腹部低剂量CT 技术临床应用现状与研究趋势

王淑婷 任 克*

随着CT 检查在临床工作中的应用日益广泛，辐射剂量产生的危害成为不可忽视的问题。 辐射剂量的增加可能诱发各种恶性肿瘤[1]，据美国近期的一项研究结果显示，约2.0%的肿瘤由被检者CT 检查的辐射剂量导致[2]。 腹部CT 检查是临床工作中应用最广泛检查项目之一，腹部包含多个对射线敏感的器官，而且腹部增强检查扫描范围长、扫描期相多，因此病人面临的辐射危害风险更大。 在由CT 检查导致恶性肿瘤的人群中， 腹部CT 扫描所占比例最大，高达48%[3]，因此在保证影像质量满足临床诊断要求的前提下，如何最大限度减低辐射剂量是非常重要的。

腹部各实质脏器软组织之间的密度差异很小，影像的密度分辨力更容易受到噪声的影响，而腹部增强CT 扫描范围大且包含多期相重复扫描， 因此实现腹部CT 低剂量扫描更为困难。

1 选择合适的扫描范围

扫描范围的确定取决于扫描野内的脏器类型及扫描长度，对病人辐射剂量影响显著。 因此，在保证获得足够影像诊断信息的前提下，应选择合适的扫描范围。 对于全腹CT 扫描而言，临床常规推荐的扫描范围包含从膈肌顶部到耻骨联合下缘水平[4]。Kalra 等[4]的研究表明，在膈肌顶部以上和耻骨联合下缘以下层面的影像中， 仅有3%的个体发现额外病灶，而仅有1%的额外扫描对疾病诊断有意义。 额外范围的扫描还会增加性腺等对射线敏感器官的暴露机会，增加病人的额外辐射剂量，因此得不偿失。 Corwin 等[5]在疑诊泌尿系结石的平扫CT 检查中，通过定位像中的骨性标志，将扫描范围定在T10下缘至耻骨联合下缘，可以将整个泌尿系统包含在内， 同时使扫描范围长度相比于常规泌尿系CT 扫描缩短17.7%， 从而达到减少辐射剂量的目的。 de Leon 等[6]的研究也得到相似的结论。 对于怀疑急性阑尾炎的病人进行腹部盆腔CT 扫描，Corwin 等[7]建议将扫描范围定为从T10底部到耻骨联合顶部，与常规全腹扫描相比，Z 轴扫描长度减少11.2 cm,有效剂量降低23%，而急性阑尾炎的检出率可达100%。

2 减少扫描期相

双源双能量CT 可采用虚拟平扫技术， 即在静脉注射对比剂后获得增强影像，通过后处理技术可获得与平扫效果相同的虚拟平扫影像，从而避免了病人平扫期相的辐射剂量[8]。 Zhang 等[9]对病人进行腹部多期相扫描，通过动脉期和门静脉期影像获得虚拟平扫影像，其影像质量虽低于常规平扫，却可以满足诊断要求， 从而为降低辐射剂量提供了基础。Graser 等[10]对疑诊肾肿物的病人采用双源CT 进行平扫及增强扫描，获得虚拟平扫影像，结果发现采用虚拟平扫的影像质量可以代替常规平扫，从而将辐射剂量降低35%。 因此在临床腹部增强检查中，通过虚拟平扫技术替代常规平扫期相是减少腹部辐射剂量的有效途径之一，然而由于虚拟平扫影像融合了80 kV 和140 kV 影像，其空间分辨力略低于常规平扫，影像质量有待进一步提高[11]。

