石明国

第四军医大学附属西京医院 放射科，陕西 西安 710032

CT技术发展进入低剂量成像时代

石明国

第四军医大学附属西京医院 放射科，陕西 西安 710032

本文回顾了CT技术的发展过程和当前水平，认为CT技术的发展已经步入了低剂量成像时代。并提出在应用CT低剂量技术的时侯应遵守ALARA（As Low As Reassenable Achievable）原则。由于当前CT低剂量技术种类繁多，本文在举例归纳说明的同时，认为放射科医生应该树立良好的学习意识以更好地掌握和使用CT低剂量技术。

X射线；CT低剂量技术；ALARA原则

CT技术发展进入低剂量成像时代。回顾CT技术的发展过程可以发现，基于CT各个发展时期的软硬件技术水平，临床医学对CT提出的主要需求是不同的，而解决这些主要的需求是CT技术发展最主要的驱动力。在CT的问世初期，不断提高图像质量、实现全身性应用和提高扫描速度是CT技术发展面临的主要问题。到了16层螺旋CT问世后，临床的主要需求则转变为如何使得冠状动脉CT成像技术能够更加普遍性地应用，如是否可以实现不控制心率的冠状动脉CT成像。2005年，双源CT问世后，临床对CT的主要需求则逐渐变化为如何能够实现低剂量成像技术的普遍应用。尤其是在最近2年，对CT低剂量成像技术的研究和讨论已经成为当代CT两大研究热门技术之一（另一研究热门技术是CT能量成像技术）。之所以这样，其主要原因有3条：首先是对CT的应用需求已经几乎涵盖了所有的临床学科；其次是CT在各级医疗机构已经普遍地被使用，广大医务人员及受检者对CT设备非常熟悉；最后是CT检查的人数虽然只占到全部X线影像学检查人数的2%，但是射线剂量却占到了全部受检人群接受的辐射剂量总量的20%或更高。相关研究认为，即使是医用的低剂量电离辐射（0～100mSv）也会对人类的健康造成威胁，增加放射相关疾病的发生率。而接受的辐射剂量越高，则导致的风险越大。尤其是对于妇女和儿童等敏感人群而言，射线剂量的增加导致罹患放射相关疾病的风险的增加[1]。这里需要特别提到的是，2011年3月，日本“福岛核电站核泄露事故”不但提高了全球广大民众对放射线的认识，更促使放射科医生更多地认识和关注X线。

毫无疑问，仅从剂量角度考虑，CT低剂量成像技术发展的目的是尽可能降低X射线剂量。每人每年所接受的自然背景辐射剂量平均为2～5mSv。那么 ，CT的所有检查是否都可以低于这个水平呢？再从CT应用的角度来看，CT技术的发展以满足临床需求作为其唯一目的，为满足这个目的，一个核心要求就是CT的图像质量要越来越好，能够表达出足够多的信息以明确疾病的临床诊断。因此，根据不同的临床诊断需要，实现更高的密度分辨率、空间分辨率及时间分辨率等评估指标一直是CT技术发展的方向之一。但是，在影响CT图像质量的众多因素中，X线的剂量毫无疑问是影响权重最大的因素。一般性而言，剂量越高，CT的图像质量越好；剂量越低，则CT图像质量越差。因此，如何综合考虑X线剂量和图像质量两者之间的关系，是正确使用和研究CT低剂量技术的前提。对此，目前在放射学界取得较为一致认可的共识是，CT低剂量技术的使用和研究要遵循ALARA（As low As Reasonably Achievable，ALARA）最优化原则，即在保证获取良好CT图像质量（满足临床诊断的需求）的同时，尽可能合理地降低受检者的检查剂量[2]。

要在临床工作实践中践行ALARA原则，最核心的要求就是，要实现对受检者检查剂量的个性化设定和扫描，从而可以最大程度地降低整个受检人群的检查剂量。由此，对放射科医生提出了多方面的要求。首先要熟悉CT的X射线剂量测量方面的相关基本概念和知识；其次则要学习和熟悉不断推出的、数量众多的CT低剂量技术，能够在临床日常工作过程中对CT低剂量技术进行灵活正确地选择和使用；最后能够针对不同的受检者条件和临床检查目的，综合CT的软硬件技术，全面地制定个性化的、符合ALARA原则的扫描方案。上述3点要求中前2点是基础，第3点是手段，其最终目的是要实现对受检者的检查符合ALARA原则、个性化低剂量的CT扫描。以下就上述这3个方面要求分别进行阐述。

