腹盆部低劑量CT掃描的臨床應用進展

王新蓮 綜述 賀文 審校

腹盆部低劑量CT掃描的臨床應用進展

王新蓮 綜述 賀文 審校

隨著公眾及專業人員對輻射認識的增加及CT技術的發展使低劑量CT掃描在腹盆部的應用逐漸增多。個體化掃描及新的圖像重建方法的應用保證了輻射劑量下降的同時圖像質量能夠滿足臨床要求。本文就腹盆部降低劑量的新技術及低劑量CT掃描在腹盆部臟器包括血管、空腔及實質臟器及泌尿系統的應用進行綜述。

腹盆部； 低劑量； 體層攝影術，X線計算機； 輻射劑量

近年來，CT檢查日益增多，成為醫用電離輻射增加的主要原因，對公眾尤其婦女、兒童等敏感人群帶來了不良影響，尤其是增加了腫瘤發生的風險，這使得在不影響影像診斷的前提下降低掃描劑量成為業界追逐的目標和關注的焦點[1-6]。低劑量的概念最早在90年代由Naidich等[7]提出，主要用于肺部組織，因為肺組織具有良好的天然對比和低X線吸收率，使得肺部病變易于顯示，但因為技術、認識等各方面原因在當時并未引起廣泛關注。隨著人們對于輻射認識的增加及CT技術的發展，低劑量的研究重新引起業界廣泛興趣，除了應用于胸部、鼻竇等天然高對比器官外，并逐步應用于腹盆部等低對比組織。腹盆部CT檢查往往要行增強掃描，多期相掃描，且掃描范圍廣，輻射劑量不可避免地增加，而且盆腔含有性腺器官對輻射尤為敏感，所以采用低劑量掃描很有必要。本文主要就近年來腹盆部低劑量CT在臨床的應用進行綜述。

腹盆部低劑量CT掃描技術的進展

影響腹部CT掃描劑量的因素非常多：包括各種人為因素，如適應癥的選擇、臨床醫師的習慣、科室掃描習慣、掃描范圍的確定，對患者的訓練，技術員的水平，掃描參數及掃描方式，機器自身的軟硬件條件等均會影響到輻射劑量。臨床研究中在控制人為因素及機器自身條件相對固定的情況下，主要通過變換、優化掃描參數、調節管電流或管電壓來實現低劑量掃描。X線強度=比例系數×管電流×陽極靶材料的原子序數×管電壓，因此管電流和管電壓是影響X線輻射劑量的最直接因素，且易于調節，是臨床研究中降低輻射劑量的主要方法。以往有研究將300 mAs及120 kVp管電壓作為腹盆部CT掃描的參考標準[8]，采用濾波反投影重建(filtered back projection，FBP)，并將低劑量掃描研究與之對比。但如果其他條件均不變，單純降低管電流或管電壓雖然可以降低輻射劑量，但會導致噪聲增加，圖像質量下降，影響病變診斷，因而輻射劑量下降的空間有限。隨著CT技術的發展，進一步降低劑量成為可能。

1.個體化方案掃描

患者體型是影響腹部CT掃描劑量及圖像質量的重要因素[9]，根據不同患者體型選擇不同的管電流或管電壓，實現個體化掃描，是參數優化的一大進步，可以通過人工設定或機器自動選擇的方法實現。體質量指數(body mass index，BMI)、患者腹部徑向信息、體重等均可作為評價患者胖瘦程度的參考指標，根據這些指標來設定個體化掃描條件。研究者[10-11]在腹盆部低劑量掃描中按患者體重劃分等級，采用不同的掃描參數，但劃分的等級數畢竟有限，因患者的個體差異較大，對于過胖和過瘦的患者都無法兼顧，因而這種按照體重、BMI等分組的方法并不能實現真正的個體化。自動管電流調節(automatic tube current modulation,ATCM)技術及自動管電壓技術在臨床的推廣使掃描個體化有了質的變化。

ATCM技術在腹部的應用：ATCM技術產生較早，由GE公司于90年代首先提出，但當時技術和設備遠沒有現在成熟，因而沒有在臨床廣泛應用。2005年后，各公司先后推出自己較為成熟的產品，逐漸受到臨床青睞。既往文獻報道[12-13]，通過ATCM技術可使輻射劑量降低10%～50%。目前主流的CT機基本都配備有ATCM技術，但不同廠家的ATCM技術參考指標不同，噪聲指數(noise index,NI)、有效毫安秒、參考圖像、標準偏差值是不同廠家用來控制圖像質量的指標。盡管預先設置的參考技術指標不同，但基本原理類似，通過個體化因素調制、X軸調制、角度調制或旋轉調制、聯合調制的方式[14-15]，實現輻射劑量的個體化調節。因為各廠家的技術算法不同，因而尚沒有統一的標準，研究者在臨床研究中需主觀設定可接受圖像的參考值，因而有一定的主觀性。Prakash等[16]在腹部低劑量研究中采用了GE公司的ATCM技術，并根據患者的體重設置了3組不同的NI，進一步將掃描電流個體化，避免采用統一的NI造成過低體重的受檢者曝光條件過大或過重體重的患者掃描條件不足。

