低劑量CT在早期肺癌篩查中的研究進展

梁瑞鵬，張秀富，王芋霖，辜朝陽，周軍

(重慶市江津區(qū)中心醫(yī)院放射科，重慶 402260)

在全世界范圍內(nèi)，肺癌的發(fā)病率和病死率均較高[1]。據(jù)2018年全球癌癥統(tǒng)計報告顯示，中國肺癌新發(fā)和死亡病例分別高達77.4萬和69.1萬[2]。肺癌的高發(fā)病率與大氣污染加劇、煙草暴露人數(shù)居高不下以及人口老齡化有關(guān)，而肺癌死亡率較高的原因為：①肺癌惡性程度較高；②早期肺癌臨床癥狀隱匿，患者出現(xiàn)明顯臨床癥狀時多已進入中晚期，而此時已錯過最佳醫(yī)療干預時機[3]。晚期肺癌患者5年生存率大大降低[4]，預后極差。而早期肺癌患者經(jīng)過積極醫(yī)療干預，可明顯提高5年生存率[5]。因此，亟須對肺癌高危人群進行早期篩查、早期醫(yī)療干預，以期降低肺癌相關(guān)死亡率，改善患者預后。

醫(yī)學影像學是一門快速成長的學科，尤其是與計算機、工程學等學科的融合交叉，使其無論是在診斷精準度還是在檢查效率方面均得到極大的提升[6]。近年來，CT的發(fā)展尤為迅速，無論是在機器硬件還是圖像后處理軟件方面均得到極大的發(fā)展，不僅提升了圖像質(zhì)量，同時也減少了輻射劑量。CT在胸部疾病檢查中的應用具有較大優(yōu)勢，但胸部CT輻射劑量是普通胸部X線片的數(shù)十倍，隨著CT檢查的日益增多，電離輻射損傷問題引起人們的廣泛關(guān)注，如何在不影響影像圖像判讀的前提下減少CT輻射劑量成為研究熱點。Naidich等[7]于20世紀90年代初提出低劑量CT的概念，即在保證不影響影像診斷準確度的情況下，綜合調(diào)整機器設備掃描參數(shù)，盡可能減少CT輻射劑量，因此低劑量螺旋CT在早期肺癌篩查中得到一定程度的發(fā)展、普及?，F(xiàn)就低劑量CT在早期肺癌篩查中的研究進展予以綜述，以期為更加合理地運用低劑量CT篩查肺癌提供理論依據(jù)。

1 不同影像學檢查方法在早期肺癌篩查中的應用

1.1普通X線檢查 普通X線檢查是最常用、較為經(jīng)濟的胸部檢查方法，其輻射劑量低，可以顯示肺部結(jié)節(jié)，并可對肺部結(jié)節(jié)大小、形態(tài)、內(nèi)部有無鈣化做出初步診斷。但是普通胸部X線片得到的圖像是人體結(jié)構(gòu)組織的重疊影，部分肺臟組織被肋骨、縱隔結(jié)構(gòu)組織等覆蓋，尤其是縱隔處缺乏天然對比度，組織辨別度較差，位于此處的病灶隱蔽性較好，容易漏診。有學者對胸部X線片聯(lián)合痰脫落細胞學篩查早期肺癌進行了研究，結(jié)果顯示胸部X線片聯(lián)合痰脫落細胞學檢查雖然在一定程度上提高了肺癌的檢出率，但是并未降低患者的死亡率[8]。國外有學者對肺癌患者進行長達10年的隨訪研究，結(jié)果證實胸部X線片檢查并不能降低肺癌患者的死亡率[9]。其原因可能為早期微小肺癌不易被胸部X線片檢測出來，肺癌腫塊只有發(fā)展到一定的體積才能被普通胸部X線片檢查出來，而此時肺癌患者多已進入中晚期，已失去手術(shù)治療機會。由此看來，早期微小肺癌行普通胸部X線片檢查的敏感性和特異性均欠佳，因此，對于肺癌高危人群不推薦將普通胸部X線片檢查作為篩查早期肺癌的手段。而近年發(fā)展起來的雙能減影技術(shù)可獲得單一軟組織、骨組織的圖像，在一定程度上較普通X線檢查提高了肺結(jié)節(jié)的辨識率[10]，尤其是位于肋骨、縱隔等隱蔽性較好部位的肺結(jié)節(jié)。

