頭頸部低劑量CT相關技術的研究進展

湯素瓊，李彬，吉六舟，黃華明，藤井惠次郎，小野山吉

1.湖北省孝感市中心醫院 a.肛腸科；b.CT室，湖北 孝感 432000；2.北京大學醫學部 基礎醫學院，北京 100191；3.日本國東京都千葉縣船橋醫療中心

頭頸部低劑量CT相關技術的研究進展

湯素瓊1a，李彬1b，吉六舟1b，黃華明2，藤井惠次郎3，小野山吉3

1.湖北省孝感市中心醫院 a.肛腸科；b.CT室，湖北 孝感 432000；2.北京大學醫學部 基礎醫學院，北京 100191；3.日本國東京都千葉縣船橋醫療中心

隨著多層螺旋CT成像技術的迅猛發展和普及，CT檢查在臨床上的應用越來越廣泛，如何應用較低的射線輻射劑量獲得優質的CT圖像一直是醫學界關注的重點。本文旨在介紹低劑量CT技術的基本概念，并綜述其在顱頸部成像中的應用。

低劑量CT；X射線；輻射劑量；掃描方案

引言

隨著現代診療技術的發展，螺旋CT掃描檢查已經成為臨床診療中常規的檢查項目，但其X射線輻射劑量水平要比傳統的X射線檢查射線輻射劑量更高。據世界衛生組織資料統計，當前在世界中東亞、西歐等發達國家，如日本、德國、英國、法國、比利時等國家的臨床診療項目中，選擇CT檢查項目數量只占所有的射線輻射檢查總數的9%～12%左右，但其帶來的X射線輻射劑量卻超過了總輻射劑量的80%。目前CT掃描檢查數量人數呈快速增長趨勢，特別是在德國、日本、比利時等國家，年檢查人數已高達8000萬人次以上，其中40%～55%受檢者的檢查部位在頭頸部，預計所要接受的射線照射劑量為3～8 mSV。目前CT掃描檢查所導致的X射線輻射劑量問題已經引起科學界的廣泛關注。

多層螺旋CT的X射線輻射劑量分布特點、所采取的掃描模式、掃描范圍、適應癥、圖像重建算 法和后處理重建算法方式與傳統單排探測器的CT有著本質上的不同。因此，對多層螺旋CT所帶來的X射線輻射劑量評估，以及受檢者所接收到合理的X射線照射輻射劑量的研究勢在必行。現就患者頭部、頜面部以及頸部CT掃描檢查項目中，影響X射線的輻射劑量的因素的相關研究進行綜述。

1 CT掃描優化方案

1.1 X線束、準直器的寬度以及螺距的搭配

CT掃描機架中的核心部件，在X射線球管的陽極靶面與焦點具有一定的面積，如投影在CT的檢測器上會形成一個半影區。在多層螺旋CT中，往往需要增加比較寬的X射線線束，從而使X線球管的焦點半影落在有效檢測器區域以外，這在理論上叫超寬射線束。目前市場上90%以上的多層螺旋CT掃描器其超寬射線束寬度在3 mm，在X射線束中超寬射線束所占據的比例越小，其射線劑量以及射線使用效率越高。同時，CT圖像螺旋掃描重建開始和結束時，需要超越掃描邊界上的z軸投影數據，即超出預設掃描的范圍，以獲得掃描開始和結束區域范圍中的解剖信息數據，這會直接導致X射線劑量長度乘積的增加。在臨床診療工作中，掃描技師如果所采取大螺距，選擇更大的掃描范圍，會導致人體器官所接收到的X射線輻射劑量增加，往往比較容易被忽視。有學者曾做過相關研究，采取優化的掃描方案，利用128層螺旋CT選擇人體顳骨掃描參數進行了相關對比研究，首先考慮到了超寬射線束和超寬范圍掃描所帶來的X射線輻射劑量的影響，綜合人體顱腦顳骨結構細小、掃描覆蓋范圍小的特征，得出使用64排探測器可獲得比較好的圖像質量，其X射線照射輻射劑量較低的結論[1]。在日常工作中，較寬 的X射線束可以導致更高的幾何效率，但所帶來的超范圍掃描程度也會越大。因此，必須有效的使用Z軸動態準直儀，以減少過度超掃描范圍所產生的影響，所以在日常工作中，掃描操作技師一定要根據臨床需要選擇合理的準直器寬度和螺距[2]。

1.2 X線球管管電流及管電壓的合理化選擇

在機架滑環高速旋轉運動過程中，CT機的軟件系統會根據檢測器所檢測到的X射線強度信息，調整X射線球管的管電流。其中一些CT系統軟件會根據人體Z軸方向的射線衰減強度變化，來實時調整X射線球管的管電流；另外一些系統會根據伴隨著在人體周圍較理想的方式，通過一個特定的重建算法使這兩個調制實時結合，合理化選擇X射線球管的管電流以獲得優化的圖像噪聲預設水平。