自動管電壓調節技術在腹部的應用：自動kV調節技術即CARE kV技術，是Siemens公司在2010年新開發的技術，可以根據患者的體型和檢查類型，在70～140 kV范圍內自動選擇適宜的管電壓，實現個體化掃描[17]。其提供的70 kV超高分辨力掃描技術，充分貫徹了合理使用低劑量(as low as reasonably achievable,ALARA)的原則，實現了超高對比度和超低劑量的完美結合。目前自動管電壓技術已經在全身多個部位中(包括腹部)得以應用[2,18-19]。研究發現，應用該技術可在保證圖像質量的同時使輻射劑量降低約25%[18]。袁保鋒等[20]采用CARE kV技術對90例患者CT掃描后的圖像質量及輻射劑量研究發現，利用該技術可使輻射劑量降低一半左右，而所得圖像質量與常規檢查(管電壓120 kVp，管電流360 mAs)無明顯差異。Shin等[2]將自動kV調節技術與正弦圖確定迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)技術聯合應用，可使腹部劑量較常規標準FBP重建圖像的輻射劑量降低41.3%而圖像噪聲沒有改變。因為不同廠家設備參數、技術條件不同，不同科室掃描習慣不同，單純橫向比較輻射劑量降低的百分比似乎不夠合理，但可以肯定的是這些研究證實了自動管電壓調節技術在降低輻射劑量方面的貢獻。

2.應用新的圖像重建方法降低噪聲及偽影

傳統的CT圖像重建算法為解析重建算法，以FBP技術為代表，重建算法簡單且速度快，一直作為臨床常規應用。但因為FBP算法簡單，未考慮焦點、體素和探測器的實際幾何大小，以及X線光子的系統光學與統計學波動，因而圖像對于噪聲和偽影敏感，低對比可探測性較差，導致在此基礎上難以實現輻射劑量大幅降低。迭代重建技術的應用引起研究者極大興趣，通過迭代算法重建圖像，降低圖像噪聲，使輻射劑量有了實質性降低。迭代算法利用矩陣代數，建立精準的數學模型，可以選擇性識別并去除或抑制泊松噪聲、射線硬化噪聲、散射噪聲及運動噪聲，通過多次迭代重建，得到比FBP更好的圖像質量，因而逐漸成為臨床應用的主流。同ATCM技術一樣，各大廠家均有自己的迭代重建產品，像GE公司的適應性統計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR)以及升級后的基于模型的迭代重建(model-based iterative reconstruction，MBIR，商業名稱為VEO)，Siemens公司的圖像空間迭代重建(iterative reconstruction in image space，IRIS)和改進后的基于SAFIRE，Toshiba公司的適應性迭代劑量減低技術(adaptive iterative dose reduction,AIDR)和升級后的AIDR 3D以及Philips公司的iDose。目前很多文獻研究證實了迭代重建對降低噪聲并進而降低掃描劑量的作用[21-25]。對不同的組織器官采用的ASIR比例不同，腹部通常選擇30%～50%ASIR重建，即在圖像重建過程中采用30%～50% ASIR與FBP混合重建。Desai等[24]將運用FBP、ASIR及IRIS三種方法重建的腹部CT圖像對比研究發現，ASIR及IRIS較FBP可以明顯降低噪聲及輻射劑量，而圖像質量可以滿足臨床要求。目前，升級后的迭代重建逐漸用于體模及臨床患者研究中[26-31]，較之前的迭代重建進一步降低了掃描劑量，圖像質量相對提高。Gervaise等[26]采用升級后的AIDR(AIDR 3D)技術重建患者圖像，與FBP重建圖像比較，可以在劑量下降49.5%的情況下，維持圖像質量不變。Singh等[29]在腹部低劑量研究中將患者的圖像采用MBIR、ASIR及FBP三種方法重建，發現在較低劑量條件下(50 mAs)MBIR圖像可以滿足臨床診斷要求，診斷信心較高，而ASIR及FBP重建圖像質量相對較差，提示應用升級后的MBIR可以使掃描劑量進一步減低。然而盡管升級后的迭代重建較前有明顯優勢，但升級后的迭代重建在臨床廣泛應用還需要一段時間，因為運算時間較長，圖像重建過慢，難以滿足大量患者的現狀。未來隨著計算機的發展，數據處理速度加快，升級后的迭代重建將逐漸得以推廣。

