肺部低剂量CT的应用进展

葛虓俊 综述 滑炎卿 张国桢 审校

在肺部疾病的多种检查手段中,CT无疑是最敏感、最有价值的方法之一,特别是随着多层螺旋CT的发展,其时间分辨力、空间分辨力及密度分辨力均有不断的改善,加上计算机软件的发展和多种图像后处理技术的完善,为肺部疾病,特别是小肺癌的早期发现、早期诊断和早期治疗提供了坚实的技术。但是,随着螺旋CT扫描层数由过去的单层发展到现今的64层,和双源多层螺旋CT,其X线辐射剂量也不断增加。因此,既能保证影像质量,又能降低患者的受照剂量的CT扫描方案,成为非常重要的问题,越来越受到广泛的重视。

1 低剂量胸部CT的应用价值

国际放射防护委员会(International Commission on Radiological Protection,ICRP)1997年提出X线活动三原则,即实践正当化、辐射防护最优化、个人计量限制值,并且呼吁在放射学检查中遵循“合理使用低剂量(as low as reasonably achievable,ALARA)”的原则。然而目前的状况却是:多层螺旋CT的普及率越来越高,临床上应用范围越来越广,患者接受CT检查的概率及频率越来越高,使得患者接受的X线受照剂量成倍增加。虽然一次CT检查的X线辐射剂量仍处于国际规定的安全范围内,但是X线对人体作用过程中产生的生物效应而造成人体伤害却是不争的事实,特别是其致癌作用对人类的健康形成了巨大威胁。据推测[1]全世界每年有成千上万的患者潜在地死于因CT检查而诱导的各类癌症,因此CT已经成为医源性放射性损伤的主要源头。可是大多数医师却忽视了诊断性CT检查的辐射剂量所致的风险,缺乏患者一次检查所能接受多少辐射剂量的专业知识,一味追求图像的清晰。当然,降低辐射剂量会增加影像的噪声,但是只要不影响诊断质量就应该接受,放射科医师要学会容忍图像中存在一定的噪声伪影。

Naidich 1990年首次提出低剂量CT的概念,即在其他参数不变的情况下降低管电流进行扫描,12名患者经10mA管电流与常规140mA扫描后图像比较,尽管纵隔区噪声和伪影增加,但仍可显示肺的正常和病理特征。一般认为,被检查者所接受的剂量较常规剂量降低20%以上,才能被确认为剂量降低。为了努力降低受照剂量,各种新的技术及装置被不断地开发出来,如固体探测器、新颖的过滤板、剂量保护装置、心电门控技术以及各类降低噪声、抑制伪影的软件等,胸部低剂量CT扫描方案也是其中的一种。胸部低剂量CT扫描方案是通过优化扫描参数,改变管电流、管电压和螺距等来降低辐射剂量,早期主要应用于体检CT及婴幼儿CT扫描。依据放射理论,管电流及扫描时间与辐射剂量成正比,故管电流降低,螺距升高,可使辐射剂量降低,此时图像噪声增加,由于高噪声对高对比图像的影响小于低对比图像,肺的平均CT值在-800～-850Hu,肺内病灶的平均CT值在20～50Hu,呈高对比影像,这使得病变在肺组织中要比在实质脏器中更易显示,不受噪声的干扰,因此在一定范围内降低管电流并不影响在肺窗上对病变的观察,还可大幅度降低辐射剂量,使患者获得更优化的放射防护[2]。此外,低剂量CT的应用可以增加CT球管的使用寿命,从而极大地降低CT检查成本。

2 低剂量CT的获得

X线的辐射剂量主要由球管电压和管电流所决定,因此降低管电压及管电流是获得低剂量CT的2条主要途径。

2.1 降低管电压 X线的质是由管电压决定的,降低管电压可以影响X线的辐射剂量。改变管电压可影响X线对人体组织的穿透性,从而影响各种组织的图像质量。X线照射人体后,与人体组织发生光电效应和康普顿散射效应,管电压降低,X线光子能量降低,更接近含有高原子序数元素的组织与结构(如骨,钙化,含碘剂的组织或血管),此时光电效应增强,CT值升高。故降低管电压的方法更适用于CT血管成像,既可以降低辐射剂量,又可以减少对比剂的用量[3]。

