吳爽， 黃偉

綜 述

兒童腹部CT低劑量掃描的研究進(jìn)展

吳爽， 黃偉

兒童腹部CT檢查在臨床應(yīng)用日益增多。由于腹部增強(qiáng)CT檢查需要多期掃描，患者接受的輻射劑量會顯著增加；并且兒童較成人電離輻射誘發(fā)癌癥的危險(xiǎn)性高；如何在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)盡量降低輻射劑量已受到廣泛關(guān)注。就目前兒童腹部CT低劑量掃描的研究進(jìn)展予以綜述。

體層攝影術(shù)； 輻射； 圖像質(zhì)量； 兒童

隨著多排螺旋CT及CT血管成像的廣泛應(yīng)用，患者接受的放射X線劑量日益增高。流行病學(xué)研究表明,多排螺旋CT產(chǎn)生的輻射劑量會在器官和組織中累積，超過一定水平會增加罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)[1]。如何降低受檢者不必要的輻射劑量已經(jīng)受到國際上的關(guān)注[2]。與成年人比較，兒童尤其是低齡兒童處于生長發(fā)育期，具有更快速的細(xì)胞分裂速度和更長的生存周期，這些因素增加了輻射誘發(fā)癌癥的易感性。本研究將從降低兒童CT輻射劑量的必要性、腹部CT掃描的特點(diǎn)、降低兒童腹部CT輻射劑量的方法三個(gè)方面進(jìn)行闡述。

1 降低兒童CT輻射劑量的必要性

美國科學(xué)研究院電離輻射生物效應(yīng)委員會發(fā)布的電離輻射的生物學(xué)效應(yīng)報(bào)告書中指出，對于同一種醫(yī)療照射，在兒童時(shí)期接受照射而致癌的危險(xiǎn)是20～50歲成年人的3～4倍。因此在檢查過程中減少輻射劑量對兒童而言更為重要[3,4]。由于兒童腹盆腔CT掃描應(yīng)用的顯著增加，腹盆腔掃描帶來的電離輻射與其他掃描部位比較具有最高的誘發(fā)實(shí)質(zhì)臟器癌腫的危險(xiǎn)性[5]。因此，盡可能降低輻射劑量，已成為當(dāng)前醫(yī)學(xué)影像學(xué)界探討的熱點(diǎn)問題。在發(fā)展中國家的很多醫(yī)院為兒童進(jìn)行CT檢查時(shí)仍用成人的掃描參數(shù)[1]。因此有必要設(shè)置針對兒童的掃描參數(shù)以降低兒童接受的輻射劑量。在CT使用中照射劑量選擇上應(yīng)遵循最優(yōu)化低劑量原則(as low as reasonably achievable，AIARA)[6]，根據(jù)患兒檢查部位調(diào)節(jié)掃描參數(shù)，從而達(dá)到以最優(yōu)化的照射劑量獲得最佳圖像質(zhì)量的目的。

2 腹部CT掃描的特點(diǎn)

腹部臟器大多為實(shí)質(zhì)性臟器，如肝、腎、脾臟等，各臟器結(jié)構(gòu)的對比分辨率較低，其正常組織和病變密度差異較小，因此更依賴提高空間分辨率來顯示病變。這就意味著降低輻射劑量腹部CT掃描中應(yīng)用有一定限制，在降低輻射劑量的同時(shí)要保證圖像質(zhì)量滿足診斷要求。在腹部CT增強(qiáng)掃描及CTA掃描時(shí)，常規(guī)需進(jìn)行多期掃描(動脈期、靜脈期、延遲期)，患者接受的輻射劑量會成倍增加，因此有必要應(yīng)用各種方法來降低輻射劑量。

3 降低兒童腹部CT輻射劑量的方法

目前國內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者開展了兒童腹部低劑量CT的研究。優(yōu)化掃描參數(shù)方法包括降低管電流、降低管電壓等。新掃描技術(shù)包括自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)、自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)、迭代重建算法、雙能量CT虛擬平掃等。

