胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的臨床應用研究現狀

楊宇 黃杏

計算機體層成像(computed tomography, CT)技術的原理在于用X 線束對機體局部進行掃描, X 射線穿過人體組織后經由探測器接收信號并將其進行轉化, 基于計算機處理技術后可得到圖像資料［1］。現階段, 隨著螺旋CT 技術、多層CT 技術、計算機技術的迅速發展,CT 技術在臨床領域中的應用日益普遍, 隨之而來的受檢者輻射劑量問題也備受關注, CT 技術輻射劑量與存在的潛在風險備受關注, 如何平衡CT 掃描的輻射劑量與圖像質量是國內外學者所面臨的重要課題, 胸部低劑量掃描是該項研究的主要方向之一。

1 CT 技術的歷史沿革

從CT 技術問世至今主要經歷了5 代。第一代CT機的問世可以追溯到1971 年, 是由英國學者漢斯菲爾德設計的X 射線診斷機, 該機器包含三個主要部分,第一部分是X 光斷層掃描裝置, 第二部分是微型電子計算機, 第三部分是電視顯示裝置, 該機器當時被命名為X 線電子計算機體層攝影機, 可對人體實施掃描檢查。該機器的問世及應用代表著CT 機的誕生與CT 影像掃描技術正式走進醫療領域。運用該機器進行掃描和檢查需要5～10 min, 能夠基于單個探測器接收信號,但該機器僅適用于頭部檢查, 并不適合用于心臟與肺部的檢查, 且運動偽影較為明顯, 圖像噪聲較大。

第二代CT 機在第一代CT 機的基礎上進行了一些改進, 最為明顯的改進是探測器數量的增加, 基于這一改進更好地覆蓋了探測器的范圍, X 線束呈扇形但角度小, 這樣一來可以實現掃描效率的提升, 并且相應地縮短掃描時間, 掃描時間約30 s。同第一代CT 機一致的是, 第二代CT 機也不適宜進行心臟、肺部等動態器官的檢查, 僅適用于頭部的檢查。在機型方面, 第二代CT 機具體可以分為快速和慢速兩種, 快速CT 機的數目更多, X 射線束呈扇形, 且角度較大, 但未能覆蓋全部人體截面。第一代CT 機與第二代CT 機還有一點較為相似的地方, 即兩者均無法實現連續掃描, 掃描方式均只能采用橫向平移掃描。

第三代CT 機相對于第一代和第二代CT 機而言有了更明顯的進步, 也是目前臨床應用廣泛的一種機型。在探測數目方面, 第三代CT 機增加至數百個之多。在X 射線扇形光束張角方面, 第三代CT 機的張角進一步擴大至30～45°。基于上述改進, 第三代CT 機實現了對人體全部截面的覆蓋［2］。采用第三代CT 機進行掃描時, X 線球管與檢測器無需平移, 僅需基于人體軸心進行同步旋轉即可。隨著相關醫學科技技術的不斷發展和進步, 融合應滑環技術使螺旋掃描成為可能, 這一技術也被應用于第三代CT 機中。與第一代和第二代CT 機相比較, 第三代CT 機掃描的時間大大縮短, 僅為5～10 s, 因掃描時間較短, 可開展心臟、肺部等動態器官的檢查。目前, 伴隨圖像后處理技術的出現與不斷發展, CT 掃描的范圍也不斷擴大, 對于X 射線的利用率也不斷提升, 進而獲得更為優質的圖像質量。

第四代CT 機與之前的CT 機相比之下, 探測器的數量達400～1500 個, 均勻分布于掃描機架上。使用第四代CT 機進行掃描時無需像第一代、第二代CT 機一樣將檢測器進行平移, 也無需進行旋轉, 掃描過程中機器是固定不動的狀態。第四代CT 機將X 先球管裝置安裝于探測器圈內, 可沿CT 機探測器旋轉, 因此使用第四代CT 機掃描時所有探測器接收到的信號經轉換與重建后產生的圖像質量更佳［3］。

第五代CT 機在掃描結構與掃描原理方面均與常規CT 機設備有所差異, 產生差異的原因在于X 射線產生方式的不同。第五代CT 機在臨床上也被叫做電子束CT, 是借助電子槍發射電子束而產生旋轉的X 線,基于這一技術實現了對人體組織器官的掃描。第五代CT 機的掃描流程如下：①由計算機發出指令, 基于指令電子槍會產生電子束并形成電子脈沖；②借助CT機的聚焦線圈與偏轉線圈實現對電子束的控制時期成為小焦點并轉化為旋轉的X 線；③由計算機控制電子束掃描過程, 由準直器控制X 線束性狀；④由數據采集系統處理探測器接收到的X 線掃描信號并送至存儲器, 由重建系統對圖像進行重建。