3 调节基本参数

3.1 选择适当的螺距 螺距是球管旋转一周扫描床移动距离与准直器宽度之间的比值[12]。 在其他扫描条件不变的情况下，增大螺距意味着在相同时间内扫描的覆盖范围越长， 从而缩短CT 检查的扫描时间，降低辐射剂量。 但过大的螺距，也会导致影像噪声增加，产生螺旋伪影的概率增大，同时导致影像的Z 轴空间分辨力下降[13-14]。 因此在扫描过程中应根据诊断的需要选择合适的螺距。 张等[15]在胸腹部血管成像检查中采用了3 种不同的螺距：1.375∶1、0.984 ∶1 和0.516∶1，结果表明采用1.375∶1 的较大螺距，有效剂量（effective dose，ED）较后两者分别降低了26.97%和61.58%， 而影像质量并无明显下降。Amacker 等[16]对比分析大螺距（3.2）和常规螺距（1.0）对常规胸腹部CT 辐射剂量和影像质量的影响，发现采用大螺距使腹部辐射剂量从11.3 mSv 降至4.4 mSv，虽然噪声有所增加，但影像质量完全可以满足诊断要求。

3.2 降低管电流 X 线辐射剂量与管电流呈正比，因此降低管电流可达到降低辐射剂量的目的。 临床常用的方法包括降低固定管电流和自动管电流调制技术。 对于体质量指数（body mass index，BMI）较小的病人，采用较低的固定管电流可以在一定程度上减少辐射剂量，但对辐射剂量和影像质量平衡点的把握较为困难。 自动管电流调制技术可以根据病人体厚和扫描部位自动调节管电流，可以在X、Y 平面内进行角度调制和在Z 轴方向调制[17-18]，在保持影像噪声于一定水平的前提下， 减少辐射剂量，因此在近年来的相关研究中以自动管电流调节技术更为多见。 目前通过单纯降低管电流来降低腹部辐射剂量的单参数调节方法主要应用于泌尿系统CT成像（CT urography，CTU）、CT 结肠成像以及急腹症的诊断等方面。 泌尿系结石与腹部周围软组织之间的高对比为低剂量CTU 检查提供了成像基础。Ciaschini 等[19]的研究表明，采用50%和75%的管电流进行CTU 检查， 并不影响直径≥3 mm 的泌尿系结石的检出。 在CT 结肠成像中，通过降低管电流可以使有效辐射剂量低达0.2 mSv， 而直径≥5 mm 的结肠息肉的检出率仍达74%[20]。 在急性阑尾炎术前CT 检查中，杨等[21]对实验组采用自动管电流调节技术（50~400 mA/120 kV），对照组采用300 mA/120 kV进行扫描，结果自动管电流扫描时病人腹部CTDIvol值显著降低，且影像质量可以满足诊断需求。

对于腹部实质脏器的CT 检查而言, 由于各脏器组织之间的密度差很小，单纯通过降低管电流来降低辐射剂量，会使影像的低对比分辨力受到相对增大的噪声的影响，使信噪比降低，从而影响密度分辨力[22]。而且相对于管电压而言，管电流对辐射剂量的影响较小，因此现阶段该领域研究热点主要集中在采用自动调节管电流技术与其他技术联合应用，从而在保证影像质量的前提下更大程度地降低腹部CT 的辐射剂量。

