1、 1 头颈 部 螺旋 CT 扫描辐射剂量降低策略 马国林 1 王武 1 尉可道 2 1 中日友好医院放射科 北京 100029 2 中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 北京 100088 Radiation Dose-Reduction Strategies for head and neck Spiral CT Protocols MA Guo-lin,Wang Wu.Wei Ke-dao Department of Radiology, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029. 作者单位：卫生部中日友好医院放射科（马国林、王武
2、） , 中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 （ 尉可道 ） 通讯作者： 王武 ， Email: 2 头颈部螺旋 CT 扫描辐射剂量降低策略 【摘要】 螺旋 CT 应用的增多导致了与 CT 扫描有关辐射剂量的明显增加。 螺旋 CT 已成为最大的单一医疗辐射曝光源，对病人辐射剂量占到了 70%。随着 多层螺旋 CT 临床应用的进一步增多 ，病人更多担心 CT 扫描的辐射剂量。因 此，为减小与辐射有关的潜在健康风险，要求我们确保 CT 成像方案的最优化（“ as low as reasonably achievable”， ALARA）原则。最新一代 CT 机自动记录每次检查的 CT 剂量
3、，并作为病人永久医学记录的一部分，如不履行剂量减少策略，则可能受到医学法律牵连。因此， 本文就头颈部螺旋 CT 成像方案中，在保持影像检查的诊断质量同时，可采取的剂量减少方法加以综述。 【关键词】 神经放射； 螺旋 CT； 辐射剂量 ； 剂量 降低 Radiation Dose-Reduction Strategies for head and neck Spiral CT Protocols 【 ABSTRACT】 Application of spiral CT has led to a significant increase in the radiation dose. Spiral
4、CT has become the single largest source of medical radiation exposure, radiation dose to patients accounted for 70%. With the clinical application of multi-slice CT further increased, the patients more worry about radiation dose from CT scanning. Therefore, to reduce potential radiation-related heal
5、th risks, we are required to ensure optimal CT imaging program (“as low as reasonably achievable“, ALARA) principle. The latest generation of CT machines automatically record each dose for CT examination, and medical records as a permanent part of the patient, Failure to perform dose reduction strat
6、egies may be implicated in medical law. Therefore, this paper is reviewed.about spiral CT imaging in head and neck program, while maintaining diagnostic imaging quality at the same time, the dose can be taken to reduce methods 【 KEYWORDS】 Neuroradiology ； spiral CT ； Radiation dose； Dose reduction 3
7、 头颈 部螺旋 CT 扫描辐射剂量降低策略 螺旋 CT 应用 的增多 1导致了与 CT 扫描有关辐射剂量 的 明显增加 2-4。 虽然CT 检查 大约 占放射检查 的 15%，但 却是 最大的单一医疗辐射曝光源，对病人辐射剂量占到 了 70%5, 6。 因 CT 的临床应用范围越来越多 ，病人更多担心与 CT扫描有关的 辐射剂量 5-7。 尤其关注 对儿童 的 辐射风险；对 1 岁儿童头 CT 辐射曝光的预期寿命癌症风险是 0.07%7, 8。 因此，为减小 与辐射有关的潜在健康风险 ，要求我们 确保 CT 成像方案 的 最优化（“ as low as reasonably achievabl
