葛虓俊 綜述 滑炎卿 張國楨 審校

在肺部疾病的多種檢查手段中,CT無疑是最敏感、最有價值的方法之一,特別是隨著多層螺旋CT的發(fā)展,其時間分辨力、空間分辨力及密度分辨力均有不斷的改善,加上計算機軟件的發(fā)展和多種圖像后處理技術(shù)的完善,為肺部疾病,特別是小肺癌的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷和早期治療提供了堅實的技術(shù)。但是,隨著螺旋CT掃描層數(shù)由過去的單層發(fā)展到現(xiàn)今的64層,和雙源多層螺旋CT,其X線輻射劑量也不斷增加。因此,既能保證影像質(zhì)量,又能降低患者的受照劑量的CT掃描方案,成為非常重要的問題,越來越受到廣泛的重視。

1 低劑量胸部CT的應(yīng)用價值

國際放射防護委員會(International Commission on Radiological Protection,ICRP)1997年提出X線活動三原則,即實踐正當(dāng)化、輻射防護最優(yōu)化、個人計量限制值,并且呼吁在放射學(xué)檢查中遵循“合理使用低劑量(as low as reasonably achievable,ALARA)”的原則。然而目前的狀況卻是:多層螺旋CT的普及率越來越高,臨床上應(yīng)用范圍越來越廣,患者接受CT檢查的概率及頻率越來越高,使得患者接受的X線受照劑量成倍增加。雖然一次CT檢查的X線輻射劑量仍處于國際規(guī)定的安全范圍內(nèi),但是X線對人體作用過程中產(chǎn)生的生物效應(yīng)而造成人體傷害卻是不爭的事實,特別是其致癌作用對人類的健康形成了巨大威脅。據(jù)推測[1]全世界每年有成千上萬的患者潛在地死于因CT檢查而誘導(dǎo)的各類癌癥,因此CT已經(jīng)成為醫(yī)源性放射性損傷的主要源頭?？墒谴蠖鄶?shù)醫(yī)師卻忽視了診斷性CT檢查的輻射劑量所致的風(fēng)險,缺乏患者一次檢查所能接受多少輻射劑量的專業(yè)知識,一味追求圖像的清晰。當(dāng)然,降低輻射劑量會增加影像的噪聲,但是只要不影響診斷質(zhì)量就應(yīng)該接受,放射科醫(yī)師要學(xué)會容忍圖像中存在一定的噪聲偽影。

Naidich 1990年首次提出低劑量CT的概念,即在其他參數(shù)不變的情況下降低管電流進(jìn)行掃描,12名患者經(jīng)10mA管電流與常規(guī)140mA掃描后圖像比較,盡管縱隔區(qū)噪聲和偽影增加,但仍可顯示肺的正常和病理特征。一般認(rèn)為,被檢查者所接受的劑量較常規(guī)劑量降低20%以上,才能被確認(rèn)為劑量降低。為了努力降低受照劑量,各種新的技術(shù)及裝置被不斷地開發(fā)出來,如固體探測器、新穎的過濾板、劑量保護裝置、心電門控技術(shù)以及各類降低噪聲、抑制偽影的軟件等,胸部低劑量CT掃描方案也是其中的一種。胸部低劑量CT掃描方案是通過優(yōu)化掃描參數(shù),改變管電流、管電壓和螺距等來降低輻射劑量,早期主要應(yīng)用于體檢CT及嬰幼兒CT掃描。依據(jù)放射理論,管電流及掃描時間與輻射劑量成正比,故管電流降低,螺距升高,可使輻射劑量降低,此時圖像噪聲增加,由于高噪聲對高對比圖像的影響小于低對比圖像,肺的平均CT值在-800～-850Hu,肺內(nèi)病灶的平均CT值在20～50Hu,呈高對比影像,這使得病變在肺組織中要比在實質(zhì)臟器中更易顯示,不受噪聲的干擾,因此在一定范圍內(nèi)降低管電流并不影響在肺窗上對病變的觀察,還可大幅度降低輻射劑量,使患者獲得更優(yōu)化的放射防護[2]。此外,低劑量CT的應(yīng)用可以增加CT球管的使用壽命,從而極大地降低CT檢查成本。