1.2CT檢查 CT圖像是真正的斷面圖像，無層面外組織的重疊，密度分辨率高，CT可較普通胸部X線片顯示更全面的解剖學信息。但CT存在電離輻射損傷，隨著CT的普及其已成為主要的醫(yī)源性輻射源，且輻射劑量較大，對人體健康造成嚴重危害[11-12]。CT的電離輻射損傷已逐漸引起人們的關(guān)注，如何在不影響影像圖像診斷的前提下減少輻射劑量成為亟須解決的問題。

目前，CT是早期肺癌篩查較為經(jīng)濟、診斷效能較高的醫(yī)療檢查手段，其中胸部螺旋CT因具有無創(chuàng)、診斷準確、費用低廉等優(yōu)點已成為早期肺癌篩查和檢查隨訪的首選影像學檢查方法[13]，其可通過結(jié)節(jié)形態(tài)、周圍淋巴結(jié)等反映結(jié)節(jié)良惡性[14]。CT檢查作為判別肺部結(jié)節(jié)良惡性的重要檢查手段，可有效鑒別肺孤立性小結(jié)節(jié)的良惡性，在一定程度上避免了良性結(jié)節(jié)的有創(chuàng)穿刺，同時胸部CT橫斷面圖像還能顯示病變部位毗鄰的解剖結(jié)構(gòu)。因此，CT掃描為臨床醫(yī)師明確病情、指導手術(shù)治療及預后評估提供了重要參考依據(jù)。國際早期肺癌行動計劃報道，低劑量CT檢出肺結(jié)節(jié)233例(23%)，普通胸部X線片檢出肺結(jié)節(jié)68例(7%)，證實低劑量CT在診斷肺結(jié)節(jié)方面具有較高的靈敏度，且后續(xù)研究證實CT篩選出的肺癌多屬于早期肺癌[15-16]。另有研究顯示，低劑量CT從肺癌高危人群中篩查出的肺癌多屬于早期肺癌，且與胸部數(shù)字化X線攝影相比，其可使肺癌患者死亡率降低20%[17-18]。一項隨機對照研究顯示，低劑量CT能夠檢出更多的Ⅰ期肺癌，而早期肺癌預后較好，預期能降低25%肺癌患者的死亡率[19]。隨著城鎮(zhèn)化建設速度的加快，環(huán)境污染加劇、煙草暴露人數(shù)居高不下以及老齡化社會的影響，我國潛在患癌人數(shù)較多，肺癌負擔較大，因此肺癌的早發(fā)現(xiàn)、早治療對家庭和社會意義重大。早期肺癌篩查在我國起步較晚，2015年中華醫(yī)學會放射學分會心胸學會參照國外先進經(jīng)驗并結(jié)合我國實際情況共同起草了《低劑量螺旋CT肺癌篩查專家共識》用于肺癌的早期篩查[20]，該共識推動了中國早期肺癌篩查研究的進展和篩查方案的完善。

1.3磁共振成像檢查 磁共振成像檢查不存在電離輻射危害。研究顯示，磁共振成像定量參數(shù)聯(lián)合表觀擴散系數(shù)值可有效鑒別孤立性肺結(jié)節(jié)的良惡性，區(qū)分肺癌的不同病理類型[21]。肺部磁共振成像檢查的診斷效能低于低劑量CT，且磁共振檢查耗時較長、費用較貴，但鑒于磁共振成像檢查對人體不存在電離輻射損傷風險，且顯示縱隔肺門部淋巴結(jié)較低劑量CT優(yōu)異，并可從多模態(tài)(如良惡性肺結(jié)節(jié)彌散值、動態(tài)對比增強多參數(shù)的差異)對肺結(jié)節(jié)良惡性做出定性評估，可以為臨床提供更多參考信息，從而避免了良性肺結(jié)節(jié)患者的有創(chuàng)穿刺，其可在一定程度上作為低劑量CT檢查的有益補充用于肺結(jié)節(jié)的隨訪。因此，磁共振成像肺部檢查具有廣闊的臨床應用前景。