3.1 降低管電流 輻射劑量與電流呈正比，保持千伏不變時(shí)適當(dāng)降低管電流可降低輻射劑量而圖像質(zhì)量不會明顯下降[7]。由于兒童體積小，周徑和前后徑均較成人小，X線束衰減較少，與成人患者比較用相同的管電流會有更多的剩余X線到達(dá)探測器，所以用相同的CT掃描劑量兒童比成人的圖像噪聲要低[8]。患兒在進(jìn)行CT檢查時(shí)，管電流降低引起的噪聲增加可通過選擇適當(dāng)掃描參數(shù)使圖像質(zhì)量得到保證。但是管電流降低主要影響低對比分辨率，使低對比組織，如腦、肝臟的圖像質(zhì)量明顯下降，在腹部CT中應(yīng)用有一定局限性[9]。早在2001年Wormanns等[10]研究發(fā)現(xiàn)兒童進(jìn)行腹部CT掃描，當(dāng)管電壓均為100 kV時(shí)，管電流由100 mA降低至50 mA，CT容積劑量指數(shù)可降低50%以上，但是對于解剖細(xì)節(jié)50 mA組顯示較差。

3.2 降低管電壓 降低千伏能夠降低生成CT圖像的光子的能量從而使輻射劑量呈指數(shù)降低[11]。一般認(rèn)為輻射劑量與千伏的平方呈正比[7]。如果患兒體型較小，穿透人體需要的管電壓較成人需要的管電壓低，這就為在進(jìn)行兒童CT掃描時(shí)降低管電壓提供了可行性。同時(shí)降低管電壓會使貫穿的X線減少，從而使圖像噪聲增大，并且會造成線束硬化偽影。但是，與標(biāo)準(zhǔn)管電壓相比，低管電壓更加接近碘對比劑的K邊緣值(33.2 keV)，碘對X線吸收增加，其對比強(qiáng)化效果更好。因此，降低管電壓是提高靶血管對比強(qiáng)化的主要方法之一。目前降低管電壓方面已經(jīng)有很多研究[4,12]。Dong等[4]利用筒形體模模擬兒童腹部，中央充填含碘對比劑，周邊充填蒸餾水，中央?yún)^(qū)CT值與周邊CT的差值和噪聲之比代表對比度噪聲比(CNR)，將體模分別在80、100、120、140 kV條件下進(jìn)行掃描，研究表明當(dāng)管電壓由140 kV降至80 kV時(shí)，在CNR保持不變的前提下輻射劑量可以降低70%。

3.3 自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù) 自動管電流調(diào)節(jié)(automatic tube current modulation，ATCM)是一種基于患者體型尺寸調(diào)節(jié)管電流的技術(shù)。由于在非圓形橫斷面上各個(gè)方向上的X射線衰減量不同，自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)根據(jù)掃描過程中患者的體積、身體各部位的衰減特性，在不影響圖像質(zhì)量的前提下沿X-Y軸(角度調(diào)節(jié))或Z軸(縱軸調(diào)節(jié))進(jìn)行管電流自動調(diào)制來降低照射劑量，具有實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)照射劑量作用，既可以提高射線的利用效率同時(shí)降低輻射劑量[13]。目前自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)在兒童CT及CTA臨床應(yīng)用方面已經(jīng)有文獻(xiàn)報(bào)道。Herzog等[14]研究發(fā)現(xiàn)在兒童心血管成像中使用自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)能夠顯著降低毫安秒的數(shù)值，分別在80、100、120 kV條件下用ATCM技術(shù)掃描，平均毫安秒值與對照組比較降低57.8%，并且有效劑量降低了60.3%；并發(fā)現(xiàn)在管電壓為80 kV時(shí)較100 kV或120 kV時(shí)毫安秒更低，但是圖像質(zhì)量和圖像噪聲無明顯變化。