3.3 降低管电压 由于有效辐射剂量与管电压的平方成正比，使用相对低的管电压可以在更大程度上降低病人的辐射剂量。 管电压能够影响物质的X线衰减系数及其CT 值， 降低管电压可以使高原子序数的物质如碘、骨骼等的CT 值增高，因此对于使用碘对比剂进行增强检查的病人，低管电压扫描可以提高含碘血管的对比度[23]，从而在一定程度上弥补因降低管电压引起的噪声问题，在降低辐射剂量的同时也减少了病人的对比剂用量。 近年来，采用低管电压来降低CT 辐射剂量的研究成为国内外研究的热点。 Nakayama 等[24]对已行120 kV 腹部增强检查的一组病人采用90 kV 进行复查， 发现降低管电压后辐射剂量降低了56.8%，对比剂用量减少，且各脏器对比效果更好。 唐等[25]采用80 kV 和120 kV进行腹部CT 的体模研究，在辐射剂量相同时，80 kV条件下的对比噪声比明显高于120 kV；在不影响影像质量的前提下，80 kV 扫描最多可降低42.23%的辐射剂量。低管电压扫描尤其适用于体型瘦小、BMI偏小的成人和儿童病人。Nakaura 等[26]对较瘦的成年病人（平均体质量为53～56 kg）采用80 kV 管电压、降低40%对比剂用量结合迭代重建（iterative reconstruction，IR）技术进行腹部CT 扫描，发现动脉期和门静脉期的有效剂量分别降低51%和48%，并可与常规120 kV、滤过反投影（filtered back projetion，FBP）算法重建获得的影像质量相近。 国内有研究表明，对BMI＜22 kg/m2的成年病人采用80 kV 管电压结合IR 算法进行腹部平扫检查，可以获得优于常规120 kV 结合FBP 算法重建的影像质量，同时辐射剂量可降低59.97%[27]。 王等[28]对平均体质量约65 kg的成年病人采用100 kV 管电压结合IR 算法，可以在获得满意腹部影像质量的同时，使有效辐射剂量降低约33%，并减少了病人对比剂用量。 Dong 等[29]在儿童腹部CT 的体模研究中证实， 与140 kV 相比，80 kV 的管电压， 可以在保证影像质量的前提下使辐射剂量降低70%。

这些研究结果表明, 通过适当降低管电压进行腹部CT 扫描， 不仅不会对影像质量产生较大影响,而且可以在一定程度上使腹部脏器得到更好的对比显示效果，因此适当降低管电压将在今后的腹部低剂量CT 临床应用及相关研究中发挥重要作用。

4 IR 在腹部的应用

单纯降低管电压和管电流会增加噪声和伪影，使影像质量下降，从而使相关低剂量技术的应用受到限制。IR 技术可以降低噪声、消除伪影，相比于传统FBP 重建能够进一步提高影像质量，为低管电压和低管电流技术的应用提供了更大的空间，从而有效降低辐射剂量。 近年来迭代算法逐渐得到广泛应用，主流技术包括自适应统计IR（adaptive statistical IR,ASIR，GE）技术、基于模型的IR（model based IR,MBIR，GE） 技术、 图像域图像重建技术(iterative reconstruction in image space, IRIS，西门子)、原始数据 域IR （sinogram affirmed iterative reconstruction,SAFIRE，西门子）技术、基于双模式IR（double model based iterative reconstruction, iDose,飞利浦）技术和自适应低剂量IR （adaptive iterative dose reduction,AIDR,东芝）技术等。 IR 技术在腹部CT 低剂量领域的应用目前已成为研究热点。 多个研究结果显示，IR 算法结合低管电压或低管电流技术，可以在降低辐射剂量的同时显著改善影像质量[30-32]。 Marin 等[33]分别采用ASIR、FBP 重建使用低管电压80 kV、高管电流675 mA 进行腹部门静脉晚期CT 扫描的影像， 结果表明在相同的有效剂量下，ASIR 重建相比于FBP 重建具有更小的影像噪声和更高的对比噪声比。 在腹部盆腔CT 扫描中，ASIR 重建相对于传统FBP 重建， 辐射剂量减少32%～65%时， 噪声更小，影像质量更好[34]。 其他相关研究同样体现了在腹部采用ASIR 算法重建影像能够降低辐射剂量、提高影像质量的优势[35-36]。 May 等[37]采用IRIS 算法对腹部辐射剂量减半的CT 影像进行重建， 与常规FBP 重建、常规辐射剂量的腹部CT 影像相比，噪声降低了22%。 Kalra 等[38]的研究显示，对采用较低管电流进行腹部CT 扫描的影像进行FBP 重建， 噪声过大， 影像质量不甚理想； 而采用SAFIRE 算法重建，则可以在辐射剂量降低50%～75%的同时保证影像质量满足诊断要求。IR 算法的应用为在保证影像质量的前提下结合其他低剂量方法降低CT 辐射剂量提供了更大的空间，在目前的临床应用及今后的腹部低剂量研究中都很有价值。

