低劑量CT掃描技術(shù)在肋骨骨折檢查中的研究進(jìn)展

扈遠(yuǎn)余，韋仕秀，鄧佳卉

1.成都市新都區(qū)第二人民醫(yī)院 影像科，四川 成都 610501；2.成都市新都區(qū)人民醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科，四川 成都 610500

X線自發(fā)現(xiàn)以來，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，不僅能對(duì)人體進(jìn)行放射學(xué)檢查，同時(shí)也能進(jìn)行放射學(xué)治療，但是，醫(yī)療用X線是人類最大的人為輻射來源。隨著流行病學(xué)不斷深入研究，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為輻射是造成癌癥等疾病發(fā)生的重要危險(xiǎn)因素[1]。人體各個(gè)系統(tǒng)均可進(jìn)行CT檢查以診斷、治療、評(píng)估疾病與轉(zhuǎn)歸，目前，CT掃描對(duì)肋骨骨折的診斷已被認(rèn)為是最佳檢查技術(shù)，胸部肋骨數(shù)量多、掃描范圍廣，為身體檢查接受輻射劑量較大的部位。隨著臨床外科學(xué)的發(fā)展，肋骨三維重建技術(shù)越來越受到青睞，但輻射劑量會(huì)進(jìn)一步增加。根據(jù)國際放射防護(hù)委員會(huì)(International Commission for Radiation Protection，ICRP)提出的輻射防護(hù)最優(yōu)化原則，以維護(hù)和完善放射防護(hù)體系為目標(biāo)，如何有效降低輻射劑量是大家共同探討并需解決的問題。自Naidich等[2]首次提出低劑量CT掃描技術(shù)后，國內(nèi)外學(xué)者通過不斷努力，采用降低管電流、管電壓、增大螺距，以及根據(jù)體重指數(shù)或噪聲水平設(shè)定、采用迭代重建技術(shù)等多種方法進(jìn)行降低肋骨CT掃描輻射劑量的相關(guān)研究，取得了一定成效。

1 肋骨輻射劑量計(jì)算方法

肋骨CT輻射劑量計(jì)算有多種方式。CT劑量指數(shù)(CT dose index，CTDI)，包括CTDI100、CTDIW、CTDIVOL[3]，是指在CT檢查中，受檢者接收的射線平面內(nèi)的輻射劑量。劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product，DLP)是指受檢者一次完整CT檢查的總輻射劑量。有效劑量(effective dose，ED)表示組織或器官吸收的X線總能量，DLP與組織權(quán)重因子的乘積即為患者肋骨CT檢查中的有效輻射劑量。當(dāng)CT 線束寬度 ≤40 mm 時(shí)，CTDI100測(cè)量效率相對(duì)穩(wěn)定，但隨著X線束寬度的增大，實(shí)際測(cè)量的CTDI100所能涵蓋的射線量比實(shí)際總射線量小，不能正確反映出受檢者實(shí)際接受的射線劑量大小，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行校正[4，5]。此外，體型特異性劑量估算值(size specific dose estimate，SSDE)[6]與診斷參考水平(diagnostic reference level，DRL)[7]的提出，可進(jìn)一步提高判斷輻射劑量的準(zhǔn)確性，防止低估人群所受輻射劑量或不必要的輻射劑量。然而，現(xiàn)有的輻射劑量評(píng)價(jià)指標(biāo)較為系統(tǒng)化，無法根據(jù)個(gè)體差異進(jìn)行差異化評(píng)價(jià)，準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。如何根據(jù)人體重量、體積、體表面積等個(gè)體參數(shù)深入評(píng)價(jià)人體所受輻射劑量，仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。