3.能譜CT虛擬平掃(virtual non-contrast，VNC)的應用

VNC應用于腹部[32-33]，將劑量降低的途徑進一步拓寬:能譜CT目前在臨床應用的主要包括雙源雙能CT和單源雙能CT，分別以Siemens公司生產的雙源CT及GE公司的寶石能譜CT為代表。雙源CT使用兩個X線管和對應的探測器同時掃描，對應管電壓分別為140 kVp和80 kVp。寶石CT使用單球管單探測器掃描，瞬時切換高低雙能(80 kVp和140 kVp)峰值管電壓。盡管二者設備不同，但最終都是通過碘分離獲得去除碘成分的虛擬圖像來代表常規平掃圖像。臨床上，將腹盆部CT檢查的患者直接行雙期增強掃描，利用后處理軟件將動脈期或門脈期圖像進行融合重建[33-34]，去除碘劑，即可得到虛擬平掃圖像，升級后的軟件還可以進行CT值測量。雙源雙能CT將50%的140 kVp的數據與50%的80 kVp的數據(雙能比率=0.5)經計算后融合成120 kVp的數據，再利用后處理軟件Liver VNC進行處理，調整平掃CT與碘對比劑的融合比率，將CT的融合比率調到100%，碘對比劑的融合比率調到0%，即可得到虛擬圖像。寶石能譜成像可以獲取40～140 keV不同的X線能量的單能量圖像，根據臨床診斷的需求可以選擇任一單能量圖像，在腹部可以選擇70 keV圖像[35-36]，去除碘劑，得到虛擬平掃圖像。研究報道用VNC代替真實平掃后，可以使輻射劑量降低21.4%～30.0%[33-34]。

此外通過調節掃描方式，如將螺旋掃描改為軸掃；X射線傳輸路徑上安裝智能濾線系統技術；增大螺距、自動準直，減少掃描次數等方法均可以達到掃描劑量降低的目的。但每種方法均有其局限性，且需根據具體CT設備的條件選擇。實際臨床研究中，單純應用一種技術對降低輻射劑量的作用有限，越來越多的學者聯合多種技術來降低輻射劑量并保證圖像質量[2，37-39]，爭取達到掃描條件最優化。

針對不同掃描部位或病變部位的低劑量CT臨床研究

1.腹部CT血管成像(CTA)

目前低管電壓掃描模式是臨床低劑量研究的熱點。降低管電壓可以提高對比度分辨率，因為降低管電壓會增加高密度物質的X線衰減系數，尤其含碘物質，隨著掃描管電壓降低，X線束的有效能量接近碘的K峰(33.2 keV)，碘對比劑的CT衰減值會明顯升高[40]。研究發現[41]，管電壓從120 kVp降為100 kVp時，血管強化CT值增加20%～40%，血管強化效果好，與周圍組織的對比度增強。根據這一原理，在CT血管成像研究中采用低管電壓掃描不僅可以降低劑量，還可以減少對比劑的用量及降低對比劑注射流率[42]。盡管低電壓掃描會引起噪聲顯著增加，但血管成像對噪聲的要求可以適度放寬，而且可以通過適度增加電流的方法或通過迭代重建的方法降低噪聲。此外，迭代重建在血管成像中的應用取得了很好的效果[43-44]。Andrabi等[43]通過比較低劑量組(采用ASIR重建)與常規劑量組(FBP)共85例捐腎者的血管CTA圖像發現，應用ASRI可以使輻射劑量降低36%。而Hansen等[44]在研究中采用了MBIR，輻射劑量較ASIR進一步降低，降低幅度高達73%，而圖像質量仍可以滿足臨床要求。Shen等[39]采用雙源CT低管電壓結合迭代重建、大螺距掃描主動脈，兩組患者采用不同濃度對比劑，研究結果顯示僅需不到2 s就可以完成主動脈血管成像，低電壓組采用低濃度對比劑因而對比劑總量較對照組減少27.3%，輻射劑量較對照組減少34.3%，但兩組圖像質量無明顯差異。

2.腹部實質臟器掃描

目前腹部的實質臟器的低劑量掃描研究主要集中在迭代重建算法的應用[27-29]，結合應用降低固定管電流、降低管電壓，或應用自動管電壓及管電流調節技術，盡管近年來升級后的迭代重建研究逐漸增多，但真正在臨床推廣還需時日。在腹部增強掃描研究中，采用低管電壓的方法可以減少對比劑的用量，原理同CT血管成像。王亞寧等[45]在上腹部增強掃描研究中采用了低管電壓低劑量對比劑檢查，并結合迭代算法，結果圖像質量與常規對照組無明顯差異，而輻射劑量得到降低。Namimoto等[37]通過對25例肝硬化患者的CT增強掃描發現，采用80 kVp低電壓、低濃度對比劑掃描結合迭代重建，不僅可以降低掃描劑量還可以提高圖像質量。而采用低濃度對比劑，相當于減少了碘的用量，減少對患者的腎臟毒性損害。