5 基于被检者体型的个体化、 多参数调节在腹部CT 低剂量领域的研究

被检者体型是影响腹部CT 辐射剂量和影像质量的重要因素[39]，不同体型的病人需要不同的管电压和管电流来保证影像质量。 以往通过简单参数调节（管电流或管电压）来减少腹部检查的辐射剂量，影像质量容易受到相对增大的影像噪声的影响。 而根据病人体型，自动调节管电压、自动调节管电流以及IR 算法的同时运用， 可以期待获得更稳定的影像质量以及更低的辐射剂量。

智能最佳kV 扫描技术（CARE kV，西门子）根据定位像确定受检者的体型，自动调节管电压和管电流[40]。 Winklehner 等[41]的研究显示，自动kV 的选取与病人BMI 和定位像的衰减呈正相关。 kV 智能决策技术（kV-Assist，GE）根据每位被检者体型及定位像的衰减特征，自动选择合适的管电压kV，配合实时自动调节mA（噪声指数NI）技术,自动调节窗宽、窗位值，同时结合迭代重建ASIR 算法，从对比度和噪声两个方面， 在保证不同体型病人获得稳定、 优质影像质量的前提下最大限度降低辐射剂量。 自动kV 调节技术与自动管电流调节技术的共同发展，为基于被检者体型和BMI 的个体化多参数辐射剂量管理提供了技术支持。CARE kV 技术在胸腹部CT 血管成像研究中在保证优质影像质量的前提下获得理想的降低辐射剂量效果[41]。 Eller 等[42]采用CARE kV 结合自动管电流调制技术进行腹部及胸腹部门静脉期CT 扫描，80 kV 组、100 kV 组CTDI相比于常规120 kV 组分别降低25.3%及14.5%，且影像质量优秀。在胸腹部CT 检查中，相比于固定管电压（100 kV 或120 kV） 结合自动管电流，CARE kV结合自动管电流扫描所获影像的信噪比、对比噪声比均明显升高，且有效辐射剂量降低18%[43]。 Yu 等[44]的研究结果也证实了这一观点。

现阶段， 根据被检者体型和BMI 的个体化、多参数调节与迭代算法的联合应用成为腹部CT 低剂量技术领域的一个崭新研究方向， 代表着腹部CT低剂量技术将来的发展趋势。

综上所述， 由于腹部CT 检查具有普遍性而且带来较高辐射剂量，腹部低剂量扫描技术具有重要意义。 考虑到腹部特殊解剖构成以及腹部增强CT扫描的特定临床要求，通过改变管电流、管电压等单参数调节来实现腹部CT 低剂量扫描， 可以在一定程度上降低被检者辐射剂量，但仍面临影像噪声略有增加与辐射剂量进一步降低的矛盾。 基于被检者体型的个体化、多参数调节为进一步实现影像质量和辐射剂量的平衡提供了更科学的实现方法，为腹部CT 低剂量扫描提供了新的发展方向， 有待于未来的探索和研究。

[1] Berrington de Gonzalez A，Darby S．Risk of cancer from diagnostic X -rays：estimates for the UK and 14 other countries [J].Lancet,2004,363：345-351.

[2] Albert JM.Radiation risk from CT：implications for cancer screening[J].AJR,2013,201：W81-87.

[3] Berrington de Gonzalez A, Mahesh M, Kim KP, et al. Projected cancer risks from computed tomographic scans performed in the United States in 2007[J].Arch Intern Med,2009,169：2071-2077.

[4] Kalra MK,Maher MM,Toth TL,et al.Radiation from “extra”images acquired with abdominal and/or pelvic CT： effect of automatic tube current modulation[J].Radiology,2004,232：409-414.