8、e”， ALARA） 原则 。最新一代 CT 机 自动记录每次检查的 CT 剂量 ， 并作为病人永久医学记录的一部分， 如不履行 剂量减少策略 ，则 可能受到医学法律 牵连。 因此，本文就头颈部螺旋 CT 成像 方案 中， 在 保持影像检查的诊断质量 同时， 可 采取 的剂量减少方法 加以综述。 一、 与 CT 有关的辐射剂量测量 对一个 具体的 扫描 而言 ，为了 了解 病人接受的辐射剂量，人们必须知道剂量测量的方法。在过去使用多剂量记录仪。最近，计算机体层摄影剂量指数（ the Competed Tomography Dose Index,CTDI），以及它的变量和剂量长度乘积（ the
9、Dose Length Product,DLP）是用于 CT 相关辐射剂量描述的标准参数。 CTDI 已有不同的版本被使用。 CTDI 起初 被定义为测量来自 14 个相邻层面的辐射剂量，对射线束宽度而言它被标准化，同时也计入 扫描容积内和超过扫描容积的辐射剂量。 然而 ，散射、辐射束偏移和射线准直效率限 制 导致 CT 扫描时输出辐射没有完全包括在扫描容积内。 CTDI100 被 开发用于解决 14 层模式的限度和允许沿着笔形电离室长度 100mm 指数计算。 随后开发的加权 CTDI(CTDIW)克服了依赖扫描平面内位置的限度并表征一个剂量指数，即提供在扫描平面内中心和周围赋予的加权平均剂
10、量。 CTDIW 通过一个 100mm 直径的圆形模体描述平均剂量， 相加占 1/3 权重因子的 中心剂量和占 2/3 权重因子的周围剂量。 最近使用的版本是容积 CTDI(CTDIVOL)，它被引入是考虑到螺旋采集的螺距。 CTDIVOL表征 在重建层面内输出的平均剂量， CTDIW被螺距除可计算出 CTDIVOL5 9。 DLP 是 CTDIVOL被扫描长度相乘（以厘米表示）。 它是对给与器官的能量的一种 表 征和能用于评价与 CT 检查有关的承受的整 体 辐射。 CT 扫描者日常记录4 CTDIVOL，而有时 也记录 DLP。尽管 CTDIVOL对具体的病人不是剂量， 但它却是源于不同
11、CT 系列的平均辐射剂量的一个指数 5, 8, 9。 根据美国医学物理师协会和国际辐射防护委员会的报告， 美国放射学院 （ the American College of Radiology ， ACR)的 指南制定了 CTDI 的参考值。 如对成年病人头 CT，推荐的 CTDIW 是 60mGy。如果超过这个剂量，必须采取措施降低病人剂量 10。 二、 CT 采集参数 与 剂量减少 影响 CT 辐射剂量 的 扫描参数包括 ： X 射线束的能量（管 电压 ，千伏峰 值 ），管电流 -时间乘积 （毫安秒）， 螺距 ， 层厚 ，和扫描 容积 。 在 X -射线的 检查中， 管电流是辐 射剂量和图像
12、质量的一个重要决定因素 。当所有其他因素保持不变 时 。辐射剂量 与管 电流 -时 间 值 （毫安秒） 呈 线性相关 。但是 辐射剂量减少将增加图像噪声，一 定程度上 将有损图像质量 11-14。 管电流、球管旋转时间、峰值电压、螺距及准直等 CT 参数的设置， 是影响 CT 检查中接受辐射剂量 的主要因数。如果这些参数中的一个减少，另一个需 增加来维持影像质量。 优化剂量最初的方法是确定从一个检查中来源的信息是理想的，并且 用于诊断目的可接受的噪声对比为相应最小水平 。 如果要求更小的对比而忍受更大的噪声， 那么应使用一个 低 管电流（低 mA）。 管电流与剂量直接成比例，所以管电流减少将导
13、致低剂量，而以增加噪声为代价。球管旋转时间对辐射剂量也有相似的影响，减少球管旋转时间到一半导致了 如同 减少 mA 到一半时 的剂量结果 ，这有利于 当需要更快采集时（如在不安静病人） 的情况 5, 6, 15。但 减少 球管旋转时间 不是万能，因为它可能影响空间分辨力。减少球管旋转时间 不得不 通过增加mA 补偿去维持 mA 在 一个恒定水平。 增加 mA 超过一定值（ 300-500）将导致CT 扫描从小焦点转到大焦点，造成空间分辨力降低。 只要不增加管电流补偿，峰值电压降低也能产生低剂量（与管 电压变化平方成比例 ） 5, 6, 15。 然而， 峰值电压降低常明显减低 X-线穿透力（特别
