吳爽， 黃偉

綜 述

兒童腹部CT低劑量掃描的研究進展

吳爽， 黃偉

兒童腹部CT檢查在臨床應用日益增多。由于腹部增強CT檢查需要多期掃描，患者接受的輻射劑量會顯著增加；并且兒童較成人電離輻射誘發(fā)癌癥的危險性高；如何在保證圖像質(zhì)量的同時盡量降低輻射劑量已受到廣泛關(guān)注。就目前兒童腹部CT低劑量掃描的研究進展予以綜述。

體層攝影術(shù)； 輻射； 圖像質(zhì)量； 兒童

隨著多排螺旋CT及CT血管成像的廣泛應用，患者接受的放射X線劑量日益增高。流行病學研究表明,多排螺旋CT產(chǎn)生的輻射劑量會在器官和組織中累積，超過一定水平會增加罹患癌癥的風險[1]。如何降低受檢者不必要的輻射劑量已經(jīng)受到國際上的關(guān)注[2]。與成年人比較，兒童尤其是低齡兒童處于生長發(fā)育期，具有更快速的細胞分裂速度和更長的生存周期，這些因素增加了輻射誘發(fā)癌癥的易感性。本研究將從降低兒童CT輻射劑量的必要性、腹部CT掃描的特點、降低兒童腹部CT輻射劑量的方法三個方面進行闡述。

1 降低兒童CT輻射劑量的必要性

美國科學研究院電離輻射生物效應委員會發(fā)布的電離輻射的生物學效應報告書中指出，對于同一種醫(yī)療照射，在兒童時期接受照射而致癌的危險是20～50歲成年人的3～4倍。因此在檢查過程中減少輻射劑量對兒童而言更為重要[3,4]。由于兒童腹盆腔CT掃描應用的顯著增加，腹盆腔掃描帶來的電離輻射與其他掃描部位比較具有最高的誘發(fā)實質(zhì)臟器癌腫的危險性[5]。因此，盡可能降低輻射劑量，已成為當前醫(yī)學影像學界探討的熱點問題。在發(fā)展中國家的很多醫(yī)院為兒童進行CT檢查時仍用成人的掃描參數(shù)[1]。因此有必要設置針對兒童的掃描參數(shù)以降低兒童接受的輻射劑量。在CT使用中照射劑量選擇上應遵循最優(yōu)化低劑量原則(as low as reasonably achievable，AIARA)[6]，根據(jù)患兒檢查部位調(diào)節(jié)掃描參數(shù)，從而達到以最優(yōu)化的照射劑量獲得最佳圖像質(zhì)量的目的。

2 腹部CT掃描的特點

腹部臟器大多為實質(zhì)性臟器，如肝、腎、脾臟等，各臟器結(jié)構(gòu)的對比分辨率較低，其正常組織和病變密度差異較小，因此更依賴提高空間分辨率來顯示病變。這就意味著降低輻射劑量腹部CT掃描中應用有一定限制，在降低輻射劑量的同時要保證圖像質(zhì)量滿足診斷要求。在腹部CT增強掃描及CTA掃描時，常規(guī)需進行多期掃描(動脈期、靜脈期、延遲期)，患者接受的輻射劑量會成倍增加，因此有必要應用各種方法來降低輻射劑量。

3 降低兒童腹部CT輻射劑量的方法

目前國內(nèi)外已經(jīng)有很多學者開展了兒童腹部低劑量CT的研究。優(yōu)化掃描參數(shù)方法包括降低管電流、降低管電壓等。新掃描技術(shù)包括自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)、自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)、迭代重建算法、雙能量CT虛擬平掃等。

3.1 降低管電流 輻射劑量與電流呈正比，保持千伏不變時適當降低管電流可降低輻射劑量而圖像質(zhì)量不會明顯下降[7]。由于兒童體積小，周徑和前后徑均較成人小，X線束衰減較少，與成人患者比較用相同的管電流會有更多的剩余X線到達探測器，所以用相同的CT掃描劑量兒童比成人的圖像噪聲要低[8]?；純涸谶M行CT檢查時，管電流降低引起的噪聲增加可通過選擇適當掃描參數(shù)使圖像質(zhì)量得到保證。但是管電流降低主要影響低對比分辨率，使低對比組織，如腦、肝臟的圖像質(zhì)量明顯下降，在腹部CT中應用有一定局限性[9]。早在2001年Wormanns等[10]研究發(fā)現(xiàn)兒童進行腹部CT掃描，當管電壓均為100 kV時，管電流由100 mA降低至50 mA，CT容積劑量指數(shù)可降低50%以上，但是對于解剖細節(jié)50 mA組顯示較差。

