70kV低劑量新技術(shù)—低劑量掃描與高質(zhì)量圖像的有效結(jié)合

張艷，袁慧書

北京大學第三醫(yī)院 放射科，北京100191

70kV低劑量新技術(shù)—低劑量掃描與高質(zhì)量圖像的有效結(jié)合

張艷，袁慧書

北京大學第三醫(yī)院 放射科，北京100191

本文介紹了70kV致微劑量超高分辨率CT掃描技術(shù)的原理，技術(shù)革新和應用，并探討了低kV技術(shù)的相關(guān)劑量問題。70kV掃描在致微輻射劑量下，提供了超高的分辨率，是CT低劑量技術(shù)新的變革，提升了特殊病患群體的醫(yī)療服務質(zhì)量。

計算機斷層掃描；低劑量；高分辨率

0 前言

自20世紀70年代問世以來，CT斷層掃描技術(shù)以其快速準確的特性，越來越廣泛的被用于疾病的診斷與評估。但是，由于CT使用X光穿透人體，在得到精確信息的同時，還對人體造成了輻射傷害。據(jù)不完全統(tǒng)計，美國病人接受到的輻射64%來自于CT掃描，盡管CT檢查只占到美國總醫(yī)療檢查數(shù)目的11%；在歐洲，占總醫(yī)療檢查數(shù)4%的CT掃描卻輸出了40%的總輻射劑量[1-2]。所以，降低CT檢查的輻射劑量，可以有效地降低整個醫(yī)療服務過程中的總輻射劑量。同時，對于嬰幼兒或者某些需要經(jīng)常復查的成人病患，只有低劑量的CT掃描才是可以接受的[3]。因此，如何在保證診斷精度和質(zhì)量的條件下，盡可能的降低CT的輻射劑量一直是全球放射學界最為關(guān)心的話題之一，同時也是CT技術(shù)的重要發(fā)展方向[4-5]。

現(xiàn)有的降低CT掃描劑量的技術(shù)主要包括：優(yōu)化掃描范圍、避開敏感器官、迭代算法、實時調(diào)節(jié)電流值以及調(diào)節(jié)球管電壓等[6]?，F(xiàn)有的西門子自動確認掃描范圍（FastPlanning）技術(shù)可以根據(jù)掃描要求自動確定掃描范圍，不僅加快了日常掃描流程，還避免了由于過大的掃描范圍帶來的多余輻射。而敏感器官專用防護（X-Care）技術(shù)和介入防護（Hand-Care）技術(shù)通過調(diào)節(jié)球管電流在不同掃描角度的分布，可以有效地降低對病人敏感器官（如乳房）的輻射[7-9]。鷹眼迭代重建（IRIS）技術(shù)可以有效地降低圖像噪音達40%，使在常規(guī)掃描中使用更低的球管電流成為可能[10-11]。而更新一代的云重建迭代（SAFIRE）重建技術(shù)，不僅使用了比“IRIS”更優(yōu)化的降噪模型（劑量降低大于50%），還在原始數(shù)據(jù)空間中去除了圖像偽影，進一步改進了圖像質(zhì)量[12]。被業(yè)界廣泛使用的四維實時劑量調(diào)節(jié)（CareDose4D）技術(shù)，根據(jù)病患的生理解剖特點，在三維空間各個方向和整個掃描過程中自動調(diào)節(jié)球管電流的輸出，可降低掃描劑量最高達50%[13]。

相對于上述的線性降輻射的方法（如調(diào)節(jié)電流值等），掃描時使用較低kV值可以更大幅度的降低輻射劑量，因為CT輻射劑量的變化和球管電壓近似成平方關(guān)系[14]。100kV掃描相對于120kV掃描可降低近30%的輻射劑量。不僅如此，較低的球管電壓還可以增加造影劑的對比度，提高圖像的對比信噪比，從而使減少造影劑用量成為可能，更好地提升類似腎受損病人的醫(yī)療檢查質(zhì)量[15]。在CT球管的可行范圍內(nèi)，越低的kV可以在越低的劑量下提供越高的對比信噪比?，F(xiàn)在市面上剛剛推出的智能最佳kV掃描技術(shù)（CAREkV）可以根據(jù)掃描目的和病人的解剖特點，自動選擇最優(yōu)的球管電壓，在最低的劑量下，提供最好的圖像質(zhì)量[16-17]。現(xiàn)在市面上的設備大多可以提供從80kV到140kV的掃描選擇，但是極少有公司能夠提供低至70kV的球管輸出，從而使低kV低劑量技術(shù)在一定程度上受到了限制。