1 掌握测量的基本知识

放射科医生要想做到符合ALARA原则的放射检查剂量的个性化设定，首先就需要熟悉有关CT的X射线剂量测量的基本概念和知识。在关于CT的X线剂量的基本概念和知识中，最重要的是要明确认识X线剂量大小的评估参数。X线剂量大小的评估参数很多，如mAs、surface dose、HVL、mGy、mSv、CTDI （CTDI100/ CTDIFDA/ CTDIw/ CTDIvol）、DLP、Patient dose、Organ Dose及Effective Patient Dose等。但对使用CT的医生来说，最重要的是要熟悉。之所以这样说，是因为：① 由于CT常规采用高千伏扫描，X线的质属于硬射线，与人体作用时主要是康普顿效应占主导地位，kV的变化对康普顿效应所占比例影响不大；②与此同时，CT的X线球管一般采用多重、多种射线滤过技术，导致管电流的mA值和实际的机架中心处的射线剂量不呈线性关系；③ 在相同的kV和mA设定条件下， 不同采集技术的使用会导致射线剂量非常之大的差别，如螺旋和序列扫描技术。所以在CT检查过程中，即使采用较高的kV值和较大的mA值，有时也会导致较小的射线剂量产生；反之，即使有时采用较小的kV和mA设置，可能也会导致相对较高的检查剂量。所以kV和mA值不能够较为准确地表达CT检查对受检者产生射线剂量的大小。以Flash 模式为例，Flash扫描模式在胸痛三联症检查和常规胸部检查的，kV和mAs的设定分别是120kV和372mAs、120kV和130mAs时，虽然前者的mAs是后者的2.9倍，但是前者在机架中心处的实际X线剂量只有6.43mGy，而后者胸部常规检查是7.26mGy，前者的射线量要低于后者。而CTDIvol、DLP和mSv 3个参数是独立用于评估CT辐射剂量大小的参数。CTDIvol是采用国际统一标准和设备，在特定的扫描条件和扫描方式设定下，自机架中心处测得的实际发出的X线辐射剂量；而DLP则是CTDIvol和受检者接受的X线扫描长度的乘积，即考虑了受检者接受的X线辐射长度；mSv则是DLP和转换系数的乘积，用于表达受检者接受到的具有生物学损伤意义的X射线剂量的大小。这3个参数的测量和定义，国际上已经制定了明确的公式和限制条件，见下列公式[3]。

式中K值，见图1。

以1例胸部检查患者为例，如果在某个特定扫描条件下，其所接受的CTDIvol是3.47mGy，DLP是104mGycm，转换系数是0.014，那么患者接受的具有生物学损伤意义的检查剂量是1.456mSv。而根据国际放射防护委员会1990年发布的60号文件规定，放射工作者1年内接受的辐射的剂量限值是50mSv，同时连续3年内平均不高于20mSv；公众个人的限值是1年1mSv，当连续5年平均剂量不超过1mSv时，允许某年高于1mSv。由此，我们对CT检查的剂量就有了明确的印象和概念。

图1 转换因子k值

2 熟悉和掌握各种低剂量技术是制定符合ALARA原则的个性化低剂量扫描方案的前提

目前，全球几个主要的CT生产商都陆续推出了低剂量技术，覆盖了CT检查扫描的环节、图像重建环节和图像处理环节等整个CT影像链。这里要说明的是，在图像重建环节和图像处理环节使用的CT低剂量技术是在不影响诊断准确度的前提下，提高对低信噪比图像质量的容忍度，从而可以使得在扫描环节进一步降低X线的辐射剂量。如在扫描环节，GE、Philips、Siemens和Toshiba都推出了自动毫安调节技术，其中，Siemens还推出了业界唯一的自动kV调节技术——智能最佳kV扫描技术。在图像重建环节，GE、Philips、Siemens 和Toshiba都分别推出了基于硬件水平提升的迭代算法ASiR、iDose4、SAFIRE和AIDR，其中，SAFIRE与一般的基于图像空间的迭代算法不同，也是目前唯一的基于原始数据空间的CT迭代算法[4]。在图像处理环节上述4大厂商又都推出了2D或3D的降噪技术。考虑到目前在上述4大厂家中，西门子的CT低剂量技术推出最早、种类多，所以下文以西门子CT为例，简单概括介绍众多的CT低剂量技术是如何实现在上述3个环节中的应用的。

在扫描环节中，西门子的智能最佳kV扫描技术，即CARE kV技术可以根据受检者的体型和检查目的，同时实现kV的自动选择和mA的自动选择，还可以实现曝光角度的自动选择。该技术根据受检者的体型和检查类型，可以在70～140kV范围内自动选择合适的管电压[5-8]，可以在降低50%辐射剂量的同时，增加及增强检查图像的对比度，从而提高图像的质量。其在实现了降低扫描剂量的同时，也提高了图像质量（图2）。

图2 智能最佳kV扫描技术在自动降低扫描剂量的同时，提高了图像质量，实现最优的图像质量和最低的剂量

这里需要特别提到的是，智能最佳kV扫描技术所能使用的70kV管电压，其不但可以获取前所未有的超高对比度CT图像，更可以同时实现超低的辐射剂量。70kV的超高对比度扫描技术特别适合于儿童的CT检查。扫描环节使用的SPS（Selective Photon Shield）技术是保证CT能量成像技术常规使用的必要技术。SPS技术的使用使得高低千伏能谱之间的平均能量值的差值变大，在降低无效辐射剂量的同时，提高了被扫描物体在二维能量空间的能量差异性[9-11]。SPS技术的使用使得CT能量成像的剂量低于常规单源CT，同时，使得被扫描物质的可被识别能力提高80%（图3）。

