PET/CT檢查中自動(dòng)毫安技術(shù)的研究進(jìn)展

王猛，周翠紅，金超嶺，顏玨

中日友好醫(yī)院 a.核醫(yī)學(xué)科；b.手術(shù)麻醉科，北京 100029

PET/CT檢查中自動(dòng)毫安技術(shù)的研究進(jìn)展

王猛a，周翠紅b，金超嶺a，顏玨a

中日友好醫(yī)院 a.核醫(yī)學(xué)科；b.手術(shù)麻醉科，北京 100029

本文介紹了自動(dòng)毫安技術(shù)在PET/CT檢查中的應(yīng)用，分析了其對圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響，并指出了臨床應(yīng)用中的研究方向。

自動(dòng)毫安；輻射劑量；PET/CT

隨著PET/CT在臨床應(yīng)用的日益增多，特別是在腫瘤篩查和健康體檢方面的推廣應(yīng)用，使得受檢者接受輻射劑量的增加及其潛在的危害性受到廣泛的關(guān)注。自動(dòng)毫安（Automatic Tube Current Modulation，ATCM）技術(shù)是近年來放射界備受關(guān)注的一項(xiàng)熱門的高端技術(shù)，它是操作者根據(jù)臨床需要預(yù)先設(shè)定適當(dāng)?shù)膱D像噪聲指數(shù)（Noise Index，NI），在掃描中每1層的毫安量就會(huì)隨著該層面掃描體的厚度、密度的變化而變化，可以達(dá)到圖像質(zhì)量一致而降低X射線輻射劑量的效果。對于PET/CT檢查中大范圍的CT掃描，涉及不同的器官、身體的厚度差別較大，更能發(fā)揮CT自動(dòng)毫安技術(shù)的作用，本文就PET/CT檢查中自動(dòng)毫安技術(shù)的研究進(jìn)展作一綜述。

1 自動(dòng)毫安技術(shù)

1.1 自動(dòng)毫安技術(shù)的概念

自動(dòng)毫安技術(shù)是一種前瞻性的三維劑量調(diào)節(jié)技術(shù)，它根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的噪聲指數(shù)、最小毫安數(shù)、最大毫安數(shù)，利用定位像的數(shù)據(jù)在掃描過程中根據(jù)受檢者的體形和組織結(jié)構(gòu)密度在X、Y、Z軸上的變化，自動(dòng)精準(zhǔn)地調(diào)整相應(yīng)的毫安用量，以達(dá)到在保證圖像質(zhì)量一致的前提下降低受檢者X射線輻射劑量的目的[1-2]。

1.2 自動(dòng)毫安技術(shù)的方法

自動(dòng)毫安技術(shù)主要有3種基本方法，即受檢者體形ATCM、角度ATCM、Z軸ATCM。Mulkens等[3]最先將角度ATCM與Z軸ATCM相結(jié)合應(yīng)用于臨床檢查，結(jié)果顯示可降低受檢者約37％的X射線輻射劑量，而只采用角度ATCM僅能降低受檢者約10％的X射線輻射劑量。McCollough等[4]認(rèn)為無論角度ATCM還是Z軸ATCM都是有效降低X射線輻射劑量的技術(shù)，但是毫安量必須根據(jù)受檢者體形正確的選擇，才能獲得符合診斷要求的圖像。所以目前的PET/CT設(shè)備多采用以上3種方法融合，也稱之為智能毫安技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)在1個(gè)層面（360°）掃描中有前、后、左、右4個(gè)區(qū)間的4次毫安量的調(diào)整，最大限度地降低了不必要的X射線輻射劑量[5]。

2 自動(dòng)毫安技術(shù)降低輻射劑量的作用

2.1 降低輻射劑量的方法

國內(nèi)外有不少研究通過不同的方法來降低X射線輻射劑量，主要方式包括增加螺距、降低管電壓、降低管電流等[6-7]。螺旋掃描時(shí)螺距是影響X射線輻射劑量和圖像分辨率的重要因素，增加螺距可以明顯降低X射線輻射劑量。Dawson等[8]的研究表明，螺距增加1倍時(shí)X射線輻射劑量減少一半。但是過度地增大螺距，會(huì)使得單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)床距離增大，導(dǎo)致部分容積效應(yīng)明顯、偽影增加以及病灶顯示不清等結(jié)果[9]。X射線輻射劑量和X射線球管管電壓的平方成反比，但是管電壓對圖像質(zhì)量的影響十分復(fù)雜，而且降低管電壓比降低管電流產(chǎn)生的噪聲要多[10]，所以臨床上更多采用降低管電流的方法來降低輻射劑量。

