胸部多层螺旋CT 低剂量扫描的临床应用研究现状

杨宇 黄杏

计算机体层成像(computed tomography, CT)技术的原理在于用X 线束对机体局部进行扫描, X 射线穿过人体组织后经由探测器接收信号并将其进行转化, 基于计算机处理技术后可得到图像资料［1］。现阶段, 随着螺旋CT 技术、多层CT 技术、计算机技术的迅速发展,CT 技术在临床领域中的应用日益普遍, 随之而来的受检者辐射剂量问题也备受关注, CT 技术辐射剂量与存在的潜在风险备受关注, 如何平衡CT 扫描的辐射剂量与图像质量是国内外学者所面临的重要课题, 胸部低剂量扫描是该项研究的主要方向之一。

1 CT 技术的历史沿革

从CT 技术问世至今主要经历了5 代。第一代CT机的问世可以追溯到1971 年, 是由英国学者汉斯菲尔德设计的X 射线诊断机, 该机器包含三个主要部分,第一部分是X 光断层扫描装置, 第二部分是微型电子计算机, 第三部分是电视显示装置, 该机器当时被命名为X 线电子计算机体层摄影机, 可对人体实施扫描检查。该机器的问世及应用代表着CT 机的诞生与CT 影像扫描技术正式走进医疗领域。运用该机器进行扫描和检查需要5～10 min, 能够基于单个探测器接收信号,但该机器仅适用于头部检查, 并不适合用于心脏与肺部的检查, 且运动伪影较为明显, 图像噪声较大。

第二代CT 机在第一代CT 机的基础上进行了一些改进, 最为明显的改进是探测器数量的增加, 基于这一改进更好地覆盖了探测器的范围, X 线束呈扇形但角度小, 这样一来可以实现扫描效率的提升, 并且相应地缩短扫描时间, 扫描时间约30 s。同第一代CT 机一致的是, 第二代CT 机也不适宜进行心脏、肺部等动态器官的检查, 仅适用于头部的检查。在机型方面, 第二代CT 机具体可以分为快速和慢速两种, 快速CT 机的数目更多, X 射线束呈扇形, 且角度较大, 但未能覆盖全部人体截面。第一代CT 机与第二代CT 机还有一点较为相似的地方, 即两者均无法实现连续扫描, 扫描方式均只能采用横向平移扫描。

第三代CT 机相对于第一代和第二代CT 机而言有了更明显的进步, 也是目前临床应用广泛的一种机型。在探测数目方面, 第三代CT 机增加至数百个之多。在X 射线扇形光束张角方面, 第三代CT 机的张角进一步扩大至30～45°。基于上述改进, 第三代CT 机实现了对人体全部截面的覆盖［2］。采用第三代CT 机进行扫描时, X 线球管与检测器无需平移, 仅需基于人体轴心进行同步旋转即可。随着相关医学科技技术的不断发展和进步, 融合应滑环技术使螺旋扫描成为可能, 这一技术也被应用于第三代CT 机中。与第一代和第二代CT 机相比较, 第三代CT 机扫描的时间大大缩短, 仅为5～10 s, 因扫描时间较短, 可开展心脏、肺部等动态器官的检查。目前, 伴随图像后处理技术的出现与不断发展, CT 扫描的范围也不断扩大, 对于X 射线的利用率也不断提升, 进而获得更为优质的图像质量。

第四代CT 机与之前的CT 机相比之下, 探测器的数量达400～1500 个, 均匀分布于扫描机架上。使用第四代CT 机进行扫描时无需像第一代、第二代CT 机一样将检测器进行平移, 也无需进行旋转, 扫描过程中机器是固定不动的状态。第四代CT 机将X 先球管装置安装于探测器圈内, 可沿CT 机探测器旋转, 因此使用第四代CT 机扫描时所有探测器接收到的信号经转换与重建后产生的图像质量更佳［3］。

第五代CT 机在扫描结构与扫描原理方面均与常规CT 机设备有所差异, 产生差异的原因在于X 射线产生方式的不同。第五代CT 机在临床上也被叫做电子束CT, 是借助电子枪发射电子束而产生旋转的X 线,基于这一技术实现了对人体组织器官的扫描。第五代CT 机的扫描流程如下：①由计算机发出指令, 基于指令电子枪会产生电子束并形成电子脉冲；②借助CT机的聚焦线圈与偏转线圈实现对电子束的控制时期成为小焦点并转化为旋转的X 线；③由计算机控制电子束扫描过程, 由准直器控制X 线束性状；④由数据采集系统处理探测器接收到的X 线扫描信号并送至存储器, 由重建系统对图像进行重建。

