低剂量CT扫描技术研究进展

王宝华，仝金凤

随着医学影像技术的飞速发展，CT设备快速更新换代，近几年先后应用于临床的64层以上多层CT（MSCT）、双源CT（DSCT），使CT的成像质量不断提高，应用范围日益扩大，极大地促进了临床医学发展。与此相伴随的是受检者接受的X线辐射剂量也大幅度增加，降低CT扫描辐射剂量越来越受到医疗界乃至全社会的关注。现就近几年国内外低剂量CT扫描研究的现状综述如下。

1 低剂量CT扫描的概念

低剂量CT扫描技术可分为基本技术和次级技术。基本技术是指非调制性的固定电流时间乘积的降低，即低mAs。次级技术包括Z轴电流调制、X-Y-Z轴电流调制等技术。适当低剂量CT扫描与常规剂量CT扫描相比，两者间成像的分辨率、对比度、清晰度、伪影等无统计学差异[1，2]。降低CT辐射剂量的方法首先是生产厂家硬件设计的优化、软件的开发和升级，如由螺旋扫描方式回归为体层扫描方式，有回顾性心电门控改为前瞻性心电门控，还有“刀锋准直器”、能量钝化技术等，可以使CT检查的辐射剂量大大降低，目前主流的MSCT，由于硬件性能改进、软件算法的改善，与早期相比使受检者辐射剂量明显降低。其次是个性化剂量管理，包括检查技术的优化和改进、个性化选择扫描参数（管电压、管电流、曝光时间、螺距、准直宽度、扫描视野及Z轴扫描覆盖范围等）。两者相结合才能最大限度地降低受检者的辐射剂量。在CT设备一定的情况下，与辐射剂量相关的因素主要包括管电压、管电流、曝光时间、螺距、准直宽度、扫描视野及Z轴扫描覆盖范围等,国内目前研究和应用最多的低剂量扫描技术是降低mAs。一般认为腹部扫描低于200 mA即为低剂量[3]。有作者建议将低剂量扫描技术分为最低剂量和次低剂量，胸部最低剂量5～6 mAs[4，5]，但这种最低剂量只适用于极廋小且只要观察肺实质的患者；次低剂量即符合临床应用的低剂量，大多数学者认为20～50 mAs是临床应用的理想范围，其具体的应用应根据设备和目的的不同而加以调整，如在8层CT上，30 mAs可作为肺结节的筛查条件，而在16层CT上20 mAs就足够了，到了64层CT，15 mAs就可以获得满意图像。目的不同扫描条件也应随之变化，如仅用于筛查肺内结节时，由于肺组织密度很低，天然对比很大，可以使用最低的mAs，而如果进行胸壁病变或胸部血管成像扫描，则需要增加扫描条件。

2 低剂量CT扫描的意义

国际放射防护委员会（ICRP）主张，X线检查应遵循实践正当性、防护最优化原则[6，7]。最优化是指以最小的代价和最小的患者接受剂量来获得有价值的影像，进而在进行正确诊断的全部过程中有计划、有系统的活动。ICRP认为，受检者X线辐射剂量每增加1 mSv将增加5/10万的恶性肿瘤发病率。2000年ICRP统计的资料显示，世界范围内的CT检查占放射学检查的5%，但辐射剂量占整个放射学检查的34%，在美国甚至高达67%。CT所引起的电离辐射风险已成为严重的医疗问题和社会问题，按照现在CT应用状况，根据相关数据估算在美国大约1.5%～2.0%的癌症将由CT检查所致[8]。低剂量CT扫描技术的意义首先在于极大地降低了辐射所带来的危害和风险，常规胸部CT辐射剂量大约是胸片的100倍、乳腺片的10倍，与常规CT扫描条件（180～220 mA）相比，胸部低剂量CT扫描使患者所受X线辐射剂量下降了80%甚至更多，接受3～4次胸部低剂量CT扫描，仅相当于1次常规胸部CT辐射剂量；其次，低剂量（低kV）CT扫描在CT血管成像时可降低含碘对比剂用量及注射流率[9]，减少容易产生对比剂肾病的高危患者、年老体弱、心功能不全者等特殊人群由对比剂注入而带来的不良反应发生率；另外，低剂量CT扫描降低了CT球管和探测器的损耗，降低了CT的运营成本。