2 低劑量CT的獲得

X線的輻射劑量主要由球管電壓和管電流所決定,因此降低管電壓及管電流是獲得低劑量CT的2條主要途徑。

2.1 降低管電壓 X線的質(zhì)是由管電壓決定的,降低管電壓可以影響X線的輻射劑量。改變管電壓可影響X線對人體組織的穿透性,從而影響各種組織的圖像質(zhì)量。X線照射人體后,與人體組織發(fā)生光電效應(yīng)和康普頓散射效應(yīng),管電壓降低,X線光子能量降低,更接近含有高原子序數(shù)元素的組織與結(jié)構(gòu)(如骨,鈣化,含碘劑的組織或血管),此時光電效應(yīng)增強,CT值升高。故降低管電壓的方法更適用于CT血管成像,既可以降低輻射劑量,又可以減少對比劑的用量[3]。

2.2 降低管電流 X線球管電流決定了陰極燈絲發(fā)射電子的數(shù)量,也就是X線的量,即管電流愈大,陰極發(fā)射的電子數(shù)愈多,電子撞擊陽極靶的X線劑量也愈大。大多數(shù)研究都關(guān)注于降低管電流上。目前,有以下2種方法來降低管電流。

(1)固定毫安秒:是指降低的毫安在整個掃描過程中固定不變。該方法是目前低劑量CT研究中最常用的方法。許多報道[4～6]均認(rèn)為50mA是一個較為穩(wěn)定的低毫安界限值。≤20mA時偽影增多,從而影響病變的檢出。因此認(rèn)為,管電流50mA,螺距為1是發(fā)現(xiàn)肺結(jié)節(jié)的可靠條件組合。當(dāng)螺距為2時,影像噪聲偽影增多,使≤5mm的肺結(jié)節(jié)顯示率有所下降。

吳曉華等[7]利用CT掃描機自帶的劑量測量顯示功能,采用8層螺旋,重建層厚 7.5mm,層間距 7.5mm,螺距 1.35,120kV,重建29層胸部影像。在常規(guī)管電流(130mA)掃描時,容積 CT劑量指數(shù)(volume CT dose index,CTDIvol)為6.15mGy;在50mA及30mA時,CTDIvol分別為 2.48mGy和1.13mGy,是常規(guī)劑量的38%和23%,即低劑量30mA時的劑量僅為常規(guī)劑量的1/5,符合放射防護最優(yōu)化的原則。并且發(fā)現(xiàn)在低劑量CT(曝光條件為標(biāo)準(zhǔn)CT方案的10%～25%)時,結(jié)節(jié)的發(fā)現(xiàn)率沒有明顯的降低。

在＜20mA的超低劑量CT研究中發(fā)現(xiàn):＞5mm的結(jié)節(jié)均可顯示;＞10mm的結(jié)節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)劑量CT檢查結(jié)果無明顯的統(tǒng)計學(xué)差異;＜5mm的結(jié)節(jié) 23%可清晰顯示,74%與標(biāo)準(zhǔn)劑量CT檢查結(jié)果一致,但結(jié)節(jié)特征的顯示不如低劑量CT。

(2)自動毫安秒:目前最新的多層螺旋CT中都配備了自動曝光控制裝置(automatic exposure control,AEC)。AEC裝置是指球管在曝光過程中隨時自動地調(diào)節(jié)管電流以適應(yīng)患者的體形、密度,在保證影像質(zhì)量的前提下,以盡可能低的輻射劑量來完成掃描。應(yīng)用該裝置減少了固定毫安秒中因管電流始終不變而形成的多余射線量,提高了射線的利用效率,充分體現(xiàn)了射線防護的最優(yōu)化原則,但也使得對輻射劑量的評估變得更為復(fù)雜。