2 降低管電流與降低管電壓

降低管電流與降低管電壓是最常見且簡(jiǎn)單的減少輻射劑量的方法。臨床常用而且操作方便，運(yùn)用較廣泛。劉岳峰等[8]通過三組管電流分別為100 mA、50 mA、25 mA進(jìn)行研究，在管電壓設(shè)定為120 kV的情況下，認(rèn)為50 mA管電流可作為胸部外傷檢查肋骨骨折診斷的最佳劑量方案，不僅能降低輻射劑量，也能減低CT球管的損耗，這與張?jiān)栖幍萚9]結(jié)果一致，采用50～80 mA管電流掃描，其圖像質(zhì)量及肋骨骨折檢出率無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而低劑量組CTDI及DLP均明顯下降。也有研究超低劑量CT掃描，將管電流設(shè)置在10 mA，結(jié)果顯示確能進(jìn)一步降低患者所受輻射劑量，但圖像噪聲明顯增加，這對(duì)肋骨骨皮質(zhì)不全骨折的診斷難度增大，對(duì)放射科醫(yī)師診斷水平及經(jīng)驗(yàn)要求更高。自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用，不僅能有效降低輻射劑量而且可保持圖像的超高清晰度[10]，受到眾多臨床工作者的青睞。降低管電流，X線光子數(shù)量降低，CT圖像噪聲增大，圖像信噪比降低，圖像質(zhì)量主客觀評(píng)分均有下降，可考慮聯(lián)合降低管電壓。Ichikawa等[11]通過研究發(fā)現(xiàn)80 kV管電壓圖像質(zhì)量好，能有效降低輻射劑量。螺旋CT智能最佳管電壓(CARE kV)聯(lián)合自動(dòng)管電流(CARE dose 4D)技術(shù)，能在保證圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良率、信噪比(SNR)、對(duì)比噪聲比(CNR)相似的情況下，有效降低患者輻射劑量的同時(shí)，保證圖像評(píng)分質(zhì)量較高[12]。另一項(xiàng)研究，在放射治療計(jì)劃中使用80 kV、100 kV和120 kV的管電壓，研究發(fā)現(xiàn)，使用100 kV低管電壓的技術(shù)，可以與120 kV圖像質(zhì)量相媲美的情況下，減少20%的輻射劑量[13]。管電壓代表X線的質(zhì)，即X線的穿透力，過低的管電壓會(huì)降低X射線光子能量，使圖像噪聲明顯增大。50 mA左右的管電流及100 kV的管電壓可作為肋骨CT掃描的可靠參數(shù)，對(duì)隱匿性骨折及不全骨折的診斷往往需要復(fù)查才能更好地進(jìn)行評(píng)價(jià)，提高骨折診斷的準(zhǔn)確性。低kV的掃描技術(shù)在兒童病變掃描中也有一定的研究[14]，不僅能降低輻射劑量，而且可以減少對(duì)比劑劑量，減少副作用的發(fā)生。

通過降低管電流及管電壓可明顯降低輻射劑量，減少人體輻射損傷，易在基層醫(yī)院開展，值得臨床推廣。各級(jí)醫(yī)院可根據(jù)不同CT機(jī)器性能設(shè)置不同管電壓及管電流，降低肋骨掃描中的輻射劑量，找到最佳劑量與最佳圖像的平衡點(diǎn)，但不提倡設(shè)置過低參數(shù)而影響病變的診斷。

