低剂量CT在早期肺癌筛查中的研究进展

梁瑞鹏，张秀富，王芋霖，辜朝阳，周军

(重庆市江津区中心医院放射科，重庆 402260)

在全世界范围内，肺癌的发病率和病死率均较高[1]。据2018年全球癌症统计报告显示，中国肺癌新发和死亡病例分别高达77.4万和69.1万[2]。肺癌的高发病率与大气污染加剧、烟草暴露人数居高不下以及人口老龄化有关，而肺癌死亡率较高的原因为：①肺癌恶性程度较高；②早期肺癌临床症状隐匿，患者出现明显临床症状时多已进入中晚期，而此时已错过最佳医疗干预时机[3]。晚期肺癌患者5年生存率大大降低[4]，预后极差。而早期肺癌患者经过积极医疗干预，可明显提高5年生存率[5]。因此，亟须对肺癌高危人群进行早期筛查、早期医疗干预，以期降低肺癌相关死亡率，改善患者预后。

医学影像学是一门快速成长的学科，尤其是与计算机、工程学等学科的融合交叉，使其无论是在诊断精准度还是在检查效率方面均得到极大的提升[6]。近年来，CT的发展尤为迅速，无论是在机器硬件还是图像后处理软件方面均得到极大的发展，不仅提升了图像质量，同时也减少了辐射剂量。CT在胸部疾病检查中的应用具有较大优势，但胸部CT辐射剂量是普通胸部X线片的数十倍，随着CT检查的日益增多，电离辐射损伤问题引起人们的广泛关注，如何在不影响影像图像判读的前提下减少CT辐射剂量成为研究热点。Naidich等[7]于20世纪90年代初提出低剂量CT的概念，即在保证不影响影像诊断准确度的情况下，综合调整机器设备扫描参数，尽可能减少CT辐射剂量，因此低剂量螺旋CT在早期肺癌筛查中得到一定程度的发展、普及。现就低剂量CT在早期肺癌筛查中的研究进展予以综述，以期为更加合理地运用低剂量CT筛查肺癌提供理论依据。

1 不同影像学检查方法在早期肺癌筛查中的应用

1.1普通X线检查 普通X线检查是最常用、较为经济的胸部检查方法，其辐射剂量低，可以显示肺部结节，并可对肺部结节大小、形态、内部有无钙化做出初步诊断。但是普通胸部X线片得到的图像是人体结构组织的重叠影，部分肺脏组织被肋骨、纵隔结构组织等覆盖，尤其是纵隔处缺乏天然对比度，组织辨别度较差，位于此处的病灶隐蔽性较好，容易漏诊。有学者对胸部X线片联合痰脱落细胞学筛查早期肺癌进行了研究，结果显示胸部X线片联合痰脱落细胞学检查虽然在一定程度上提高了肺癌的检出率，但是并未降低患者的死亡率[8]。国外有学者对肺癌患者进行长达10年的随访研究，结果证实胸部X线片检查并不能降低肺癌患者的死亡率[9]。其原因可能为早期微小肺癌不易被胸部X线片检测出来，肺癌肿块只有发展到一定的体积才能被普通胸部X线片检查出来，而此时肺癌患者多已进入中晚期，已失去手术治疗机会。由此看来，早期微小肺癌行普通胸部X线片检查的敏感性和特异性均欠佳，因此，对于肺癌高危人群不推荐将普通胸部X线片检查作为筛查早期肺癌的手段。而近年发展起来的双能减影技术可获得单一软组织、骨组织的图像，在一定程度上较普通X线检查提高了肺结节的辨识率[10]，尤其是位于肋骨、纵隔等隐蔽性较好部位的肺结节。

1.2CT检查 CT图像是真正的断面图像，无层面外组织的重叠，密度分辨率高，CT可较普通胸部X线片显示更全面的解剖学信息。但CT存在电离辐射损伤，随着CT的普及其已成为主要的医源性辐射源，且辐射剂量较大，对人体健康造成严重危害[11-12]。CT的电离辐射损伤已逐渐引起人们的关注，如何在不影响影像图像诊断的前提下减少辐射剂量成为亟须解决的问题。

