW.National council on radiation protection and measurements report shows substantial medical exposure increase[J].Radiology,2009,253(2):293-296.

[3] Frush D P,Soden B,Frush K S,et al.Improved pediatric multidetector body CT using a size-based color-coded format[J].AJR,2002,178(3):721-726.

[4] Sodickson A,Baeyens PF,Andriole KP,et al.Recurrent CT,cumulative radiation exposure,and associated radiation induced cancer risks from CT of adults[J].Radiology,2009,251 (1): 157-184.

[5] Griffey RT,Sodickson A.Cumulative radiation exposure and cancer risk estimates in emergency department patients undergoing repeat or multiple CT[J].AJR,2009,192(4):887-892.

[6] David J,Brenner E.Computed tomography-an increasing source of radiation exposure[J].N Eng J Med,2007,357(22):2277-2284.

[7] Einstein AJ,Henzlova MJ,Rajagopalan S.Estimating risk of cancer associated with radiation exposure from 64-slice computed tomography coronary angiography[J].JAMA,2007,298(3):317-323.

[8] Golding S J,Shrimpton.PC Radiation dose in CT:are we meeting the challenge[J].Br J Radio,2002,75:1-4.

[9] 刘昌盛,魏文州,郑晓华,等.低剂量CT扫描对婴幼儿颅脑病变检查的防护价值[J].中华放射医学与防护杂志,2004,24(3):270-271.

[10] Hall E J.Radiation biology for pediatric radiologists[J].Pediatr Radiol,2009,39(1):57-64.

[11] Eric J.Lessons we have learned from our children:cancer risks from diagnostic radiology[J].Pediatr Radiol,2002,32(10):700-706.

[12] 卫生部.2009年中国卫生年鉴[M].北京:人民卫生出版社,2010.

[13] Slovis TL.ALARA Conference Proceedings:the ALARA concept in pediatric CT-intelligent dose reduction[J].Pediatr Radiol,2002,32(4):217-313.

[14] Funama Y,Awai K,Nakayama Y,et al.Radiation dose reduction without degradation of Low-contrast detectability at abdominal multisection CT with a Low-Tube voltage technique:Phantom Study[J].Radiology,2005,237(3):905-910.

[15] Nakayama Y,Awai K,Funzma Y,et al.Abdominal CT with low tube voltage:preliminary observations about radiation dose,contrast enhancement,image quality,and noise[J].Radiology,2005,237(3):945-951.

[16] Sone S,Takashima S,Li F,et al.Mass screening for lung cancer with mobile spiral computed tomography scanner[J].Lancet,1998,351(9111):1242-1245.

[17] Mettler FA Jr,Wiest PW,Locken JA,et al.CT scanning:patterns of use and dose[J].J Radiol Prot,2000,20(4):353-359.

[18] Aldrich JE,Chang SD,Bilawich AM,et al.Radiation dose in abdominal computed tomography:the role of patient size and the selection of tube current[J].Can Assoc Radiol J,2006,57(3):152-158.

[19] Prasad SR,Wittram C,Shepard JA,et al.Standard-dose and 50% reduced-dose chest CT:comparing the effect on imagequality[J].AJR,2002,179(2):461-465.

[20] 李纬,朱绍成,史大鹏.体质量指数指导扫描条件降低体部CT剂量的可行性研究[J].中华放射医学与防护杂志,2011,31(2):241-242.

[21] Huda W,Scalzetti EM,Levin G.Technique factors and image quality as functions of patient weight at abdominal CT[J].Radiology,2000,217(2):430-435.

[22] Haaga JR.Radiaton dose management:weighing risk versus benefit[J].AJR,2001,177(2):289-291.

[23] Das M,Mahnken AH,Muhlenbruch,et al.Individually adapted examination protocols for reduction of radiation exposure for 16-MDCT chest examinations[J].AJR Am J Roentgenol,2005,184(5):1437-1443.

[24] Menken J.Comparison of different body size parameters for individual dose adaptation in body CT of adults[J].Radiology,2005,236(2):565-571.

[25] Kalra MK,Maher MM,Toth TL,et al.Strategies for CT radiation dose optimization[J].Radiology,2004,230(1):619-628.

[26] 石明国.CT技术发展进入低剂量成像时代[J].中国医疗设备,2012,27(1):39-42,21.

Protocol Optimization of Low-dose CT Examination and Clinical Application Research

LI Bin, LIU Yi-jun, LIU Ting
Radiology Department, First Affiliated Hospital of Dalian Medical University,Dalian Liaoning 116011, China

R816.1

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.08.022

1674-1633(2012)08-0072-03

2012-01-04

刘义军，放射科技师长，教授，中华医学会影像技术学会委员。

作者邮箱：lyjlyjll@sohu.com

Abstract: This paper summarizes current situation of protocol optimization of low-dose CT examination and its clinical application research, also introduces an important and effective method to reduce the radiation dose, which divides patients into different groups according to the thickness.

Key words: tomography; CT; low-dose; protocol optimization