CT扫描技术优化进展

王 骏 刘小艳

X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography，CT)在临床应用的初期，由于辐射剂量相对较大，检查时间过长，临床医生的认知存在一定的局限性，使得CT检查的应用远远不具备广泛性，其辐射剂量更未引起人们的广泛关注。随着CT设备的不断进步，从单纯的头颅检查拓展到全身检查，从滑环CT发展到螺旋CT，从单排螺旋CT发展到当前的320层螺旋CT，其图像质量越来越高，空间分辨率达0.4 mm；检查速度越来越快，球管旋转一圈仅需0.27 s；计算机后处理功能越来越强大，可进行多维的三维重组，空间分辨率达到各向同性。在当今医患矛盾加剧，致使CT检查的适应证放宽，甚至拓展到良性病变的检查，临床医生对CT检查的认知度有了提高，最终导致其热衷地追随，用CT诊断一切，出现盲目利用CT进行诊断，即所谓“撒大网”。

然而，射线存在着两种风险：①累积的射线量的风险；②射线量过低造成图像质量欠佳而导致漏诊。因此，如何在两者之间寻求平衡，不仅是学术界关注的焦点，也引发了对辐射防护的重视。

1 X射线辐射的危害

1.1 放射剂量与辐射损伤

辐射剂量的增加导致基因突变，致使肿瘤发生也随之上升。有研究认为，DNA双螺旋结构打破是导致细胞的关键性损伤，辐射诱导突变基因或从双螺旋结构打破畸变增多可最终导致癌症，在低剂量和低剂量率下从0呈线性上升，因此，Feinendegen概括为：电离辐射导致辅乳动物DNA受损，随着剂量增加成正比例关系[1-2]。

1.2 影响辐射损伤的因素

X射线作用于机体后引起的生物效应受辐射性质(如种类和能量)、X射线剂量、剂量率、照射方式以及照射部位和范围的影响；也与年龄、性别、健康情况、精神状态及营养等有一定程度的差异；同时还存在人体组织对X射线照射的感受性差异。

人体高感受性组织包括：造血组织、淋巴组织、生殖腺、肠上皮及胎儿；中高感受性组织包括：口腔黏膜、唾液腺、毛发、汗腺、皮肤、毛细血管及眼晶状体；中感受性组织包括：脑、肺、胸膜、肾、肾腺、肝及血管；中低感受性组织包括：甲状腺、脾、关节、骨及软骨；低感受性组织包括：脂肪组织、神经组织及结缔组织。

2 CT辐射剂量的危害

2.1 CT辐射剂量

1989年国际放射防护委员会称，尽管CT检查仅占所有检查的2%，而对于公众诊断性成像的接收剂量，CT却占20%左右。而英国认为此数据可能会上升到40%，美国则认为会上升到67%。多层螺旋CT检查其吸收剂量可能会上升到40%[3]。2002年北美放射年会数据显示，CT是医学辐射最大的来源。虽然CT只占科室检查总数的15%，但其放射剂量却占70%。有文献报道，2006年美国大约进行了6200万次的CT检查，虽然CT检查只占所有影像学常规检查的15%，但是由于每次CT扫描会产生相对较高的辐射剂量，因此CT扫描产生的辐射剂量占所有医学辐射剂量的50%左右[4]。

2.2 CT辐射的高危人群

以往认为，影像诊断学关于辐射导致癌症危险率增加的调查主要集中在某些特定的器官扫描或有特殊忧虑的人群中，其中最主要的是强调对患儿的致癌性。2006年，美国有超过6千万次的CT检查，而且正以每年10%的速度增长，在这6千万次检查中有4千万次是儿童检查。在儿童中，因CT诊断带来的远期患癌风险比成人要高[5]。此趋势对儿童成像检查是一个警示，因为儿童对于放射线影响的敏感性是成人的10倍多，女孩对放射线比男孩更敏感。当成人的放射剂量用于婴幼儿时，其剂量效应上升＞50%。此结果部分是由于大物体(成人)中心剂量是表面剂量的一半，而对于小物体(儿童)的中心剂量几乎就是全部表面剂量。一个小小的风险(0.35%)使得大量的检查(270万/年)成倍增加，于是个体患癌的小风险成为一个较大的公众健康问题[6]。儿童的放射曝光癌致死概率预计高出成人每剂量单位的2～4倍。