目前，CT是早期肺癌筛查较为经济、诊断效能较高的医疗检查手段，其中胸部螺旋CT因具有无创、诊断准确、费用低廉等优点已成为早期肺癌筛查和检查随访的首选影像学检查方法[13]，其可通过结节形态、周围淋巴结等反映结节良恶性[14]。CT检查作为判别肺部结节良恶性的重要检查手段，可有效鉴别肺孤立性小结节的良恶性，在一定程度上避免了良性结节的有创穿刺，同时胸部CT横断面图像还能显示病变部位毗邻的解剖结构。因此，CT扫描为临床医师明确病情、指导手术治疗及预后评估提供了重要参考依据。国际早期肺癌行动计划报道，低剂量CT检出肺结节233例(23%)，普通胸部X线片检出肺结节68例(7%)，证实低剂量CT在诊断肺结节方面具有较高的灵敏度，且后续研究证实CT筛选出的肺癌多属于早期肺癌[15-16]。另有研究显示，低剂量CT从肺癌高危人群中筛查出的肺癌多属于早期肺癌，且与胸部数字化X线摄影相比，其可使肺癌患者死亡率降低20%[17-18]。一项随机对照研究显示，低剂量CT能够检出更多的Ⅰ期肺癌，而早期肺癌预后较好，预期能降低25%肺癌患者的死亡率[19]。随着城镇化建设速度的加快，环境污染加剧、烟草暴露人数居高不下以及老龄化社会的影响，我国潜在患癌人数较多，肺癌负担较大，因此肺癌的早发现、早治疗对家庭和社会意义重大。早期肺癌筛查在我国起步较晚，2015年中华医学会放射学分会心胸学会参照国外先进经验并结合我国实际情况共同起草了《低剂量螺旋CT肺癌筛查专家共识》用于肺癌的早期筛查[20]，该共识推动了中国早期肺癌筛查研究的进展和筛查方案的完善。

1.3磁共振成像检查 磁共振成像检查不存在电离辐射危害。研究显示，磁共振成像定量参数联合表观扩散系数值可有效鉴别孤立性肺结节的良恶性，区分肺癌的不同病理类型[21]。肺部磁共振成像检查的诊断效能低于低剂量CT，且磁共振检查耗时较长、费用较贵，但鉴于磁共振成像检查对人体不存在电离辐射损伤风险，且显示纵隔肺门部淋巴结较低剂量CT优异，并可从多模态(如良恶性肺结节弥散值、动态对比增强多参数的差异)对肺结节良恶性做出定性评估，可以为临床提供更多参考信息，从而避免了良性肺结节患者的有创穿刺，其可在一定程度上作为低剂量CT检查的有益补充用于肺结节的随访。因此，磁共振成像肺部检查具有广阔的临床应用前景。

2 实现低剂量CT的方法

2.1降低管电压 研究显示，CT辐射剂量与管电压值的平方成正比[22]。在保证图像质量的前提下降低管电压适用于体质指数较小的人群[23]，理论上减少辐射剂量可采用降低管电压的方式。管电压值影响X线的质，即X线对物质的穿透力，降低管电压的同时X线穿透力也相应减弱，这不可避免地增加人体吸收辐射的剂量，同时也增加了影像图像线束硬化伪影和图像噪声度，所以为保证图像质量(维持一定的X线光子通量)，在降低管电压的同时需大幅提高球管管电流值[24]，因此为减少辐射剂量单一降低管电压的可行性并不高。有研究指出，早期肿瘤筛查或小病灶检测不宜采取单一降低CT管电压的方式[25]。

2.2降低管电流值 管电流值与CT辐射剂量成正比，临床广泛应用的自动管电流调制技术是基于人体解剖衰减特性差异，根据射线衰减变化自动调整管电流[26]。自动管电流调制技术实时分析扫描部位的信息，相应调整球管曝光量，理论上可通过保持千伏值，适当降低管电流值，从而减少患者所接受的辐射剂量。但是考虑到CT图像的噪声与CT辐射剂量的平方根成反比，因此需要平衡降低管电流与保持信噪比的关系，降低管电流值主要影响密度分辨力(低对比度分辨力)，由于鼻旁窦、肺脏为天然含气组织，具有良好的天然对比度，故与实质性脏器需要较高的信噪比相比，胸部CT采用低辐射剂量即可获得较为满意的图像。因此，肺部低剂量螺旋CT研究多采用降低管电流的方式减少辐射剂量。有研究认为，管电流为50 mAs即可满足肺结节检测需要[27]。

2.3增大螺距 螺距定义为CT扫描机架旋转一周检查床移动的距离与总射线束宽度的比值，在一定的扫描范围内，可通过增大螺距减少数据的重复采集，从而缩短扫描时间，减少辐射剂量。闫海跃等[28]采用低管电压、大螺距结合自适应统计迭代重建技术行胸部CT检查，结果显示，获得的图像不仅满足了诊断要求，并大幅度减少了辐射剂量。有研究发现，应用大螺距扫描结合自动管电流调制技术可有效缩短扫描时间，防止呼吸伪影的产生，虽然重组图像的空间分辨率略有下降，但不会对横轴位图像质量产生明显影响[29]。对于微小病灶不宜盲目追求低辐射剂量而采取增加螺距的方式，仍需注意容积效应，以免遗漏微小病灶。