2 實現(xiàn)低劑量CT的方法

2.1降低管電壓 研究顯示，CT輻射劑量與管電壓值的平方成正比[22]。在保證圖像質(zhì)量的前提下降低管電壓適用于體質(zhì)指數(shù)較小的人群[23]，理論上減少輻射劑量可采用降低管電壓的方式。管電壓值影響X線的質(zhì)，即X線對物質(zhì)的穿透力，降低管電壓的同時X線穿透力也相應減弱，這不可避免地增加人體吸收輻射的劑量，同時也增加了影像圖像線束硬化偽影和圖像噪聲度，所以為保證圖像質(zhì)量(維持一定的X線光子通量)，在降低管電壓的同時需大幅提高球管管電流值[24]，因此為減少輻射劑量單一降低管電壓的可行性并不高。有研究指出，早期腫瘤篩查或小病灶檢測不宜采取單一降低CT管電壓的方式[25]。

2.2降低管電流值 管電流值與CT輻射劑量成正比，臨床廣泛應用的自動管電流調(diào)制技術(shù)是基于人體解剖衰減特性差異，根據(jù)射線衰減變化自動調(diào)整管電流[26]。自動管電流調(diào)制技術(shù)實時分析掃描部位的信息，相應調(diào)整球管曝光量，理論上可通過保持千伏值，適當降低管電流值，從而減少患者所接受的輻射劑量。但是考慮到CT圖像的噪聲與CT輻射劑量的平方根成反比，因此需要平衡降低管電流與保持信噪比的關(guān)系，降低管電流值主要影響密度分辨力(低對比度分辨力)，由于鼻旁竇、肺臟為天然含氣組織，具有良好的天然對比度，故與實質(zhì)性臟器需要較高的信噪比相比，胸部CT采用低輻射劑量即可獲得較為滿意的圖像。因此，肺部低劑量螺旋CT研究多采用降低管電流的方式減少輻射劑量。有研究認為，管電流為50 mAs即可滿足肺結(jié)節(jié)檢測需要[27]。

2.3增大螺距 螺距定義為CT掃描機架旋轉(zhuǎn)一周檢查床移動的距離與總射線束寬度的比值，在一定的掃描范圍內(nèi)，可通過增大螺距減少數(shù)據(jù)的重復采集，從而縮短掃描時間，減少輻射劑量。閆海躍等[28]采用低管電壓、大螺距結(jié)合自適應統(tǒng)計迭代重建技術(shù)行胸部CT檢查，結(jié)果顯示，獲得的圖像不僅滿足了診斷要求，并大幅度減少了輻射劑量。有研究發(fā)現(xiàn)，應用大螺距掃描結(jié)合自動管電流調(diào)制技術(shù)可有效縮短掃描時間，防止呼吸偽影的產(chǎn)生，雖然重組圖像的空間分辨率略有下降，但不會對橫軸位圖像質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響[29]。對于微小病灶不宜盲目追求低輻射劑量而采取增加螺距的方式，仍需注意容積效應，以免遺漏微小病灶。

2.4選擇CT圖像重建算法 CT所選用的重建算法對圖像質(zhì)量也存在影響。研究顯示，采用合適管電壓、適當重建算法可獲得符合診斷要求的影像圖像，輻射劑量也較低[30]。最早應用于CT圖像重建的算法為迭代重建算法，但早期計算機硬件不成熟，而迭代重建算法需要與具有較強計算能力的計算機相匹配，因此迭代重建技術(shù)在早期并未普及。早期普遍采用對計算機硬件要求較低的濾波反投影重建算法，而濾波反投影重建算法需要較高的輻射劑量以降低圖像噪聲從而保證圖像質(zhì)量。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機后處理技術(shù)速度加快，迭代重建算法逐漸取代濾波反投影重建算法成為當前及未來一段時間內(nèi)CT設備原始圖像后處理的重建算法。文獻報道，與濾波反投影重建算法相比，相同輻射劑量下迭代重建算法重建的圖像噪聲水平較低，圖像質(zhì)量更佳[31]。迭代重建算法可在一定限度內(nèi)彌補低管電壓、低管電流CT所致的圖像噪聲增加。研究顯示，采用迭代重建算法重建的圖像顯示肺結(jié)節(jié)的能力較濾波反投影重建方式更佳[32]。近年來多篇文獻報道，采用較低輻射劑量胸部CT檢查結(jié)合迭代重建技術(shù)算法可獲得符合診斷要求的影像圖像[28,33-34]。