2 多層螺旋CT 掃描X 線輻射的危害

因CT 的密度分辨率與普通X 線檢查相比更高,在很多肺部疾病的篩查和評估中的準確率均顯著高于普通X 線檢查, 使得胸部多層螺旋CT 檢查在臨床領域中獲得了十分廣泛的應用。與所有醫療技術一樣, 評價任何技術的優劣主要在于盡量增加正面作用、減小負面影響。先進的多層螺旋CT 檢查能夠提供多種新的功能, 但同時也可能增加受檢者的輻射劑量［4］。如將成人的掃描參數用于兒童, 那么輻射劑量也會至少增加1 倍；如采用多層螺旋CT 重疊掃描或同一部位進行重復掃描會使輻射劑量增加至2～3 倍［5］。

多層螺旋CT 掃描使用的是X 射線, 因此會產生輻射問題。輻射可以對人體產生損傷, 特別是對細胞和DNA 的影響, 可能導致癌癥和遺傳異常等。對于患者來說, 接受多次CT 檢查會增加其遭受輻射的風險,特別是兒童和孕婦更容易受到輻射損傷的影響。為了降低輻射對患者的影響, CT 技術不斷地在改進, 新的技術能更好地控制輻射的量和分布。這些改進包括：①可以為不同類型的檢查調整輻射劑量水平, 確保患者在接受檢查時接受最佳的輻射劑量；②現代的CT機器采用雙重能量掃描技術, 可以降低輻射劑量并提高成像質量；③采用更快的掃描速度, 減少待檢人體部位的接受輻射時間；④采用電子束劑量計, 能夠通過測定患者接受的劑量完善地控制輻射水平。此外,診斷時需要權衡風險和收益, 確保CT 檢查的必要性,避免無必要的輻射, 減少患者遭受輻射損傷的風險。

高劑量輻射對人體所產生的危害極大, 但關于輻射劑量與患者生物學危險的關系尚無確切定論。就目前來看, 盡管多層螺旋CT 檢查與其潛在輻射危險相比而言利大于弊, 但也絕不是說患者可以接受過多的掃描, 尤其是兒童。針對多層螺旋CT 檢查存在的X 線輻射問題, 應采取積極的措施調整當前的掃描技術, 以降低輻射劑量。一方面, 降低輻射劑量能夠減少X 線輻射對受檢者帶來的潛在風險；另一方面降低輻射劑量,還可以使多層螺旋CT 機X 線球管的壽命延長至兩倍,進而節省了球管維護的費用與更換的費用, 帶來一定的經濟效益［5］。

3 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的價值

胸部CT 低劑量掃描的發展始于20 世紀90 年代,當時研究人員開始關注CT 掃描對人體組織的輻射損傷問題。隨著計算機技術和成像技術的不斷發展, 胸部CT 低劑量掃描技術得到了不斷完善和提高。目前,胸部CT 低劑量掃描已經成為臨床診斷中的重要手段之一。新一代的胸部CT 低劑量掃描技術采用先進的成像算法和圖像重建技術, 可以生成高分辨率、高對比度的影像, 同時降低掃描時間和輻射劑量, 這些技術包括噪聲抑制、輻射劑量模擬、遮罩輔助成像等。此外, 一些相關技術也得到了廣泛應用, 例如自適應濾波、噪聲消除、直接成像噪聲調整等, 來減少圖像噪聲和偽影, 并提高圖像質量。新型胸部CT 機器也在出現, 如Dual-Source CT(DSCT)和卷積神經網絡(CNN)等。總之, 隨著技術的不斷發展和完善, 胸部CT 低劑量掃描將更加廣泛地應用于臨床, 為人類健康事業做出更大的貢獻。