2.2 自動(dòng)毫安技術(shù)可降低輻射劑量

當(dāng)降低掃描時(shí)的管電流（即毫安量）時(shí)，重建圖像的掃描數(shù)據(jù)中所包含的X射線量子噪聲量就會(huì)增加，該噪聲量是影響圖像質(zhì)量的一個(gè)重要因素，它與掃描所用的毫安量的平方根成反比[11-12]。例如，將毫安量從400mA降低到50mA，量子噪聲量將以8的平方根倍數(shù)增加。此外，影響掃描數(shù)據(jù)中量子噪聲量的最重要因素是受檢者各部分的X射線衰減系數(shù)，該系數(shù)與受檢者各部分的大小和組織成分相關(guān)。以往使用固定毫安掃描時(shí)，操作者只能依據(jù)受檢者的體重、直徑、體重指數(shù)或定性的可視化分類來實(shí)現(xiàn)對受檢者輻射劑置衰減的定性估計(jì)。但是通過這些方法得出的X射線衰減估計(jì)非常粗糙，而且未考慮受檢者掃描區(qū)域內(nèi)各部分的衰減變化，所以以往使用這些手動(dòng)方法以期達(dá)到所需的診斷質(zhì)量時(shí)，許多受檢者接受到的X射線輻射劑量都會(huì)多于必要?jiǎng)┝縖13]。自動(dòng)毫安技術(shù)是一項(xiàng)自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，它可以根據(jù)受檢者各部分的具體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的毫安量調(diào)整，其準(zhǔn)確性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工為受檢者估計(jì)的數(shù)值[14]。因此，即使受檢者體形很寬，也同樣能夠獲得較為一致的圖像噪聲量。由于圖像噪聲量的差異性顯著降低，所以可以通過設(shè)置合適的噪聲指數(shù)來實(shí)現(xiàn)所有受檢者輻射劑量的顯著降低。有研究者[15]將自動(dòng)毫安技術(shù)應(yīng)用到腰椎的CT掃描中，結(jié)果顯示受檢者的CT容積劑量指數(shù)（CT Dose Index of Volume，CTDIvol）均值為7.29mGy，較固定毫安組X射線輻射劑量降低62.54 ％，且重建圖像的主觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)（Image Quality Score，IQS）的評(píng)分不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

3 自動(dòng)毫安技術(shù)的臨床應(yīng)用

許多研究者對不同低劑量條件下的胸部CT圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示低劑量CT影像雖然圖像噪聲較大，但是圖像質(zhì)量基本能夠保證準(zhǔn)確地評(píng)估肺內(nèi)浸潤性疾病，僅對體型較大的受檢者，常規(guī)條件CT更具優(yōu)勢[16-17]。Gelder等[18]認(rèn)為自動(dòng)毫安技術(shù)降低了X射線輻射劑量，圖像質(zhì)量也隨之下降，但是具有結(jié)腸癌高危因素受檢者的息肉檢出并未受到影響。因此，自動(dòng)毫安技術(shù)非常值得在PET/CT檢查中推廣應(yīng)用。

但是在實(shí)際的臨床應(yīng)用中，對于不同體型的受檢者一定要重視其噪聲指數(shù)、最小毫安數(shù)、最大毫安數(shù)的設(shè)置，才能夠在保證較高圖像質(zhì)量的同時(shí)有效地降低受檢者X射線輻射劑量。噪聲指數(shù)過高可能得不到所需質(zhì)量的圖像，過低則可能達(dá)不到降低受檢者X射線輻射劑量的目的，不同體型的受檢者，對于噪聲指數(shù)設(shè)置的要求不同[19-20]。不同的醫(yī)院對圖像質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)的不同也會(huì)導(dǎo)致噪聲指數(shù)設(shè)置的不同。

自動(dòng)毫安技術(shù)在臨床應(yīng)用中通常還需要考慮受檢者的身體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）。Sigal-Cinqualbre等[21]研究發(fā)現(xiàn)對于體重較輕的受檢者，可以采用合適的低管電壓，在降低X射線輻射劑量的同時(shí)不會(huì)引起圖像質(zhì)量的下降[10]。所以在PET/CT檢查中對于BMI≤24 kg/m2的受檢者通常可采用噪聲指數(shù)為25，最小毫安數(shù)為40mA，最大毫安數(shù)為120mA，管電壓為100 kV；BMI＞24 kg/m2的受檢者通常可采用噪聲指數(shù)為28，最小毫安數(shù)為40mA，最大毫安數(shù)為160mA，管電壓為120 kV[15,22]。不過目前關(guān)于噪聲指數(shù)的設(shè)置尚無具體標(biāo)準(zhǔn)，所以在臨床應(yīng)用中我們還要注意查看實(shí)際使用的毫安值，如果它頻繁處于最大毫安范圍，則需要考慮增加噪聲指數(shù)，如果它頻繁處于最小毫安范圍，且變化幅度很小時(shí)，則需要考慮減小噪聲指數(shù)[23]。