CT操作技師必須根據所需的影像圖像質量要求水平，設置X射線球管管電流調制算法的輸入值，這種方法在不同類型的設備間有顯著的差異。例如，市場上某些型號的CT要求用戶確定一個基準噪聲或噪聲系數的值，而某些型號的CT需要用戶確認有效射線球管的參考電流值或圖像數據的設置。有研究表明，設備操作者增加X射線球管的管電流可以減少X射線透過患者兩側肩部所帶來的條帶放射狀偽影，這樣在前后和橫向位置上就具有比較近似的噪聲水平[3]。通過自動曝光控制人體頭部和頸部的平均有效掃描管電流量可將輻射減少到40 mAs，有效劑量當量和器官吸收劑量分別減少了38%和39%。因此，在日常診療工作中，CT掃描技師對Z軸射線劑量的調制，應常規應用于受檢者頭部和頸部掃描中[4]。

1.3 CT影像層厚度的優化選擇

目前新型CT機型的圖像厚度普遍減小，體積平均化的程度也會相應降低。因此，對小于一個體素的高密度CT值，將會隨著厚度減小而圖像體素有所增加。對于在CT掃描的Z軸方向上小于圖像寬度的物體來說，所掃描物體的對比度會由于圖像的層厚的減少而得到相應的改善,與之相反，減少厚層度會使影像的量子噪聲增大[5]。在日常工作中，CT設備操作者如果使用的是更薄的圖像層厚度，雖然會增加圖像的噪聲，但對比度噪聲比和小細節的呈現度會得到比較好的改善。

目前的CT后處理工作站可以對圖像的層厚進行實時操作設定選擇，以減少部分容積效應，并且能夠有效觀察比較薄層的圖像。在臨床工作中，設備使用者應根據具體情況，合理設定圖像厚度，并同時降低圖像噪聲，在一定程度上可降低受檢者所接收的X射線輻射劑量[6]。

1.4 X線球管管電壓的合理化選擇

X射線球管的管電壓決定了入射X線束的能量分布。臨床工作中，對于身材矮小的成年人和嬰幼兒，應盡可能降低X射線球管的管電壓以降低射線輻射劑量。目前市場上大多數多層螺旋CT工作時使用的是120～140 kV的掃描值，較少使用較低的管電壓。有研究報道，在臨床工作中使用較低掃描電壓（70～95 kV）進行血管造影及腹部CT檢查，可顯著降低患者所接收到的X射線輻射劑量[7]。在CT血管造影對大腦Wills環的成像研究中，與常規使用120 kV的掃描參數相比，使用90 kV管電壓對于顯示動脈血管有著更好的強化效果及對于微細小動脈血管更好顯示，且可以降低40%以上的射線輻射劑量。在對于患者頸部軟組織的多層螺旋CT掃描檢查中，優化選擇75 kV的球管管電壓，可降低38%以上的射線輻射劑量，獲得更高的圖像對比度噪聲比，但部分頸椎椎體造成的射線線束硬化偽影現象會較為突出。

1.5 掃描模式和掃描范圍的選擇

在多層螺旋CT的超范圍掃描中，從患者的起始部到終止部會產生大量不必要的射線輻射。因此，設備操作掃描技師在日常工作中，如無特殊原因，應使用單次螺旋采集掃描，而非選擇多次連續容積螺旋掃描，這會造成輻射重疊的發生。在某些檢查中，采用逐層掃描對患者的射線輻射劑量會比較低。

但是，CT螺旋容積掃描是采集影像數據的最佳模式，通過這種模式采集到的數據更具連續性，掃描時間更短，而且這種掃描模式還可以對影像進行重疊重組。因此在日常工作中，應綜合考慮各因素選擇合適的掃描模式。與此同時，CT掃描時間的選擇應該限制在可以做出準確診斷的最小時相階段內，最大程度的避免不必要的重復掃描[8]。

1.6 降低圖像噪聲算法

對CT掃描過程中所采集到的影像原始數據或重建后的圖像數據進行處理，可以降低圖像的量子噪聲比。使用優化的的降噪程序，平滑消除圖像的隨機噪聲的同時保留微細結構和細節，可以獲得滿意的圖像質量效果，同時又能降低受檢者所接收到的射線輻射劑量。有研究發現，選擇使用25%～45%的圖像迭代算法進行腦部CT掃描，可獲得與常規掃描相同質量的圖像，同時將受檢者所接收到的射線輻射劑量有效降低35%以上[9]。在對嬰幼兒進行腦部CT檢查時，應首選30%左右的迭代算法等級。有研究表明，在人體顳骨CT檢查中使用合適的迭代算法，可以使受檢者所接收到的X射線輻射劑量降低60%以上[10]。

