CT灌注成像技術輻射劑量的控制

楊崗（綜述） 張聯合（審校）★

CT灌注成像技術輻射劑量的控制

楊崗（綜述） 張聯合（審校）★

CT灌注成像（Computed tomography perfusion imaging，CTPI或CTP）是利用CT動態掃描檢測隨時間變化的被測活體組織器官的增強情況，利用后處理軟件進行圖像處理和數據計算，來評價被測組織在病理、生理情況下的血流動力學改變及微循環狀態。CT灌注成像檢查技術在人體全身部位得到了廣泛的應用，尤其在腦CT灌注方面更為成熟和完善，有極高的臨床意義。但CT掃描產生的輻射損傷能誘導一定的生物學效應，越來越受到醫患雙方及公眾的關注，如何降低患者所受到的輻射劑量，成為需要解決的關鍵問題之一。

1 CT灌注成像輻射現狀

CT能產生一定量的電離輻射，而電離輻射可以對機體產生損傷，據劉兵［1］、李鋒坦［2］等綜合統計國內外的文獻，近年來已有較多有關CT輻射致癌的報道，其中腹部和骨盆的CT掃描是輻射致癌最主要的原因［3］，尤其是對于一些敏感人群（孕婦、兒童等）危害更大，而多期相增強掃描可以導致更高輻射劑量產生，如腹部CT增強掃描，其輻射劑量明顯高于普通掃描。盡管CT灌注掃描是局部性掃描，但有重復性，所產生的輻射劑量不可忽視。以頭顱CT灌注為例，據Wiesmann等［4］的研究證實，64層螺旋CT 1次急性缺血性腦卒中的多模態CT檢查的平均輻射劑量約為16.4mSV，相當于單次CT頭顱平掃的6倍；Cohnen等［5］用64層螺旋CT做腦的輻射劑量研究，采用4種不同的掃描方案，得出頭顱CT灌注成像的輻射劑量比普通CT平掃也要高出6.7倍。國內羅沛霖等［6］對廣州市8家三甲醫院的腦CT灌注的輻射劑量進行統計分析，得出國內顱腦CT灌注輻射劑量是明顯偏高的結論。由此可見，CT灌注所引起的輻射需加以控制，CT灌注成像技術需要改進，從而降低電離輻射。

2 提高輻射防護意識、遵循實踐正當化原則

作為醫務人員，應正視放射輻射的存在，不懼怕輻射損傷的同時，也需提高防護意識，做好防護工作。在實施放射診療過程中，必須遵循放射實踐正當化原則，為患者選擇合適的檢查項目。以頭顱CT灌注為例，既往頭顱CT灌注主要用于診斷腦缺血疾病，但隨著磁共振的普遍應用和技術的進步，尤其是磁共振彌散成像（Diffusion weighted imaging，DWI）的應用，可發現超急性期的腦梗塞，診斷明確、定位精準，因此，懷疑腦梗死的病患，以選擇MR檢查為最優，但若患者有幽閉恐懼癥、軀體內安裝有金屬植入器或假體，則是MR檢查的禁忌癥，對于此類患者，即可選擇頭顱CTP檢查。對于同一個病患，需要緊密結合臨床，如患者情況改善或惡化，確實需求行CTP檢查時，方可采用，如病情穩定，則適當延長復查CTP 的間期。

3 輻射劑量控制方法

自Naidich等［7］提出低劑量掃描后，放射學醫生、臨床醫生及相關研究人士就一直在尋找降低輻射劑量的最佳方案，并且放射工作人員應該在放射實踐中須嚴格遵循A LA R A 原則（as low as reasonably archievable）［8］，嚴格執行CT掃描計劃和操作規程，在充分發揮CT作用的同時，盡量降低輻射劑量。FDA為減少灌注所導致的輻射過度問題，提出了5項建議：（1）檢查前評估患者是否受到過量輻射。（2）檢查輻射劑量方案是否正確、合理。（3）確保正確合理的輻射劑量方案得以實施。（4）放射工作人員檢查過程中監測輻射水平是否合格。（5）研究性的CT檢查所導致的輻射劑量要處于適當、符合研究的要求。CT輻射劑量和圖像質量、成像方式、掃描范圍等是密切相關的，有較多影響因素，如重建算法，探測器的效率和幾何設計，X線球管的 kV、mAs、螺距（pitch）、曝光時間等。

