兒童CT檢查輻射劑量最優化問題初探

邢點金 范晨燁 劉 昊 魯 雯

山東第一醫科大學(山東省醫學科學院)放射學院，山東 泰安 271016

X射線計算機斷層掃描(computer tomography，CT)在目前醫學診療中的應用非常普遍。作為一種新型的治療手段，CT具有獨特的原理，因此有著極其廣泛的適應癥且療效顯著，但在治療疾病時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注。CT檢查引起的照射會增加發生潛在疾病的風險，特別是對輻射敏感的兒童，尤其是正處于生長發育期的幼兒，細胞分裂更新速度和范圍明顯高于成年人，所以對X線的敏感性也遠遠高于成年人，同樣的照射劑量下兒童會有更高的患病率與致死率，而我國多數兒童醫院CT掃描參數或條件并未單獨設立兒童標準，因而對兒童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,主要有以下幾個因素:①CT操作者的因素例如掃描的技術參數、掃描層數與方式、螺旋系數,防護是否到位，是否與患者進行有效的溝通；②受檢查者的因素，例如接受檢查前的準備工作,檢查時配合程度；③CT機器本身的因素:包括機器的性能，CT球管、CT的準直寬度，CT濾線器，探測器等[1]。

2 兒童自身特點對輻射劑量的影響

兒童作為一個特殊的群體，正處于身心生長發育的關鍵時期，活潑好動，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，以致過長的檢查時間，因而加大了輻射照射劑量。為提高影像質量，需要檢查人員針對不同年齡段的兒童采取不同的檢查方法，及時與家長進行良好溝通，讓家長參與配合，避免重復檢查。

Lodwick等[2]采用一種自動軟件工具評估CT對患者的輻射劑量，將16歲以下患者按體重指數(BMI)歸類為超重/肥胖組別后進行頭部、胸部、腹部以及骨盆CT掃描，得出結果超重/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]學者用回顧性方法分析治療中心5年內收治的小兒輕度顱腦外傷患兒的臨床資料，來探討臨床風險分類對兒童輕度外傷CT掃描基本原理優化的影響，并對CT掃描暴露的有效輻射劑量值進行了評估。研究者根據預先確定的癥狀和體征，將患者分為低危組和高危組，計算了有效輻射劑量值。結果:低危組(10例)1.9%，高危組(90例)29.8%，與創傷相關的病理CT表現有顯著性差異。某些預先確定的體征和癥狀(如嘔吐、疑似顱骨骨折和意識喪失)與外傷的病理CT表現顯著相關。最終得出：高危組輕度顱腦損傷患兒及嘔吐、疑似顱骨骨折、意識喪失患兒行頭顱CT掃描，應修改兒童CT掃描儀的設置參數，以減輕不適的輻射暴露。

Tsujiguchi[4]以753例患者的CT檢查數據為基礎，采用體型特異性劑量估計方法(SSDE)，結合患者年齡和體型計算暴露劑量，對有效劑量進行評估。結果證實，在其醫院使用的CT系統中，測量的體積CT劑量指數(CTDI)與劑量報告的CTDIvol之間的誤差非常小。對于使用電離輻射的CT，必須仔細制定標準。為了減少對CT的暴露，已經考慮了各種策略，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掃描次數的情況下進行超聲檢查，并考慮省略簡單增強CT。SSDE不僅可能提高CT暴露的風險預測，而且可同時保持診斷的質量。減少CT上曝光的技術包括CT自動曝光控制圖像重建、低管電壓技術和逐次逼近方法[5]。通過將SSDE納入這些技術中，個別患者量身定制的低暴露診斷方法的實施成為可能。

3 CT檢查中的輻射防護正當化及最優化

CT檢查受檢者的輻射劑量主要受掃描的技術參數如管電流、管電壓等的影響。

3.1 管電流

漆赤[6]通過對體膜及配制的15管不同濃度的溶液(不同管電壓及管電流的參數組合)進行多參數掃描，根據不同掃描條件下的物質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，圖像質量提高，而降低管電流在不影響圖像質量的情況下進行掃描和成像，可以顯著降低患者的輻射劑量。

自動管電流調制技術(automatic tube current modulation，ATCM)是根據受檢解剖結構的衰減特性來調控管電流的輸出從而優化輻射劑量兼顧圖像質量的先進技術。孫飚[7]學者通過選取120例需要進行胸部CT掃描患兒，將其隨機分為兩組，實驗組使用自動管電流調制技術，對照組使用固定管電流常規掃描技術，記錄每次CT掃描質量指數，計量長度乘積，結果得出自動管電流調制技術可以提高圖像質量，降低輻射劑量，在兒童胸部CT掃描應用上具有較高的臨床價值。

意大利的Granata[8]用多層螺旋CT掃描儀，將兒童分為3個年齡組對其進行頭部、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，這些數據與意大利成人的數據進行比較，多因素分析評估CTDIvol與患者特征和掃描方式的相關性，得出引用特定尺寸的CT協議，可以更好的優化兒童輻射劑量，引用迭代重建技術和管電壓自適應技術可以較好地實現這一目的。

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]學者對胸部仿真模體行CT掃描時，探討管電壓的變化對圖像質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，透射劑量分別為9.12, 11.68，15.34，21.43μGy。因此，降低管電壓，可以相應的降低輻射劑量。

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

3.3 迭代重建技術

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

2008年，GE公司推出基于系統統計模型的自適應統計接待重建技術(adaptive statiscal iterative reconstruction，ASiR0)，可以顯著降低重建圖像的噪聲，改善圖像質量，同傳統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120例患者進行分組后行胸部CT平掃，分別設定不同權重的ASiR- V進行掃描后比較圖像質量的組間差異。得出結論：前置ASiR- V可以在保證圖像客觀指標的前提下降低輻射劑量;當其權重為40%時,輻射劑量明顯降低,且能最好的應用于臨床[12]。