2.4选择CT图像重建算法 CT所选用的重建算法对图像质量也存在影响。研究显示，采用合适管电压、适当重建算法可获得符合诊断要求的影像图像，辐射剂量也较低[30]。最早应用于CT图像重建的算法为迭代重建算法，但早期计算机硬件不成熟，而迭代重建算法需要与具有较强计算能力的计算机相匹配，因此迭代重建技术在早期并未普及。早期普遍采用对计算机硬件要求较低的滤波反投影重建算法，而滤波反投影重建算法需要较高的辐射剂量以降低图像噪声从而保证图像质量。随着计算机技术的不断发展，计算机后处理技术速度加快，迭代重建算法逐渐取代滤波反投影重建算法成为当前及未来一段时间内CT设备原始图像后处理的重建算法。文献报道，与滤波反投影重建算法相比，相同辐射剂量下迭代重建算法重建的图像噪声水平较低，图像质量更佳[31]。迭代重建算法可在一定限度内弥补低管电压、低管电流CT所致的图像噪声增加。研究显示，采用迭代重建算法重建的图像显示肺结节的能力较滤波反投影重建方式更佳[32]。近年来多篇文献报道，采用较低辐射剂量胸部CT检查结合迭代重建技术算法可获得符合诊断要求的影像图像[28,33-34]。

2.5其他 辐射剂量与CT管电压、管电流、螺距等扫描参数有关。目前，国内外对低剂量胸部CT的具体扫描方案尚未达成共识。降低球管管电压、管电流是目前临床降低辐射剂量常用的简便易行的操作方法，但不可避免地会影响影像图像质量，与单一更改管电压、管电流相比，多扫描参数联合更改能够在确保图像质量的前提下减少辐射剂量[35]。近年来，人工智能系统也开始应用于影像诊断。研究显示，大数据影像组学人工智能辅助诊断肺结节表现优异，检验的准确度、速率均不低于高年资诊断医师，并大大提高了工作效率[36]。目前已有许多医疗单位将人工智能软件辅助诊断系统应用于肺结节、肋骨骨折的识别，未来医师可采用经过训练的人工智能软件辅助诊断CT图像，以减少患者CT检查次数，这既提高了肺癌诊断准确度，又减少了辐射剂量。

3 低剂量CT筛查早期肺癌存在的问题

低剂量CT筛查早期肺癌面临着许多问题，如肺癌高危人群筛查纳入标准不统一，研究多将性别、年龄和烟草接触(是否吸烟、持续时间、吸烟程度)纳入筛查标准[37-39]。有文献报道，性别、年龄、吸烟、高血压病史是肺结节发生的独立易感因素，其中男性、年龄≥55岁、有吸烟史及高血压史等的易感人群，肺结节的检出率较高[40]。目前，烟草接触是公认的导致肺癌的主要原因[41]。此外，对于低剂量螺旋CT筛查时假阳性率过高的问题同样不容忽视，CT检查到的多数肺结节可以排除恶变的可能，或仅需随访观察即可，但是却会导致人们心理焦虑,反复就医检查加重经济负担。因此，在具有肺癌高危因素的无症状人群中推广CT早期肺癌筛查也存在一定困难。

当前放射学检查应严格遵守“合理尽可能低原则”，但近年有研究指出需要重新认识源于线性无阈值假设的“合理尽可能低原则”，线性无阈值假说是出于防护目的而做出的一种假设，较低辐射剂量引起的辐射生物效应是由高剂量辐射得到的实验数据作线性外推得到，这部分外推数据是否可反映实际情况尚无足够实验数据支持[42]。目前影像学检查辐射剂量较低，对患者身体不构成危害，但由于患者过于忧虑电离辐射带来的损伤而不愿意进行影像学检查以致于延误治疗；而临床医师在评估患者检查获益与电离辐射危害风险时不愿意开具影像学检查申请单，所以对于影像学检查中产生的电离辐射过于谨慎也是一个值得思考的问题，医务工作者尤其是影像科工作人员应重视电离辐射安全性宣教，使人们知晓低剂量CT检查的利益和风险，达到有效沟通并积极配合检查的目的。

4 结 语

低剂量CT是筛查早期肺癌的有效检查方法，低管电压、低管电流和大螺距扫描是低剂量CT的实现方式，单一调整降低设备参数尽管可以减少辐射剂量，但是会对影像图像质量产生负面影响，影响医师诊断信心。因此，对于低剂量CT的研究应建立在不影响影像图像诊断质量的前提下，在医疗实践中优化调整机器设备参数，不断探索影像成像质量与诊断效能的最优化。故管电压、管电流和螺距等CT设备参数的综合优化调节，同时结合人工智能技术是未来低剂量CT的研究方向。