3.4 自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù) 自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)可以根據(jù)受檢者的體型和檢查目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)kV的自動選擇和mA的自動選擇，還可以實(shí)現(xiàn)對曝光角度的自動選擇。西門子推出的智能最佳管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)根據(jù)受檢者的體型和檢查類型，可以在70～140 kV范圍內(nèi)自動選擇合適的管電壓。Siegel等[2]模擬不同體型的兒童進(jìn)行體模研究，將自動管電流調(diào)節(jié)及自動管電壓調(diào)節(jié)結(jié)合并與只自動調(diào)節(jié)管電流而管電壓為標(biāo)準(zhǔn)120 kV兩種掃描方案進(jìn)行對比，研究發(fā)現(xiàn)掃描體型較小及中等的體模可將管電壓降低至70 kV，體型較大的體模可將管電壓降低至80 kV，應(yīng)用自動管電流調(diào)節(jié)及自動管電壓調(diào)節(jié)結(jié)合的方案較僅自動調(diào)節(jié)管電流的方案輻射劑量降低了56%，而CNR較后者增加9.1%，說明自動管電流調(diào)節(jié)及自動管電壓調(diào)節(jié)結(jié)合的掃描方案對降低兒童CT及CTA的輻射劑量更為有效。Siegel等[15]將自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)用于臨床的兒童腹部CT中。研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)能夠使94%的患兒管電壓降低，與標(biāo)準(zhǔn)120 kV組對比輻射劑量降低了26%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但是肝臟和門靜脈圖像在兩種掃描方案下對比度噪聲比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明自動管電壓調(diào)節(jié)技術(shù)能夠在兒童腹部CT中應(yīng)用。

3.5 迭代重建算法(iterative reconstruction，IR) 迭代重建技術(shù)對提高圖像質(zhì)量及降低輻射劑量有較大潛力[16-18]。迭代算法由于可以更好地處理電子噪聲和其他物理因素所導(dǎo)致的圖像偽影，從而顯著提高圖像質(zhì)量，因而特別適合在CT低劑量掃描后圖像數(shù)據(jù)欠佳時(shí)應(yīng)用。Schindera等[19]進(jìn)行腹部CT體模研究，將模擬肝腫瘤的體模進(jìn)行不同管電壓的CT掃描后分別行濾波反投影(FBP)及IR兩種重建算法進(jìn)行圖像重建，結(jié)果顯示,100 kV結(jié)合IR重建的方案較120 kV結(jié)合FBP重建方案對檢出腫瘤的敏感性相似，而輻射劑量減少了39.8%。在臨床兒童腹部CT掃描也有文獻(xiàn)論證了IR算法的優(yōu)勢[20]。結(jié)果顯示IR算法能夠使接受腹部CT檢查的患兒輻射劑量降低38.2%，運(yùn)用IR算法重建的圖像噪聲較FBP重建的圖像噪聲顯著減少，從病變的大小、檢出的數(shù)目、細(xì)微結(jié)構(gòu)的顯示情況、偽影嚴(yán)重程度等方面主觀評估兩種方法重建出的圖像質(zhì)量，結(jié)果顯示兩種方案的圖像質(zhì)量無顯著差異，說明在兒童CT掃描中應(yīng)用迭代重建算法能夠在保證圖像質(zhì)量和滿足診斷要求的前提下顯著降低輻射劑量。西門子公司推出了新一代迭代重建算法，即基于原始數(shù)據(jù)域迭代重建算法(sinogram-affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)。該算法首先在原始數(shù)據(jù)域進(jìn)行迭代，以去除各種偽影；然后再在圖形空間進(jìn)行迭代，以去除噪聲和部分偽影，從而提高圖像質(zhì)量[7]。SAFIRE算法作為第2代迭代算法已經(jīng)開始應(yīng)用于臨床[21,22]。Kim等[22]將SAFIRE算法與自動管電壓及自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)結(jié)合并與僅應(yīng)用自動管電流調(diào)節(jié)聯(lián)合FBP算法的掃描方案比較，研究表明第3級的SAFIRE算法聯(lián)合自動管電壓及自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)所得到的腹部實(shí)質(zhì)臟器和大血管的圖像質(zhì)量較其它級別SAFIRE算法圖像質(zhì)量高，并且能夠降低兒童腹部CT掃描一半的輻射劑量。

3.6 腹圍指導(dǎo)優(yōu)化掃描參數(shù) 體質(zhì)量指數(shù)(BMI)是臨床上最基本的估測患者體型的指標(biāo)。但是Dong等[4]認(rèn)為兒童受檢者在相同的年齡、身高和體質(zhì)量的條件下體型可變性很大，用BMI確定掃描參數(shù)可能不夠準(zhǔn)確。而腹圍較BMI更能夠反映受檢者的體型，直觀地表達(dá)身體的厚度，所以腹圍是確定kV、mAs掃描參數(shù)的重要參考指標(biāo)。

