CT灌注成像技术辐射剂量的控制

2016-01-23杨岗综述张联合审校

浙江临床医学 2016年4期

杨岗（综述）张联合（审校）★

CT灌注成像技术辐射剂量的控制

杨岗（综述）张联合（审校）★

CT灌注成像（Computed tomography perfusion imaging，CTPI或CTP）是利用CT动态扫描检测随时间变化的被测活体组织器官的增强情况，利用后处理软件进行图像处理和数据计算，来评价被测组织在病理、生理情况下的血流动力学改变及微循环状态。CT灌注成像检查技术在人体全身部位得到了广泛的应用，尤其在脑CT灌注方面更为成熟和完善，有极高的临床意义。但CT扫描产生的辐射损伤能诱导一定的生物学效应，越来越受到医患双方及公众的关注，如何降低患者所受到的辐射剂量，成为需要解决的关键问题之一。

1 CT灌注成像辐射现状

CT能产生一定量的电离辐射，而电离辐射可以对机体产生损伤，据刘兵［1］、李锋坦［2］等综合统计国内外的文献，近年来已有较多有关CT辐射致癌的报道，其中腹部和骨盆的CT扫描是辐射致癌最主要的原因［3］，尤其是对于一些敏感人群（孕妇、儿童等）危害更大，而多期相增强扫描可以导致更高辐射剂量产生，如腹部CT增强扫描，其辐射剂量明显高于普通扫描。尽管CT灌注扫描是局部性扫描，但有重复性，所产生的辐射剂量不可忽视。以头颅CT灌注为例，据Wiesmann等［4］的研究证实，64层螺旋CT 1次急性缺血性脑卒中的多模态CT检查的平均辐射剂量约为16.4mSV，相当于单次CT头颅平扫的6倍；Cohnen等［5］用64层螺旋CT做脑的辐射剂量研究，采用4种不同的扫描方案，得出头颅CT灌注成像的辐射剂量比普通CT平扫也要高出6.7倍。国内罗沛霖等［6］对广州市8家三甲医院的脑CT灌注的辐射剂量进行统计分析，得出国内颅脑CT灌注辐射剂量是明显偏高的结论。由此可见，CT灌注所引起的辐射需加以控制，CT灌注成像技术需要改进，从而降低电离辐射。

2 提高辐射防护意识、遵循实践正当化原则

作为医务人员，应正视放射辐射的存在，不惧怕辐射损伤的同时，也需提高防护意识，做好防护工作。在实施放射诊疗过程中，必须遵循放射实践正当化原则，为患者选择合适的检查项目。以头颅CT灌注为例，既往头颅CT灌注主要用于诊断脑缺血疾病，但随着磁共振的普遍应用和技术的进步，尤其是磁共振弥散成像（Diffusion weighted imaging，DWI）的应用，可发现超急性期的脑梗塞，诊断明确、定位精准，因此，怀疑脑梗死的病患，以选择MR检查为最优，但若患者有幽闭恐惧症、躯体内安装有金属植入器或假体，则是MR检查的禁忌症，对于此类患者，即可选择头颅CTP检查。对于同一个病患，需要紧密结合临床，如患者情况改善或恶化，确实需求行CTP检查时，方可采用，如病情稳定，则适当延长复查CTP 的间期。

3 辐射剂量控制方法

自Naidich等［7］提出低剂量扫描后，放射学医生、临床医生及相关研究人士就一直在寻找降低辐射剂量的最佳方案，并且放射工作人员应该在放射实践中须严格遵循A LA R A 原则（as low as reasonably archievable）［8］，严格执行CT扫描计划和操作规程，在充分发挥CT作用的同时，尽量降低辐射剂量。FDA为减少灌注所导致的辐射过度问题，提出了5项建议：（1）检查前评估患者是否受到过量辐射。（2）检查辐射剂量方案是否正确、合理。（3）确保正确合理的辐射剂量方案得以实施。（4）放射工作人员检查过程中监测辐射水平是否合格。（5）研究性的CT检查所导致的辐射剂量要处于适当、符合研究的要求。CT辐射剂量和图像质量、成像方式、扫描范围等是密切相关的，有较多影响因素，如重建算法，探测器的效率和几何设计，X线球管的 kV、mAs、螺距（pitch）、曝光时间等。