2.2 降低管电流 X线球管电流决定了阴极灯丝发射电子的数量,也就是X线的量,即管电流愈大,阴极发射的电子数愈多,电子撞击阳极靶的X线剂量也愈大。大多数研究都关注于降低管电流上。目前,有以下2种方法来降低管电流。

(1)固定毫安秒:是指降低的毫安在整个扫描过程中固定不变。该方法是目前低剂量CT研究中最常用的方法。许多报道[4～6]均认为50mA是一个较为稳定的低毫安界限值。≤20mA时伪影增多,从而影响病变的检出。因此认为,管电流50mA,螺距为1是发现肺结节的可靠条件组合。当螺距为2时,影像噪声伪影增多,使≤5mm的肺结节显示率有所下降。

吴晓华等[7]利用CT扫描机自带的剂量测量显示功能,采用8层螺旋,重建层厚 7.5mm,层间距 7.5mm,螺距 1.35,120kV,重建29层胸部影像。在常规管电流(130mA)扫描时,容积 CT剂量指数(volume CT dose index,CTDIvol)为6.15mGy;在50mA及30mA时,CTDIvol分别为 2.48mGy和1.13mGy,是常规剂量的38%和23%,即低剂量30mA时的剂量仅为常规剂量的1/5,符合放射防护最优化的原则。并且发现在低剂量CT(曝光条件为标准CT方案的10%～25%)时,结节的发现率没有明显的降低。

在＜20mA的超低剂量CT研究中发现:＞5mm的结节均可显示;＞10mm的结节与标准剂量CT检查结果无明显的统计学差异;＜5mm的结节 23%可清晰显示,74%与标准剂量CT检查结果一致,但结节特征的显示不如低剂量CT。

(2)自动毫安秒:目前最新的多层螺旋CT中都配备了自动曝光控制装置(automatic exposure control,AEC)。AEC装置是指球管在曝光过程中随时自动地调节管电流以适应患者的体形、密度,在保证影像质量的前提下,以尽可能低的辐射剂量来完成扫描。应用该装置减少了固定毫安秒中因管电流始终不变而形成的多余射线量,提高了射线的利用效率,充分体现了射线防护的最优化原则,但也使得对辐射剂量的评估变得更为复杂。

为了更好地估算和标准化测量CT辐射剂量,同时兼顾沿Z轴并随层厚变化的散射线量,而推出了CT剂量指数(CT dose index,CTDI)的概念。美国FDA的定义:与扫描层厚有关,一次连续扫描14层所测得的局部剂量率,称为CTDIfda。由于射线在体模中的分布是不均一的,外周要高于中心2倍,因此CT加权剂量指数(weighted CTDI,CTDIw)被用来表述所有范围内的平均CTDI。再将CTDIw除以螺距得出容积CTDIvol[CTDIvol=CTDIw/pitch],由于 CTDIvol能更合理,更准确地对CT辐射剂量进行标准化的评估,而被越来越广泛地应用于实践中。

关于AEC的应用,目前有2种方法来实现。①有效毫安秒:是指在扫描前设定一有效毫安,扫描时以此毫安为标准,根据患者的体形及组织密度进行管电流的调整。Brink[8]的研究采用配备有效毫安秒的AEC装置,对创伤性患者行胸腹联合扫描,并对患者双臂不同位置产生的射线剂量进行比较。扫描时有效毫安秒预定为200mAs,管电压120kV,螺距 0.45～0.5,结果显示,双臂上举时有效剂量最少为18.6mSv,单臂上举时有效剂量上升18%,双臂置于躯体两侧时有效剂量上升45%。这表明AEC装置能很好地根据患者的实际情况来调整管电流,从而减少不必要的辐射剂量。②噪声指数(noise index,NI):反映的是图像质量,扫描前预设一噪声指数,使扫描时在保证预设图像质量的前提下自动地调节管电流。与有效毫安秒法相比,噪声指数法更关注于图像质量。所以在体形肥胖的患者中,其毫安值降低不如瘦小者明显,如果NI不够低,则剂量的降低往往也不够明显,因此NI的设定尤为重要。在彭芸[9]的研究中,采用64层MSCT的AEC自动调节管电流技术应用于年龄＜3岁的婴幼儿胸部CT扫描中,结果发现该技术可以在降低射线剂量的基础上获得稳定的图像质量,NI设定在8或9较为适宜。