為了更好地估算和標(biāo)準(zhǔn)化測量CT輻射劑量,同時兼顧沿Z軸并隨層厚變化的散射線量,而推出了CT劑量指數(shù)(CT dose index,CTDI)的概念。美國FDA的定義:與掃描層厚有關(guān),一次連續(xù)掃描14層所測得的局部劑量率,稱為CTDIfda。由于射線在體模中的分布是不均一的,外周要高于中心2倍,因此CT加權(quán)劑量指數(shù)(weighted CTDI,CTDIw)被用來表述所有范圍內(nèi)的平均CTDI。再將CTDIw除以螺距得出容積CTDIvol[CTDIvol=CTDIw/pitch],由于 CTDIvol能更合理,更準(zhǔn)確地對CT輻射劑量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的評估,而被越來越廣泛地應(yīng)用于實踐中。

關(guān)于AEC的應(yīng)用,目前有2種方法來實現(xiàn)。①有效毫安秒:是指在掃描前設(shè)定一有效毫安,掃描時以此毫安為標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)患者的體形及組織密度進(jìn)行管電流的調(diào)整。Brink[8]的研究采用配備有效毫安秒的AEC裝置,對創(chuàng)傷性患者行胸腹聯(lián)合掃描,并對患者雙臂不同位置產(chǎn)生的射線劑量進(jìn)行比較。掃描時有效毫安秒預(yù)定為200mAs,管電壓120kV,螺距 0.45～0.5,結(jié)果顯示,雙臂上舉時有效劑量最少為18.6mSv,單臂上舉時有效劑量上升18%,雙臂置于軀體兩側(cè)時有效劑量上升45%。這表明AEC裝置能很好地根據(jù)患者的實際情況來調(diào)整管電流,從而減少不必要的輻射劑量。②噪聲指數(shù)(noise index,NI):反映的是圖像質(zhì)量,掃描前預(yù)設(shè)一噪聲指數(shù),使掃描時在保證預(yù)設(shè)圖像質(zhì)量的前提下自動地調(diào)節(jié)管電流。與有效毫安秒法相比,噪聲指數(shù)法更關(guān)注于圖像質(zhì)量。所以在體形肥胖的患者中,其毫安值降低不如瘦小者明顯,如果NI不夠低,則劑量的降低往往也不夠明顯,因此NI的設(shè)定尤為重要。在彭蕓[9]的研究中,采用64層MSCT的AEC自動調(diào)節(jié)管電流技術(shù)應(yīng)用于年齡＜3歲的嬰幼兒胸部CT掃描中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以在降低射線劑量的基礎(chǔ)上獲得穩(wěn)定的圖像質(zhì)量,NI設(shè)定在8或9較為適宜。

總之,AEC裝置在保證圖像質(zhì)量的前提下優(yōu)化了X線輻射劑量的配置,具有很好的應(yīng)用前景,此裝置的不斷完善及在臨床上的應(yīng)用情況,特別是低劑量胸部CT的應(yīng)用,需要在實踐中進(jìn)一步研究及評估。

3 低劑量CT在肺癌普查中的應(yīng)用

肺結(jié)節(jié)是早期肺癌的主要表現(xiàn)形式,因此肺結(jié)節(jié)的早期檢出對肺癌的早期診斷、治療有著非常重要的價值。既往肺癌普查主要依靠X線胸片來檢出結(jié)節(jié),其敏感性遠(yuǎn)不如胸部CT。傳統(tǒng) X線平片的有效劑量是 0.3～0.55mSv,標(biāo)準(zhǔn)劑量(200mA)CT的有效劑量是3～27mSv[10],相當(dāng)于X線胸片的10～100倍。而低劑量胸部CT(25mA)的有效劑量是0.3～0.55mSv,較標(biāo)準(zhǔn)劑量胸部CT的輻射劑量降低2～10倍[6],接近X線胸片劑量,但敏感性和特異性大為提高。