3.7 雙能量CT虛擬平掃 腹部增強(qiáng)CT需行多期掃描(平掃、動脈期、靜脈期、延遲期)，患者接受的輻射劑量會成倍增加。雙能量CT掃描后應(yīng)用虛擬平掃圖像處理軟件獲得虛擬平掃的圖像，在提供有同樣價(jià)值的影像診斷信息同時(shí)可減少一次常規(guī)平掃檢查的輻射劑量。Graser等[23]將超聲檢查懷疑腎臟腫瘤的兒童進(jìn)行腹部雙能量CT掃描，注射對比劑后延遲掃描直接獲得增強(qiáng)圖像(腎實(shí)質(zhì)期)，并將虛擬平掃的圖像與真實(shí)平掃對比，發(fā)現(xiàn)虛擬平掃圖像質(zhì)量及噪聲均高于真實(shí)平掃，雙能量CT較常規(guī)平掃增強(qiáng)掃描診斷腫瘤的準(zhǔn)確性無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，虛擬平掃因減少一次真實(shí)平掃可降低48.9%的輻射劑量。

此外，減少重復(fù)照射、限制掃描范圍、附加濾過板以及合理使用防護(hù)設(shè)備也能夠起到一定的防護(hù)作用。在上腹部掃描時(shí)應(yīng)合理使用防護(hù)設(shè)備對敏感區(qū)域(甲狀腺、乳腺、性腺等)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)屏蔽[24]。有學(xué)者認(rèn)為盡管屏蔽裝置能夠有效地降低輻射劑量，但會增加圖像噪聲和條形偽影[25]?；颊咧苿蛹爸笇?dǎo)患者呼吸配合也是減少運(yùn)動偽影以獲得較高CT圖像質(zhì)量及避免不必要重復(fù)掃描以減少患者的輻射劑量的重要手段。

4 結(jié)語

目前，兒童腹部低劑量CT掃描的研究應(yīng)用還處于探索階段，臨床上低劑量掃描的應(yīng)用尚不成熟。腹部大多為實(shí)質(zhì)性臟器，各器官結(jié)構(gòu)的對比分辨率較低，因此更依賴提高空間分辨率來顯示病變，如提高管電流等方法，這使得低劑量CT掃描在腹部的應(yīng)用受到一定限制。同時(shí)兒童與成年人相比對輻射更加敏感，具有更高的罹患輻射誘發(fā)癌癥的危險(xiǎn)，因此臨床上進(jìn)行兒童CT檢查時(shí)應(yīng)在滿足診斷需求的同時(shí)最大程度地降低輻射劑量。如果在最小劑量和診斷需求之間取得較好的平衡，需要臨床放射科工作者根據(jù)受檢者的體型、檢查目的等選擇適合患者的低劑量掃描方案。

[1] Khong PL，F(xiàn)rush D，Ringertz H.Radiological protection in paediatric computed tomography[J].Ann ICRP,2012,41(3-4):170-178.

[2] Siegel MJ，Ramirez-Giraldo JC，Hildebolt C，et al.Automated low-kilovoltage selection in pediatric computed tomography angiography：phantom study evaluating effects on radiation dose and image quality[J].Invest Radiol,2013,48(8):584-589.

[3] Brenner D，Elliston C，Hall E，et al.Estimated risks of radiation-induced fatal cancer from pediatric CT[J].AJR Am J Roentgenol,2001,176(2):289-96.

[4] Dong F，Davros W，Pozzuto J，et al. Optimization of kilovoltage and tube current-exposure time product based on abdominal circumference：an oval phantom study for pediatric abdominal CT[J].AJR Am J Roentgenol,2012,199(3):670-676.

[5] Miglioretti DL，Johnson E，Williams A，et al.The use of computed tomography in pediatrics and the associated radiation exposure and estimated cancer risk[J].JAMA Pediatr,2013,167(8):700-707.

[6] Borders HL，Barnes CL，Parks DC，et al.Use of a dedicated pediatric CT imaging service associated with decreased patient radiation dose[J].J Am Coll Radiol,2012,9(5):340-343.

[7] Christe A, Heverhagen J, Ozdoba C,et al.CT dose and image quality in the last three scanner generations[J].World J Radiol,2013,5(11):421-429.