3 根據(jù)體重指數(shù)或噪聲水平設(shè)定

體重指數(shù)(body mass index，BMI)是目前評(píng)價(jià)人體胖瘦程度及是否健康的一個(gè)中立且可靠的指標(biāo)[15]，BMI越大，需要的射線能力越大。根據(jù)體重指數(shù)選擇管電流，既可滿足診斷要求，又可以減少輻射劑量，但圖像噪聲與BMI有確切相關(guān)性，需進(jìn)一步進(jìn)行前瞻性研究[16]。對(duì)于 BMI<22 kg/m2的患者，采用低管電壓掃描并結(jié)合必要的圖像后處理，可顯著降低輻射劑量并明顯提高圖像質(zhì)量[17]，但在肋骨骨折掃描中研究較少。肋骨屬于高密度、高質(zhì)量組織器官，其所受輻射劑量與BMI關(guān)系的相關(guān)性還需進(jìn)一步深入研究。根據(jù)設(shè)定噪聲指數(shù)(noise index，NI)值的自動(dòng)曝光系統(tǒng)，可有效減低輻射劑量，將噪聲指數(shù)(NI)設(shè)置為為12.5，應(yīng)用自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)，在減低患者輻射危害的同時(shí)可獲得滿意的臨床診斷所需圖像，且可以延長(zhǎng)CT設(shè)備球管使用壽命[18]。在診斷外傷性肋骨骨折時(shí)，葛虓俊等[19]應(yīng)用NI=26的超低劑量CT掃描技術(shù)基本能達(dá)到臨床對(duì)肋骨骨折診斷的要求，但對(duì)診斷醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)要求更高?？梢姡吖枪钦鄣牡蛣┝垦芯颗c運(yùn)用是有必要的。目前，兒童體重指數(shù)與輻射劑量相關(guān)性的報(bào)道較少，相比成人，胸部掃描中可能會(huì)低估兒童受到的輻射劑量，年齡越小越嚴(yán)重[20]，特別是嬰幼兒的輻射劑量評(píng)價(jià)仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。在兒童胸部肋骨CT掃描中，更應(yīng)該重視輻射劑量的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)及人工防護(hù)措施的完整性。

4 增大螺距

螺距是CT掃描架旋轉(zhuǎn)360°進(jìn)床距離與X線束厚度之比，在其他掃描參數(shù)不變的情況下，增大螺距，掃描時(shí)間縮短，可降低輻射劑量，螺距與輻射劑量呈現(xiàn)反比關(guān)系[21]。袁穎等[22]設(shè)定螺距為1.531∶1，旋轉(zhuǎn)速度為0.4 s進(jìn)行相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)可縮短檢查時(shí)間，降低所受輻射劑量，對(duì)于胸部外傷肋骨骨折后閉氣困難、配合不佳的患者具有重要意義。Zeng等[23]采用超大螺距掃描可明顯縮短掃描時(shí)間，減少輻射劑量，對(duì)于緊張或害怕的兒童，不使用鎮(zhèn)靜劑也能獲得滿意的圖像質(zhì)量及噪聲水平。張永縣等[24]通過兩種探測(cè)器寬度(40、80 mm)和3種螺距(0.500、1.000、1.375)的組合掃描模式研究發(fā)現(xiàn)，胸部CT掃描使用80 mm探測(cè)器、螺距0.992時(shí)，能達(dá)到圖像質(zhì)量與器官劑量利益最優(yōu)化。螺距增大的同時(shí)，會(huì)降低Z軸的空間分辨率，因此,不提倡使用過大螺距導(dǎo)致掃描圖像質(zhì)量下降引起不全骨折的漏診，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

5 采用迭代重建技術(shù)

解析重建(analytic reconstruction，AR)算法具有成像速度快等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于臨床[25]。代表技術(shù)為濾波反投影(filter back-projection，F(xiàn)BP)算法，很長(zhǎng)一段時(shí)間FBP都作為CT圖像重建的基本方法與標(biāo)準(zhǔn)，但因在降低輻射劑量時(shí)會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量明顯下降，信噪比大幅度降低，臨床運(yùn)用受限。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及圖像重建方法的發(fā)展，以及低劑量成像的需求，迭代重建(iterative reconstruction，IR)算法作為最新研究用于降低輻射劑量的方法[26]，在CT領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，與FBP相比體現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)[27]。它在圖像重建過程中，首先對(duì)X線光子分布進(jìn)行原始估計(jì)，在此基礎(chǔ)上，估算每個(gè)投影方向上探測(cè)器獲得的可能計(jì)算，再將正投影數(shù)據(jù)與探測(cè)器實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用于原始數(shù)據(jù)的更新，并不斷重復(fù)迭代。在低劑量情況下，重復(fù)容積迭代矯正循環(huán)有效降低了統(tǒng)計(jì)波動(dòng)引起的圖像噪聲[28]。