1.7 受檢者輻射敏感器官保護

人眼睛的晶狀體和甲狀腺等器官是對射線輻射比較敏感的器官，目前許多研究者都在考慮如何降低顱頸部的射線輻射劑量。方法主要有3種：① 改變傳統基線掃描，避免讓患者的晶狀體暴露在射線照射的范圍內；② 通過優化降低射線球管的管電流；③ 利用防護器材進行防護。有研究者在選擇相同的管電壓和管電流的情況下，對不同的顳骨掃描模式算法重建圖像質量與射線輻射劑量進行對比分析[11]。實驗結果表明，當選擇常規的頭顱聽眥線為掃描基線時，受檢者在矢狀面上的整體掃描有效劑量為2.65 mSv，晶狀體的射線輻射劑量為60.3 mGy，分別是CT螺旋容積采集掃描模式的2.16和2.39倍；當選擇人體聽鼻線為掃描基準線時，可以將受檢者的晶狀體平移出掃描區域覆蓋范圍，使晶狀體射線輻射劑量降低20.6 mGy以上。

對受檢者頭顱副鼻竇區域的掃描需覆蓋了從硬腭口咽部到額竇的區域，受檢者的晶狀體將不可避免地暴露于掃描輻射區域內。有研究者通過降低射線球管的管電流、管電壓從而降低射線的輻射劑量，例如將球管的曝光量設定為80～120 mAs[12]。還有研究者通過優化CT圖像迭代算法等級，將曝光電流減少到60 mAs，同時能夠獲得比較滿意的CT圖像質量[13]。有研究者使用屏蔽材料對受檢者的晶狀體進行遮蓋保護，采取CT容積螺旋掃描方法在患者的冠狀位、矢狀位以及橫斷軸位像上獲得質量良好的圖像[14]。因此，在CT掃描中采用屏蔽材料對射線輻射進行防護是切實可行的，它能夠使受檢者晶狀體射線輻射劑量降低50%。

臨床中常對受檢者采用眼睛鉍屏蔽方法，可降低60%以上的射線輻射劑量，但部分患者會有不適感，而且在頭部眼眶區域的條帶狀放射偽影會比較明顯。因此，在實際情況中應合理優化檢查方法，例如在聽呲線區域而非集中在人體眼部對受檢者采用鉍屏蔽材料器材進行防護，以減少對人體晶狀體部位的射線輻射劑量。但對于受檢者眼眶區域如淚腺、視神經、上下內外直肌以及眼球內病變，使用屏蔽防護材料會導致條索狀放射狀金屬偽影的出現從而影響臨床診斷效果。

1.8 針對特殊解剖結構合理優化選擇

人體頭顱頸部器官具有獨特的特征，在臨床工作中可根據不同部位的解剖特點，靈活選擇制定掃描參數。與顳骨和頭顱相比較，鼻竇含氣量比較豐富，所以鼻竇對X射線的衰減量會比較小，相應產生圖像的噪聲比較小。由于含氣的竇腔與鼻竇骨壁形成一個良好的對比度，這使得鼻竇CT檢查中使用較低的X射線照射輻射劑量即可獲得符合診斷要求的圖像質量。有研究者選取了60例接受CT檢查的鼻竇炎患者，平均分為6個小組，分別使用不同的管電流進行CT掃描圖像信息采集，經過統計學分析，6個小組的圖像質量無明顯差異，但相對于高電流，采用低電流時受檢者的射線輻射劑量減少了90%以上[15]。

2 總結討論

臨床工作中影響多層螺旋CT射線輻射劑量的因素多而復雜，隨著現代醫療水平飛速的發展、設備軟硬件的不斷更新升級，多層螺旋CT成像技術也在不斷變化。隨著128層、256層和640層極速多層螺旋CT的不斷出現和設備探測器寬度的不斷增加，X射線的利用率也越來越高。對于頭頸部等較小范圍的掃查，如何選擇合適的探測器組合顯得尤為重要。目前將CT圖像重建迭代算法應用于人體大腦以及頜面部掃差的報道很多，但人體頸部軟組織圖像重建研究卻較少。CT設備操作使用者所要面對的新問題就是如何合理優化選擇圖像迭代算法的適當等級，以快速實現與濾波反投影算法相同的圖像質量，并且在重建后的影像中不出現明顯的蠟像狀偽影。

國際放射防護委員會將人體眼睛晶狀體組織的輻射閾值調整為0.5 Gy（以前的國際通行標準為2.0 Gy），設備操作使用者應合理設置掃描參數、選擇合適的掃描位置范圍，并充分的利用射線防護器材對受檢查者進行必要適當的屏蔽防護，以有效減少降低患者眼睛晶狀體所受到的射線輻射劑量。