[8] Donnelly LF, Emery KH, Brody AS, Laor T,et al.Minimizing radiation dose for pediatric body applications of single-detector helical CT：strategies at a large Children's Hospital[J]. AJR Am J Roentgenol,2001,176(2):303-306.

[9] 馬國林，王武，張彥彩.兒童螺旋CT低劑量掃描的臨床應(yīng)用[J].中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志，2011，31(1):111-114.

[10] Wormanns D，Diederich S，Lenzen H，et al.Abdominal spiral CT in children：which radiation exposure is required[J].Eur Radiol,2001,11(11):2262-2266.

[11] Cook TS，Hilton S，Papanicolaou N.Perspectives on radiation dose in abdominal imaging[J].Abdom Imaging,2013,38(6):1190-1196.

[12] Siegel MJ，Schmidt B，Bradley D，et al.Radiation dose and image quality in pediatric CT：effect of technical factors and phantom size and shape[J].Radiology,2004,233(2):515-522.

[13] McCollough CH，Primak AN，Braun N，et al.Strategies for reducing radiation dose in CT[J].Radiol Clin North Am,2009,47(1):27-40

[14] Herzog C，Mulvihill DM，Nguyen SA，et al.Pediatric cardiovascular CT angiography：radiation dose reduction using automatic anatomic tube current modulation[J].AJR Am J Roentgenol,2008,190(5):1232-1240.

[15] Siegel MJ，Hildebolt C，Bradley D.Effects of automated kilovoltage selection technology on contrast-enhanced pediatric CT and CT angiography[J].Radiology,2013,268(2):538-547.

[16] Nuyts J，De Man B，Dupont P，et al L.Iterative reconstruction for helical CT：a simulation study[J].Phys Med Biol,1998,43(4):729-737.

[17] Elbakri IA，F(xiàn)essler JA.Statistical image reconstruction for polyenergetic X-ray computed tomography[J].IEEE Trans Med Imaging,2002,21(2):89-99.

[18] Lasio GM，Whiting BR，Williamson JF.Statistical reconstruction for X-ray computed tomography using energy-integrating detectors[J].Phys Med Biol,2007,52(8):2247-2266.

[19] Schindera ST，Diedrichsen L，Muller HC，et al.Iterative reconstruction algorithm for abdominal multidetector CT at different tube voltages：assessment of diagnostic accuracy, image quality, and radiation dose in a phantom study[J].Radiology,2011,260(2):454-462.

[20] Singh S，Kalra MK，Shenoy-Bhangle AS，et al.Radiation dose reduction with hybrid iterative reconstruction for pediatric CT[J].Radiology,2012,263(2):537-546.

[21] Moscariello A，Takx RA，Schoepf UJ，et al.Coronary CT angiography：image quality, diagnostic accuracy, and potential for radiation dose reduction using a novel iterative image reconstruction technique-comparison with traditional filtered back projection[J].Eur Radiol,2011,21(10):2130-2138.

[22] Kim JH，Kim MJ，Kim HY,et al.Radiation dose reduction and image quality in pediatric abdominal CT with kVp and mAs modulation and an iterative reconstruction technique[J].Clin Imaging,2014,38(5)：710-714.

[23] Graser A，Becker CR，Staehler M，et al.Single-phase dual-energy CT allows for characterization of renal masses as benign or malignant[J].Invest Radiol,2010,45(7)：399-405.

[24] Kim，S，F(xiàn)rush DP，Yoshizumi TT. Bismuth shielding in CT：support for use in children[J].Pediatr Radiol,2010,40(11)，1739-1742

[25] Kalra MK，Dang P，Singh S，et al .In-plane shielding for CT：effect of off-centering, automatic exposure control and shield-to-surface distance[J].Korean J Radiol,2009,10(2)：156-163.

(本文編輯：張小冬)

221004 江蘇 徐州，徐州醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院(吳爽)；210002 南京，南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(吳爽，黃偉) 作者簡介：吳爽(1988-)，女，徐州醫(yī)學(xué)院2012級碩士研究生在讀。研究方向：低輻射劑量CT的臨床應(yīng)用研究。 通訊作者：黃偉，210002 南京，南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科。

10.3969/j.issn.1674-3865.2015.02.034

R445.1

A

1674-3865(2015)02-0182-04

2014-12-19)