王強等[13]先采用對照試驗的方法，用GE Healthcare Optima CT660掃描儀對100例胸部MSCT掃描患兒做ASiR- V技術的研究，發現使用此技術檢查時患兒所受最低有效輻射劑量(effective dose，ED)為1.36 msV, 而此時對照組的輻射劑量為4.25 msV。因此這個技術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量。Arapakis等[14]在腹部CT成像方面得到了同樣的結論。

Podberesky[15]通過兩樣本t檢驗和方差分析評估濾過反投影重建技術(FBP)和降低自適應迭代劑的3D重建技術(AIDR)對兒童和青少年CT小腸成像影像質量和輻射劑量差異的診斷性能。評估針對所有權重的平均具體劑量，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計學意義。因此低劑量CT小腸成像AIDR 3D重建技術比FBP重建技術輻射劑量更低，并可同時保持高診斷性能。

張祺等豐[16]學者在臨床上采用ATCM技術結合ASIR重建技術對30例患兒分2次行腹部CT掃描，通過對照實驗得出在配合自動管電流調節技術(ATCM)條件下應用自適應統計迭代重建(ASIR)技術可以進一步減低輻射劑量且不影響圖像質量。

據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分顯著下降，因此對于兒童CT檢查不同部位ASIR的使用應該與其偏好相平衡，以及在特定的解剖部位比較不同的軟件技術和對ASIR的進一步研究，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量診斷仍具有挑戰性。Zheng等[18]學者探討了應用迭代重建技術對兒童心血管CT血管成像進行前瞻性心電圖的高螺距螺旋采集的可行性和圖像質量。方法是對62例2歲以下先天性心臟病患兒隨機分為2組后，進行前瞻性心電圖高螺距螺旋雙源CT采集，對兩組患者的有效輻射劑量也進行了估計，發現衰減結果沒有顯著差異，經迭代重建后節省劑量53.8%。結論：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、迭代重建聯合應用可提供高質量的診斷圖像。

3.4 線束準直、床的速度和螺距

對于單層螺旋CT，在其他條件不變的情況下，劑量與管電流和時間乘積成正比，與螺距成反比。而在螺旋CT中必須同時考慮螺距床的速度、線束準直。有研究[19]表明，對于LightSpeed 16層螺旋CT來說，螺距與輻射劑量的關系同單層螺旋CT基本相同(dose∝mAs/pitch)，系螺距增加會使輻射劑量以相同比例下降，為保證圖像質量，應增加mAs作為補償，而對于Sensation 64層螺旋CT來說，mAs會隨螺矩的變化自動調整，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定須同時考慮機型和螺距的變化。

4 輻射防護

對兒童胸部CT掃描時，鉛衣能有效的保護腹部，尤其是包裹式的屏蔽措施。以無屏蔽時的測量結果為參考值，覆蓋屏蔽可降低結腸劑量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,相應的非掃描區域內的輻射敏感器官需要開展屏蔽防護。在自動管電流調制模式下行螺旋掃描時,屏蔽物過分接近掃描區域反而會增加受檢者掃描野內的器官劑量并形成偽影,應在隔開掃描野下緣一段距離處放置屏蔽物；而在步進式軸掃描時,應盡量接近掃描野下緣,以獲得最佳的屏蔽效果。

Strauss[21]假設兒童CT設施優化了CT協議，通過回顧性研究(患者平均年齡12歲)，使用來自國家放射學數據登記處(2016—2017年)的數據評估3種檢查類型:腦平掃、胸部平掃、盆腹腔靜脈造影增強；采用了6個不同劑量組，分析了體積CT劑量指數(CTDI)、體型特異性劑量估計方法(SSDE)和劑量長度積(DLP)3種劑量指數，分別比較不同規模類別的兒科學術機構和其他機構的平均劑量和方差。得出結論兒科學術機構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，與非學術兒科或成人機構相比變化較小。同時建議每個機構向其放射科醫生、技術人員和醫學物理學家組成的團隊收集信息，以便將患者的CT劑量指數與本次全國調查中的值進行比較。

對于兒童輻射防護方面，德國輻射保護協會與臨床專家一起制定了放射診斷程序指南，美國兒童放射協會提出兒童CT的使用指南和建議，日本尚未就電離輻射在診斷放射學中的應用的臨床指南達成共識，還未有標準化的兒童CT臨床指南，但2016年出版的機械成像指南包含了更多兒童影像學內容[22]。

5 結論與展望

CT檢查技術不斷提高的同時，應重視輻射劑量對受檢者的影響，尤其是對輻射敏感的兒童。對于醫院而言，應制定完全的操作流程，并做到強有力的監管，確?；純号c操作人員避免不正當照射。對于操作人員，應嚴格執行操作流程，熟練掌握專業技能，根據患兒的不同癥狀，進行靈活處理，優化CT掃描參數，使其符合正當化和最優化原則，有效降低放射工作人員和受檢者的X射線輻射影響。對于家長，應積極配合操作人員以便減少患兒自主或不自主的活動，減少重復照射。此外，對公眾開展輻射防護基本知識的教育，提高其自我保護意識，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石，可以通過超聲波診斷，此外，MR腸成像在評定小兒炎癥性腸病方面已經基本取代了CT腸成像。綜上所述，決定采用CT或其他成像方法，最好與相關患者密切協商，以確保臨床問題得以充分解決。