在所有年龄段中，在同一放射线曝光剂量下，女性的危险性大约是男性的2倍，年轻女性在心脏CT检查中，乳房软组织的危险性增高[7]。因此,放射防护主要目的是确定一个针对各项放射检查的最大剂量值和能够满足仪器设备检测需求的最小剂量值[8]。

2.3 CT的重复检查

越来越多的CT使用导致患者重复检查的概率上升。Leswick等[9]报道，2001年30%的患者＞3次CT检查，7%的患者＞5次，4%的患者＞9次；30%的患者CT影像片数量＞3张，7%的患者CT影像片数量＞5张，4%的患者CT影像片数量＞9张。Sodickson等[4]的结论是，33%的患者CT扫描＞5次，5%的患者至少进行了22次扫描。在这些人群中15%的CT累计剂量＞100 mSv，而这个剂量范畴在流行病学已是可信服的证据用来说明增加了导致癌症的危险。Leswick等[9]最近指出，美国有1.5%～2%的癌症患者致病原因是受到了CT扫描的辐射[10]。

3 多排螺旋CT的应用

3.1 CT扫描仪

在我国，新型CT扫描仪-多排探测器CT已装备到县级医院，是采用2个或更多平行排列的探测器，利用同步旋转球管和探测器阵列的第三代技术装备而成。由于其X射线球管旋转一周可以获得多个层面的图像，因此又被称为多层面CT扫描仪。20世纪90年代早期就有双探测器或多探测器系统，多排探测器CT迅速被放射学家接受，2000年末超过了1000台，世界范围内使用这类CT扫描仪的数量几乎呈上升趋势。

3.2 多排探测器CT的优势

多排探测器CT的优越性在于：具有更好的密度和空间分辨力、更快的扫描速度及更大的扫描容积。扫描速度可达到0.27 s，采集的数据实现了X、Y、Z三个方向同性，使对比剂的利用率提高。加之其利用血管扫描自动跟踪技术，使被检部位增强效果达到一致，避免因受检者血液循环快慢或操作者对延时扫描时间判断失误而影响图像的强化效果。由此，多排探测器CT扩展了其在临床应用的范围，将CT从单纯形态学诊断向功能性诊断推进了一步(如脑和肺的灌注成像、动态心脏功能分析以及实时四维成像等)。16层CT的性能是传统螺旋CT扫描仪的25倍以上，而当今的64层CT机已开始广泛投入使用，且320层螺旋CT也已应用于临床[11]。

4 放射防护的目的与原则

放射防护的目的在于保障受检者和放射工作人员及其后代的健康和安全，防止发生有害的非随机性效应，并将随机效应的发生率限制到可接受的水平。为此，必须建立剂量限制体系：包括辐射实践正当化、防护水平最优化和个人剂量限值的三大基本原则。①辐射实践的正当化，是指医学影像学的放射检查必须具有适应证，避免给患者带来诊断和治疗负面效应的辐射照射；②放射防护最优化，是指在保证患者诊断和治疗效益的前提下，实施的辐射剂量应尽可能地保持在合理的最低水平；③建立照射外防护，包括缩短受照时间、增大与射线源的距离和屏蔽防护，合理降低个人受照剂量与全民检查频率。

5 优化CT扫描技术

5.1 把握CT检查的适应证

对于CT检查要有正当理由，考虑是否需要检查，是否可以由超声、MRI取代。对于被检者来说，要提高国民对放射防护的知识水平，尽可能避免不必要的检查；扫描中尽可能地配合医生进行检查，并做好充分的检查前准备工作，减少不必要的重复扫描。