研究表明[11～13],低劑量CT的肺結(jié)節(jié)檢出率與結(jié)節(jié)的大小有關(guān)。當(dāng)結(jié)節(jié)直徑＞5mm時與標(biāo)準(zhǔn)劑量CT之間的差別無統(tǒng)計學(xué)意義,敏感度達(dá)100%;肺結(jié)節(jié)直徑≤3mm的檢出率較標(biāo)準(zhǔn)劑量低10%;對肺尖≤5mm的結(jié)節(jié)發(fā)現(xiàn)率僅為42%。但總體來說,低劑量CT對肺結(jié)節(jié)的檢出與標(biāo)準(zhǔn)劑量CT之間無明顯差異。因此,采用低劑量CT進(jìn)行肺癌普查既滿足了圖像的診斷要求,又降低了X線輻射劑量。Kaneko[14]最早采用低劑量CT進(jìn)行肺癌普查,發(fā)現(xiàn)了更多的早期肺癌,使Ⅰa期肺癌的發(fā)現(xiàn)率從35.1%上升至93%。1998年Sone[15]報道應(yīng)用低劑量CT普查肺癌的發(fā)現(xiàn)率為0.48%,而同一地區(qū)相同人群中用以往標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大規(guī)模普查肺癌發(fā)現(xiàn)率僅為0.03%～0.05%,低劑量CT普查發(fā)現(xiàn)肺癌的比例比X線胸片高了近10倍。由此可以證明低劑量CT掃描對早期肺癌確實是最有效的影像學(xué)檢查方法。

4 低劑量HRCT在肺部的應(yīng)用

高分辨力CT(high-resolution computed tomography,HRCT)能獲得具有優(yōu)良空間分辨率的肺部圖像,在肺部疾病診斷中有舉足輕重的地位。傳統(tǒng)HRCT是在常規(guī)CT掃描基礎(chǔ)上重新配置掃描參數(shù),再行大矩陣、高電壓、薄層及骨算法獲得。低劑量HRCT是在其他條件不變的情況下以降低管電流來大幅度降低輻射劑量。有研究對低劑量HRCT在彌漫性肺疾病及孤立性肺結(jié)節(jié)的顯示功效做了評估。結(jié)果顯示,在彌漫性肺疾病中低劑量和常規(guī)劑量HRCT在顯示肺氣腫、磨玻璃影、實變及小葉間隔線方面無明顯差異,但在顯示支氣管擴張、蜂窩及胸膜下線方面以常規(guī)劑量HRCT顯示效果較好[16]。在孤立性肺結(jié)節(jié)中,兩種劑量的 HRCT在顯示結(jié)節(jié)的分葉、毛刺、支氣管征、胸膜凹陷征和血管集束征方面有良好的一致性[17]。因此,對臨床懷疑彌漫性肺疾病或孤立性肺結(jié)節(jié)的患者可以用低劑量 HRCT在肺窗上對病灶形態(tài)行初步觀察。

5 低劑量CT在其他肺部疾病中的應(yīng)用

不僅在肺結(jié)節(jié)中,在其他肺部疾病中低劑量CT也有了一些嘗試。如Heyer等[18]對11例患有慢性感染性肺間質(zhì)疾病的兒童(8個月到16歲)行低劑量CT(20mA)引導(dǎo)下經(jīng)肺穿刺活檢,所有穿刺操作均獲得成功,僅1例出現(xiàn)輕微的氣胸(自行吸收)。這表明低劑量CT不僅可以作為檢查手段,也可成為介入治療手段。在Heyer的另一項研究中[19],對CT肺動脈造影成像的患者分別以120kV(30例)和100 kV(30例)2種管電壓進(jìn)行掃描,結(jié)果顯示,以100kV掃描的患者有效輻射劑量明顯下降,其圖像質(zhì)量與120kV的無明顯區(qū)別。

綜上所述,遵循國際放射防護學(xué)原則,通過合理地優(yōu)化掃描參數(shù),可以大幅度降低胸部CT的輻射劑量,而不影響影像診斷質(zhì)量。其不僅在胸部,而且在骨骼、鼻竇、血管造影中均有著廣泛的應(yīng)用前景,但是有些方面還處于起步階段,這需要大家不斷深入地研究及完善,根據(jù)不同的檢查部位、器官及目的,制定出最佳的、具有個性化的掃描方案來滿足于廣大患者的需求。

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