头颈ct扫描辐射剂量降低策略

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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21中日友好医院放射科北京1000292中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所北京100088RadiationDose-ReductionStrategiesforheadandneckSpiralCTProtocolsMAGuo-lin,WangWu.WeiKe-daoDepartmentofRadiology,China-JapanFriendshipHospital,Beijing100029.作者单位：卫生部中日友好医院放射科（马国林、王武）,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:cjr.wangwu@vip.163.com11 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（“aslowasreasonablyachievable”，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。【关键词】神经放射；螺旋CT；辐射剂量；剂量降低RadiationDose-ReductionStrategiesforheadandneckSpiralCTProtocols【ABSTRACT】ApplicationofspiralCThasledtoasignificantincreaseintheradiationdose.SpiralCThasbecomethesinglelargestsourceofmedicalradiationexposure,radiationdosetopatientsaccountedfor70%.Withtheclinicalapplicationofmulti-sliceCTfurtherincreased,thepatientsmoreworryaboutradiationdosefromCTscanning.Therefore,toreducepotentialradiation-relatedhealthrisks,wearerequiredtoensureoptimalCTimagingprogram("aslowasreasonablyachievable",ALARA)principle.ThelatestgenerationofCTmachinesautomaticallyrecordeachdoseforCTexamination,andmedicalrecordsasapermanentpartofthepatient,Failuretoperformdosereductionstrategiesmaybeimplicatedinmedicallaw.Therefore,thispaperisreviewed.aboutspiralCTimaginginheadandneckprogram,whilemaintainingdiagnosticimagingqualityatthesametime,thedosecanbetakentoreducemethods【KEYWORDS】Neuroradiology；spiralCT；Radiationdose；Dosereduction11 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（“aslowasreasonablyachievable”，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（theCompetedTomographyDoseIndex,CTDI），以及它的变量和剂量长度乘积（theDoseLengthProduct,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CTDIVOL[5][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11 辐射。CT扫描者日常记录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（theAmericanCollegeofRadiology，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11 加螺距可降低病人辐射剂量；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（overbeamingeffect）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”（acquirethinandviewthink）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”（acquirethinandreviewthick）的方法不仅就辐射剂量而言是有效的，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11 沿着病人长度而改变的Z-轴上、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54.4%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-rowCT,MDCT)颈椎软组织及CTA固定管电流（fixedtubecurrent,FTC）和自动管电流调节(automatictubecurrentmodulation,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（noiseindex,NI）。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，低剂量CT扫描可能会导致肩部图像质量较差，而高管11 电流可能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（retroprojectionfilters）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（AdaptiveStatisticalIterativeReconstruction，ASIR)）算法[25]。与传统滤波反投影（filteredback-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11 打折。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]deGonzalezAB,DarbyS.RiskofcancerfromdiagnosticX-rays:estimatesfortheUKand14othercountries.Lancet.2004.363(9406):345-51.[2]DeakPD,LangnerO,LellM,KalenderWA.EffectsofadaptivesectioncollimationonpatientradiationdoseinmultisectionspiralCT.Radiology.2009.252(1):140-7.[3]MacMahonH,AustinJH,GamsuG,etal.GuidelinesformanagementofsmallpulmonarynodulesdetectedonCTscans:astatementfromtheFleischnerSociety.Radiology.2005.237(2):395-400.[4]YangCY,ChenYF,LeeCW,etal.MultiphaseCTangiographyversussingle-phaseCTangiography:comparisonofimagequalityandradiationdose.AJNRAmJNeuroradiol.2008.29(7):1288-95.[5]McColloughCH,PrimakAN,BraunN,KoflerJ,YuL,ChristnerJ.StrategiesforreducingradiationdoseinCT.RadiolClinNorthAm.2009.47(1):27-40.[6]SmithAB,DillonWP,GouldR,WintermarkM.Radiationdose-reductionstrategiesforneuroradiologyCTprotocols.AJNRAmJNeuroradiol.2007.28(9):1628-32.[7]BertellR,EhrleLH,Schmitz-FeuerhakeI.PediatricCTresearchelevatespublichealthconcerns:low-doseradiationissuesarehighlypoliticized.IntJHealthServ.2007.37(3):419-39.[8]KalraMK,MaherMM,TothTL,etal.StrategiesforCTradiationdoseoptimization.Radiology.2004.230(3):619-28.[9]MartiniC,PalumboA,MaffeiE,etal.DosereductioninspiralCTcoronaryangiographywithdual-sourceequipment.PartI.Aphantomstudyapplyingdifferentprospectivetubecurrentmodulationalgorithms.RadiolMed.2009.114(7):1037-1052.[10]McColloughCH,BruesewitzMR,McNitt-GrayMF,etal.ThephantomportionoftheAmericanCollegeofRadiology(ACR)computedtomography(CT)accreditationprogram:practicaltips,artifactexamples,andpitfallstoavoid.MedPhys.2004.31(9):2423-42.[11].HeidiCRoberts;DemetrisPatsios;NarinderSPaul;etal.LungCancerScreeningWithLow-DoseComputedTomography:CanadianExperience.CanadianAssociationofRadiologistsJournal;11 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