头颈部低剂量CT相关技术的研究进展

汤素琼，李彬，吉六舟，黄华明，藤井惠次郎，小野山吉

1.湖北省孝感市中心医院 a.肛肠科；b.CT室，湖北 孝感 432000；2.北京大学医学部 基础医学院，北京 100191；3.日本国东京都千叶县船桥医疗中心

头颈部低剂量CT相关技术的研究进展

汤素琼1a，李彬1b，吉六舟1b，黄华明2，藤井惠次郎3，小野山吉3

1.湖北省孝感市中心医院 a.肛肠科；b.CT室，湖北 孝感 432000；2.北京大学医学部 基础医学院，北京 100191；3.日本国东京都千叶县船桥医疗中心

随着多层螺旋CT成像技术的迅猛发展和普及，CT检查在临床上的应用越来越广泛，如何应用较低的射线辐射剂量获得优质的CT图像一直是医学界关注的重点。本文旨在介绍低剂量CT技术的基本概念，并综述其在颅颈部成像中的应用。

低剂量CT；X射线；辐射剂量；扫描方案

引言

随着现代诊疗技术的发展，螺旋CT扫描检查已经成为临床诊疗中常规的检查项目，但其X射线辐射剂量水平要比传统的X射线检查射线辐射剂量更高。据世界卫生组织资料统计，当前在世界中东亚、西欧等发达国家，如日本、德国、英国、法国、比利时等国家的临床诊疗项目中，选择CT检查项目数量只占所有的射线辐射检查总数的9%～12%左右，但其带来的X射线辐射剂量却超过了总辐射剂量的80%。目前CT扫描检查数量人数呈快速增长趋势，特别是在德国、日本、比利时等国家，年检查人数已高达8000万人次以上，其中40%～55%受检者的检查部位在头颈部，预计所要接受的射线照射剂量为3～8 mSV。目前CT扫描检查所导致的X射线辐射剂量问题已经引起科学界的广泛关注。

多层螺旋CT的X射线辐射剂量分布特点、所采取的扫描模式、扫描范围、适应症、图像重建算 法和后处理重建算法方式与传统单排探测器的CT有着本质上的不同。因此，对多层螺旋CT所带来的X射线辐射剂量评估，以及受检者所接收到合理的X射线照射辐射剂量的研究势在必行。现就患者头部、颌面部以及颈部CT扫描检查项目中，影响X射线的辐射剂量的因素的相关研究进行综述。

1 CT扫描优化方案

1.1 X线束、准直器的宽度以及螺距的搭配

CT扫描机架中的核心部件，在X射线球管的阳极靶面与焦点具有一定的面积，如投影在CT的检测器上会形成一个半影区。在多层螺旋CT中，往往需要增加比较宽的X射线线束，从而使X线球管的焦点半影落在有效检测器区域以外，这在理论上叫超宽射线束。目前市场上90%以上的多层螺旋CT扫描器其超宽射线束宽度在3 mm，在X射线束中超宽射线束所占据的比例越小，其射线剂量以及射线使用效率越高。同时，CT图像螺旋扫描重建开始和结束时，需要超越扫描边界上的z轴投影数据，即超出预设扫描的范围，以获得扫描开始和结束区域范围中的解剖信息数据，这会直接导致X射线剂量长度乘积的增加。在临床诊疗工作中，扫描技师如果所采取大螺距，选择更大的扫描范围，会导致人体器官所接收到的X射线辐射剂量增加，往往比较容易被忽视。有学者曾做过相关研究，采取优化的扫描方案，利用128层螺旋CT选择人体颞骨扫描参数进行了相关对比研究，首先考虑到了超宽射线束和超宽范围扫描所带来的X射线辐射剂量的影响，综合人体颅脑颞骨结构细小、扫描覆盖范围小的特征，得出使用64排探测器可获得比较好的图像质量，其X射线照射辐射剂量较低的结论[1]。在日常工作中，较宽 的X射线束可以导致更高的几何效率，但所带来的超范围扫描程度也会越大。因此，必须有效的使用Z轴动态准直仪，以减少过度超扫描范围所产生的影响，所以在日常工作中，扫描操作技师一定要根据临床需要选择合理的准直器宽度和螺距[2]。

1.2 X线球管管电流及管电压的合理化选择

在机架滑环高速旋转运动过程中，CT机的软件系统会根据检测器所检测到的X射线强度信息，调整X射线球管的管电流。其中一些CT系统软件会根据人体Z轴方向的射线衰减强度变化，来实时调整X射线球管的管电流；另外一些系统会根据伴随着在人体周围较理想的方式，通过一个特定的重建算法使这两个调制实时结合，合理化选择X射线球管的管电流以获得优化的图像噪声预设水平。