1 70kV技術(shù)的難點

70kVCT掃描相對于普通CT掃描的技術(shù)難點來自于球管和探測器：在探測器方面，由于70kV球管電壓輸出的X光子束的能量較低，使用普通數(shù)據(jù)采集方式獲得的信號很弱，從而造成圖像噪音較高，不適合臨床診斷；而在球管方面，由于降低電壓也會大幅度的降低X光子的輸出數(shù)目，進而降低球管的輸出效率，換句話說，增加了球管熱能生成，影響球管壽命，而且低kV下的球管輸出也會變得不穩(wěn)定；同時，70kV電壓下的球管會輸出大量的低能量光子，這些光子無法穿透人體，對于成像沒有貢獻，反而提高了病人的輻射劑量，屬于無效劑量。這也是為什么大多數(shù)公司現(xiàn)在無法提供臨床可使用的70kV掃描技術(shù)的原因。但是，更低的球管電壓掃描可以更好的提高針對嬰幼兒病患和需要反復隨訪病人的醫(yī)療服務質(zhì)量，對于低劑量技術(shù)的發(fā)展和使用有著重要的意義。

西門子公司最新推出的70kV技術(shù)，一方面通過使用新的信號采集和處理技術(shù)，提高了探測器在低kV下的信號敏感度，使圖像噪音提升到臨床診斷可以接受的程度；另一方面，新的球管技術(shù)使用了全新的電控系統(tǒng)，穩(wěn)定并提升了球管的輸出效率，在節(jié)省能源的同時，延長了球管的使用壽命；更重要的是，新的球管增加了特殊的濾波板，更好地濾除了低能量的光子，用以純化70kV球管電壓下的光子輸出，從球管端避免了對病人的無效輻射。這樣，來自探測器和球管的技術(shù)難點均得到了解決，使70kV致微劑量超高分辨率掃描成為可能。

2 70kV技術(shù)的劑量和圖像質(zhì)量

在最近剛剛發(fā)表的研究成果中，瑞士的研究者們證實，在Definition AS平臺上，針對普通成人患者（20例，年齡19～81歲），行頸部掃描，使用70kV電壓相對于使用120kV的常規(guī)掃描方案，可以降低34%的輻射劑量[18]。為了降低70kV掃描中的圖像噪音，研究者們特意提升了球管電流，使得70kV掃描的圖像質(zhì)量高于120kV掃描。即便如此，掃描劑量仍然從平均1.33mSv（120kV掃描）降低至0.88mSv（70kV掃描）。

隨著70kV掃描變?yōu)榭尚?，?lián)合使用不同的低劑量技術(shù)，可以使CT掃描變得更加靈活多變，也更加綠色。聯(lián)合使用SAFIRE迭代重建和70kV，相對于100kV掃描，劑量可以大幅降低；由于使用了SAFIRE技術(shù)，從而極大的提升了圖像的信噪比和對比信噪比。這也意味著，使用低kV技術(shù)，可以在保證圖像質(zhì)量的前提下，減少造影劑的用量，降低了腎損傷的可能性。

當然，不得不指出的是，由于其光子能量低的特點，70kV掃描的應用范圍受到了一定的局限，無法用于過胖病人的腹部掃描或者頭部掃描，但是對于嬰幼兒和部分成人患者，仍然是非常有價值的技術(shù)。

3 低kV掃描是否真的降低了病人的有效劑量

隨著低kV掃描技術(shù)的推廣，業(yè)界也有一些質(zhì)疑的聲音。懷疑主要集中在低kV掃描雖然從物理計量上確實降低了劑量，但是對于人體軟組織而言，低kV掃描提升了光電效應的比例，那么病人的有效劑量是否真的下降了呢？有沒有可能使用低kV掃描反而會提高對病人的輻射傷害呢？那么低kV掃描豈不是得不償失？