[5] Corwin MT, Bekele W, Lamba R.Bony landmarks on computed tomographic localizer radiographs to prescribe a reduced scan range in patients undergoing multidetector computed tomography for suspected urolithiasis[J].J Comput Assist Tomogr,2014,38：404-407.

[6] de Leon AD,Xi Y,Champine J,et al. Achieving ideal computed tomographicscan length in patient with suspected urolithiasis[J].J Comput Assist Tomogr,2014,38：264-267.

[7] Corwin MT,Chang M,Fananapazir G,et al. Accuracy and radiation dose reduction of a limited abdominopelvic CT in the diagnosis of acute appendicitis[J].Abdom Imaging,40：1177-1182.

[8] 梁艺,邱士军,刘晋新,等.双源CT 双能量扫描在肝脏病变中的应用价值[J].实用放射学杂志，2011,27：1499-1503.

[9] Zhang LJ,Peng J,Wu SY,et al.Liver virtual non-enhanced CT with dual-source, dual-energy CT： a preliminary study[J]. Eur Radiol,2010,20：2257-2264.

[10] Graser A, Johnson TRC, Hecht EM, et al. Dual-energy CT in patients suspected of having renal masses： can virtual nonenhanced images replace true nonenhanced images[J]. Radology, 2009,252：433-440.

[11] 彭晋,张龙江,吴新生,等.双源CT 双能量上腹部虚拟平扫临床应用价值的初步探讨[J]. 临床放射学杂志,2009,12：1680-1684.

[12] Kubo T, Lin PJ, Stiller W, et al. Radiation dose reduction in chest CT：a review[J].AJR,2008,190：335-343.

[13] 潘立志．低剂量螺旋CT 扫描技术在儿童中的应用[J].安徽医学，2005,26：80-8l.

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

[15] 张海波,付传明,陈伦刚,等.螺距优化组合对胸腹部CTA 图像质量与辐射剂量探讨[J].CT 理论与应用研究,2012,21：305-311.

[16] Amacker NA, Mader C, Alkadhi H, et al. Routine chest and abdominal high-pitch CT： An alternative low dose protocol with preserved image quality[J].Eur J Radiol,2012,81：e392-e397.

[17] 白玫,刘彬,陶颖.多排螺旋CT 自动曝光控制对图像质量和辐射剂量的影像[J].中国医疗设备,2008,23：106-110.

[18] Rizzo S, Kalra MK, Schmidt B, et al. Comparison of angular and combined automatic tube current modulation techniques with constant tube current CT of the abdomen and pelvis [J].AJR,2006,186：673-679.

[19] Ciaschini MW, Remer EM, Baker ME, et al.Urinary calculi：radiation dose reduction of 50%and 75% at CT effect on sensitivity[J].Radiology,2009,251：105-111.

[20] Van Gelder RE, Venema HW, Florie J, et al. CT colonography：feasibility of substantial dose reduction-comparison of medium to very low doses in identical patients[J]. Radiology, 2004,232：611-620.

[21] 杨威,陈燕浩,谢元亮,等.64 层CT 低剂量扫描在急性阑尾炎术前诊断价值与病理对照研究[J]. 实用放射学杂志,2011,27：1370-1374.

[22] 傅强,汪宜占,赵宇.多层CT 低剂量扫描技术在腹部的应用[J].中国临床医学影像杂志,2007,18：819-820.

[23] Wintersperger B,Jacobs T,Herzog P,et al.Aortoiliac multidetectorrow CT angiography with low kV settings： improved vessel enhancement and simultaneous reduction of radiation dose[J]. Eur Radiol,2005,15：334-341.

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

[25] 唐坤,曹国全,李瑞,等.低管电压腹部CT 扫描对图像质量及辐射剂量影响的体模实验[J]. 中国医学影像技术,2012,28：800-804.

[26] Nakaura T,Nakamura S,Maruyama N,et al.Low contrast agent and radiation dose protocol for hepatic dynamic CT of thin adults at 256-detector row CT： effect of low tube voltage and hybrid iterative reconstruction algorithm on image quality[J]. Radiology, 2012,264：445-454.

