兒童CT檢查輻射劑量最優(yōu)化問題初探

邢點(diǎn)金 范晨燁 劉 昊 魯 雯

山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)放射學(xué)院，山東 泰安 271016

X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(computer tomography，CT)在目前醫(yī)學(xué)診療中的應(yīng)用非常普遍。作為一種新型的治療手段，CT具有獨(dú)特的原理，因此有著極其廣泛的適應(yīng)癥且療效顯著，但在治療疾病時(shí)存在副作用以及電離輻射的影響，因此CT治療的輻射劑量的研究受到非常大的關(guān)注。CT檢查引起的照射會(huì)增加發(fā)生潛在疾病的風(fēng)險(xiǎn)，特別是對(duì)輻射敏感的兒童，尤其是正處于生長發(fā)育期的幼兒，細(xì)胞分裂更新速度和范圍明顯高于成年人，所以對(duì)X線的敏感性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成年人，同樣的照射劑量下兒童會(huì)有更高的患病率與致死率，而我國多數(shù)兒童醫(yī)院CT掃描參數(shù)或條件并未單獨(dú)設(shè)立兒童標(biāo)準(zhǔn)，因而對(duì)兒童CT檢查輻射劑量的影響因素分析是必不可少的。

1 影響 CT輻射照射劑量的因素

影響CT照射劑量的因素有很多,主要有以下幾個(gè)因素:①CT操作者的因素例如掃描的技術(shù)參數(shù)、掃描層數(shù)與方式、螺旋系數(shù),防護(hù)是否到位，是否與患者進(jìn)行有效的溝通；②受檢查者的因素，例如接受檢查前的準(zhǔn)備工作,檢查時(shí)配合程度；③CT機(jī)器本身的因素:包括機(jī)器的性能，CT球管、CT的準(zhǔn)直寬度，CT濾線器，探測器等[1]。

2 兒童自身特點(diǎn)對(duì)輻射劑量的影響

兒童作為一個(gè)特殊的群體，正處于身心生長發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，活潑好動(dòng)，在檢查中不能聽從檢查人員的指令從而增加檢查的困難性，以致過長的檢查時(shí)間，因而加大了輻射照射劑量。為提高影像質(zhì)量，需要檢查人員針對(duì)不同年齡段的兒童采取不同的檢查方法，及時(shí)與家長進(jìn)行良好溝通，讓家長參與配合，避免重復(fù)檢查。

Lodwick等[2]采用一種自動(dòng)軟件工具評(píng)估CT對(duì)患者的輻射劑量，將16歲以下患者按體重指數(shù)(BMI)歸類為超重/肥胖組別后進(jìn)行頭部、胸部、腹部以及骨盆CT掃描，得出結(jié)果超重/肥胖患者的頭部CT的輻射劑量與正常體重患者相似，但胸部的輻射劑量更高，所以超重/肥胖增加了高劑量胸部CT的發(fā)生率。超重/肥胖兒童因CT成像而承受較高的輻射劑量，超重/肥胖是值得考慮的劑量影響因素之一。

Kocyigit等[3]學(xué)者用回顧性方法分析治療中心5年內(nèi)收治的小兒輕度顱腦外傷患兒的臨床資料，來探討臨床風(fēng)險(xiǎn)分類對(duì)兒童輕度外傷CT掃描基本原理優(yōu)化的影響，并對(duì)CT掃描暴露的有效輻射劑量值進(jìn)行了評(píng)估。研究者根據(jù)預(yù)先確定的癥狀和體征，將患者分為低危組和高危組，計(jì)算了有效輻射劑量值。結(jié)果:低危組(10例)1.9%，高危組(90例)29.8%，與創(chuàng)傷相關(guān)的病理CT表現(xiàn)有顯著性差異。某些預(yù)先確定的體征和癥狀(如嘔吐、疑似顱骨骨折和意識(shí)喪失)與外傷的病理CT表現(xiàn)顯著相關(guān)。最終得出：高危組輕度顱腦損傷患兒及嘔吐、疑似顱骨骨折、意識(shí)喪失患兒行頭顱CT掃描，應(yīng)修改兒童CT掃描儀的設(shè)置參數(shù)，以減輕不適的輻射暴露。