3.1 CT机器硬件-探测器及准直器性能改进当X射线穿过人体后产生衰减，由探测器俘获 X 线光子，转化为光能再转变为电信号。探测器的性能将直接影响 CT 的成像质量和辐射剂量。现在各CT厂家均采用稀土陶瓷探测器，以及更为先进的宝石探测器、量子探测器、超宽探测器技术，较大地提高图像的对比分辨率和空间分辨率。如GE的Discovery CT750 HD 宝石能谱CT拥有先进的低剂量影像链：宝石探测器、动态变焦球管、ASiR技术，可以降低心脏和全身扫描剂量，并产生高清影像。于彤等［9］对一组儿童颈椎外伤患者用宝石高分辨率CT和64排螺旋CT进行的对比分析，宝石CT的辐射剂量有明显的减少。而东芝公司的160mm宽的大面积探测器可以仅用一次曝光覆盖整个脏器，可以得到完美的各向同性的多平面重建和三维重建图像，同时加以超高速扫描，可以明显降低造影剂用量和射线剂量。准直器是CT重要装置，其决定了X线限束宽度、扫描的层厚，当限束宽度较小，辐射剂量增加，东芝Aquilion系列活性准直技术使扫描范围两端的X线束宽度与用来重建图像的临床有效范围同步校准，通过消除未用作诊断的曝光，患者剂量能减少至20%。西门子公司利用最新的选择性光子屏蔽技术，纯化分离高、低千伏的能谱重叠，可将双能量成像的辐射剂量降低至常规单能量成像的水平。

3.2 智能化软件的开发如（1）CT自动管电流调制技术：在 CT 动态扫描过程中，对X射线管的电流输出进行实时自动调制，降低剂量，提高射线效率，可以大幅度降低辐射剂量。东芝SUREExposure 3D三维智能剂量控制技术，应用自动曝光控制，可以在扫描患者预扫描图像中自动获得的衰减测量值，管流（mA）在X、Y 和Z 平面自动调节使图像质量保持在一个不变的水平，可根据不同患者和不同扫描部位实现剂量降低40%。（2）前瞻性门控的智能化步进和点射：通过断层扫描后移动床或螺旋式间断曝光等前门控技术，避免了回顾性门控螺旋扫描的“无效”X 射线剂量，在进行心脏扫描时，在一些特定心率条件下，大幅降低剂量［10］。

3.3 扫描条件的优化多层螺旋CT扫描中辐射剂量的最佳评价指标是：剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol），其代表单次曝光电离时实测的吸收剂量平均值；剂量长度乘积（dose length product，DLP），代表间接推算辐射植入能量的一种方法，反映的是一次检查、扫描范围内身体内接受的总辐射剂量，二者之间的关系为DLP=CTDLvol×L（L为扫描长度）。从中可以看出，当扫描长度固定时，只有通过降低CTDLvol来控制患者总的吸收剂量［11］。通过降低CTDLvol来控制降低辐射剂量的方法较多，常用的措施是［12］：（1）降低管电压、管电流。（2）加大螺距、增加增厚。（3）缩短扫描时间。（4）缩小扫描视野。Naidich［7］、李杨飞［13］、罗沛霖［14］、李琳［15］等的研究证实，mAs与辐射剂量的关系最为密切，呈线性改变，在其他参数不变的情况下，降低50% mAs，意味着降低50%的辐射剂量［12］，因此建议低毫安扫描。李功杰等［16］通过对乳腺癌的灌注模式改变进行对照，表明低剂量灌注不影响诊断效果，同时采用低对比剂注射速度能降低对比剂血管外溢的风险。Wiesmann等［4］从扫描时间间隔上进行分析，得出的结论是时间间隔在3s也能取得较好的灌注参数。郭濴等［17］通过对比试验，电影模式比轴扫模式的辐射剂量高，扫描时间多一半，2种扫描模式所取得的脑灌注参数及图像质量均无差异，认为轴扫模式间隔1s的灌注模式在评价脑组织的血流动力学上，具有可重复性、稳定性、可靠性，且不受CT机器型号、对比剂类型和用量限制。魏新华等［18］研究证实，适当增加全脑CT灌注成像时容积数据采集时间间隔的方法，既对灌注参数值无明显影响，同时又能明显减少患者接受的辐射剂量，在临床开展CT灌注成像时应引起重视。杨秀军等［19］将原来的延迟5s、扫描50s改良为延迟至8s、扫描40s，获得的图像效果、诊断效果是一样的，而且明显减少了球管曝光次数和患者接受的辐射剂量，得出的结论是国人脑CT灌注延迟时间建议选择8s、采集扫描40s即可。在螺距设计方面，东芝Aquilion可变螺距扫描技术则是可变螺距，即允许在图像采集过程中不用停止床的运动，就可以在用户预设定的部位自动改变螺距，当进行联合研究时，可变螺距提供了更大的灵活同时又能显著减少造影剂用量和放射剂量。