3.2 降低管電壓 降低千伏能夠降低生成CT圖像的光子的能量從而使輻射劑量呈指數(shù)降低[11]。一般認為輻射劑量與千伏的平方呈正比[7]。如果患兒體型較小，穿透人體需要的管電壓較成人需要的管電壓低，這就為在進行兒童CT掃描時降低管電壓提供了可行性。同時降低管電壓會使貫穿的X線減少，從而使圖像噪聲增大，并且會造成線束硬化偽影。但是，與標準管電壓相比，低管電壓更加接近碘對比劑的K邊緣值(33.2 keV)，碘對X線吸收增加，其對比強化效果更好。因此，降低管電壓是提高靶血管對比強化的主要方法之一。目前降低管電壓方面已經(jīng)有很多研究[4,12]。Dong等[4]利用筒形體模模擬兒童腹部，中央充填含碘對比劑，周邊充填蒸餾水，中央?yún)^(qū)CT值與周邊CT的差值和噪聲之比代表對比度噪聲比(CNR)，將體模分別在80、100、120、140 kV條件下進行掃描，研究表明當管電壓由140 kV降至80 kV時，在CNR保持不變的前提下輻射劑量可以降低70%。

3.3 自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù) 自動管電流調(diào)節(jié)(automatic tube current modulation，ATCM)是一種基于患者體型尺寸調(diào)節(jié)管電流的技術(shù)。由于在非圓形橫斷面上各個方向上的X射線衰減量不同，自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)根據(jù)掃描過程中患者的體積、身體各部位的衰減特性，在不影響圖像質(zhì)量的前提下沿X-Y軸(角度調(diào)節(jié))或Z軸(縱軸調(diào)節(jié))進行管電流自動調(diào)制來降低照射劑量，具有實時在線調(diào)節(jié)照射劑量作用，既可以提高射線的利用效率同時降低輻射劑量[13]。目前自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)在兒童CT及CTA臨床應用方面已經(jīng)有文獻報道。Herzog等[14]研究發(fā)現(xiàn)在兒童心血管成像中使用自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)能夠顯著降低毫安秒的數(shù)值，分別在80、100、120 kV條件下用ATCM技術(shù)掃描，平均毫安秒值與對照組比較降低57.8%，并且有效劑量降低了60.3%；并發(fā)現(xiàn)在管電壓為80 kV時較100 kV或120 kV時毫安秒更低，但是圖像質(zhì)量和圖像噪聲無明顯變化。

3.4 自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù) 自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)可以根據(jù)受檢者的體型和檢查目的，同時實現(xiàn)kV的自動選擇和mA的自動選擇，還可以實現(xiàn)對曝光角度的自動選擇。西門子推出的智能最佳管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)根據(jù)受檢者的體型和檢查類型，可以在70～140 kV范圍內(nèi)自動選擇合適的管電壓。Siegel等[2]模擬不同體型的兒童進行體模研究，將自動管電流調(diào)節(jié)及自動管電壓調(diào)節(jié)結(jié)合并與只自動調(diào)節(jié)管電流而管電壓為標準120 kV兩種掃描方案進行對比，研究發(fā)現(xiàn)掃描體型較小及中等的體?？蓪⒐茈妷航档椭?0 kV，體型較大的體模可將管電壓降低至80 kV，應用自動管電流調(diào)節(jié)及自動管電壓調(diào)節(jié)結(jié)合的方案較僅自動調(diào)節(jié)管電流的方案輻射劑量降低了56%，而CNR較后者增加9.1%，說明自動管電流調(diào)節(jié)及自動管電壓調(diào)節(jié)結(jié)合的掃描方案對降低兒童CT及CTA的輻射劑量更為有效。Siegel等[15]將自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)用于臨床的兒童腹部CT中。研究發(fā)現(xiàn)應用自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)能夠使94%的患兒管電壓降低，與標準120 kV組對比輻射劑量降低了26%，差異有統(tǒng)計學意義，但是肝臟和門靜脈圖像在兩種掃描方案下對比度噪聲比差異無統(tǒng)計學意義，說明自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)能夠在兒童腹部CT中應用。