2 多层螺旋CT 扫描X 线辐射的危害

因CT 的密度分辨率与普通X 线检查相比更高,在很多肺部疾病的筛查和评估中的准确率均显著高于普通X 线检查, 使得胸部多层螺旋CT 检查在临床领域中获得了十分广泛的应用。与所有医疗技术一样, 评价任何技术的优劣主要在于尽量增加正面作用、减小负面影响。先进的多层螺旋CT 检查能够提供多种新的功能, 但同时也可能增加受检者的辐射剂量［4］。如将成人的扫描参数用于儿童, 那么辐射剂量也会至少增加1 倍；如采用多层螺旋CT 重叠扫描或同一部位进行重复扫描会使辐射剂量增加至2～3 倍［5］。

多层螺旋CT 扫描使用的是X 射线, 因此会产生辐射问题。辐射可以对人体产生损伤, 特别是对细胞和DNA 的影响, 可能导致癌症和遗传异常等。对于患者来说, 接受多次CT 检查会增加其遭受辐射的风险,特别是儿童和孕妇更容易受到辐射损伤的影响。为了降低辐射对患者的影响, CT 技术不断地在改进, 新的技术能更好地控制辐射的量和分布。这些改进包括：①可以为不同类型的检查调整辐射剂量水平, 确保患者在接受检查时接受最佳的辐射剂量；②现代的CT机器采用双重能量扫描技术, 可以降低辐射剂量并提高成像质量；③采用更快的扫描速度, 减少待检人体部位的接受辐射时间；④采用电子束剂量计, 能够通过测定患者接受的剂量完善地控制辐射水平。此外,诊断时需要权衡风险和收益, 确保CT 检查的必要性,避免无必要的辐射, 减少患者遭受辐射损伤的风险。

高剂量辐射对人体所产生的危害极大, 但关于辐射剂量与患者生物学危险的关系尚无确切定论。就目前来看, 尽管多层螺旋CT 检查与其潜在辐射危险相比而言利大于弊, 但也绝不是说患者可以接受过多的扫描, 尤其是儿童。针对多层螺旋CT 检查存在的X 线辐射问题, 应采取积极的措施调整当前的扫描技术, 以降低辐射剂量。一方面, 降低辐射剂量能够减少X 线辐射对受检者带来的潜在风险；另一方面降低辐射剂量,还可以使多层螺旋CT 机X 线球管的寿命延长至两倍,进而节省了球管维护的费用与更换的费用, 带来一定的经济效益［5］。

3 胸部多层螺旋CT 低剂量扫描的价值

胸部CT 低剂量扫描的发展始于20 世纪90 年代,当时研究人员开始关注CT 扫描对人体组织的辐射损伤问题。随着计算机技术和成像技术的不断发展, 胸部CT 低剂量扫描技术得到了不断完善和提高。目前,胸部CT 低剂量扫描已经成为临床诊断中的重要手段之一。新一代的胸部CT 低剂量扫描技术采用先进的成像算法和图像重建技术, 可以生成高分辨率、高对比度的影像, 同时降低扫描时间和辐射剂量, 这些技术包括噪声抑制、辐射剂量模拟、遮罩辅助成像等。此外, 一些相关技术也得到了广泛应用, 例如自适应滤波、噪声消除、直接成像噪声调整等, 来减少图像噪声和伪影, 并提高图像质量。新型胸部CT 机器也在出现, 如Dual-Source CT(DSCT)和卷积神经网络(CNN)等。总之, 随着技术的不断发展和完善, 胸部CT 低剂量扫描将更加广泛地应用于临床, 为人类健康事业做出更大的贡献。