3 国内外低剂量CT扫描研究的差异

低剂量CT扫描研究在国外始于20世纪80年代后期，在国内此项研究约有10年历史。国外在基础研究方面，拥有完整的研究团队和前沿的设备，参与研究的人员包括影像学医师、技师、工程师、放射防护专家、计算机专家等，涉及医学、物理学、剂量学、放射生物学、工科及理科等多个学科，相互之间分工协作，研究实力强大，在临床应用研究方面，涵盖了胸部、心脏、甲状腺、乳腺、牙齿、椎间盘、泌尿系结石、孕妇必须接受CT检查时胎儿接受辐射剂量等，使该项研究不断向器官、病种细化方向发展，在研究的方法上更加多样化，既有不同设备如PET与CT、SPECT与CT间辐射剂量的对比研究，还有CT低剂量扫描图像与X线平片甚至是MR在病变检出率方面关系的研究，各种检查设备、各种检查条件之间相互验证，能有效地评价CT低剂量扫描的价值。目前国内CT低剂量扫描基础研究较少，临床应用研究方面主要集中于肺部和心脏，尤其是MSCT、DSCT在肺部病变和心脏病变应用时，如何既能保证影像质量又能有效地减少受检者辐射剂量成为研究热点，尚有少量关于副鼻窦、头部、肾脏及输尿管等器官的研究，研究的范畴主要集中在不同扫描参数下CT低剂量扫描影像之间差别的比较。自2007年以来，在中华医学会放射学分会和《中华放射学杂志》的共同倡导和支持下，低剂量CT扫描研究报道日益增多。

4 低剂量CT扫描与图像质量之间的关系

最大限度地降低辐射剂量和尽可能保持良好的图像质量以满足诊断需求是放射科医师最需要关注和必须完成的任务。低剂量CT扫描图像噪声和伪影与设备、扫描参数及患者个体情况有关。首先，X线剂量与图像信噪比为正相关关系，曝光剂量越低，信噪比随之下降越明显。因此，一方面不能一味地降低辐射剂量，同时可通过采用适宜的扫描参数和图像重建方法进行弥补，使其对图像质量的影响降至最低，苏大同等[10]研究证实，软组织算法的图像噪声显著低于标准算法。如纵隔图像应采用软组织算法或平滑过滤重建，而肺图像应采用高分辨率滤过重建；螺旋扫描后轴面图像重叠重建，应用三维重组保留空间分辨率，降低图像噪声以弥补原始图像的不足等。其次，噪声对不同部位组织结构图像质量影响程度不同。对于胸部的不同部位应对曝光剂量进行相应的调整，如肺尖部由于胸壁骨骼肌肉较厚加上上肢的重叠需要较大的剂量才能获得满意的图像，而中下肺野则较低剂量即可满足需求。另外，低剂量扫描图像噪声与伪影和患者体质量指数（BMI）、体型有关，应根据患者的BMI和大致体形（廋、中等、肥胖）适当调整扫描参数。要改变一成不变固定参数的扫描模式，针对不同的CT设备、不同的检查目的、不同患者的个体条件、不同疾病、不同部位来确定合适的低剂量扫描方案和参数，从而实现个性化合理扫描[11]。适度的噪声和伪影是可以接受的，当图像噪声在27 HU以下时，不会对诊断造成明显不利影响，所以设定27 HU为可以接受的噪声值。

5 低剂量CT扫描的主要临床应用

5.1 在肺部病变的应用 胸部低剂量CT扫描技术日臻成熟。肺组织对X线的衰减较胸壁肌肉和骨骼等组织低，低剂量扫描时受噪声的影响相对较小，又由于肺组织结构的特异性，其血管支气管等肺间质以及肺结节与含气肺实质之间存在很高的天然对比，因此肺部病灶筛查较适于低剂量扫描技术[11]。目前比较常用的是肺部体检和结节筛查，但像肺部炎性病变、肺气肿、肺癌等肺内病变的随访、肺转移瘤、胸部外伤、特殊人群（婴幼儿、儿童、孕期妇女、老年人）的胸部检查都应考虑低剂量检查[4]。肺部低剂量CT扫描用于早期肺癌的筛查，其检出率较常规X线高出6～10倍。随着多层CT的发展，重建层厚越来越薄，而且可以根据需要进行回顾性重组，因此，对肺内微小结节几乎可以做到不遗漏。肺气肿、胸部外伤等胸部非肿瘤性病变的低剂量CT扫描也越来越受重视，早期肺气肿常无自觉症状，临床诊断困难，低剂量CT扫描结合肺密度测定是判断有无早期肺气肿的有效手段，可指导患者及早进行治疗及制定预防措施。低剂量CT扫描具有对体位要求低、扫描时间短、可以实时观察等优点，对胸部外伤患者病变检出敏感性和准确性均优于X线胸片。同一时段内重复扫描应强调低剂量，如CT引导下穿刺，除第一次扫描外其余扫描的目的只是定位和发现并发症，可以采用低剂量扫描技术；不同时间段内的重复扫描，如肺结节随访或肿瘤治疗后观察变化等对图像质量要求不高，也可以使用低剂量扫描技术。