自動(dòng)毫安技術(shù)根據(jù)操作者的噪聲指數(shù)設(shè)置會(huì)調(diào)整毫安量，以便系統(tǒng)從受檢者到探測器投影相似的X射線強(qiáng)度，從而調(diào)整掃描數(shù)據(jù)中的X射線噪聲量或量子噪聲量。但是在臨床應(yīng)用中，圖像的噪聲量還取決于其他因素，比如管電壓、重建算法、重建層厚以及受檢者在掃描視野（Scan Field of View，SFOV）里的中心對準(zhǔn)程度等[11-12]。所以對于一些體型較大的受檢者超出X射線球管和發(fā)生器的能力范圍，可以采用適當(dāng)增加管電壓的方法來降低圖像的噪聲量[24]；至于重建算法，以往由于受到計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的制約，CT圖像重建通常只能采用濾波反投影（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）的重建算法，近年來更多的研究者[25]開始嘗試把迭代重建算法應(yīng)用到CT圖像重建中，結(jié)果顯示迭代重建算法較FBP能更好地對圖像噪聲加以校正和抑制，在低劑量CT檢查的情況下，能有效地提高圖像質(zhì)量，從而降低受檢者所受到的X射線輻射劑量；在實(shí)際的檢查操作中，我們通常還需要根據(jù)臨床需要來變換重建層厚，例如我們首先設(shè)置了3.75mm的重建層厚，且噪聲指數(shù)為25，接下來變換成1.25mm的重建層厚，則自動(dòng)毫安技術(shù)將計(jì)算獲得1.25mm層厚的圖像且噪聲指數(shù)為25所需的毫安量，原因在于它是首先規(guī)定的。

另外，在擺位時(shí)務(wù)必要將受檢者的中心對準(zhǔn)SFOV的中心，否則圖像的噪聲便會(huì)增加，這是因?yàn)锽owtie濾波器在等中心點(diǎn)（因?yàn)槿绻軝z者的中心對準(zhǔn)了SFOV的中心，則該等中心點(diǎn)是最大衰減區(qū)）投影了最大X射線強(qiáng)度，如果受檢者的中心未對準(zhǔn)，就會(huì)有較少的X射線投影到受檢者最厚的部分，因此圖像的噪聲將會(huì)增多，自動(dòng)毫安技術(shù)也就不能在最大限制的情況下調(diào)整毫安量。

4 結(jié)語

綜上所述，自動(dòng)毫安技術(shù)是一種行之有效的降低受檢者X射線輻射劑量的方法，目前已經(jīng)投入到了PET/CT的臨床應(yīng)用中。特別是在高危人群的肺癌篩檢、肺內(nèi)結(jié)節(jié)病變的復(fù)查、癌癥術(shù)后及放、化療后的隨訪觀察和嬰幼兒、兒童PET/CT檢查中的應(yīng)用價(jià)值已經(jīng)得到證實(shí)[16-17,25-26]，但是有關(guān)噪聲指數(shù)、最小毫安數(shù)、最大毫安數(shù)的具體設(shè)置，至今還存在一些爭議。

不過自動(dòng)毫安技術(shù)的最佳應(yīng)用策略是能夠確定完成臨床任務(wù)足夠的最高噪聲指數(shù)，并讓系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)選擇合適的毫安值，而無重大的毫安值限制。因此可以預(yù)測未來幾年將會(huì)有更多關(guān)于噪聲指數(shù)的文章出現(xiàn)。

最新的CT由于改進(jìn)了移床精度和重建方式，軸掃節(jié)段（Segment）掃描也能獲得較高質(zhì)量的容積數(shù)據(jù)圖像，并且X射線球管只需旋轉(zhuǎn)240°即可完成數(shù)據(jù)采集，較螺旋掃描減少了掃描時(shí)間，在圖像質(zhì)量不影響診斷的前提下，進(jìn)一步降低了受檢者的X射線輻射劑量。另外，各醫(yī)療設(shè)備公司還推出了不同的CT迭代重建技術(shù)：GE公司的自適應(yīng)迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）和基于模型的迭代重建（Model Based Iterative Reconstruction，VEO），Siemens公司的圖像空間迭代重建（Iterative Reconstruction In Image Space，IRIS）和正弦波圖形法迭代重建（Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE），Philips公司的基于雙模式迭代重建（Double Model Based Iterative Reconstruction）以及Toshiba公司的自適應(yīng)低劑量迭代重建（Adaptive Iterative Dose Reduction，AIDR）。有研究者發(fā)現(xiàn)應(yīng)用迭代重建技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在高對比度下提高空間分辨率，在低對比度下降低噪聲的效果[25,27-29]。所以今后如能將這些新技術(shù)與自動(dòng)毫安技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，將會(huì)進(jìn)一步降低X射線輻射劑量，當(dāng)然這還有待于體模和臨床數(shù)據(jù)的進(jìn)一步驗(yàn)證。

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Advances in Development of Automatic Tube Current Modulation in PET/CT Imaging

WANG Menga, ZHOU Cui-hongb, JIN Chao-linga, YAN Juea
a.Department of Nuclear Medicine；b.Department of Anesthesiology, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China

This paper introduced the application of ATCM（Automatic Tube Current Modulation）in PET/CT（Positron Emission Tomography /Computed Tomography）imaging, analyzed its influence on the image quality and radiation dose and pointed out its research orientation in clinical application.

automatic tube current modulation；radiation dose；positron emission tomography /computed tomography

R144；R814.42

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.023

1674-1633（2015）07-0072-03

2014-10-16

顏玨，碩士，主任醫(yī)師。

通訊作者郵箱：646194862@qq.com