3.1 CT機器硬件-探測器及準直器性能改進 當X射線穿過人體后產生衰減，由探測器俘獲 X 線光子，轉化為光能再轉變為電信號。探測器的性能將直接影響 CT 的成像質量和輻射劑量?，F在各CT廠家均采用稀土陶瓷探測器，以及更為先進的寶石探測器、量子探測器、超寬探測器技術，較大地提高圖像的對比分辨率和空間分辨率。如GE的Discovery CT750 HD 寶石能譜CT擁有先進的低劑量影像鏈：寶石探測器、動態變焦球管、ASiR技術，可以降低心臟和全身掃描劑量，并產生高清影像。于彤等［9］對一組兒童頸椎外傷患者用寶石高分辨率CT和64排螺旋CT進行的對比分析，寶石CT的輻射劑量有明顯的減少。而東芝公司的160mm寬的大面積探測器可以僅用一次曝光覆蓋整個臟器，可以得到完美的各向同性的多平面重建和三維重建圖像，同時加以超高速掃描，可以明顯降低造影劑用量和射線劑量。準直器是CT重要裝置，其決定了X線限束寬度、掃描的層厚，當限束寬度較小，輻射劑量增加，東芝Aquilion系列活性準直技術使掃描范圍兩端的X線束寬度與用來重建圖像的臨床有效范圍同步校準，通過消除未用作診斷的曝光，患者劑量能減少至20%。西門子公司利用最新的選擇性光子屏蔽技術，純化分離高、低千伏的能譜重疊，可將雙能量成像的輻射劑量降低至常規單能量成像的水平。

3.2 智能化軟件的開發 如（1）CT自動管電流調制技術：在 CT 動態掃描過程中，對X射線管的電流輸出進行實時自動調制，降低劑量，提高射線效率，可以大幅度降低輻射劑量。東芝SUREExposure 3D三維智能劑量控制技術，應用自動曝光控制，可以在掃描患者預掃描圖像中自動獲得的衰減測量值，管流（mA）在X、Y 和Z 平面自動調節使圖像質量保持在一個不變的水平，可根據不同患者和不同掃描部位實現劑量降低40%。（2）前瞻性門控的智能化步進和點射：通過斷層掃描后移動床或螺旋式間斷曝光等前門控技術，避免了回顧性門控螺旋掃描的“無效”X 射線劑量，在進行心臟掃描時，在一些特定心率條件下，大幅降低劑量［10］。

3.3 掃描條件的優化 多層螺旋CT掃描中輻射劑量的最佳評價指標是：劑量指數（volume CT dose index，CTDIvol），其代表單次曝光電離時實測的吸收劑量平均值；劑量長度乘積（dose length product，DLP），代表間接推算輻射植入能量的一種方法，反映的是一次檢查、掃描范圍內身體內接受的總輻射劑量，二者之間的關系為DLP=CTDLvol×L（L為掃描長度）。從中可以看出，當掃描長度固定時，只有通過降低CTDLvol來控制患者總的吸收劑量［11］。通過降低CTDLvol來控制降低輻射劑量的方法較多，常用的措施是［12］：（1）降低管電壓、管電流。（2）加大螺距、增加增厚。（3）縮短掃描時間。（4）縮小掃描視野。Naidich［7］、李楊飛［13］、羅沛霖［14］、李琳［15］等的研究證實，mAs與輻射劑量的關系最為密切，呈線性改變，在其他參數不變的情況下，降低50% mAs，意味著降低50%的輻射劑量［12］，因此建議低毫安掃描。李功杰等［16］通過對乳腺癌的灌注模式改變進行對照，表明低劑量灌注不影響診斷效果，同時采用低對比劑注射速度能降低對比劑血管外溢的風險。Wiesmann等［4］從掃描時間間隔上進行分析，得出的結論是時間間隔在3s也能取得較好的灌注參數。郭濴等［17］通過對比試驗，電影模式比軸掃模式的輻射劑量高，掃描時間多一半，2種掃描模式所取得的腦灌注參數及圖像質量均無差異，認為軸掃模式間隔1s的灌注模式在評價腦組織的血流動力學上，具有可重復性、穩定性、可靠性，且不受CT機器型號、對比劑類型和用量限制。魏新華等［18］研究證實，適當增加全腦CT灌注成像時容積數據采集時間間隔的方法，既對灌注參數值無明顯影響，同時又能明顯減少患者接受的輻射劑量，在臨床開展CT灌注成像時應引起重視。楊秀軍等［19］將原來的延遲5s、掃描50s改良為延遲至8s、掃描40s，獲得的圖像效果、診斷效果是一樣的，而且明顯減少了球管曝光次數和患者接受的輻射劑量，得出的結論是國人腦CT灌注延遲時間建議選擇8s、采集掃描40s即可。在螺距設計方面，東芝Aquilion可變螺距掃描技術則是可變螺距，即允許在圖像采集過程中不用停止床的運動，就可以在用戶預設定的部位自動改變螺距，當進行聯合研究時，可變螺距提供了更大的靈活同時又能顯著減少造影劑用量和放射劑量。