5.2 在心脏冠状动脉成像的应用 64层以上 MSCT和DSCT冠状动脉CTA已成为冠心病检查的一项重要的无创性成像手段。在诊断冠状动脉粥样硬化、评价支架术后再狭窄、搭桥血管的评价等方面发挥着越来越越重要的作用。心脏CT成像要求在时间分辨率、空间分辨率、密度分辨率上均达到最佳，因而需要扫描中球管在单位时间内产生较高的射线量，如何保证心脏CT检查的图像质量同时又有效地减少患者接受的辐射剂量，是近几年研究的重点。既往冠状动脉CTA检查中，回顾性心电门控需小螺距重叠扫描，使辐射剂量显著增高，有效辐射剂量显著高于常规冠状动脉造影[12]。不同医疗机构之间冠状动脉CTA辐射剂量差距明显，平均5～30 mSv[13]。受检者接受的辐射剂量除了取决于CT设备固有性能和受检者个体条件外，更重要的是取决于扫描参数的设置和技术操作因素。降低冠状动脉CTA辐射剂量的主要手段包括:在回顾性心电门控螺旋扫描中根据受检者BMI结合胸围个性化选择低管电流，使用100 kVp以下的低管电压，根据心率、心律选择性增大螺距、ECG脉冲调控技术，该项技术是通过X线球管实时监测受检者的心电波形并进行输出调制，在心动周期中有用部分（用于图像重建）使用高毫安输出，而心动周期的其余部分使用低毫安，可以降低约30%～50%的辐射剂量[14，15]；目前，前瞻性心电门控序列扫描模式是研究的热点，该技术采用步进-点射非螺旋扫描方式，结合前瞻性ECG触发，在R-R间期内固定时相触发扫描，下一个心动周期移床，再下一个心动周期采集，64层CT完成冠状动脉扫描需要采集3～4个心动周期的数据，可降低辐射剂量80%左右[9，16-18]，该技术的局限性是扫描不连续，易受心率、心律的影响，不能进行心功能评价，其应用条件是心率70次/min以下且心律比较规整者。DSCT适应性序列扫描技术弥补了上述局限性，且被认为是目前最有效的降低冠状动脉CTA检查辐射剂量的方法[19]，该方法通过增大扫描角度，实现了重建相位调整，可以在R-R间期约±8%范围内选择最佳的重建期相，结合DSCT的时间分辨率优势实现了对高心率患者的检查[20]，其心律不齐补偿技术在期前收缩发生时可自动识别并忽略扫描或重复扫描，提高了检查成功率，对于早搏等严重心律不齐患者的扫描具有优势。

5.3 在CT灌注成像的应用 CT灌注成像技术作为一项功能成像技术取得了很大进展，目前已应用于脑部、肝脏、胰腺、肾脏、淋巴结、软组织病变等全身多个部位，随着临床应用的增多，患者的辐射剂量也随之增加，郭溁等[21]在64层螺旋CT脑灌注成像检查中使用间隔2 s的轴位扫描模式，可以在保证脑灌注参数准确性的基础上降低辐射剂量，与标准的连续轴位扫描模式相比，可降低辐射剂量66%。

5.4 在肺动脉的应用 周旭辉等[22]在64层螺旋CT肺动脉成像中，使用低管电压结合个体化对比剂应用的对照研究中认为，使用低管电压（100 kV）以降低辐射剂量是可行和有效的，个体化对比剂注射方案可以减少对比剂用量，降低对比剂注射流率，减少了高速团注带来的不良反应，对于特殊人群如容易产生对比剂肾病的高危患者、年老体弱、心功能不全者有一定临床价值。如结合管电流调控技术，辐射剂量还有进一步降低的空间。

5.5 在婴幼儿的应用 由于婴幼儿处于生长发育旺盛期，细胞分裂更新速度和比例远高于成人，对射线的敏感性是成人的十数倍，所以适当降低辐射剂量对婴幼儿来讲尤其重要。刘玥等[23]应用模拟低剂量法行新生儿头颅CT扫描，扫描剂量（mAs）较常规剂量减少40%，图像质量符合临床诊断要求。

5.6 其它应用 于红等[24]认为平扫时测定的腹主动脉CT值的标准差（s）可以反映实际情况的综合图像噪声值，据此可大致估计获得良好腹腔动脉血管成像（CTA）所需的大致mAs值，s越小，可以使用的mAs就可以越小，常规使用80mAs可以保证CTA图像质量达到优等，平扫s<12.25甚至12.00，则可以尝试使用60 mAs。急性肺栓塞患者采用乳腺铋屏、低kV及自动毫安调节，乳腺辐射剂量降低21%，肺脏减少47%。傅强等[25]选择CT常用定位像部位头、胸、腹和腰椎，进行了降低扫描参数（kV、mAs）值和改变胸、腹正位X线入射方向的两项降低人体辐射剂量试验，证实头、胸、腹低剂量定位像扫描方案较设备预设方案患者接受辐射剂量明显降低，影像噪声有一定增加，但影像质量仍在可接受的允许范围，不影响定位功能。

6 存在问题

目前低剂量CT扫描技术尚没有广泛开展的原因是由于该项技术导致图像噪声及伪影增加，部分医师担心不能保证图像质量；国家及医学影像专业内还没有低剂量CT扫描技术规范和量化标准[5]。国内低剂量CT扫描技术基础研究薄弱，研究方法粗糙、单一，临床应用研究局限，缺乏公认可行的客观评价指标和方法。另外，低剂量CT扫描研究涉及的问题非常多，一个单位或医院无力进行系统研究，必须进行多中心研究；卫生行政领导及其他科室医师应理解、配合、支持影像科医师进行低剂量CT扫描技术的临床应用[26]。

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