常用的迭代重建技術(shù)有自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)、全模型迭代重建(model iterative reconstruction，MIR)、iDose4技術(shù)等。ASIR技術(shù)是在X線生成和檢測(cè)過程中建立數(shù)學(xué)模型并反復(fù)加以矯正，降低輻射劑量的同時(shí)可獲得滿意的圖像質(zhì)量[29，30]。高軍等[31]通過自動(dòng)管電流聯(lián)合ASIR技術(shù)對(duì)兒童頸椎CT掃描顯示，將ASIR設(shè)置在30%的低權(quán)重時(shí)，可使CTDIVOL及DLP分別降低27.3%及28.4%而不影響圖像質(zhì)量。將該研究方法用于肋骨CT掃描中，可有效避免胸部乳腺組織受到過量輻射引起損傷。Katsura等[32]通過100例患者比較基于模型的迭代重建(MBIR)和自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(ASIR)對(duì)胸部CT劑量減少和圖像質(zhì)量的影響研究顯示，低劑量CT與參考劑量CT相比，DLP減少79.0%。肋骨密度高，通過降低管電壓、管電流及增大螺距等常規(guī)方法多能可靠降低輻射劑量，并且易于在臨床推廣，但迭代重建技術(shù)運(yùn)用于胸部肋骨的報(bào)道較少，有望通過后續(xù)的研究進(jìn)一步降低肋骨輻射劑量。

多種迭代重建技術(shù)的組合及綜合運(yùn)用既可彌補(bǔ)單一技術(shù)方法的缺陷，又能明顯降低患者掃描時(shí)所受輻射劑量。今后需不斷探索新的迭代重建技術(shù)，盡可能達(dá)到圖像質(zhì)量與輻射劑量的最佳平衡，提高CT儀器使用年限，降低醫(yī)療使用成本。

6 小結(jié)與展望

X線檢查技術(shù)是一把雙刃劍，在為患者檢出疾病的同時(shí)，也會(huì)對(duì)人體造成輻射損傷。肋骨等器官低劑量CT掃描技術(shù)目前主要在于降低人體輻射劑量累積的數(shù)量值，減少因輻射而引起人體器官的損傷。因個(gè)體差異，人體對(duì)放射學(xué)檢查引起的輻射反應(yīng)的敏感性不同，現(xiàn)有的技術(shù)方法尚未對(duì)人體輻射敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于大多數(shù)人群，輻射在可接受數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)可能并不會(huì)直接造成傷害，但輻射敏感型體質(zhì)人群則在接受放射學(xué)檢查后，可能發(fā)生生物學(xué)改變,導(dǎo)致疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)更大。人體輻射敏感性評(píng)價(jià)研究尚處于初始階段，如何識(shí)別個(gè)體是否為輻射敏感體質(zhì)，防止輻射敏感性體質(zhì)人群接受X線檢查，用其他檢查技術(shù)進(jìn)行替代，是減少人群受到輻射損傷的又一重要環(huán)節(jié)。根據(jù)生物個(gè)體的輻射敏感性初步試驗(yàn)預(yù)測(cè)，判斷個(gè)體是否為輻射敏感性體質(zhì)，將是一個(gè)長(zhǎng)期而嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

筆者認(rèn)為，應(yīng)合理使用CT掃描技術(shù)，個(gè)性化CT掃描參數(shù)，進(jìn)一步探索并推廣迭代重建多技術(shù)組合方法。同時(shí)，應(yīng)加快進(jìn)行人體輻射敏感體質(zhì)的試驗(yàn)研究，遵循放射防護(hù)的正當(dāng)原則，進(jìn)一步提高肋骨骨折放射學(xué)檢查的科學(xué)性。