Tsujiguchi[4]以753例患者的CT檢查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用體型特異性劑量估計(jì)方法(SSDE)，結(jié)合患者年齡和體型計(jì)算暴露劑量，對(duì)有效劑量進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果證實(shí)，在其醫(yī)院使用的CT系統(tǒng)中，測量的體積CT劑量指數(shù)(CTDI)與劑量報(bào)告的CTDIvol之間的誤差非常小。對(duì)于使用電離輻射的CT，必須仔細(xì)制定標(biāo)準(zhǔn)。為了減少對(duì)CT的暴露，已經(jīng)考慮了各種策略，例如制定一種考慮到患者年齡和體型的成像方案，在減少CT掃描次數(shù)的情況下進(jìn)行超聲檢查，并考慮省略簡單增強(qiáng)CT。SSDE不僅可能提高CT暴露的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測，而且可同時(shí)保持診斷的質(zhì)量。減少CT上曝光的技術(shù)包括CT自動(dòng)曝光控制圖像重建、低管電壓技術(shù)和逐次逼近方法[5]。通過將SSDE納入這些技術(shù)中，個(gè)別患者量身定制的低暴露診斷方法的實(shí)施成為可能。

3 CT檢查中的輻射防護(hù)正當(dāng)化及最優(yōu)化

CT檢查受檢者的輻射劑量主要受掃描的技術(shù)參數(shù)如管電流、管電壓等的影響。

3.1 管電流

漆赤[6]通過對(duì)體膜及配制的15管不同濃度的溶液(不同管電壓及管電流的參數(shù)組合)進(jìn)行多參數(shù)掃描，根據(jù)不同掃描條件下的物質(zhì)CT值的變化趨勢得出在相同管電壓條件下，在管電流不斷增大的情況下，圖像噪聲值逐漸減小，圖像質(zhì)量提高，而降低管電流在不影響圖像質(zhì)量的情況下進(jìn)行掃描和成像，可以顯著降低患者的輻射劑量。

自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)(automatic tube current modulation，ATCM)是根據(jù)受檢解剖結(jié)構(gòu)的衰減特性來調(diào)控管電流的輸出從而優(yōu)化輻射劑量兼顧圖像質(zhì)量的先進(jìn)技術(shù)。孫飚[7]學(xué)者通過選取120例需要進(jìn)行胸部CT掃描患兒，將其隨機(jī)分為兩組，實(shí)驗(yàn)組使用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，對(duì)照組使用固定管電流常規(guī)掃描技術(shù)，記錄每次CT掃描質(zhì)量指數(shù)，計(jì)量長度乘積，結(jié)果得出自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)可以提高圖像質(zhì)量，降低輻射劑量，在兒童胸部CT掃描應(yīng)用上具有較高的臨床價(jià)值。

意大利的Granata[8]用多層螺旋CT掃描儀，將兒童分為3個(gè)年齡組對(duì)其進(jìn)行頭部、胸部和腹部的研究，并記錄其CTDIvol、SSDE、劑量長度乘積(dose length product，DLP)和總的DLP，這些數(shù)據(jù)與意大利成人的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，多因素分析評(píng)估CTDIvol與患者特征和掃描方式的相關(guān)性，得出引用特定尺寸的CT協(xié)議，可以更好的優(yōu)化兒童輻射劑量，引用迭代重建技術(shù)和管電壓自適應(yīng)技術(shù)可以較好地實(shí)現(xiàn)這一目的。

3.2 管電壓

兒童CT檢查的輻射劑量也隨管電壓的變化而變化，降低管電壓可降低輻射劑量且無信噪比的降低[9]。

袁穎等[10]學(xué)者對(duì)胸部仿真模體行CT掃描時(shí)，探討管電壓的變化對(duì)圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響，得到患者的輻射劑量隨著掃描管電壓的增高而降低。在其他條件不變的情況下，KV值為60, 80,100,120時(shí)，透射劑量分別為9.12, 11.68，15.34，21.43μGy。因此，降低管電壓，可以相應(yīng)的降低輻射劑量。

自動(dòng)管電壓調(diào)制技術(shù)可根據(jù)被檢體的前后徑、左右徑以及射線衰減特性，自動(dòng)選擇適合的管電壓值。避免體厚過大或過小造成的不適當(dāng)輻射能量，是一種較高智慧技術(shù)。

3.3 迭代重建技術(shù)

迭代重建技術(shù)在頭頸部、心臟以及胸腹部等多個(gè)重要領(lǐng)域取得了廣泛的臨床應(yīng)用。迭代重建算法是通過若干次迭代，逐次對(duì)待處理的圖像進(jìn)行改善，可以在高對(duì)比度下提高空間分辨率，在低對(duì)比度下降低噪聲。

2008年，GE公司推出基于系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型的自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)接待重建技術(shù)(adaptive statiscal iterative reconstruction，ASiR0)，可以顯著降低重建圖像的噪聲，改善圖像質(zhì)量，同傳統(tǒng)FBP(濾波反投影算法)相比，下降了約50%的輻射劑量[11]。