14、是通过颅骨等骨组织时），而需要 mA 明显增加去平衡 X-线穿透力的降低，导致了一个总体增加的辐射剂量。 鉴于此， 除灌注 CT 等特定应用外， 宁可使用高 KVp（ 120-140KVp）技术。 在灌注 CT， 因为 80KVp 和低 mA（代表性的是 100mA）联合 使用 能 提供增加对比（与碘 K 边缘接近）而降低辐射剂量 4。 当所有的因数保持不变时，用于描述通过病人身体扫描平面进动的螺距与剂量呈相反关系。高螺距导致被曝光的解剖部位辐射剂量减少。通过增 加螺距可降5 低病人辐射剂量； 但是 ， 由于增加有效层厚 而 平均容积被增加，而沿 Z-轴空间分辨力有所下降。低螺距产生高的影像质
15、量，但更长扫描时间和更 高的病人剂量8。实际上，所有的神经放射 CT 检查 使用的螺距略低于 1。 对颈部和颅内动脉CTAs，螺距略高于 1（自少在 4-、 8-、和 16 层 以上 CT 扫描机上）允许进一步辐射剂量减少而保持一个可接受的影像质量。对用于动脉瘤筛查的颅内血管 CTA检查， 为了提高沿 Z-轴空间分辨力并采集尽可能接近的各向同性数据用于改进多平面重建，螺距略低于 1 是最理想的。 关于多探测器 CT 扫描，准直影响辐射面宽度。一个过度 照 射 效应（ overbeaming effect） 是由于 X 线束超过了探测器排数边缘， 曝光使病人到较大辐射剂量。 较厚的准直使 这种效
16、应降低，而一个较窄程度的准直产生较大的半影效果和更多 的过度照射，所以对病人有更高的辐射剂量。当较窄的射线准直使用在头模体时， CTDIW 能增加到 55%5, 6, 8。厂家引入病人预追踪 的方法减少过度照射效应。通过每隔几毫秒测量照射位置和复 位射线源孔径去保持聚焦在探测器上 一个 窄射线束 ，用这种技术减少过度照射 。 作为一个总 的 规则，应设置准直去采集感兴趣的影像尽可能薄 （无论现 在或以后），但要意识到这是以剂量为代价。 要求高空间细节的那些技术（如颅内 CTA或颈椎 CT），可用 薄的准直（ 0.625mm）和薄的（及重叠的）重建（ 0.625mm） ，在 此寻求 最高的空间分
17、辨力 是去 探测小的动脉瘤或微小骨折。另一方面，腰椎CT 检查最好用薄的准直（ 0.625mm）和较厚的重建（及再次重叠）影像（ 2.5mm）。因为显示的影像是厚的和 用于采集 的是 低采集参数， 这个“采集薄和观察厚”（ acquire thin and view think）的策略是很好的剂量 -效率 。 资源影像有噪声，但用于观察的 厚 的影像则没有 ； 如果在厚的评价影像上需解释一个无法 确定 的发现时 ，高空间分辨力的资源影像可利用，并且对 2D 和 3D 的资源影像可重组。这种“采集薄和评价厚”（ acquire thin and review thick） 的方法 不仅就辐射剂量
18、而言是有效的，而且因为有较少的影像需评价从而提高工作效率。 三、 CT 剂量调节 许多先前描述的剂量降低策略导致了影像质量改变。例如，管电流和管电压减少，辐射剂量被降低，但影像质量也降低。 CT 制造商试图提供减少剂量而没有降低影像质量的新技术，其中之一是剂量调节。 剂量调节是 CT扫描 仪 适应病人衰减 调 节管电流并以尽可能小的管电流维持同等影像质量的一个技术 。剂量调节能 使 管电流 在 沿着病人长度而改变的 Z-轴6 上、 XY-平面（角 度 调节）或两者联合平面（ XYZ-剂量调节）上发挥作用。最近有研究表明，包括神经放射 CT 方案在内的剂量调节能提供辐射剂量降低而没有影像质量打
19、折 16-21。 对成人脑和儿童病人脑的非对比 CT、 成人 颈椎 CT 和 CTA，用 16 层 Z-轴剂量调节 和 64 层 X-Y-Z 轴剂量调节 和 16 层 非剂量调节三种 CT 扫描 比较 研究显示 ：成人脑非增强 CT 扫描 Z-轴剂量调节 CTDIVOL 和 DLP 分别减少 到 60.9%和 60.3%，而 X-Y-Z 轴剂量调节 CTDIVOL和 DLP 则分别减少 到 50.4%和 22.4%；儿童脑非增强 CT扫描 Z-轴剂量调节 CTDIVOL和 DLP分别减少 到 57.9%和 52.6%，而 X-Y-Z 轴剂量调节 CTDIVOL 和 DLP 则分别减少 到 54
20、.4%和 25.8%；成人颈椎 CT 和 CTA 也有明显剂量降低，影像质量和噪声也没有因使用剂量调节技术而受影响 22。 多排 CT(multidetector-row CT, MDCT)颈椎 软组织及 CTA 固定管电流（ fixed tube current,FTC）和自动管电流调节 (automatic tube current modulation,ATCM)影像质量和辐射剂量比较研究也证明， ATCM 技术能明显减少辐射剂量而维持诊断影像质量 16, 21, 23。 对 具体 的 CT 检查 ， 必须重新设置 放射医师能够接受的噪声水平 的噪声指数（ noise index,NI）