5.2 采用低剂量扫描方法

图像质量和射线剂量之间存在一定的因果关系，为了增加图像的分辨力或减少图像的噪声，往往需要增加扫描的射线剂量，这对于诊断而言或许有利，而受检者却额外接受了X射线的辐射，为此将曝光参数调整到所需最小剂量(如对于胸部CT普查的受检者和儿童检查时可以考虑低剂量CT扫描)[1]。如管电压不变，管电流的高低与X射线辐射量呈正比关系，虽然管电流的降低增加了图像噪声，降低了图像信噪比，但对图像的空间分辨力影响较小，同时通过适宜的窗宽、窗位的调节以及多平面重建等后处理技术，对图像的质量并无明显影响[12]。

对受检者进行低剂量螺旋CT检查时，受检者接受的X射线剂量是常规扫描的31%，有利于对受检者的防护；低剂量螺旋CT对CT球管也有利。X射线是由高速运行的电子流撞击靶面后产生，CT球管的寿命取决于曝光的次数和每次的曝光时间，曝光次数越多，电子撞击靶面的次数也就越多，球管受损的概率相应增加。低剂量螺旋CT对球管具有保护作用；低剂量螺旋CT扫描对检查出的图像同样清晰，对小病灶及结节的检出与常规扫描检出的数量近乎一致，而且病灶的外形、大小等也与常规扫描一致[13]。

5.3 适时调整X射线辐射剂量

多排探测器CT在整个扫描过程中可根据受检者的体厚、密度及原子序数状况来适时调整其辐射剂量，改变以往无论受检者体质状况如何均采用统一的X射线剂量，做到X射线剂量个体化，使低剂量和超低剂量的CT扫描成为可能，尤其对高对比结构，如肺或骨骼，只需1 mSv的有效剂量即可将肺血管CT的检查效果做到最好。超低剂量应用可将X射线剂量降至0.4 mSv以下，此剂量相当于采用100速屏-片系统传统后前位和侧位胸片之和[14]。在扫描过程中根据受检者身体不同的密度、厚度及原子序数等采用适时曝光剂量，即在受检者扫描时，其密度、厚度及原子序数越大，则扫描过程中的放射剂量也随之加大；反之，则减少。

5.4 精确体位设计及“目标扫描”

在扫描序列设定之前，尤其是在扫定位像时，要做到体位设计定位精确，避免过多的扫描人体，减少操作失误和重复扫描[15]。为满足临床需要使用螺旋曝光或连续扫描序列。根据病灶的大小、部位等确定扫描的层厚、层间距及螺距，如对于部位小、病灶小，为了更能突出其病灶的特点，可以采用薄层及小螺距扫描；而对病灶以外的部位可适当地进行较大的层厚、层间距及大螺距的扫描，以减少扫描层数，达到“目标扫描”。

5.5 扫描全程防护及严控多期扫描

当有明确临床资料支持应用，方可使用对比增强扫描。对于CT平扫加增强的受检者而言，需根据病情而定。如复查的患者，可以考虑直接增强，以减少平扫或多期扫描所致的辐射剂量的增加[16]。

严格执行防护安全操作规则，在CT扫描时尽可能地避开对X射线敏感的部位或器官，如造血组织及性腺等。对于无法避开的应做好扫描区以外部位的屏蔽防护，不能只采用铅衣单纯地覆盖，需采用围脖之类，以防360o的辐射。扫描时尽可能让陪伴人员离开，对于危、急、重症患者的陪同人员应穿铅防护衣并尽可能远离X射线球管[17]。

6 结语

在合理使用低剂量的原则下，做到“曝光剂量个体化”；根据诊断需求将曝光剂量降至最低，接受具有适当噪声的图像，以达到在放射曝光最小代价下获得好的诊断性图像。要充分利用CT的“非耦合效应”，即数字和电子控制使得最终影像与放射剂量分离。在合理使用低剂量的前提下，进一步做到放射剂量个体化。

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