采用GE Revolution CT對(duì)120例患者進(jìn)行分組后行胸部CT平掃，分別設(shè)定不同權(quán)重的ASiR- V進(jìn)行掃描后比較圖像質(zhì)量的組間差異。得出結(jié)論：前置ASiR- V可以在保證圖像客觀指標(biāo)的前提下降低輻射劑量;當(dāng)其權(quán)重為40%時(shí),輻射劑量明顯降低,且能最好的應(yīng)用于臨床[12]。

王強(qiáng)等[13]先采用對(duì)照試驗(yàn)的方法，用GE Healthcare Optima CT660掃描儀對(duì)100例胸部MSCT掃描患兒做ASiR- V技術(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)使用此技術(shù)檢查時(shí)患兒所受最低有效輻射劑量(effective dose，ED)為1.36 msV, 而此時(shí)對(duì)照組的輻射劑量為4.25 msV。因此這個(gè)技術(shù)可以降低兒童的輻射劑量。且隨著ASiR- V的增加圖像噪聲減低，可以獲得更佳的圖像質(zhì)量。Arapakis等[14]在腹部CT成像方面得到了同樣的結(jié)論。

Podberesky[15]通過兩樣本t檢驗(yàn)和方差分析評(píng)估濾過反投影重建技術(shù)(FBP)和降低自適應(yīng)迭代劑的3D重建技術(shù)(AIDR)對(duì)兒童和青少年CT小腸成像影像質(zhì)量和輻射劑量差異的診斷性能。評(píng)估針對(duì)所有權(quán)重的平均具體劑量，AIDR3D組(6.1±2.1 )mGy明顯低于FBP組(16.7±5.2) mGy(P<0.0001)，而客觀影像噪聲在兩組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此低劑量CT小腸成像AIDR 3D重建技術(shù)比FBP重建技術(shù)輻射劑量更低，并可同時(shí)保持高診斷性能。

張祺等豐[16]學(xué)者在臨床上采用ATCM技術(shù)結(jié)合ASIR重建技術(shù)對(duì)30例患兒分2次行腹部CT掃描，通過對(duì)照實(shí)驗(yàn)得出在配合自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)(ATCM)條件下應(yīng)用自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(ASIR)技術(shù)可以進(jìn)一步減低輻射劑量且不影響圖像質(zhì)量。

據(jù)Amisha[17]的最新研究表明，ASIR降低了兒童下肢CT檢查的放射劑量，但圖像清晰度和診斷可接受性評(píng)分顯著下降，因此對(duì)于兒童CT檢查不同部位ASIR的使用應(yīng)該與其偏好相平衡，以及在特定的解剖部位比較不同的軟件技術(shù)和對(duì)ASIR的進(jìn)一步研究，都是有必要的。

在超低輻射劑量下，CT圖像獲得小兒先天性心臟病高質(zhì)量診斷仍具有挑戰(zhàn)性。Zheng等[18]學(xué)者探討了應(yīng)用迭代重建技術(shù)對(duì)兒童心血管CT血管成像進(jìn)行前瞻性心電圖的高螺距螺旋采集的可行性和圖像質(zhì)量。方法是對(duì)62例2歲以下先天性心臟病患兒隨機(jī)分為2組后，進(jìn)行前瞻性心電圖高螺距螺旋雙源CT采集，對(duì)兩組患者的有效輻射劑量也進(jìn)行了估計(jì)，發(fā)現(xiàn)衰減結(jié)果沒有顯著差異，經(jīng)迭代重建后節(jié)省劑量53.8%。結(jié)論：在有效輻射劑量<0.1 mSv的兒童心血管CT血管成像中，高螺距螺旋采集、低管電流、迭代重建聯(lián)合應(yīng)用可提供高質(zhì)量的診斷圖像。

3.4 線束準(zhǔn)直、床的速度和螺距

對(duì)于單層螺旋CT，在其他條件不變的情況下，劑量與管電流和時(shí)間乘積成正比，與螺距成反比。而在螺旋CT中必須同時(shí)考慮螺距床的速度、線束準(zhǔn)直。有研究[19]表明，對(duì)于LightSpeed 16層螺旋CT來說，螺距與輻射劑量的關(guān)系同單層螺旋CT基本相同(dose∝mAs/pitch)，系螺距增加會(huì)使輻射劑量以相同比例下降，為保證圖像質(zhì)量，應(yīng)增加mAs作為補(bǔ)償，而對(duì)于Sensation 64層螺旋CT來說，mAs會(huì)隨螺矩的變化自動(dòng)調(diào)整，因此不同螺距的輻射劑量基本相同。日常操作中管電流的調(diào)定須同時(shí)考慮機(jī)型和螺距的變化。