3.5 迭代重建算法(iterative reconstruction，IR) 迭代重建技術(shù)對提高圖像質(zhì)量及降低輻射劑量有較大潛力[16-18]。迭代算法由于可以更好地處理電子噪聲和其他物理因素所導致的圖像偽影，從而顯著提高圖像質(zhì)量，因而特別適合在CT低劑量掃描后圖像數(shù)據(jù)欠佳時應用。Schindera等[19]進行腹部CT體模研究，將模擬肝腫瘤的體模進行不同管電壓的CT掃描后分別行濾波反投影(FBP)及IR兩種重建算法進行圖像重建，結(jié)果顯示,100 kV結(jié)合IR重建的方案較120 kV結(jié)合FBP重建方案對檢出腫瘤的敏感性相似，而輻射劑量減少了39.8%。在臨床兒童腹部CT掃描也有文獻論證了IR算法的優(yōu)勢[20]。結(jié)果顯示IR算法能夠使接受腹部CT檢查的患兒輻射劑量降低38.2%，運用IR算法重建的圖像噪聲較FBP重建的圖像噪聲顯著減少，從病變的大小、檢出的數(shù)目、細微結(jié)構(gòu)的顯示情況、偽影嚴重程度等方面主觀評估兩種方法重建出的圖像質(zhì)量，結(jié)果顯示兩種方案的圖像質(zhì)量無顯著差異，說明在兒童CT掃描中應用迭代重建算法能夠在保證圖像質(zhì)量和滿足診斷要求的前提下顯著降低輻射劑量。西門子公司推出了新一代迭代重建算法，即基于原始數(shù)據(jù)域迭代重建算法(sinogram-affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)。該算法首先在原始數(shù)據(jù)域進行迭代，以去除各種偽影；然后再在圖形空間進行迭代，以去除噪聲和部分偽影，從而提高圖像質(zhì)量[7]。SAFIRE算法作為第2代迭代算法已經(jīng)開始應用于臨床[21,22]。Kim等[22]將SAFIRE算法與自動管電壓及自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)結(jié)合并與僅應用自動管電流調(diào)節(jié)聯(lián)合FBP算法的掃描方案比較，研究表明第3級的SAFIRE算法聯(lián)合自動管電壓及自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)所得到的腹部實質(zhì)臟器和大血管的圖像質(zhì)量較其它級別SAFIRE算法圖像質(zhì)量高，并且能夠降低兒童腹部CT掃描一半的輻射劑量。

3.6 腹圍指導優(yōu)化掃描參數(shù) 體質(zhì)量指數(shù)(BMI)是臨床上最基本的估測患者體型的指標。但是Dong等[4]認為兒童受檢者在相同的年齡、身高和體質(zhì)量的條件下體型可變性很大，用BMI確定掃描參數(shù)可能不夠準確。而腹圍較BMI更能夠反映受檢者的體型，直觀地表達身體的厚度，所以腹圍是確定kV、mAs掃描參數(shù)的重要參考指標。

3.7 雙能量CT虛擬平掃 腹部增強CT需行多期掃描(平掃、動脈期、靜脈期、延遲期)，患者接受的輻射劑量會成倍增加。雙能量CT掃描后應用虛擬平掃圖像處理軟件獲得虛擬平掃的圖像，在提供有同樣價值的影像診斷信息同時可減少一次常規(guī)平掃檢查的輻射劑量。Graser等[23]將超聲檢查懷疑腎臟腫瘤的兒童進行腹部雙能量CT掃描，注射對比劑后延遲掃描直接獲得增強圖像(腎實質(zhì)期)，并將虛擬平掃的圖像與真實平掃對比，發(fā)現(xiàn)虛擬平掃圖像質(zhì)量及噪聲均高于真實平掃，雙能量CT較常規(guī)平掃增強掃描診斷腫瘤的準確性無統(tǒng)計學差異，虛擬平掃因減少一次真實平掃可降低48.9%的輻射劑量。

此外，減少重復照射、限制掃描范圍、附加濾過板以及合理使用防護設備也能夠起到一定的防護作用。在上腹部掃描時應合理使用防護設備對敏感區(qū)域(甲狀腺、乳腺、性腺等)進行適當?shù)姆雷o屏蔽[24]。有學者認為盡管屏蔽裝置能夠有效地降低輻射劑量，但會增加圖像噪聲和條形偽影[25]?；颊咧苿蛹爸笇Щ颊吆粑浜弦彩菧p少運動偽影以獲得較高CT圖像質(zhì)量及避免不必要重復掃描以減少患者的輻射劑量的重要手段。

4 結(jié)語

目前，兒童腹部低劑量CT掃描的研究應用還處于探索階段，臨床上低劑量掃描的應用尚不成熟。腹部大多為實質(zhì)性臟器，各器官結(jié)構(gòu)的對比分辨率較低，因此更依賴提高空間分辨率來顯示病變，如提高管電流等方法，這使得低劑量CT掃描在腹部的應用受到一定限制。同時兒童與成年人相比對輻射更加敏感，具有更高的罹患輻射誘發(fā)癌癥的危險，因此臨床上進行兒童CT檢查時應在滿足診斷需求的同時最大程度地降低輻射劑量。如果在最小劑量和診斷需求之間取得較好的平衡，需要臨床放射科工作者根據(jù)受檢者的體型、檢查目的等選擇適合患者的低劑量掃描方案。

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(本文編輯：張小冬)

221004 江蘇 徐州，徐州醫(yī)學院研究生學院(吳爽)；210002 南京，南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學影像科(吳爽，黃偉) 作者簡介：吳爽(1988-)，女，徐州醫(yī)學院2012級碩士研究生在讀。研究方向：低輻射劑量CT的臨床應用研究。 通訊作者：黃偉，210002 南京，南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學影像科。

10.3969/j.issn.1674-3865.2015.02.034

R445.1

A

1674-3865(2015)02-0182-04

2014-12-19)