針對這個問題，讓我們首先回顧一下放射學界對于輻射劑量和輻射傷害的定義和測量。我們在CT掃描結(jié)束之后得到的DLP值（劑量長度乘積）是由CTDIvol （容積劑量指數(shù)）與掃描長度相乘得到的，表示1次CT檢查中，患者所接受到的輻射劑量，或者說是輻射的電離能力。但是這個參數(shù)并不針對病人特定的掃描部位；由于不同的部位針對不同形式的輻射敏感度不同（小兒對于輻射傷害更敏感），所以物理學家們提出了用Effective Dose（有效劑量）來評估人體實際受到的損害。而有效劑量等于劑量長度乘積乘以劑量轉(zhuǎn)換因子（Effective Dose Conversion Coefficient），就是日常使用的敏感度（k值）。這個劑量轉(zhuǎn)換因子不僅代表不同部位對于輻射的敏感度，也代表了組織對于不同kV掃描的敏感度[19]。因此，要考察不同kV掃描對病人的輻射傷害，就需要考察在低kV下，劑量轉(zhuǎn)換因子是否會大幅升高。

過去有不少針對不同kVCT掃描下（80～140kV），病患有效輻射（劑量轉(zhuǎn)換因子的變化）的研究和成果[20-22]。美國和歐洲的放射學會還有各自的研究報告和標準[23-26]。雖然美國和歐洲的結(jié)果在數(shù)值上有些許差異，但是都表明劑量轉(zhuǎn)換因子在80kV和140kV下基本上是一樣的；甚至對于某些部位，其對80kV的k值甚至要低于140kV[20-21]。由于70kV是剛剛推出的技術(shù)，現(xiàn)在還沒有針對70kV下的劑量轉(zhuǎn)換因子的研究。但是,由于生物組織在醫(yī)療診斷能量范圍內(nèi)對于X光衰減值變化的線性性（生物組織對X光的衰減，從80kV到70kV的改變很?。┮约?0kV球管的新濾板技術(shù)（過濾低能量光子），所以，70kV掃描并不會使劑量轉(zhuǎn)換因子增加。70kV下的超高分辨率主要來自于造影劑對X光吸收率的提升。由于70kV下的平均光子能量更加靠近碘造影劑的特性吸收尖峰，所以碘造影劑的吸收率會大增（圖1）。

圖1 碘造影劑對不同能級X光子的吸收率曲線

與此同時，X光輻射對生物組織的傷害也不能簡單等效于光電效應的多少。根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，輻射對于組織的傷害主要來自于：① 光子直接破壞細胞DNA結(jié)構(gòu)；② 輻射電離細胞內(nèi)的分子，產(chǎn)生游離電子，從而間接破壞DNA結(jié)構(gòu)。而DNA結(jié)構(gòu)的破壞，一般情況下，會受到身體的自動修復；但是高劑量的輻射，會使身體“來不及”修復傷害，從而造成細胞死亡；或者造成細胞的癌變，增加病人多年后患癌的幾率[27-28]。在X光與生物組織的相互作用中，康普頓散射（Compton）效應和光電效應都可以電離分子，破壞DNA結(jié)構(gòu)，因此,不能把X光的輻射簡單等效于光電效應的比例，而應該綜合考慮輻射總劑量和輻射的性質(zhì)[29-30]。

4 小結(jié)

綜上所述，致微輻射超高對比度70kV掃描技術(shù)從理論和實踐上都在提供更好的圖像信噪比的同時，可靠有效的降低了CT的輻射劑量。70kV技術(shù)的推出使得CT低劑量技術(shù)更加多元化，可以更好地為嬰幼兒患者和部分成人患者提供低劑量低造影劑的綠色CT掃描，提升醫(yī)療服務的質(zhì)量。

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70kV Low Dose Technology: Effective Combination of Low Dose CT Scan and High Quality Image

ZHANG Yan, YUAN Hui-shu
Radiology Department, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China

This paper introduces the principle, technology innovation and application of the 70kV lowdose high-resolution CT scan technique. Some issues regarding the effective dose for low tube potential CT scan are also discussed. The 70kV scan provide excellent resolution under extreme low radiation dose, which unfolds a new era for CT low dose technology innovation and improves the quality of medical service for the special patient population.

CT; low dose; high resolution

TH774；R814.42

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.05.055

1674-1633(2012)05-0144-04

2012-03-27

作者郵箱：huishuy@sina.com