图3 SPS技术保证了CT能量成像技术常规使用的必要技术

在扫描过程中，使用X-CARE技术可以在实现受检者检查剂量最优的同时，选择性地保护好敏感器官，以避免对敏感器官的直接照射，如避免对晶状体、甲状腺和乳腺的直接照射。X-CARE可以在其他成像条件保持不变的同时，减少40%的辐射剂量（图4）。

图4 X－CARE可以在其他成像条件保持不变的同时减少40%的辐射剂量

在图像重建环节，西门子推出的SAFIRE算法（Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction ，SAFIRE）是一种基于原始数据空间的CT图像迭代重建算法（图5），其与传统的基于图像空间进行迭代重建的算法相比，SAFIRE可以使得72%的CT检查剂量低于2.4mSv，同时，能够更有效地去除图像伪影，提高图像质量。

图5 SAFIRE算法是基于原始数据空间的CT图像迭代重建算法

在CT图像的处理环节，西门子推出的4D降噪技术，可以使得在扫描环节的剂量在原有水平基础上进一步降低的同时，保证灌注分析的图像质量和结果准确性不受影响。

3 制定出个性化的、符合ALARA原则的低剂量扫描方案

在熟悉掌握了有关CT剂量测量的基本知识和众多的CT低剂量技术后，就要求放射科医生能够针对不同的受检者条件和检查的临床目的，结合所使用的CT的软硬件技术特点，制定出个性化的、符合ALARA原则的低剂量扫描方案。这对放射科医生的业务能力提出了较高的要求。如1个简单的CT胸腹联合增强扫描，是采用不同曝光条件分别胸腹扫描，还是采用单一曝光条件一次性完整扫描，如采用单一曝光条件是采用胸部曝光条件，还是采用腹部曝光条件；是采用常规体部扫描方案，还是采用体部CTA扫描方案；是采用常规滤波反投影算法，还是采用迭代算法；患者是否能够屏气；患者体型是胖还是瘦，是均匀肥胖还是向心性肥胖；CT图像是否需要后处理等。以上众多因素都会直接或间接的影响到最终的检查剂量的多少。这就要求放射科医生能够根据受检者的个体情况、基本临床资料、检查目的及结合所使用CT的基本性能水平等作出综合全面的判断，从而制定出最优的个性化扫描方案。可以说，放射科医生对CT低剂量技术掌握的水平高低决定了在医疗机构中整个CT检查受检人群所接受的辐射剂量水平的高低。

4 小结

回顾过去，自2005年标志着CT技术的发展步入了低剂量成像时代双源CT问世，低剂量技术的研究和应用受到了越来越多的重视。到现在为止，虽然只有6年的时间，但如果根据CT低剂量技术发展的理念变化来区分的话，CT低剂量技术的发展过程已经可以分为3个阶段。第1个阶段是降低剂量，增加噪声，降低了图像质量，就是简单的降低扫描剂量。第2个阶段是降低剂量，降低噪声，保持图像质量不变，这时的CT低剂量技术代表是迭代算法的出现。第3个阶段是降低剂量，增加对比度，提高图像质量。以上3个阶段的划分不但标志着CT低剂量技术发展的突飞猛进，更代表着人们对CT低剂量技术认识的不断深化和提高的过程。

目前，随着CT技术的不断发展，新的CT低剂量技术还在持续不断出现。如何能够最大程度地使用好这些低剂量成像技术，对影像科医生而言是一个巨大挑战。文本再次强调，在应对这个挑战的过程中，放射科医生应该树立良好的工作学习习惯，树立终身学习的意识，认识到只有不断的学习和实践，才能够掌握最新的CT技术，从而更好地服务于广大患者。而在这个过程中，加深了解和掌握先进CT技术的生产商的新设备、新技术，各种成像技术间的良好沟通交流及互动是十分必要的。

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CT Entering Low Dose Imaging Times

SHI Ming-guo
Radiology Department, Xi jing Hosipital, Fourth Military Medical University, Xi'an Shaanxi 710032,China

This paper retrospects the level of CT technologies. CT technologies enter low dose imaging times based on CT developing history and current CT situations. ALARA principle is key standard for doctors using CT low dose technologies in routine clinical works. There are a lot of CT low dose imaging technologies, and how to grasp and use the technologies is a big challenge for radiological doctors. The author surgests doctors should have a very good continous study consciousness for the sake of grasping CT low dose imaging technologies.

X-ray; CT low dose technology; ALARA principle

R814.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.01.012

1674-1633(2012)01-0039-04

2011-11-27

作者邮箱：smg2002@163.com