總之，作為設備操作者，在日常工作中要充分考慮人體頭頸部解剖結構的特點，制定合理的掃描單元計劃，盡可能的對具體的掃查部位進行個性化定制。在掃查中需要遵守射線使用正當性和防護最優化原則，既要達到診斷的目的，又要把射線輻射劑量控制在最低水平。操作者還需要充分利用多層螺旋CT的優勢，深入了解管電流、螺距、層厚相互之間的關系，科學地設置掃描參數，在保證二維和三維圖像質量的同時減少劑量長度乘積值。通過上述措施，使X射線輻射照射保持在可以合理達到的盡可能低的水平，即嚴格遵守輻射防護最優化原則（As Low As Reasonably Achievable，ALARA)。

[1] Mettler FA Jr,Wiest PW,Locken JA,et al.CT scanning: patterna of use and dose[J].J Radiol Prot,2000,20(4):353-359.

[2] Leswick DA,Hunt MM,Webster ST,et al.Thyroid shields versus z-axis automatic tube current modulation for dose reduction at neck CT[J].Radiology,2008,249(2):572-580.

[3] Kalra MK,Maher MM,Toth TL,et al.Strategies for CT radiation dose optimization[J].Radiology,2004,230(3):619-628.

[4] Kalra MK,Maher MM,Toth TL,et al.Techniques and applications of automatic tube current modulation for CT[J].Radiology,2008, 252(8):749-757.

[5] Stovis TL.The ALARA concept in pediatric ET: myth or reality[J].Radiology,2002,4(1):5-6.

[6] Berrington de Gonztilez A,Mahesh M,Kim KP,et al.Projected cancer risks from computed tomographic scans performed in the United States in 2007[J].Arch Intern Med,2009,169(22):2071-2077.

[7] 白玟,鄭鈞正.多排(層)螺旋CT輻射劑量表達及其影響因素探討[J].輻射防護,2008,28(1):1-12.

[8] Shortt CP,Fanning NF,Malone L,et al.Thyroid Dose During Neurointerventional Procedur: Does Lead Shielding Reduce the Dose?[J].Cardiovasc Intervent Radiol,2007,30(5):922-927.

[9] Mazonakis M,Tzedakis A,Damilakis J,et al.Thyroid dose from common head and neck CT examinations in children: is there an excess risk for thyroid cancer induction?[J].Eur Radiol, 2007,17(5):1352-1357.

[10] Bor D,Toklu,Olgar T,et al.Variations of patient doses in interventional examinations atdifferent angiographic units[J]. Cardiovasc Intervent Radiol,2006,29(5):797-806.

[11] Shortr CP,Fanning N,Malone L,et al.Radiation protection to the eye and thyroid during diagnostic cerebral angiography: a phantom study[J].J Med Imaging Radiat Oncol,2008,52(4):365-369.

[12] Dauer LT,Casciotta KA,Erdi YE,et al.Radiation dose reduction at a price: the effectiveness of a male gonadal shield during helical CT scans[J].BMC Med lmaging,2007,16(8):165-169.

[13] 劉昌盛,魏文洲,鄭曉華,等.低劑量CT掃描對嬰幼兒顱瞄病變的診斷與防護價值[J].中國醫學影像技術,2004,20(1):103-104.

[14] 鄭敏文,趙宏亮,徐健,等.多層螺旋CT主動脈低劑量與常規劑量掃描的對照研究[J].中國醫學影像技術,2008,24(3):443-446.

[15] 強勇剛,張秀萍,廖永華,等.論“放射防護學”課程在醫學教育中的地位及作用[J].中國高等醫學教育,2007,(3):443-446.

Progress in Research on Related Technology of Intacranial and Neck Low-Dose CT

TANG Su-qiong1a, LI Bin1b, JI Liu-zhou1b, HUANG Hua-ming2, Fujii Keijiro3, Onoama Yoshi3
1. a. Department of Anus & Intestine; b. Depart ment of CT, Xiaogan Central Hospital, Xiaogan Hubei 432000, China; 2. School of Basic Medical Sciences, Peking University Health Science Center, Beijing 100191, China; 3. Prefecture Chiba Prefecture Funabashi Medical Center, Tokyo Japan

With the rapid development and popularization of multi-slice spiral CT imaging technique, CT examinations were more and more widely applied clinically. How to use low X-ray radiation dose to obtain high-quality CT images has always been the focus in the medical field. This paper introduced the basic concept of low dose CT technology and its application in intracranial and neck imaging. Key words: low dose computerized tomography; X-ray; radiation dose; scanning protocol

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.11.020

1674-1633(2016)11-0081-03

2015-09-25

2015-10-29

吉六舟，主任醫師，研究方向為分子影像學與X射線輻射防護。

通訊作者郵箱：hubeixiaogan@126.com