儿童CT检查辐射剂量最优化问题初探

邢点金 范晨烨 刘 昊 鲁 雯

山东第一医科大学(山东省医学科学院)放射学院，山东 泰安 271016

X射线计算机断层扫描(computer tomography，CT)在目前医学诊疗中的应用非常普遍。作为一种新型的治疗手段，CT具有独特的原理，因此有着极其广泛的适应症且疗效显著，但在治疗疾病时存在副作用以及电离辐射的影响，因此CT治疗的辐射剂量的研究受到非常大的关注。CT检查引起的照射会增加发生潜在疾病的风险，特别是对辐射敏感的儿童，尤其是正处于生长发育期的幼儿，细胞分裂更新速度和范围明显高于成年人，所以对X线的敏感性也远远高于成年人，同样的照射剂量下儿童会有更高的患病率与致死率，而我国多数儿童医院CT扫描参数或条件并未单独设立儿童标准，因而对儿童CT检查辐射剂量的影响因素分析是必不可少的。

1 影响 CT辐射照射剂量的因素

影响CT照射剂量的因素有很多,主要有以下几个因素:①CT操作者的因素例如扫描的技术参数、扫描层数与方式、螺旋系数,防护是否到位，是否与患者进行有效的沟通；②受检查者的因素，例如接受检查前的准备工作,检查时配合程度；③CT机器本身的因素:包括机器的性能，CT球管、CT的准直宽度，CT滤线器，探测器等[1]。

2 儿童自身特点对辐射剂量的影响

儿童作为一个特殊的群体，正处于身心生长发育的关键时期，活泼好动，在检查中不能听从检查人员的指令从而增加检查的困难性，以致过长的检查时间，因而加大了辐射照射剂量。为提高影像质量，需要检查人员针对不同年龄段的儿童采取不同的检查方法，及时与家长进行良好沟通，让家长参与配合，避免重复检查。

Lodwick等[2]采用一种自动软件工具评估CT对患者的辐射剂量，将16岁以下患者按体重指数(BMI)归类为超重/肥胖组别后进行头部、胸部、腹部以及骨盆CT扫描，得出结果超重/肥胖患者的头部CT的辐射剂量与正常体重患者相似，但胸部的辐射剂量更高，所以超重/肥胖增加了高剂量胸部CT的发生率。超重/肥胖儿童因CT成像而承受较高的辐射剂量，超重/肥胖是值得考虑的剂量影响因素之一。

Kocyigit等[3]学者用回顾性方法分析治疗中心5年内收治的小儿轻度颅脑外伤患儿的临床资料，来探讨临床风险分类对儿童轻度外伤CT扫描基本原理优化的影响，并对CT扫描暴露的有效辐射剂量值进行了评估。研究者根据预先确定的症状和体征，将患者分为低危组和高危组，计算了有效辐射剂量值。结果:低危组(10例)1.9%，高危组(90例)29.8%，与创伤相关的病理CT表现有显著性差异。某些预先确定的体征和症状(如呕吐、疑似颅骨骨折和意识丧失)与外伤的病理CT表现显著相关。最终得出：高危组轻度颅脑损伤患儿及呕吐、疑似颅骨骨折、意识丧失患儿行头颅CT扫描，应修改儿童CT扫描仪的设置参数，以减轻不适的辐射暴露。

Tsujiguchi[4]以753例患者的CT检查数据为基础，采用体型特异性剂量估计方法(SSDE)，结合患者年龄和体型计算暴露剂量，对有效剂量进行评估。结果证实，在其医院使用的CT系统中，测量的体积CT剂量指数(CTDI)与剂量报告的CTDIvol之间的误差非常小。对于使用电离辐射的CT，必须仔细制定标准。为了减少对CT的暴露，已经考虑了各种策略，例如制定一种考虑到患者年龄和体型的成像方案，在减少CT扫描次数的情况下进行超声检查，并考虑省略简单增强CT。SSDE不仅可能提高CT暴露的风险预测，而且可同时保持诊断的质量。减少CT上曝光的技术包括CT自动曝光控制图像重建、低管电压技术和逐次逼近方法[5]。通过将SSDE纳入这些技术中，个别患者量身定制的低暴露诊断方法的实施成为可能。

3 CT检查中的辐射防护正当化及最优化

CT检查受检者的辐射剂量主要受扫描的技术参数如管电流、管电压等的影响。

3.1 管电流

漆赤[6]通过对体膜及配制的15管不同浓度的溶液(不同管电压及管电流的参数组合)进行多参数扫描，根据不同扫描条件下的物质CT值的变化趋势得出在相同管电压条件下，在管电流不断增大的情况下，图像噪声值逐渐减小，图像质量提高，而降低管电流在不影响图像质量的情况下进行扫描和成像，可以显著降低患者的辐射剂量。