此外，雙能CT VNC在腹部應用逐漸增多[32-34]，使用能譜CT的雙能量成像技術對腹盆部增強掃描患者可以直接進行增強掃描，一次掃描就可以獲得增強圖像和VNC的圖像，減少了曝光次數，從而減少了患者的輻射劑量。

3.腹部空腔臟器掃描

針對空腔臟器如結腸、小腸的低劑量研究逐漸增多，并嘗試采用超低劑量掃描。如果單純評價腸管病變，如結腸息肉等，而不評價或關心腸管之外的情況，可以采用特有的更低劑量的掃描方案[46-47]。Lee等[48]對92例患者進行CT腸管掃描研究，發現IRIS圖像與常規劑量的FBP圖像對病變的檢出無明顯差異，但劑量僅為常規劑量的一半。O'Neill等[49]對40例結腸患者進行了超低劑量CT掃描研究，發現在劑量降低74%的條件下，可以對懷疑活躍結腸疾病的患者做出診斷，而劑量水平僅相當于2張腹部平片的劑量，這對于需要反復復查觀察疾病變化情況的患者無疑是巨大利好。Kaza等[50]對133例患者小腸采用80 kVp低管電壓CT掃描結合30%ASIR重建，與常規120 kVp掃描的FBP重建圖像相比，80 kVp掃描組的輻射劑量明顯下降，但圖像質量可以滿足臨床診斷要求。此外VNC研究開始應用于腸道病變[51-52]。田士峰等[52]通過對40例結腸癌患者的VNC研究發現，利用動脈期或靜脈期增強掃描的圖像通過水碘分離得到的VNC圖像與常規平掃圖像的質量相近，在結腸病變的顯示、漿膜侵犯、病灶周圍腫大淋巴結的顯示上均與常規平掃無差異，可以取代常規平掃用于結腸癌的評估。VNC除了可以減少一次平掃的輻射劑量，還可以節省時間。

4.泌尿系統掃描

尿路造影檢查在臨床應用較廣泛，是泌尿系CT檢查常用的方法，可以同時顯示腎臟、輸尿管及膀胱。但傳統的尿路造影包括四期，平掃期，動脈期，靜脈期及延遲期，患者接受的輻射劑量大，可高達20 mSv，且對比劑用量較大，對患者腎功能有損害。目前的低劑量研究中，包括降低排泄期的掃描電流或電壓，減少掃描次數，將腎實質與腎盂期圖像合并一次掃描；降低掃描管電壓至100 kVp[53-54]，減少對比劑注射量或對比劑濃度[54]。同樣對泌尿實質臟器及泌尿系結石的診斷可以采取上述降低管電壓、管電流結合迭代重建的方法。單純診斷結石可以對噪聲的要求適度放寬，因為結石與周圍組織對比較高，因而可以采取單純降低管電流的方法。Kulkarni等[55]對25例泌尿系結石患者進行CT掃描，使用ASIR技術重建可以將輻射劑量降到1.8 mSv，而結石的檢出不受影響。另外，可以利用雙能CT的VNC診斷泌尿系結石，通過減少掃描次數達到劑量降低的目的，尤其Siemens的二代雙源CT，增加了能譜純化技術，去除高能譜射線中的低能譜成分，使高能譜射線純化，不僅可以減少與低能譜能量重疊，顯著提高碘成分的區分能力[56-57]，增加小結石的檢出能力[58]，而且有效提高了射線的利用率，減少了低能X線的吸收，進一步降低了患者接受的輻射劑量。利用能譜CT的碘疊加技術和VNC技術不僅能使輻射劑量降低還可以對泌尿系病灶進行鑒別診斷，如區分囊腫的類型為單純性、出血性還是復雜性，鑒別腎臟的良惡性腫瘤等[59-60]。Scheffel等[61]通過對VNC與標準平掃的CT圖像對比研究，發現VNC對診斷結石具有很高的特異度和敏感度，可以取代常規平掃。

總之，隨著CT軟硬件技術的發展以及業界和公眾對于輻射降低的迫切要求，未來低劑量腹盆部CT檢查將成為主流。任何臨床CT檢查都應遵循ALARA的原則，在滿足臨床要求的情況下盡可能降低掃描劑量，不能為了追求圖像質量犧牲患者利益，這對于婦女、兒童及受檢查的重要器官尤其重要。允許適度噪聲的存在，根據檢查目的和疾病種類、人群特點制定真正的個體化掃描方案是未來努力的方向。

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100006 北京，首都醫科大學附屬北京婦產醫院

王新蓮(1977-)，女，山東煙臺人，博士，副主任醫師，主要從事腹盆部影像診斷工作。

R814.42; R816.5

A

1000-0313(2017)07-0761-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.07.022

2016-04-28)