CT操作技师必须根据所需的影像图像质量要求水平，设置X射线球管管电流调制算法的输入值，这种方法在不同类型的设备间有显著的差异。例如，市场上某些型号的CT要求用户确定一个基准噪声或噪声系数的值，而某些型号的CT需要用户确认有效射线球管的参考电流值或图像数据的设置。有研究表明，设备操作者增加X射线球管的管电流可以减少X射线透过患者两侧肩部所带来的条带放射状伪影，这样在前后和横向位置上就具有比较近似的噪声水平[3]。通过自动曝光控制人体头部和颈部的平均有效扫描管电流量可将辐射减少到40 mAs，有效剂量当量和器官吸收剂量分别减少了38%和39%。因此，在日常诊疗工作中，CT扫描技师对Z轴射线剂量的调制，应常规应用于受检者头部和颈部扫描中[4]。

1.3 CT影像层厚度的优化选择

目前新型CT机型的图像厚度普遍减小，体积平均化的程度也会相应降低。因此，对小于一个体素的高密度CT值，将会随着厚度减小而图像体素有所增加。对于在CT扫描的Z轴方向上小于图像宽度的物体来说，所扫描物体的对比度会由于图像的层厚的减少而得到相应的改善,与之相反，减少厚层度会使影像的量子噪声增大[5]。在日常工作中，CT设备操作者如果使用的是更薄的图像层厚度，虽然会增加图像的噪声，但对比度噪声比和小细节的呈现度会得到比较好的改善。

目前的CT后处理工作站可以对图像的层厚进行实时操作设定选择，以减少部分容积效应，并且能够有效观察比较薄层的图像。在临床工作中，设备使用者应根据具体情况，合理设定图像厚度，并同时降低图像噪声，在一定程度上可降低受检者所接收的X射线辐射剂量[6]。

1.4 X线球管管电压的合理化选择

X射线球管的管电压决定了入射X线束的能量分布。临床工作中，对于身材矮小的成年人和婴幼儿，应尽可能降低X射线球管的管电压以降低射线辐射剂量。目前市场上大多数多层螺旋CT工作时使用的是120～140 kV的扫描值，较少使用较低的管电压。有研究报道，在临床工作中使用较低扫描电压（70～95 kV）进行血管造影及腹部CT检查，可显著降低患者所接收到的X射线辐射剂量[7]。在CT血管造影对大脑Wills环的成像研究中，与常规使用120 kV的扫描参数相比，使用90 kV管电压对于显示动脉血管有着更好的强化效果及对于微细小动脉血管更好显示，且可以降低40%以上的射线辐射剂量。在对于患者颈部软组织的多层螺旋CT扫描检查中，优化选择75 kV的球管管电压，可降低38%以上的射线辐射剂量，获得更高的图像对比度噪声比，但部分颈椎椎体造成的射线线束硬化伪影现象会较为突出。

1.5 扫描模式和扫描范围的选择

在多层螺旋CT的超范围扫描中，从患者的起始部到终止部会产生大量不必要的射线辐射。因此，设备操作扫描技师在日常工作中，如无特殊原因，应使用单次螺旋采集扫描，而非选择多次连续容积螺旋扫描，这会造成辐射重叠的发生。在某些检查中，采用逐层扫描对患者的射线辐射剂量会比较低。

但是，CT螺旋容积扫描是采集影像数据的最佳模式，通过这种模式采集到的数据更具连续性，扫描时间更短，而且这种扫描模式还可以对影像进行重叠重组。因此在日常工作中，应综合考虑各因素选择合适的扫描模式。与此同时，CT扫描时间的选择应该限制在可以做出准确诊断的最小时相阶段内，最大程度的避免不必要的重复扫描[8]。

1.6 降低图像噪声算法

对CT扫描过程中所采集到的影像原始数据或重建后的图像数据进行处理，可以降低图像的量子噪声比。使用优化的的降噪程序，平滑消除图像的随机噪声的同时保留微细结构和细节，可以获得满意的图像质量效果，同时又能降低受检者所接收到的射线辐射剂量。有研究发现，选择使用25%～45%的图像迭代算法进行脑部CT扫描，可获得与常规扫描相同质量的图像，同时将受检者所接收到的射线辐射剂量有效降低35%以上[9]。在对婴幼儿进行脑部CT检查时，应首选30%左右的迭代算法等级。有研究表明，在人体颞骨CT检查中使用合适的迭代算法，可以使受检者所接收到的X射线辐射剂量降低60%以上[10]。