2.5其他 輻射劑量與CT管電壓、管電流、螺距等掃描參數(shù)有關(guān)。目前，國內(nèi)外對低劑量胸部CT的具體掃描方案尚未達成共識。降低球管管電壓、管電流是目前臨床降低輻射劑量常用的簡便易行的操作方法，但不可避免地會影響影像圖像質(zhì)量，與單一更改管電壓、管電流相比，多掃描參數(shù)聯(lián)合更改能夠在確保圖像質(zhì)量的前提下減少輻射劑量[35]。近年來，人工智能系統(tǒng)也開始應用于影像診斷。研究顯示，大數(shù)據(jù)影像組學人工智能輔助診斷肺結(jié)節(jié)表現(xiàn)優(yōu)異，檢驗的準確度、速率均不低于高年資診斷醫(yī)師，并大大提高了工作效率[36]。目前已有許多醫(yī)療單位將人工智能軟件輔助診斷系統(tǒng)應用于肺結(jié)節(jié)、肋骨骨折的識別，未來醫(yī)師可采用經(jīng)過訓練的人工智能軟件輔助診斷CT圖像，以減少患者CT檢查次數(shù)，這既提高了肺癌診斷準確度，又減少了輻射劑量。

3 低劑量CT篩查早期肺癌存在的問題

低劑量CT篩查早期肺癌面臨著許多問題，如肺癌高危人群篩查納入標準不統(tǒng)一，研究多將性別、年齡和煙草接觸(是否吸煙、持續(xù)時間、吸煙程度)納入篩查標準[37-39]。有文獻報道，性別、年齡、吸煙、高血壓病史是肺結(jié)節(jié)發(fā)生的獨立易感因素，其中男性、年齡≥55歲、有吸煙史及高血壓史等的易感人群，肺結(jié)節(jié)的檢出率較高[40]。目前，煙草接觸是公認的導致肺癌的主要原因[41]。此外，對于低劑量螺旋CT篩查時假陽性率過高的問題同樣不容忽視，CT檢查到的多數(shù)肺結(jié)節(jié)可以排除惡變的可能，或僅需隨訪觀察即可，但是卻會導致人們心理焦慮,反復就醫(yī)檢查加重經(jīng)濟負擔。因此，在具有肺癌高危因素的無癥狀人群中推廣CT早期肺癌篩查也存在一定困難。

當前放射學檢查應嚴格遵守“合理盡可能低原則”，但近年有研究指出需要重新認識源于線性無閾值假設的“合理盡可能低原則”，線性無閾值假說是出于防護目的而做出的一種假設，較低輻射劑量引起的輻射生物效應是由高劑量輻射得到的實驗數(shù)據(jù)作線性外推得到，這部分外推數(shù)據(jù)是否可反映實際情況尚無足夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)支持[42]。目前影像學檢查輻射劑量較低，對患者身體不構(gòu)成危害，但由于患者過于憂慮電離輻射帶來的損傷而不愿意進行影像學檢查以致于延誤治療；而臨床醫(yī)師在評估患者檢查獲益與電離輻射危害風險時不愿意開具影像學檢查申請單，所以對于影像學檢查中產(chǎn)生的電離輻射過于謹慎也是一個值得思考的問題，醫(yī)務工作者尤其是影像科工作人員應重視電離輻射安全性宣教，使人們知曉低劑量CT檢查的利益和風險，達到有效溝通并積極配合檢查的目的。

4 結(jié) 語

低劑量CT是篩查早期肺癌的有效檢查方法，低管電壓、低管電流和大螺距掃描是低劑量CT的實現(xiàn)方式，單一調(diào)整降低設備參數(shù)盡管可以減少輻射劑量，但是會對影像圖像質(zhì)量產(chǎn)生負面影響，影響醫(yī)師診斷信心。因此，對于低劑量CT的研究應建立在不影響影像圖像診斷質(zhì)量的前提下，在醫(yī)療實踐中優(yōu)化調(diào)整機器設備參數(shù)，不斷探索影像成像質(zhì)量與診斷效能的最優(yōu)化。故管電壓、管電流和螺距等CT設備參數(shù)的綜合優(yōu)化調(diào)節(jié)，同時結(jié)合人工智能技術(shù)是未來低劑量CT的研究方向。