[27] 浦仁旺,刘义军,刘静红，等. 低管电压结合自适应统计性迭代算法对腹部CT 平扫图像的影响[J]. 中国临床医学影像杂志,2015,26：66-68.

[28] 王亚宁,时高峰,杜煜,等. 低剂量造影剂结合低管电压在上腹部双源CT 扫描中的应用[J]. 中国医学影像学杂志,2014,22：204-207.

[29] Dong F, Davros W, Pozzuto J, et al. Optimization of kilovoltage and tube current -exposure time product based on abdominal circumference：an oval phantom study for pediatric abdominal CT[J].AJR,2012,199：670-676.

[30] Beister M,Kolditz D,Kalender WA.Iterative reconstruct ion methods in X-ray CT[J].Phys Med,2012,28：94-108.

[31] Singh S, Kalra MK, Gilman MD, et al. Adaptive statistical iterative reconstruction technique for radiation dose reduction in chest CT： a pilot study[J].Radiology,2011,259：565-573.

[32] Mieville FA,Gudinchet F,Brunelle F,et al. Iterative reconstruction methods in two different MDCT scanners： physical metrics and 4-alternative forced -choice detectability experiments -a phantom approach[J].Phys Med,2013,29：99-110.

[33] Marin D,Nelson RC, Schindera ST, et al. Low-tube-voltage, hightube-current multidetector abdominal CT： improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm：initial clinical experience [J].Radiology,2010,254：145-153.

[34] Hara AK, Paden RG, Silva AC, et al.Iterative reconstruction technique for reducing body radiation dose at CT： feasibility study[J].AJR,2009,193：764-771.

[35] Sagara Y,Hara AK,Pavlicek W,et al.Abdominal CT：comparison of low-dose CT with adaptive statistical iterative reconstruction and routine-dose CT with filtered back projection in 53 patients[J].AJR,2010,195：713-719.

[36] Prakash P,Kalra MK,Kambadakone AK,et al.Reducing abdominal CT radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction technique[J].Invest Radiol,2010,45：202-210.

[37] May MS, Wüst W, Brand M, et al. Dose reduction in abdominal computed tomography： intraindividual comparison of image quality of full-dose standard and half-dose iterative reconstructions with dual-source computed tomography[J]. Invest Radiol, 2011,46：465-470.

[38] Kalra MK,Woisetschläger M,Dahlström N，et al. Radiation dose reduction with sinogram affirmed iterative reconstruction technique for abdominal computed tomography[J]. J Comput Assist Tomogr,2012,36：339-346.

[39] 詹松华, 谭文莉, 程瑞新,等.BMI 指数及自动管电流调节技术降低螺旋CT 腰椎扫描辐射剂量的价值[J]. 中国医学计算机成像杂志,2012,18：365-369.

[40] 杨斌, 吴岩, 李德艳, 等. 智能最佳kV 扫描技术在胸部CT 扫描中的应用价值[J]. 上海交通大学学报： 医学版,2013,33：1117-1121.

[41] Winklehner A, Goetti R, Baumueller S, et al. Automated attenuation -based tube potential selection for thoracoabdominal computed tomography angiography：improved dose effectiveness[J].Invest Radiol, 2011,46：767-773.

[42] Eller AM, May MS, Scharf MM, et al. Attenuation-based automatic kilovolt selection in abdominal computed tomography： effects on radiation exposure and image quality[J]. Invest Radiol , 2012, 47：559-565.

[43] Mayer C,Meye M,Fink C,et al.Potential for radiation dose savings in abdominal and chest CT using automatic tube voltage selection in combination with automatic tube current modulation[J]. AJR, 2014,203：292-299.

[44] Yu L,Fletcher JG,Grant KL,et al. Automatic selection of tube potential for radiation dose reduction in vascular and contrastenhanced abdominopelvic CT[J].AJR,2013,201：W297-306.