1.7 受检者辐射敏感器官保护

人眼睛的晶状体和甲状腺等器官是对射线辐射比较敏感的器官，目前许多研究者都在考虑如何降低颅颈部的射线辐射剂量。方法主要有3种：① 改变传统基线扫描，避免让患者的晶状体暴露在射线照射的范围内；② 通过优化降低射线球管的管电流；③ 利用防护器材进行防护。有研究者在选择相同的管电压和管电流的情况下，对不同的颞骨扫描模式算法重建图像质量与射线辐射剂量进行对比分析[11]。实验结果表明，当选择常规的头颅听眦线为扫描基线时，受检者在矢状面上的整体扫描有效剂量为2.65 mSv，晶状体的射线辐射剂量为60.3 mGy，分别是CT螺旋容积采集扫描模式的2.16和2.39倍；当选择人体听鼻线为扫描基准线时，可以将受检者的晶状体平移出扫描区域覆盖范围，使晶状体射线辐射剂量降低20.6 mGy以上。

对受检者头颅副鼻窦区域的扫描需覆盖了从硬腭口咽部到额窦的区域，受检者的晶状体将不可避免地暴露于扫描辐射区域内。有研究者通过降低射线球管的管电流、管电压从而降低射线的辐射剂量，例如将球管的曝光量设定为80～120 mAs[12]。还有研究者通过优化CT图像迭代算法等级，将曝光电流减少到60 mAs，同时能够获得比较满意的CT图像质量[13]。有研究者使用屏蔽材料对受检者的晶状体进行遮盖保护，采取CT容积螺旋扫描方法在患者的冠状位、矢状位以及横断轴位像上获得质量良好的图像[14]。因此，在CT扫描中采用屏蔽材料对射线辐射进行防护是切实可行的，它能够使受检者晶状体射线辐射剂量降低50%。

临床中常对受检者采用眼睛铋屏蔽方法，可降低60%以上的射线辐射剂量，但部分患者会有不适感，而且在头部眼眶区域的条带状放射伪影会比较明显。因此，在实际情况中应合理优化检查方法，例如在听呲线区域而非集中在人体眼部对受检者采用铋屏蔽材料器材进行防护，以减少对人体晶状体部位的射线辐射剂量。但对于受检者眼眶区域如泪腺、视神经、上下内外直肌以及眼球内病变，使用屏蔽防护材料会导致条索状放射状金属伪影的出现从而影响临床诊断效果。

1.8 针对特殊解剖结构合理优化选择

人体头颅颈部器官具有独特的特征，在临床工作中可根据不同部位的解剖特点，灵活选择制定扫描参数。与颞骨和头颅相比较，鼻窦含气量比较丰富，所以鼻窦对X射线的衰减量会比较小，相应产生图像的噪声比较小。由于含气的窦腔与鼻窦骨壁形成一个良好的对比度，这使得鼻窦CT检查中使用较低的X射线照射辐射剂量即可获得符合诊断要求的图像质量。有研究者选取了60例接受CT检查的鼻窦炎患者，平均分为6个小组，分别使用不同的管电流进行CT扫描图像信息采集，经过统计学分析，6个小组的图像质量无明显差异，但相对于高电流，采用低电流时受检者的射线辐射剂量减少了90%以上[15]。

2 总结讨论

临床工作中影响多层螺旋CT射线辐射剂量的因素多而复杂，随着现代医疗水平飞速的发展、设备软硬件的不断更新升级，多层螺旋CT成像技术也在不断变化。随着128层、256层和640层极速多层螺旋CT的不断出现和设备探测器宽度的不断增加，X射线的利用率也越来越高。对于头颈部等较小范围的扫查，如何选择合适的探测器组合显得尤为重要。目前将CT图像重建迭代算法应用于人体大脑以及颌面部扫差的报道很多，但人体颈部软组织图像重建研究却较少。CT设备操作使用者所要面对的新问题就是如何合理优化选择图像迭代算法的适当等级，以快速实现与滤波反投影算法相同的图像质量，并且在重建后的影像中不出现明显的蜡像状伪影。

国际放射防护委员会将人体眼睛晶状体组织的辐射阈值调整为0.5 Gy（以前的国际通行标准为2.0 Gy），设备操作使用者应合理设置扫描参数、选择合适的扫描位置范围，并充分的利用射线防护器材对受检查者进行必要适当的屏蔽防护，以有效减少降低患者眼睛晶状体所受到的射线辐射剂量。