21、。 然后， CT 扫描 仪 在重新设置的范围内 ， 根据 病人 的衰减 ， 自动选择噪声指数下要求维持噪声水平的管电流。 用 64 层 MDCT 对 84 个病人颈部行固定管电流和不同噪声指数的自动管电流调节对比研究显示，辐射剂量CTDI 降低 到 20%-34%， DLP 降低 到 22%-38%,而没有明显影像质量下降 18。 当维持影像质量时，确定 每个 CT 方案类型的最优化信号强度 /噪声比要求调节到尽可能低的 mA。当剂量调节时，开始以低值设置 NI（被厂商推荐的），随后一直进行增加到被认为影像质量不够时 为止 。 四、 ATCM 技术 的基本原理 ATCM 技术用于 减少辐射 是
22、 CT技术的最新进展。因为在 X光束的衰减 中， ATCM技术 能随着 辐射 减低的程度而 迅速变化 ，从而保持 图像质量 不变。 ATCM 的原 理是 X 射线衰减和量子图像噪声由 被照射物体 大小和它的组织衰减 而 确定。因此，该技术的目的是 根据 人体解剖区域调节管电流 ，从而 调整 X 射线量子噪 声而 保持恒定图像噪声，改进剂量效率。 ATCM 技术可依身体扫描区域大小和衰减为基础，在各种平面（ xy 或 z）自动调整管电流，以实现持续的图像质量。是 CT 剂量减少最综合的办法之一。 头颈部 CT 扫描时 ，以 个体大小和衰减模式很大的差异跨越人体 扫描区域 。如用 FTC 技术，低
23、剂量 CT 扫描 可能会导致肩 部图像质量较差 ， 而高管 电流可能7 导致颈部曝光 辐 射 更大。由于 ATCM 根据 身体区域大小 和 衰减自动调整管电流，它可以自动增加肩 部 和头部的管电流，减少 颈部的 管电流 （如下图） 。 五、 其它辐射剂量降低技术 影像后处理 可 作为一个剂量减少的额外 补充 。 现代多 排螺旋 CT 扫描机提供的各向同性分辨力允许高质量影像重建并能帮助减少所需的扫描数量，从而减少病人 剂量。以前我们对鼻窦 CT 检查常采集轴位和直接冠状两种图像。我们现在用一个层厚 0.625mm 在轴位平面上以螺旋模式采集图像并在冠状面上重建。耳、鼻和喉外科医生对于诊断质量非
24、常满意，但病人经历了一次而不是两次扫描。同样，我们可改变血管图像成为冠状和矢状面，并且可以重建轴位平面进入更厚的层厚去降低影像内躁声。如果对有关更 微 细 结 构 出现疑问，我们能使用更薄层厚去帮助区别是否异常（如动脉瘤），最大影像投影能用于如血管等结构的评价，而 3D 模式能进一步帮助确定 其 结构。 其它后处理技术，如投影后滤过（ retroprojection filters）和减躁滤过，被制造商引入去辅助提高 已 采集图像的影像质量 5, 6, 8, 24。就神经放射 CT 方案而言，其主要用于肩部水平的颈血管 CTA 和有明显硬射线效应的金属器件。 最近， GE 、 PHILIPS
25、等 医疗集团推出了全新的 CT 重建技术，自适应统计迭代重建（ Adaptive Statistical Iterative Reconstruction， ASIR)）算法 25。 与 传统滤波反投影（ filtered back-projection， FBP）技术 比较， 该算法使用统计 学的 噪声剖面图以 迭代的方式 扩大 图像的清晰度 并 抑制噪声。 与 传统 FBP 相比， 该算法可显 著 改进某些 检查 的重建图像质量 ，而这些 图像质量由于图像噪声通常被认为 不能 正确的解 读 ，例如 大 病人和低剂量 检查的图像噪声 。换句话说，使用 ASIR算法即使显 著 降低辐射剂量 也
26、 可提供 相同 的图像质量。然而， ASIR 算法需要大量的计算 过 程和比 FBP 技术需要 更 长 的 重建时间。因此，虽然 ASIR 算法 在 理论上 具有 降低 重建图像噪 声的 好处 ， 以及在 CT 检查中显著 减少辐射剂量 的 潜 能 ，但 需要进一步的临床研究，以确定 它的效 能 。 六、 结论 CT 是放射科接受辐射剂量的主要原因。有许多策略可用于减少与 头颈 放射CT 有关的辐射剂量。一些策略涉及到采集参数的改变（ KVp,球管旋转时间，mA,Pitch 等 ）。然而，如此的策略总涉及一个影像质量和辐射剂量的折中。最优化的折中常能通过应用简单而最好的规则来实现。而且， CT
27、 制造商最近引入了剂量减少技术，如剂量调节， 这 使得 对病人 辐射 剂量降低而没有明显影像 质量 打8 折 。因此我们推荐对所有神经放射 的 CT 方案 应用 剂量调节系统。 参 考文献 1 de Gonzalez A B, Darby S. Risk of cancer from diagnostic X-rays: estimates for the UK and 14 other countries. Lancet. 2004. 363(9406): 345-51. 2 Deak PD, Langner O, Lell M, Kalender WA. Effects of adapti
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