自动管电流调制技术(automatic tube current modulation，ATCM)是根据受检解剖结构的衰减特性来调控管电流的输出从而优化辐射剂量兼顾图像质量的先进技术。孙飚[7]学者通过选取120例需要进行胸部CT扫描患儿，将其随机分为两组，实验组使用自动管电流调制技术，对照组使用固定管电流常规扫描技术，记录每次CT扫描质量指数，计量长度乘积，结果得出自动管电流调制技术可以提高图像质量，降低辐射剂量，在儿童胸部CT扫描应用上具有较高的临床价值。

意大利的Granata[8]用多层螺旋CT扫描仪，将儿童分为3个年龄组对其进行头部、胸部和腹部的研究，并记录其CTDIvol、SSDE、剂量长度乘积(dose length product，DLP)和总的DLP，这些数据与意大利成人的数据进行比较，多因素分析评估CTDIvol与患者特征和扫描方式的相关性，得出引用特定尺寸的CT协议，可以更好的优化儿童辐射剂量，引用迭代重建技术和管电压自适应技术可以较好地实现这一目的。

3.2 管电压

儿童CT检查的辐射剂量也随管电压的变化而变化，降低管电压可降低辐射剂量且无信噪比的降低[9]。

袁颖等[10]学者对胸部仿真模体行CT扫描时，探讨管电压的变化对图像质量及辐射剂量的影响，得到患者的辐射剂量随着扫描管电压的增高而降低。在其他条件不变的情况下，KV值为60, 80,100,120时，透射剂量分别为9.12, 11.68，15.34，21.43μGy。因此，降低管电压，可以相应的降低辐射剂量。

自动管电压调制技术可根据被检体的前后径、左右径以及射线衰减特性，自动选择适合的管电压值。避免体厚过大或过小造成的不适当辐射能量，是一种较高智慧技术。

3.3 迭代重建技术

迭代重建技术在头颈部、心脏以及胸腹部等多个重要领域取得了广泛的临床应用。迭代重建算法是通过若干次迭代，逐次对待处理的图像进行改善，可以在高对比度下提高空间分辨率，在低对比度下降低噪声。

2008年，GE公司推出基于系统统计模型的自适应统计接待重建技术(adaptive statiscal iterative reconstruction，ASiR0)，可以显著降低重建图像的噪声，改善图像质量，同传统FBP(滤波反投影算法)相比，下降了约50%的辐射剂量[11]。

采用GE Revolution CT对120例患者进行分组后行胸部CT平扫，分别设定不同权重的ASiR- V进行扫描后比较图像质量的组间差异。得出结论：前置ASiR- V可以在保证图像客观指标的前提下降低辐射剂量;当其权重为40%时,辐射剂量明显降低,且能最好的应用于临床[12]。

王强等[13]先采用对照试验的方法，用GE Healthcare Optima CT660扫描仪对100例胸部MSCT扫描患儿做ASiR- V技术的研究，发现使用此技术检查时患儿所受最低有效辐射剂量(effective dose，ED)为1.36 msV, 而此时对照组的辐射剂量为4.25 msV。因此这个技术可以降低儿童的辐射剂量。且随着ASiR- V的增加图像噪声减低，可以获得更佳的图像质量。Arapakis等[14]在腹部CT成像方面得到了同样的结论。

Podberesky[15]通过两样本t检验和方差分析评估滤过反投影重建技术(FBP)和降低自适应迭代剂的3D重建技术(AIDR)对儿童和青少年CT小肠成像影像质量和辐射剂量差异的诊断性能。评估针对所有权重的平均具体剂量，AIDR3D组(6.1±2.1 )mGy明显低于FBP组(16.7±5.2) mGy(P<0.0001)，而客观影像噪声在两组间差异无统计学意义。因此低剂量CT小肠成像AIDR 3D重建技术比FBP重建技术辐射剂量更低，并可同时保持高诊断性能。

张祺等丰[16]学者在临床上采用ATCM技术结合ASIR重建技术对30例患儿分2次行腹部CT扫描，通过对照实验得出在配合自动管电流调节技术(ATCM)条件下应用自适应统计迭代重建(ASIR)技术可以进一步减低辐射剂量且不影响图像质量。

据Amisha[17]的最新研究表明，ASIR降低了儿童下肢CT检查的放射剂量，但图像清晰度和诊断可接受性评分显著下降，因此对于儿童CT检查不同部位ASIR的使用应该与其偏好相平衡，以及在特定的解剖部位比较不同的软件技术和对ASIR的进一步研究，都是有必要的。