胸部多層螺旋CT 低劑量掃描作為一種可以減少輻射暴露的CT 掃描方法。與傳統CT 掃描相比, 低劑量CT 掃描可以減少對人體組織的輻射損害, 同時也可以減少機身部位的掃描, 縮短掃描時間, 并減少造成的不適。胸部低劑量CT 掃描可以提供高分辨率的影像,能更好地顯示肺部病變, 例如肺結節、肺氣腫等, 使醫生更容易診斷和治療；通過胸部多層螺旋CT 低劑量掃描可以及早發現肺癌、肺結節、肺部感染、肺炎等疾病, 尤其是對于有吸煙史、家族中有肺癌患者, 年齡在50 歲以上、長期接觸工業、放射性物質等高危人群進行篩查。此外, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描還可以檢測咳嗽、氣短、胸部疼痛等癥狀的原因, 幫助醫學專業人員做出準確的診斷和治療方案。同時, 低劑量掃描下, 對患者的肺部情況進行全面檢查, 可以及早檢測到肺部的微小結節和病變, 在治療上更容易具有針對性, 減少無效的肺部復查。總之, 低劑量胸部CT 掃描是一種更加安全、可靠和高效的檢查方式, 可以在不增加不必要的輻射劑量的同時, 更好地解決患者的健康問題。因此, 胸部CT 低劑量掃描在預防和診治肺部疾病方面具有重要的意義。

4 降低胸部多層螺旋CT 掃描輻射劑量的方法

一直以來, 多層螺旋CT 在臨床領域中均發揮著重要的作用, 但多層螺旋CT 帶來的較高輻射并未引起廣泛關注。隨著多層螺旋CT 應用范圍的逐漸增加, 尤其是兒童受檢者的增加, 加之多層螺旋CT 技術不斷發展,多層螺旋CT 引導下穿刺活檢的應用也日趨廣泛, 降低多層螺旋CT 掃描的輻射劑量開始成為國內外學者重點關注的話題。目前, 絕大多數放射學研究者普遍認可的觀點是“CT 輻射劑量應當降低而且可以在劑量與圖像質量之間找到最佳平衡點”。早期對于多層螺旋CT 掃描輻射劑量的測量是很復雜的, 主要的測量方式有CT 劑量指數、專用模體、專用筆型電離室、劑量儀、熱釋光片等。目前臨床使用的多層螺旋CT 機在選定掃描參數后可實現劑量指數的自動計算, 操作簡單、觀測直觀。對于胸部多層螺旋CT 低劑量掃描受檢者而言, 輻射劑量與掃描參數的選擇有直接關系, 掃描參數中的毫安秒、峰值電壓、層厚和層數等均會對輻射劑量產生影響。

為了降低胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的輻射劑量, 有研究者提出在其他參數不變的情況下降低管電流, 因放射線劑量與管電流之間存在著線性關系, 所以管電流的下降也會使放射線劑量有所下降［6,7］。現階段, 國內外低劑量CT 掃描的實現主要采用這種方法,將管電流設置在合理范圍內也能滿足CT 圖像的質量的需求, 管電流的設置應以滿足所需CT 圖像的最小值為宜。對于胸部多層螺旋CT 機而言, 螺距對于輻射劑量的影響也很重要, 當螺距<1 時表示體素曝光>360°, 從而使輻射劑量增加；當螺距>1 時表示體素曝光<360°, 因床進過大容易將較小的病灶漏掉［8］。有研究者嘗試將螺距值從1 提高至1.5, 結果使輻射劑量大大降低, 未明顯丟失診斷信息［9,10］。除了螺距以外,層厚對于胸部多層螺旋CT 輻射劑量也會產生一定的影響［11］；因X 射線屬于發散的錐形輻射, 胸部多層螺旋CT 掃描時輻射超過探測器的準直, 因此薄層CT 輻射會更多擴散至圖像層塊外, 與厚層掃描相比較重疊更多, 薄層CT 因層厚的變小會增加圖像的噪聲, 需要通過mAs 的提高來進行補償, 進而使輻射劑量增加,大量的薄層CT 其輻射劑量與厚層掃描輻射相比增加30%～50%［12,13］。近年來, 也有學者嘗試基于體重來進行胸部多層螺旋CT 掃描參數的調節, 體重小的受檢者采用較小的劑量, 體重大的受檢者采用較大的劑量, 可滿足獲取CT 圖像的要求［14,15］。從理論層面來講, 利用受檢者的身高體重比調節胸部多層螺旋CT 掃描參數可能更為合適, 但目前尚缺乏相關研究進一步證實。