4 輻射防護(hù)

對(duì)兒童胸部CT掃描時(shí)，鉛衣能有效的保護(hù)腹部，尤其是包裹式的屏蔽措施。以無屏蔽時(shí)的測量結(jié)果為參考值，覆蓋屏蔽可降低結(jié)腸劑量26.2%,降低男性睪丸和女性卵巢劑量為55.9%和19.7%，而包裹式屏蔽可降低結(jié)腸劑量約41.2%，降低男性睪丸和女性卵巢劑量約為72.1%和35.6%[20]。

頭部和胸部是兒童接受X射線CT檢查的最常見和次常見體位,相應(yīng)的非掃描區(qū)域內(nèi)的輻射敏感器官需要開展屏蔽防護(hù)。在自動(dòng)管電流調(diào)制模式下行螺旋掃描時(shí),屏蔽物過分接近掃描區(qū)域反而會(huì)增加受檢者掃描野內(nèi)的器官劑量并形成偽影,應(yīng)在隔開掃描野下緣一段距離處放置屏蔽物；而在步進(jìn)式軸掃描時(shí),應(yīng)盡量接近掃描野下緣,以獲得最佳的屏蔽效果。

Strauss[21]假設(shè)兒童CT設(shè)施優(yōu)化了CT協(xié)議，通過回顧性研究(患者平均年齡12歲)，使用來自國家放射學(xué)數(shù)據(jù)登記處(2016—2017年)的數(shù)據(jù)評(píng)估3種檢查類型:腦平掃、胸部平掃、盆腹腔靜脈造影增強(qiáng)；采用了6個(gè)不同劑量組，分析了體積CT劑量指數(shù)(CTDI)、體型特異性劑量估計(jì)方法(SSDE)和劑量長度積(DLP)3種劑量指數(shù)，分別比較不同規(guī)模類別的兒科學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和其他機(jī)構(gòu)的平均劑量和方差。得出結(jié)論兒科學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)在顱腦檢查及大部分胸部盆腹腔檢查中均采用較低的CT輻射劑量，與非學(xué)術(shù)兒科或成人機(jī)構(gòu)相比變化較小。同時(shí)建議每個(gè)機(jī)構(gòu)向其放射科醫(yī)生、技術(shù)人員和醫(yī)學(xué)物理學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)收集信息，以便將患者的CT劑量指數(shù)與本次全國調(diào)查中的值進(jìn)行比較。

對(duì)于兒童輻射防護(hù)方面，德國輻射保護(hù)協(xié)會(huì)與臨床專家一起制定了放射診斷程序指南，美國兒童放射協(xié)會(huì)提出兒童CT的使用指南和建議，日本尚未就電離輻射在診斷放射學(xué)中的應(yīng)用的臨床指南達(dá)成共識(shí)，還未有標(biāo)準(zhǔn)化的兒童CT臨床指南，但2016年出版的機(jī)械成像指南包含了更多兒童影像學(xué)內(nèi)容[22]。

5 結(jié)論與展望

CT檢查技術(shù)不斷提高的同時(shí)，應(yīng)重視輻射劑量對(duì)受檢者的影響，尤其是對(duì)輻射敏感的兒童。對(duì)于醫(yī)院而言，應(yīng)制定完全的操作流程，并做到強(qiáng)有力的監(jiān)管，確?；純号c操作人員避免不正當(dāng)照射。對(duì)于操作人員，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行操作流程，熟練掌握專業(yè)技能，根據(jù)患兒的不同癥狀，進(jìn)行靈活處理，優(yōu)化CT掃描參數(shù)，使其符合正當(dāng)化和最優(yōu)化原則，有效降低放射工作人員和受檢者的X射線輻射影響。對(duì)于家長，應(yīng)積極配合操作人員以便減少患兒自主或不自主的活動(dòng)，減少重復(fù)照射。此外，對(duì)公眾開展輻射防護(hù)基本知識(shí)的教育，提高其自我保護(hù)意識(shí)，盡量避免受檢者的不必要輻射。此外許多臨床問題可以用其他成像方法來解決，如超聲或磁共振成像(MR)，以避免使用電離輻射。兒童急性腹痛的常見原因如闌尾炎和腎結(jié)石，可以通過超聲波診斷，此外，MR腸成像在評(píng)定小兒炎癥性腸病方面已經(jīng)基本取代了CT腸成像。綜上所述，決定采用CT或其他成像方法，最好與相關(guān)患者密切協(xié)商，以確保臨床問題得以充分解決。