总之，作为设备操作者，在日常工作中要充分考虑人体头颈部解剖结构的特点，制定合理的扫描单元计划，尽可能的对具体的扫查部位进行个性化定制。在扫查中需要遵守射线使用正当性和防护最优化原则，既要达到诊断的目的，又要把射线辐射剂量控制在最低水平。操作者还需要充分利用多层螺旋CT的优势，深入了解管电流、螺距、层厚相互之间的关系，科学地设置扫描参数，在保证二维和三维图像质量的同时减少剂量长度乘积值。通过上述措施，使X射线辐射照射保持在可以合理达到的尽可能低的水平，即严格遵守辐射防护最优化原则（As Low As Reasonably Achievable，ALARA)。

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

[2] Leswick DA,Hunt MM,Webster ST,et al.Thyroid shields versus z-axis automatic tube current modulation for dose reduction at neck CT[J].Radiology,2008,249(2):572-580.

[3] Kalra MK,Maher MM,Toth TL,et al.Strategies for CT radiation dose optimization[J].Radiology,2004,230(3):619-628.

[4] Kalra MK,Maher MM,Toth TL,et al.Techniques and applications of automatic tube current modulation for CT[J].Radiology,2008, 252(8):749-757.

[5] Stovis TL.The ALARA concept in pediatric ET: myth or reality[J].Radiology,2002,4(1):5-6.

[6] Berrington de Gonztilez 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(22):2071-2077.

[7] 白玟,郑钧正.多排(层)螺旋CT辐射剂量表达及其影响因素探讨[J].辐射防护,2008,28(1):1-12.

[8] Shortt CP,Fanning NF,Malone L,et al.Thyroid Dose During Neurointerventional Procedur: Does Lead Shielding Reduce the Dose?[J].Cardiovasc Intervent Radiol,2007,30(5):922-927.

[9] Mazonakis M,Tzedakis A,Damilakis J,et al.Thyroid dose from common head and neck CT examinations in children: is there an excess risk for thyroid cancer induction?[J].Eur Radiol, 2007,17(5):1352-1357.

[10] Bor D,Toklu,Olgar T,et al.Variations of patient doses in interventional examinations atdifferent angiographic units[J]. Cardiovasc Intervent Radiol,2006,29(5):797-806.

[11] Shortr CP,Fanning N,Malone L,et al.Radiation protection to the eye and thyroid during diagnostic cerebral angiography: a phantom study[J].J Med Imaging Radiat Oncol,2008,52(4):365-369.

[12] Dauer LT,Casciotta KA,Erdi YE,et al.Radiation dose reduction at a price: the effectiveness of a male gonadal shield during helical CT scans[J].BMC Med lmaging,2007,16(8):165-169.

[13] 刘昌盛,魏文洲,郑晓华,等.低剂量CT扫描对婴幼儿颅瞄病变的诊断与防护价值[J].中国医学影像技术,2004,20(1):103-104.

[14] 郑敏文,赵宏亮,徐健,等.多层螺旋CT主动脉低剂量与常规剂量扫描的对照研究[J].中国医学影像技术,2008,24(3):443-446.

[15] 强勇刚,张秀萍,廖永华,等.论“放射防护学”课程在医学教育中的地位及作用[J].中国高等医学教育,2007,(3):443-446.

Progress in Research on Related Technology of Intacranial and Neck Low-Dose CT

TANG Su-qiong1a, LI Bin1b, JI Liu-zhou1b, HUANG Hua-ming2, Fujii Keijiro3, Onoama Yoshi3
1. a. Department of Anus & Intestine; b. Depart ment of CT, Xiaogan Central Hospital, Xiaogan Hubei 432000, China; 2. School of Basic Medical Sciences, Peking University Health Science Center, Beijing 100191, China; 3. Prefecture Chiba Prefecture Funabashi Medical Center, Tokyo Japan

With the rapid development and popularization of multi-slice spiral CT imaging technique, CT examinations were more and more widely applied clinically. How to use low X-ray radiation dose to obtain high-quality CT images has always been the focus in the medical field. This paper introduced the basic concept of low dose CT technology and its application in intracranial and neck imaging. Key words: low dose computerized tomography; X-ray; radiation dose; scanning protocol

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.11.020

1674-1633(2016)11-0081-03

2015-09-25

2015-10-29

吉六舟，主任医师，研究方向为分子影像学与X射线辐射防护。

通讯作者邮箱：hubeixiaogan@126.com