5 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的具體應用

胸部多層螺旋CT 低劑量掃描已經用于許多疾病的診斷和評估, 包括肺癌、結節、肺纖維化、肺氣腫、肺炎、支氣管擴張、食管癌、胸腔積液等。①肺癌篩查：胸部CT 低劑量掃描是肺癌常用的篩查方法之一, 早期發現肺部病變, 有助于早期治療和預后。目前胸部多層螺旋CT 低劑量掃描多用于早期肺癌的篩查和隨訪方面, 伴隨越來越多大型臨床試驗研究結果的公布, 對于胸部多層螺旋CT 低劑量掃描用于肺癌篩查的應用有了更加深入的認識, 但也引起了一些爭議。有研究者認為, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描用于肺癌篩查,可能會降低肺癌的死亡率［16］。也有研究者對胸部多層螺旋CT 超低劑量掃描進行了嘗試, 由兩名以上經驗豐富的胸部獨立閱讀放射科醫生對結節數量、位置、大小等進行分析, 結果胸部多層螺旋CT 超低劑量掃描具有較高的靈敏度與特異度, 且有效降低了輻射劑量, 輻射劑量為0.13 mSv, 相當于平片輻射減少約10 倍的累積輻射暴露［17］。②結節檢查：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描可以檢查肺部結節的大小、數量、位置、形態等,幫助醫生判斷結節性質是否惡性。③流感病毒感染：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描可以顯示肺部的炎癥和感染, 有助于診斷和治療。④肺部疾病的評估：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描可用于如肺纖維化、肺氣腫等診斷和評估。既往大量的臨床研究表明, 在保證圖像質量的基礎上, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描用于成人肺部疾病的篩查, 可使受檢者胸部整體的輻射劑量減少約30.6%。在兒童受檢者中應用胸部多層螺旋CT低劑量掃描, 可使胸部輻射劑量降低16%～39%。⑤肺部手術前后的評估：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描適用于肺部手術患者術前的定位和規劃, 術后的療效評估等。⑥其他疾病的評估：胸部多層螺旋CT 低劑量掃描在其他疾病的評估中應用也較為廣泛, 如支氣管擴張、食管癌、胸腔積液等。總之, 胸部CT 低劑量掃描具有廣泛的應用, 并且已成為胸部疾病診斷、治療和疾病隨訪的重要工具。

在肺動脈檢查中, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的應用也較為廣泛, 為了實現輻射劑量的降低, 很多研究者會采用降低管電壓的方式, 如將管電壓設置為80 kV, 與常規120 kV 的管電壓相比輻射劑量會相應降低。為了在降低輻射劑量的同時更好保證圖像質量,有研究者采用iDose 4 迭代重建, 發現可以降低有效輻射劑量和碘攝入量, 同時獲得所需的CT 掃描圖像［18］。除了用于肺癌、肺結節、肺動脈篩查和隨訪以外, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描在其他胸部疾病的檢查中亦應用廣泛, 如間質性肺疾病等。在間質性肺疾病的臨床檢查中運用胸部多層螺旋CT 低劑量掃描主要采用選擇適宜的管電流或管電壓的方法, 與此同時可根據患者體型與具體的檢查類型等個體化信息選擇掃描參數, 實現以盡可能低的輻射劑量生成臨床所需要的CT 掃描圖像。為了獲得更好的圖像質量, 采用管電流或管電壓實現胸部多層螺旋CT 低劑量掃描的同時, 可配合適宜的重建方法, 減少CT 掃描的噪聲, 更好地顯示間質性肺疾病受檢者的網狀結構與支氣管擴張情況,在低輻射劑量的前提下更好檢測出間質性肺疾病。與此同時, 胸部多層螺旋CT 低劑量掃描檢查間質性肺疾病通過合理選擇重建方法, 還可以降低圖像的噪聲, 獲得較高的圖像分辨率, 從而獲得良好的圖像質量特征。但值得注意的是, 與常規劑量的胸部多層螺旋CT 掃描相比較, 低劑量的掃描方案可能會低估受檢者網狀、蜂窩狀改變情況, 高估磨玻璃密度, 對閱片者閱片技能要求較高, 必要情況下可進行復讀閱片, 以增加疾病檢出的敏感性。

綜上所述, 在臨床實踐中, 合理應用胸部多層螺旋CT 低劑量技術是診斷放射學的基本原則, 因此要求影像學技師在圖像質量能滿足臨床需求的前提下, 盡可能地減少輻射劑量, 以減少受檢者在電離輻射下的暴露, 有效保護受檢者。相信伴隨胸部多層螺旋CT 低劑量技術的深入研究與不斷完善, 未來實施胸部多層螺旋CT 檢查可以根據不同檢查部位、不同檢查目的,制定最佳的、個性化的掃描方案, 從而更好滿足受檢者的需求。