3.4 改變CT數據重建算法 以往運用常規的濾波反投影算法完成圖像重建，速度快，但抑制噪聲效果差，低劑量時，圖像質量下降明顯。而應用迭代算法，在相同劑量條件下，圖像質量明顯優于前者，但計算量大，耗時長，但隨著計算機技術的發展，后兩種技術難題逐步改進，迭代算法得以廣泛應用CT技術發展，從而有效地降低了圖像噪聲，提高了圖像質量，達到了降低輻射劑量的目的，并廣泛用于臨床。GE公司已經將自適應統計迭代重建（ASIR）算法用于CT臨床實踐，在保證圖像質量不受損的前提下，可降低輻射劑量達50%。西門子公司也是如此，在其最新的高端 CT推出了一系列提高圖像質量、降低輻射劑量的先進措施，如基于原始數據域迭代的云重建（SAFIRE）、智能最佳 KV（CARE KV）和炫速掃描等技術。東芝Aquilion系列的自適應迭代劑量降低（Adaptive Iterative Dose Reduction 3D，AIDR 3D）算法是新一代劑量降低技術，當噪聲從原始數據中移除后結果會被重新用來分析，這個過程會一直重復直至達到目標降噪水平，在去除背景噪聲，同時又保存診斷信息有很大的優勢，AIDR3D可以應用于所有日常常規臨床圖像采集模式中，并且能消除50%的圖像噪聲，降低高達75%的劑量。Philips公司的IDOSE技術也是基于迭代法重建，且IDOSE4技術具有較大優勢，可在確保圖像質量的前提下降低80%的輻射劑量，同時圖像的分辨率提高68%，重建速度快。董健等［11］通過對肺部腫瘤的CT低劑量灌注成像的研究證實，在運用迭代算進行重建后得到的數據進行分析，得出的灌注參數與傳統采用濾波反投影法得到的參數無差異。

4 防護設備的應用

放射防護設備是放射診療工作中必須具備的物件，嚴格的放射防護要求在實施放射檢查或治療后過程中需使用防護設備，但在實際工作中，因為諸多原因，防護設備使用不規范，甚至不使用，增加了患者不必要的輻射劑量。要達到減少患者輻射劑量的目的，就必須合理使用防護設備，比如在進行頭顱CTP時，可使用鉛衣或圍脖將甲狀腺、頸部以下軀體覆蓋，以減少輻射損傷。

綜上所述，CT灌注成像所產生的輻射劑量可采用多種方式進行控制，從而降低輻射劑量，減輕因此給患者帶來的輻射損傷。在機器設備和隨機軟件固定的情況下，以低毫安（70mAs）、層厚大（0.8cm）、小視野（FOV 32.0cm）、長時間間隔（2s）等多種降低輻射的方法進行掃描，總體的輻射劑量是在安全范圍內，在保障醫療需求的同時，也降低患者的輻射劑量。

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18 魏新華，江新青，吳梅，等.增加容積數據單元重組間隔對全腦CT灌注成像參數值及輻射劑量的影響.中華放射學雜志，2012，46（3）：278～281.

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