胸部多层螺旋CT 低剂量扫描作为一种可以减少辐射暴露的CT 扫描方法。与传统CT 扫描相比, 低剂量CT 扫描可以减少对人体组织的辐射损害, 同时也可以减少机身部位的扫描, 缩短扫描时间, 并减少造成的不适。胸部低剂量CT 扫描可以提供高分辨率的影像,能更好地显示肺部病变, 例如肺结节、肺气肿等, 使医生更容易诊断和治疗；通过胸部多层螺旋CT 低剂量扫描可以及早发现肺癌、肺结节、肺部感染、肺炎等疾病, 尤其是对于有吸烟史、家族中有肺癌患者, 年龄在50 岁以上、长期接触工业、放射性物质等高危人群进行筛查。此外, 胸部多层螺旋CT 低剂量扫描还可以检测咳嗽、气短、胸部疼痛等症状的原因, 帮助医学专业人员做出准确的诊断和治疗方案。同时, 低剂量扫描下, 对患者的肺部情况进行全面检查, 可以及早检测到肺部的微小结节和病变, 在治疗上更容易具有针对性, 减少无效的肺部复查。总之, 低剂量胸部CT 扫描是一种更加安全、可靠和高效的检查方式, 可以在不增加不必要的辐射剂量的同时, 更好地解决患者的健康问题。因此, 胸部CT 低剂量扫描在预防和诊治肺部疾病方面具有重要的意义。

4 降低胸部多层螺旋CT 扫描辐射剂量的方法

一直以来, 多层螺旋CT 在临床领域中均发挥着重要的作用, 但多层螺旋CT 带来的较高辐射并未引起广泛关注。随着多层螺旋CT 应用范围的逐渐增加, 尤其是儿童受检者的增加, 加之多层螺旋CT 技术不断发展,多层螺旋CT 引导下穿刺活检的应用也日趋广泛, 降低多层螺旋CT 扫描的辐射剂量开始成为国内外学者重点关注的话题。目前, 绝大多数放射学研究者普遍认可的观点是“CT 辐射剂量应当降低而且可以在剂量与图像质量之间找到最佳平衡点”。早期对于多层螺旋CT 扫描辐射剂量的测量是很复杂的, 主要的测量方式有CT 剂量指数、专用模体、专用笔型电离室、剂量仪、热释光片等。目前临床使用的多层螺旋CT 机在选定扫描参数后可实现剂量指数的自动计算, 操作简单、观测直观。对于胸部多层螺旋CT 低剂量扫描受检者而言, 辐射剂量与扫描参数的选择有直接关系, 扫描参数中的毫安秒、峰值电压、层厚和层数等均会对辐射剂量产生影响。

为了降低胸部多层螺旋CT 低剂量扫描的辐射剂量, 有研究者提出在其他参数不变的情况下降低管电流, 因放射线剂量与管电流之间存在着线性关系, 所以管电流的下降也会使放射线剂量有所下降［6,7］。现阶段, 国内外低剂量CT 扫描的实现主要采用这种方法,将管电流设置在合理范围内也能满足CT 图像的质量的需求, 管电流的设置应以满足所需CT 图像的最小值为宜。对于胸部多层螺旋CT 机而言, 螺距对于辐射剂量的影响也很重要, 当螺距<1 时表示体素曝光>360°, 从而使辐射剂量增加；当螺距>1 时表示体素曝光<360°, 因床进过大容易将较小的病灶漏掉［8］。有研究者尝试将螺距值从1 提高至1.5, 结果使辐射剂量大大降低, 未明显丢失诊断信息［9,10］。除了螺距以外,层厚对于胸部多层螺旋CT 辐射剂量也会产生一定的影响［11］；因X 射线属于发散的锥形辐射, 胸部多层螺旋CT 扫描时辐射超过探测器的准直, 因此薄层CT 辐射会更多扩散至图像层块外, 与厚层扫描相比较重叠更多, 薄层CT 因层厚的变小会增加图像的噪声, 需要通过mAs 的提高来进行补偿, 进而使辐射剂量增加,大量的薄层CT 其辐射剂量与厚层扫描辐射相比增加30%～50%［12,13］。近年来, 也有学者尝试基于体重来进行胸部多层螺旋CT 扫描参数的调节, 体重小的受检者采用较小的剂量, 体重大的受检者采用较大的剂量, 可满足获取CT 图像的要求［14,15］。从理论层面来讲, 利用受检者的身高体重比调节胸部多层螺旋CT 扫描参数可能更为合适, 但目前尚缺乏相关研究进一步证实。

