PET/CT检查中自动毫安技术的研究进展

王猛，周翠红，金超岭，颜珏

中日友好医院 a.核医学科；b.手术麻醉科，北京 100029

PET/CT检查中自动毫安技术的研究进展

王猛a，周翠红b，金超岭a，颜珏a

中日友好医院 a.核医学科；b.手术麻醉科，北京 100029

本文介绍了自动毫安技术在PET/CT检查中的应用，分析了其对图像质量和辐射剂量的影响，并指出了临床应用中的研究方向。

自动毫安；辐射剂量；PET/CT

随着PET/CT在临床应用的日益增多，特别是在肿瘤筛查和健康体检方面的推广应用，使得受检者接受辐射剂量的增加及其潜在的危害性受到广泛的关注。自动毫安（Automatic Tube Current Modulation，ATCM）技术是近年来放射界备受关注的一项热门的高端技术，它是操作者根据临床需要预先设定适当的图像噪声指数（Noise Index，NI），在扫描中每1层的毫安量就会随着该层面扫描体的厚度、密度的变化而变化，可以达到图像质量一致而降低X射线辐射剂量的效果。对于PET/CT检查中大范围的CT扫描，涉及不同的器官、身体的厚度差别较大，更能发挥CT自动毫安技术的作用，本文就PET/CT检查中自动毫安技术的研究进展作一综述。

1 自动毫安技术

1.1 自动毫安技术的概念

自动毫安技术是一种前瞻性的三维剂量调节技术，它根据预先设置好的噪声指数、最小毫安数、最大毫安数，利用定位像的数据在扫描过程中根据受检者的体形和组织结构密度在X、Y、Z轴上的变化，自动精准地调整相应的毫安用量，以达到在保证图像质量一致的前提下降低受检者X射线辐射剂量的目的[1-2]。

1.2 自动毫安技术的方法

自动毫安技术主要有3种基本方法，即受检者体形ATCM、角度ATCM、Z轴ATCM。Mulkens等[3]最先将角度ATCM与Z轴ATCM相结合应用于临床检查，结果显示可降低受检者约37％的X射线辐射剂量，而只采用角度ATCM仅能降低受检者约10％的X射线辐射剂量。McCollough等[4]认为无论角度ATCM还是Z轴ATCM都是有效降低X射线辐射剂量的技术，但是毫安量必须根据受检者体形正确的选择，才能获得符合诊断要求的图像。所以目前的PET/CT设备多采用以上3种方法融合，也称之为智能毫安技术，它可以实现在1个层面（360°）扫描中有前、后、左、右4个区间的4次毫安量的调整，最大限度地降低了不必要的X射线辐射剂量[5]。

2 自动毫安技术降低辐射剂量的作用

2.1 降低辐射剂量的方法

国内外有不少研究通过不同的方法来降低X射线辐射剂量，主要方式包括增加螺距、降低管电压、降低管电流等[6-7]。螺旋扫描时螺距是影响X射线辐射剂量和图像分辨率的重要因素，增加螺距可以明显降低X射线辐射剂量。Dawson等[8]的研究表明，螺距增加1倍时X射线辐射剂量减少一半。但是过度地增大螺距，会使得单位时间内的进床距离增大，导致部分容积效应明显、伪影增加以及病灶显示不清等结果[9]。X射线辐射剂量和X射线球管管电压的平方成反比，但是管电压对图像质量的影响十分复杂，而且降低管电压比降低管电流产生的噪声要多[10]，所以临床上更多采用降低管电流的方法来降低辐射剂量。

2.2 自动毫安技术可降低辐射剂量

当降低扫描时的管电流（即毫安量）时，重建图像的扫描数据中所包含的X射线量子噪声量就会增加，该噪声量是影响图像质量的一个重要因素，它与扫描所用的毫安量的平方根成反比[11-12]。例如，将毫安量从400mA降低到50mA，量子噪声量将以8的平方根倍数增加。此外，影响扫描数据中量子噪声量的最重要因素是受检者各部分的X射线衰减系数，该系数与受检者各部分的大小和组织成分相关。以往使用固定毫安扫描时，操作者只能依据受检者的体重、直径、体重指数或定性的可视化分类来实现对受检者辐射剂置衰减的定性估计。但是通过这些方法得出的X射线衰减估计非常粗糙，而且未考虑受检者扫描区域内各部分的衰减变化，所以以往使用这些手动方法以期达到所需的诊断质量时，许多受检者接受到的X射线辐射剂量都会多于必要剂量[13]。自动毫安技术是一项自动管电流调制技术，它可以根据受检者各部分的具体情况进行实时的毫安量调整，其准确性远远高于人工为受检者估计的数值[14]。因此，即使受检者体形很宽，也同样能够获得较为一致的图像噪声量。由于图像噪声量的差异性显著降低，所以可以通过设置合适的噪声指数来实现所有受检者辐射剂量的显著降低。有研究者[15]将自动毫安技术应用到腰椎的CT扫描中，结果显示受检者的CT容积剂量指数（CT Dose Index of Volume，CTDIvol）均值为7.29mGy，较固定毫安组X射线辐射剂量降低62.54 ％，且重建图像的主观图像质量评价（Image Quality Score，IQS）的评分不存在统计学差异。

3 自动毫安技术的临床应用

许多研究者对不同低剂量条件下的胸部CT图像质量进行评估，结果显示低剂量CT影像虽然图像噪声较大，但是图像质量基本能够保证准确地评估肺内浸润性疾病，仅对体型较大的受检者，常规条件CT更具优势[16-17]。Gelder等[18]认为自动毫安技术降低了X射线辐射剂量，图像质量也随之下降，但是具有结肠癌高危因素受检者的息肉检出并未受到影响。因此，自动毫安技术非常值得在PET/CT检查中推广应用。

