CT技术自20世纪70年代研发以来, 以其优质的密度分辨率以及越发简便快捷的操作特性, 正在被广泛应用到临床检查中。CT是以X射线为成像基础, X射线的电离效应会使水分子产生羟自由基, 羟自由基作用于DNA, 会引起DNA链的断裂和碱基的破坏。虽然大部分电离辐射造成的损伤可以由细胞内的系统快速修复, 但是DNA双链的断裂不易修复, 偶然情况下, 错误的修复可以引起点突变、染色体异位和基因融合, 从而诱导肿瘤的发生^[1], 所以在应用CT检查时, 应考虑电离效应造成的人体辐射伤害。本文为了方便广大医务人员了解低剂量CT的研究进展, 对降低CT辐射剂量的几种方法综述如下。

1 迭代重建技术

重建算法是决定CT图像质量的重要因素, 目前多用滤波反投影重建算法(Filtered Back Projection, FBP), 其原理就是在某一投影角度下取得投影函数后, 对其做滤波处理得到一个经过修正的投影函数, 然后再将其作反投影运算, 得到所需的密度函数。FBP要求每次投影测量数据是精确定量和完全的, X射线光子统计波动对它有很大影响, 它对噪声和伪影很敏感。当辐射剂量降低导致投影数据采集不足时, 系统生成的伪值就会混杂在数据当中, 如果扫描产生的真实值和伪值差异较大, 重建出的图像质量就会很差, 所以使用FBP时为了保证图像质量就不能大幅降低辐射剂量。

迭代重建是不同于FBP的另一种重建方式, 其原理是先计算出预期的图像投影, 然后与图像实际投影比较, 通过两者差值计算校正系数, 并对前期预期的投影数据进行校正, 再进行新的迭代过程, 如此反复直至得到最后图像。因为具备在数据不完全和低剂量扫描条件下高质量成像的特点, 从而克服了传统FBP算法在低剂量扫描时的缺点, 使CT仅需要极少的采样数据即可完成高质量成像^[2-6]。Kristina T等^[7]通过对模体及18例结肠CT检查患者的研究证明, 应用迭代重建技术可使放射剂量减低50%而对图像质量不产生显著影响。徐姝等^[8]进行肝脏肿瘤检查时使用iDOSE迭代重建技术处理图像, 可以使辐射剂量减低至常规剂量的二分之一, 而扫描所获图像质量良好, 肿瘤病灶显示清晰。May等^[9]使用100MAS进行腹部扫描并用迭代法进行重建, 与常规200MAS比较, 图像解剖结构的清晰程度、病灶显示情况、病变边缘锐利度及总体诊断可信度均无统计学差异。Pontana^[10]研究显示, 低剂量组(较常规剂量降低35%), 使用FBP重建时, 噪声大大提高, 同时SNR及CNR值降低; 在应用迭代法重建后, 其噪声值降低, SNR及CNR相应升高。

2 自动管电流调节技术

这种技术是先选择图像噪声指数(noise index, NI), 然后根据患者检查部位和扫描层厚的不同进行毫安自动调节, 即对于厚度较大的层面增加毫安的输出, 对于厚度较小的层面减少毫安的输出。与操作者对患者的估计相比, 无论患者体型如何, 它可以更准确进行MA调整, 因此这种方法可以在满足临床诊断的同时减少了不必要的辐射伤害。郭濴等^[11]研究显示噪声指数为12.0HU的Z轴管电流调节扫描技术, 在不影响图像质量的前提下平均降低了31.3%的辐射剂量。袁知东等^[12]通过对颈部CT扫描研究发现, Z轴管电流调节技术明显降低了受检者的辐射剂量, 尤其在对辐射比较敏感的甲状腺层面辐射剂量降低更明显。

3 前瞻性心电门控技术

前瞻性心电门控技术是由Hsieh等^[13]研发的一种心脏扫描模式, 采用"步进-扫描"的数据采集方式, 一次采集完成后迅速移到下一位置继续心电触发扫描, 两次扫描之间重叠量非常窄, 同时其点射技术通过心电图信号触发选择性的控制X线管的曝光。前瞻性门控技术完成一个心脏扫描的曝光时间约为1.30s, 约为回顾性心电门控扫描的26%, 在理论上来说至少可以降低70%的辐射剂量。但是这种技术对心率要求较高, 一般要控制在70次/分以下。马延贺等^[14]研究表明, 对心率≤ 65次/分且无心律不齐的患者, 前瞻和回顾性门控技术的成像效果基本一致, 但前瞻性门控比回顾性门控辐射剂量减少76.62%。张维权等^[17]研究也表明, 在平均体重指数25.1, 心率≤ 65次/分的情况下, 64层CT前瞻性门控技术能够获得符合诊断要求的图像质量, 辐射剂量较回顾性门控技术减少85. 2%。胡莹莹等^[16]研究显示心率 < 70次/分的情况下, 256层CT前瞻性门控能够获得满足诊断要求的CTA图像, 较回顾性心电门控辐射剂量减少了74.4%。

4 轴扫节段扫描

轴扫扫描是现在心脏扫描常用的方法, 这种扫描方式是通过球管旋转一周扫描获得数据, 然后床面移动进行下一个扫描周期, 保证了被扫描部位没有重叠也没有遗漏。轴扫节段扫描则是通过球管旋转240度完成数据收集, 跟轴扫扫描的360度相比, 其扫描时间缩短了, 理论上来说是可以降低辐射剂量的。周智鹏等^[17]通过对腹部CT扫描的研究, 显示在保证临床诊断的前提下, 轴扫节段扫描比螺旋扫描辐射剂量降低46.3%, 比轴扫扫描辐射剂量降低33.2%。

5 结论

螺旋CT的辐射剂量受多种因素影响, 包括管电压、管电流、螺距、X射线的能量分布、散射线的含量, 准直器的大小, 前置滤线器的结构以及扫描仪的几何尺寸等。在实际工作中, 方便操作者控制的就是管电压、管电流和螺距, 通过单纯的降低管电压、降低管电流、增大螺距等方法虽然可以降低辐射剂量, 但同时又伴随图像质量的明显下降。随着CT技术的发展和应用的深入, 各种减少辐射剂量的新方法不断出现, 迭代重建技术是从数据处理上进行改善, 在低剂量扫描时只需少量数据就能得到高质量图像; 自动管电流调节技术则是利用软件根据人体检查部位和扫描层厚的不同进行毫安调节, 减少了不必要的辐射剂量; 前瞻性心电门控技术和轴扫节段扫描技术都是对扫描方式的改进, 从而降低了辐射剂量。但是这些方法都有自己的局限性和缺点, 如何完善并将它们广泛应用到临床检查中, 也是我们需要解决的重要课题。