3.4 改变CT数据重建算法以往运用常规的滤波反投影算法完成图像重建，速度快，但抑制噪声效果差，低剂量时，图像质量下降明显。而应用迭代算法，在相同剂量条件下，图像质量明显优于前者，但计算量大，耗时长，但随着计算机技术的发展，后两种技术难题逐步改进，迭代算法得以广泛应用CT技术发展，从而有效地降低了图像噪声，提高了图像质量，达到了降低辐射剂量的目的，并广泛用于临床。GE公司已经将自适应统计迭代重建（ASIR）算法用于CT临床实践，在保证图像质量不受损的前提下，可降低辐射剂量达50%。西门子公司也是如此，在其最新的高端 CT推出了一系列提高图像质量、降低辐射剂量的先进措施，如基于原始数据域迭代的云重建（SAFIRE）、智能最佳 KV（CARE KV）和炫速扫描等技术。东芝Aquilion系列的自适应迭代剂量降低（Adaptive Iterative Dose Reduction 3D，AIDR 3D）算法是新一代剂量降低技术，当噪声从原始数据中移除后结果会被重新用来分析，这个过程会一直重复直至达到目标降噪水平，在去除背景噪声，同时又保存诊断信息有很大的优势，AIDR3D可以应用于所有日常常规临床图像采集模式中，并且能消除50%的图像噪声，降低高达75%的剂量。Philips公司的IDOSE技术也是基于迭代法重建，且IDOSE4技术具有较大优势，可在确保图像质量的前提下降低80%的辐射剂量，同时图像的分辨率提高68%，重建速度快。董健等［11］通过对肺部肿瘤的CT低剂量灌注成像的研究证实，在运用迭代算进行重建后得到的数据进行分析，得出的灌注参数与传统采用滤波反投影法得到的参数无差异。

4 防护设备的应用

放射防护设备是放射诊疗工作中必须具备的物件，严格的放射防护要求在实施放射检查或治疗后过程中需使用防护设备，但在实际工作中，因为诸多原因，防护设备使用不规范，甚至不使用，增加了患者不必要的辐射剂量。要达到减少患者辐射剂量的目的，就必须合理使用防护设备，比如在进行头颅CTP时，可使用铅衣或围脖将甲状腺、颈部以下躯体覆盖，以减少辐射损伤。

综上所述，CT灌注成像所产生的辐射剂量可采用多种方式进行控制，从而降低辐射剂量，减轻因此给患者带来的辐射损伤。在机器设备和随机软件固定的情况下，以低毫安（70mAs）、层厚大（0.8cm）、小视野（FOV 32.0cm）、长时间间隔（2s）等多种降低辐射的方法进行扫描，总体的辐射剂量是在安全范围内，在保障医疗需求的同时，也降低患者的辐射剂量。

1 刘兵，孔博玉，马淑梅，等.CT多次扫描对机体损伤效应的实验研究.中华放射医学与防护杂志，2014，34（3）：164～167.

2 李锋坦，张云亭.C T检查的辐射危害及控制策略.医学综述，2013，19（14）：2571～2374.

3 Berringto de Gonza1ezA，Mahesh M，Kim K P，et al.Projected cancer risks from computed to mographic scans perfo rmed in the United States in 2007.Arch Intern Med，2009，169（22）：2071～2077.

4 Wiesmann M，Berg S，Bohner G，et al.Dose reduction in dynamic perfusion CT of the brain：effects of the scan frequency on measurements of cerebral blood flow，cerebral blood volume，and mean transit time.Eur Radiol，2008，18（12）：2967～2974.

5 M.Cohnen，H.J.Wittsack，S.Assadi，et al.Radiation exposure of patients incomprehensive computed tomography of the head in acute stroke.AJNR AM JNeuroradiol，2006，27（8）：1741～1745.

6 罗沛霖，王海林，李龙.国内颅脑CT灌注成像辐射剂量的初步调查.当代医学，2011，17（33）：155～157.

7 Naidich D P，Marshall C H，Gribbin C，et al.Low-dose CT of he lungs：preliminary observations.Radiology，1999，175（3）：729.

8 Slovis T L.The ALARA in pediatric CT：myth or reality？ Radiology，2002，223（1）： 5～6.

9 于彤，李镇，路春兰，等.宝石高分辨CT自适应统计迭代重建方法在儿童颈椎外伤低剂量扫描中的应用.中国医学影像技术，2013，29（2）：285～288.

10 张挽时.从RSNA2012看CT低剂量技术的发展.中国医疗设备，2013，28（3）：7～9.

11 董健，高莉，王霄英，等.迭代重建对肺肿块低剂量CT灌注成像参数的影响.放射学实践，2013，28（3）：280～283.

12 郭濴，郭安齐，葛英辉，等.64层螺旋CT脑灌注间隔模式降低扫描剂量的可行性研究.中华放射学杂志，2009，43（12）：1243～1246.

13 李杨飞，樊树峰.CT检查中mAs与辐射剂量的比较分析.现代中西医结合杂志，2007，16（33）：5006～5007.

14 罗沛霖，李龙，周毅方.不同管电流对正常颅脑CT灌注参数和辐射剂量的影响.临床放射学杂志，2012，31（2）：277～282.

15 李琳，罗德红，余小多，等.头颈部多层螺旋CT低剂量扫描研究.中国肿瘤影像学，2009，2（4）：81.

16 李功杰，郭京海，周娟.乳腺癌低剂量与常规剂量MDCT灌注成像的对比研究.医械临床，2010，31（12）：83～84.

17 郭濴，卢万协，葛英辉，等.探讨多层螺旋CT脑灌注成像扫描模式.中国实用医刊，2009，36（16）：7～8.