但是在实际的临床应用中，对于不同体型的受检者一定要重视其噪声指数、最小毫安数、最大毫安数的设置，才能够在保证较高图像质量的同时有效地降低受检者X射线辐射剂量。噪声指数过高可能得不到所需质量的图像，过低则可能达不到降低受检者X射线辐射剂量的目的，不同体型的受检者，对于噪声指数设置的要求不同[19-20]。不同的医院对图像质量要求标准的不同也会导致噪声指数设置的不同。

自动毫安技术在临床应用中通常还需要考虑受检者的身体质量指数（Body Mass Index，BMI）。Sigal-Cinqualbre等[21]研究发现对于体重较轻的受检者，可以采用合适的低管电压，在降低X射线辐射剂量的同时不会引起图像质量的下降[10]。所以在PET/CT检查中对于BMI≤24 kg/m2的受检者通常可采用噪声指数为25，最小毫安数为40mA，最大毫安数为120mA，管电压为100 kV；BMI＞24 kg/m2的受检者通常可采用噪声指数为28，最小毫安数为40mA，最大毫安数为160mA，管电压为120 kV[15,22]。不过目前关于噪声指数的设置尚无具体标准，所以在临床应用中我们还要注意查看实际使用的毫安值，如果它频繁处于最大毫安范围，则需要考虑增加噪声指数，如果它频繁处于最小毫安范围，且变化幅度很小时，则需要考虑减小噪声指数[23]。

自动毫安技术根据操作者的噪声指数设置会调整毫安量，以便系统从受检者到探测器投影相似的X射线强度，从而调整扫描数据中的X射线噪声量或量子噪声量。但是在临床应用中，图像的噪声量还取决于其他因素，比如管电压、重建算法、重建层厚以及受检者在扫描视野（Scan Field of View，SFOV）里的中心对准程度等[11-12]。所以对于一些体型较大的受检者超出X射线球管和发生器的能力范围，可以采用适当增加管电压的方法来降低图像的噪声量[24]；至于重建算法，以往由于受到计算机运算速度的制约，CT图像重建通常只能采用滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）的重建算法，近年来更多的研究者[25]开始尝试把迭代重建算法应用到CT图像重建中，结果显示迭代重建算法较FBP能更好地对图像噪声加以校正和抑制，在低剂量CT检查的情况下，能有效地提高图像质量，从而降低受检者所受到的X射线辐射剂量；在实际的检查操作中，我们通常还需要根据临床需要来变换重建层厚，例如我们首先设置了3.75mm的重建层厚，且噪声指数为25，接下来变换成1.25mm的重建层厚，则自动毫安技术将计算获得1.25mm层厚的图像且噪声指数为25所需的毫安量，原因在于它是首先规定的。

另外，在摆位时务必要将受检者的中心对准SFOV的中心，否则图像的噪声便会增加，这是因为Bowtie滤波器在等中心点（因为如果受检者的中心对准了SFOV的中心，则该等中心点是最大衰减区）投影了最大X射线强度，如果受检者的中心未对准，就会有较少的X射线投影到受检者最厚的部分，因此图像的噪声将会增多，自动毫安技术也就不能在最大限制的情况下调整毫安量。

4 结语

综上所述，自动毫安技术是一种行之有效的降低受检者X射线辐射剂量的方法，目前已经投入到了PET/CT的临床应用中。特别是在高危人群的肺癌筛检、肺内结节病变的复查、癌症术后及放、化疗后的随访观察和婴幼儿、儿童PET/CT检查中的应用价值已经得到证实[16-17,25-26]，但是有关噪声指数、最小毫安数、最大毫安数的具体设置，至今还存在一些争议。

不过自动毫安技术的最佳应用策略是能够确定完成临床任务足够的最高噪声指数，并让系统根据实际情况自动选择合适的毫安值，而无重大的毫安值限制。因此可以预测未来几年将会有更多关于噪声指数的文章出现。

最新的CT由于改进了移床精度和重建方式，轴扫节段（Segment）扫描也能获得较高质量的容积数据图像，并且X射线球管只需旋转240°即可完成数据采集，较螺旋扫描减少了扫描时间，在图像质量不影响诊断的前提下，进一步降低了受检者的X射线辐射剂量。另外，各医疗设备公司还推出了不同的CT迭代重建技术：GE公司的自适应迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）和基于模型的迭代重建（Model Based Iterative Reconstruction，VEO），Siemens公司的图像空间迭代重建（Iterative Reconstruction In Image Space，IRIS）和正弦波图形法迭代重建（Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE），Philips公司的基于双模式迭代重建（Double Model Based Iterative Reconstruction）以及Toshiba公司的自适应低剂量迭代重建（Adaptive Iterative Dose Reduction，AIDR）。有研究者发现应用迭代重建技术可以实现在高对比度下提高空间分辨率，在低对比度下降低噪声的效果[25,27-29]。所以今后如能将这些新技术与自动毫安技术联合应用，将会进一步降低X射线辐射剂量，当然这还有待于体模和临床数据的进一步验证。

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Advances in Development of Automatic Tube Current Modulation in PET/CT Imaging

WANG Menga, ZHOU Cui-hongb, JIN Chao-linga, YAN Juea
a.Department of Nuclear Medicine；b.Department of Anesthesiology, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China

This paper introduced the application of ATCM（Automatic Tube Current Modulation）in PET/CT（Positron Emission Tomography /Computed Tomography）imaging, analyzed its influence on the image quality and radiation dose and pointed out its research orientation in clinical application.

automatic tube current modulation；radiation dose；positron emission tomography /computed tomography

R144；R814.42

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.023

1674-1633（2015）07-0072-03

2014-10-16

颜珏，硕士，主任医师。

通讯作者邮箱：646194862@qq.com