总之,AEC装置在保证图像质量的前提下优化了X线辐射剂量的配置,具有很好的应用前景,此装置的不断完善及在临床上的应用情况,特别是低剂量胸部CT的应用,需要在实践中进一步研究及评估。

3 低剂量CT在肺癌普查中的应用

肺结节是早期肺癌的主要表现形式,因此肺结节的早期检出对肺癌的早期诊断、治疗有着非常重要的价值。既往肺癌普查主要依靠X线胸片来检出结节,其敏感性远不如胸部CT。传统 X线平片的有效剂量是 0.3～0.55mSv,标准剂量(200mA)CT的有效剂量是3～27mSv[10],相当于X线胸片的10～100倍。而低剂量胸部CT(25mA)的有效剂量是0.3～0.55mSv,较标准剂量胸部CT的辐射剂量降低2～10倍[6],接近X线胸片剂量,但敏感性和特异性大为提高。

研究表明[11～13],低剂量CT的肺结节检出率与结节的大小有关。当结节直径＞5mm时与标准剂量CT之间的差别无统计学意义,敏感度达100%;肺结节直径≤3mm的检出率较标准剂量低10%;对肺尖≤5mm的结节发现率仅为42%。但总体来说,低剂量CT对肺结节的检出与标准剂量CT之间无明显差异。因此,采用低剂量CT进行肺癌普查既满足了图像的诊断要求,又降低了X线辐射剂量。Kaneko[14]最早采用低剂量CT进行肺癌普查,发现了更多的早期肺癌,使Ⅰa期肺癌的发现率从35.1%上升至93%。1998年Sone[15]报道应用低剂量CT普查肺癌的发现率为0.48%,而同一地区相同人群中用以往标准进行大规模普查肺癌发现率仅为0.03%～0.05%,低剂量CT普查发现肺癌的比例比X线胸片高了近10倍。由此可以证明低剂量CT扫描对早期肺癌确实是最有效的影像学检查方法。

4 低剂量HRCT在肺部的应用

高分辨力CT(high-resolution computed tomography,HRCT)能获得具有优良空间分辨率的肺部图像,在肺部疾病诊断中有举足轻重的地位。传统HRCT是在常规CT扫描基础上重新配置扫描参数,再行大矩阵、高电压、薄层及骨算法获得。低剂量HRCT是在其他条件不变的情况下以降低管电流来大幅度降低辐射剂量。有研究对低剂量HRCT在弥漫性肺疾病及孤立性肺结节的显示功效做了评估。结果显示,在弥漫性肺疾病中低剂量和常规剂量HRCT在显示肺气肿、磨玻璃影、实变及小叶间隔线方面无明显差异,但在显示支气管扩张、蜂窝及胸膜下线方面以常规剂量HRCT显示效果较好[16]。在孤立性肺结节中,两种剂量的 HRCT在显示结节的分叶、毛刺、支气管征、胸膜凹陷征和血管集束征方面有良好的一致性[17]。因此,对临床怀疑弥漫性肺疾病或孤立性肺结节的患者可以用低剂量 HRCT在肺窗上对病灶形态行初步观察。

5 低剂量CT在其他肺部疾病中的应用

不仅在肺结节中,在其他肺部疾病中低剂量CT也有了一些尝试。如Heyer等[18]对11例患有慢性感染性肺间质疾病的儿童(8个月到16岁)行低剂量CT(20mA)引导下经肺穿刺活检,所有穿刺操作均获得成功,仅1例出现轻微的气胸(自行吸收)。这表明低剂量CT不仅可以作为检查手段,也可成为介入治疗手段。在Heyer的另一项研究中[19],对CT肺动脉造影成像的患者分别以120kV(30例)和100 kV(30例)2种管电压进行扫描,结果显示,以100kV扫描的患者有效辐射剂量明显下降,其图像质量与120kV的无明显区别。

综上所述,遵循国际放射防护学原则,通过合理地优化扫描参数,可以大幅度降低胸部CT的辐射剂量,而不影响影像诊断质量。其不仅在胸部,而且在骨骼、鼻窦、血管造影中均有着广泛的应用前景,但是有些方面还处于起步阶段,这需要大家不断深入地研究及完善,根据不同的检查部位、器官及目的,制定出最佳的、具有个性化的扫描方案来满足于广大患者的需求。

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