5 胸部多层螺旋CT 低剂量扫描的具体应用

胸部多层螺旋CT 低剂量扫描已经用于许多疾病的诊断和评估, 包括肺癌、结节、肺纤维化、肺气肿、肺炎、支气管扩张、食管癌、胸腔积液等。①肺癌筛查：胸部CT 低剂量扫描是肺癌常用的筛查方法之一, 早期发现肺部病变, 有助于早期治疗和预后。目前胸部多层螺旋CT 低剂量扫描多用于早期肺癌的筛查和随访方面, 伴随越来越多大型临床试验研究结果的公布, 对于胸部多层螺旋CT 低剂量扫描用于肺癌筛查的应用有了更加深入的认识, 但也引起了一些争议。有研究者认为, 胸部多层螺旋CT 低剂量扫描用于肺癌筛查,可能会降低肺癌的死亡率［16］。也有研究者对胸部多层螺旋CT 超低剂量扫描进行了尝试, 由两名以上经验丰富的胸部独立阅读放射科医生对结节数量、位置、大小等进行分析, 结果胸部多层螺旋CT 超低剂量扫描具有较高的灵敏度与特异度, 且有效降低了辐射剂量, 辐射剂量为0.13 mSv, 相当于平片辐射减少约10 倍的累积辐射暴露［17］。②结节检查：胸部多层螺旋CT 低剂量扫描可以检查肺部结节的大小、数量、位置、形态等,帮助医生判断结节性质是否恶性。③流感病毒感染：胸部多层螺旋CT 低剂量扫描可以显示肺部的炎症和感染, 有助于诊断和治疗。④肺部疾病的评估：胸部多层螺旋CT 低剂量扫描可用于如肺纤维化、肺气肿等诊断和评估。既往大量的临床研究表明, 在保证图像质量的基础上, 胸部多层螺旋CT 低剂量扫描用于成人肺部疾病的筛查, 可使受检者胸部整体的辐射剂量减少约30.6%。在儿童受检者中应用胸部多层螺旋CT低剂量扫描, 可使胸部辐射剂量降低16%～39%。⑤肺部手术前后的评估：胸部多层螺旋CT 低剂量扫描适用于肺部手术患者术前的定位和规划, 术后的疗效评估等。⑥其他疾病的评估：胸部多层螺旋CT 低剂量扫描在其他疾病的评估中应用也较为广泛, 如支气管扩张、食管癌、胸腔积液等。总之, 胸部CT 低剂量扫描具有广泛的应用, 并且已成为胸部疾病诊断、治疗和疾病随访的重要工具。

在肺动脉检查中, 胸部多层螺旋CT 低剂量扫描的应用也较为广泛, 为了实现辐射剂量的降低, 很多研究者会采用降低管电压的方式, 如将管电压设置为80 kV, 与常规120 kV 的管电压相比辐射剂量会相应降低。为了在降低辐射剂量的同时更好保证图像质量,有研究者采用iDose 4 迭代重建, 发现可以降低有效辐射剂量和碘摄入量, 同时获得所需的CT 扫描图像［18］。除了用于肺癌、肺结节、肺动脉筛查和随访以外, 胸部多层螺旋CT 低剂量扫描在其他胸部疾病的检查中亦应用广泛, 如间质性肺疾病等。在间质性肺疾病的临床检查中运用胸部多层螺旋CT 低剂量扫描主要采用选择适宜的管电流或管电压的方法, 与此同时可根据患者体型与具体的检查类型等个体化信息选择扫描参数, 实现以尽可能低的辐射剂量生成临床所需要的CT 扫描图像。为了获得更好的图像质量, 采用管电流或管电压实现胸部多层螺旋CT 低剂量扫描的同时, 可配合适宜的重建方法, 减少CT 扫描的噪声, 更好地显示间质性肺疾病受检者的网状结构与支气管扩张情况,在低辐射剂量的前提下更好检测出间质性肺疾病。与此同时, 胸部多层螺旋CT 低剂量扫描检查间质性肺疾病通过合理选择重建方法, 还可以降低图像的噪声, 获得较高的图像分辨率, 从而获得良好的图像质量特征。但值得注意的是, 与常规剂量的胸部多层螺旋CT 扫描相比较, 低剂量的扫描方案可能会低估受检者网状、蜂窝状改变情况, 高估磨玻璃密度, 对阅片者阅片技能要求较高, 必要情况下可进行复读阅片, 以增加疾病检出的敏感性。

综上所述, 在临床实践中, 合理应用胸部多层螺旋CT 低剂量技术是诊断放射学的基本原则, 因此要求影像学技师在图像质量能满足临床需求的前提下, 尽可能地减少辐射剂量, 以减少受检者在电离辐射下的暴露, 有效保护受检者。相信伴随胸部多层螺旋CT 低剂量技术的深入研究与不断完善, 未来实施胸部多层螺旋CT 检查可以根据不同检查部位、不同检查目的,制定最佳的、个性化的扫描方案, 从而更好满足受检者的需求。