在超低辐射剂量下，CT图像获得小儿先天性心脏病高质量诊断仍具有挑战性。Zheng等[18]学者探讨了应用迭代重建技术对儿童心血管CT血管成像进行前瞻性心电图的高螺距螺旋采集的可行性和图像质量。方法是对62例2岁以下先天性心脏病患儿随机分为2组后，进行前瞻性心电图高螺距螺旋双源CT采集，对两组患者的有效辐射剂量也进行了估计，发现衰减结果没有显著差异，经迭代重建后节省剂量53.8%。结论：在有效辐射剂量<0.1 mSv的儿童心血管CT血管成像中，高螺距螺旋采集、低管电流、迭代重建联合应用可提供高质量的诊断图像。

3.4 线束准直、床的速度和螺距

对于单层螺旋CT，在其他条件不变的情况下，剂量与管电流和时间乘积成正比，与螺距成反比。而在螺旋CT中必须同时考虑螺距床的速度、线束准直。有研究[19]表明，对于LightSpeed 16层螺旋CT来说，螺距与辐射剂量的关系同单层螺旋CT基本相同(dose∝mAs/pitch)，系螺距增加会使辐射剂量以相同比例下降，为保证图像质量，应增加mAs作为补偿，而对于Sensation 64层螺旋CT来说，mAs会随螺矩的变化自动调整，因此不同螺距的辐射剂量基本相同。日常操作中管电流的调定须同时考虑机型和螺距的变化。

4 辐射防护

对儿童胸部CT扫描时，铅衣能有效的保护腹部，尤其是包裹式的屏蔽措施。以无屏蔽时的测量结果为参考值，覆盖屏蔽可降低结肠剂量26.2%,降低男性睾丸和女性卵巢剂量为55.9%和19.7%，而包裹式屏蔽可降低结肠剂量约41.2%，降低男性睾丸和女性卵巢剂量约为72.1%和35.6%[20]。

头部和胸部是儿童接受X射线CT检查的最常见和次常见体位,相应的非扫描区域内的辐射敏感器官需要开展屏蔽防护。在自动管电流调制模式下行螺旋扫描时,屏蔽物过分接近扫描区域反而会增加受检者扫描野内的器官剂量并形成伪影,应在隔开扫描野下缘一段距离处放置屏蔽物；而在步进式轴扫描时,应尽量接近扫描野下缘,以获得最佳的屏蔽效果。

Strauss[21]假设儿童CT设施优化了CT协议，通过回顾性研究(患者平均年龄12岁)，使用来自国家放射学数据登记处(2016—2017年)的数据评估3种检查类型:脑平扫、胸部平扫、盆腹腔静脉造影增强；采用了6个不同剂量组，分析了体积CT剂量指数(CTDI)、体型特异性剂量估计方法(SSDE)和剂量长度积(DLP)3种剂量指数，分别比较不同规模类别的儿科学术机构和其他机构的平均剂量和方差。得出结论儿科学术机构在颅脑检查及大部分胸部盆腹腔检查中均采用较低的CT辐射剂量，与非学术儿科或成人机构相比变化较小。同时建议每个机构向其放射科医生、技术人员和医学物理学家组成的团队收集信息，以便将患者的CT剂量指数与本次全国调查中的值进行比较。

对于儿童辐射防护方面，德国辐射保护协会与临床专家一起制定了放射诊断程序指南，美国儿童放射协会提出儿童CT的使用指南和建议，日本尚未就电离辐射在诊断放射学中的应用的临床指南达成共识，还未有标准化的儿童CT临床指南，但2016年出版的机械成像指南包含了更多儿童影像学内容[22]。

5 结论与展望

CT检查技术不断提高的同时，应重视辐射剂量对受检者的影响，尤其是对辐射敏感的儿童。对于医院而言，应制定完全的操作流程，并做到强有力的监管，确保患儿与操作人员避免不正当照射。对于操作人员，应严格执行操作流程，熟练掌握专业技能，根据患儿的不同症状，进行灵活处理，优化CT扫描参数，使其符合正当化和最优化原则，有效降低放射工作人员和受检者的X射线辐射影响。对于家长，应积极配合操作人员以便减少患儿自主或不自主的活动，减少重复照射。此外，对公众开展辐射防护基本知识的教育，提高其自我保护意识，尽量避免受检者的不必要辐射。此外许多临床问题可以用其他成像方法来解决，如超声或磁共振成像(MR)，以避免使用电离辐射。儿童急性腹痛的常见原因如阑尾炎和肾结石，可以通过超声波诊断，此外，MR肠成像在评定小儿炎症性肠病方面已经基本取代了CT肠成像。综上所述，决定采用CT或其他成像方法，最好与相关患者密切协商，以确保临床问题得以充分解决。