X射线计算机体层摄影（computed tomography，CT）具备清晰的断层成像和三维重建、密度分辨率高等优点，是医学影像诊断中的重要手段之一。但在X射线影像诊断中，CT又是对患者和受检者剂量较高的一种诊断程序。联合国原子辐射效应科学委员会2018年报告^[1-2]中指出，全球CT检查占医疗照射总频度的比例为9.0%，但其对集体有效剂量的贡献却高达52.5%，并且其检查频次仍在以每年至少10%的速度增长，由此带来的癌症风险不容忽视^[3]。因此，如何在获取足够临床诊断信息的基础上，最大幅度降低患者剂量成为广大研究者关注的焦点。低剂量CT（low dose computed tomography，LDCT）正是出现在这样的背景下，且目前使用越来越频繁。LDCT主要应用于本身具有天然高对比的器官和组织的检查，如肺部、颞骨和鼻骨等^[4-6]。肺部LDCT扫描在肺癌筛查、肺部炎性病变、肺动脉造影和肺气肿等肺内病变的诊断和复查的应用，是LDCT扫描研究的重点领域之一。本文就肺部LDCT的影像质量与接受扫描的患者剂量方面的研究进行综述。

1 LDCT在肺癌筛查中的应用

肺癌占全球癌症死亡人数的18%，它分别是男性和女性因癌症死亡的第一和第二大原因，对女性而言它仅次于乳腺癌^[3]。早期肺癌常无症状，而且由于肺与周围组织相互重叠，常规胸片检查容易漏诊，因此美国等国家已不推荐胸片作为肺癌普查的方法^[7]。CT肺癌筛查的效果要明显优于传统胸片，每年对高危人群进行CT筛查，早期肺癌可被及时发现和治愈^[8]。但使用常规CT进行肺癌筛查的问题之一是相对较高的受检者辐射剂量，如常规胸部CT患者有效剂量大约是胸片的400倍^[9]，有研究指出美国有2%的癌症患者可能是由于CT辐射造成的，美国国家肺癌筛查试验数据也显示每筛查2500人就有1人因辐射致癌死亡^[10]。ICRP 103号报告也指出，低剂量率辐射照射后患癌症的随机效应的危害调整标称危险系数对于全部人群和成人而言分别是5.5×10⁻²/Sv和4.1×10⁻²/Sv。在保证获取足够诊断信息的前提下，最大幅度降低患者剂量的LDCT是当前研究的热点。

LDCT首次由Naidich等^[11]提出，通过改变管电压、管电流和扫描时间等方式降低患者剂量，之后LDCT越来越受到人们关注，而肺结节是与肺癌相关的最常见的胸部CT表现^[12]。朱天照等^[13]对包含直径为10 mm和5 mm结节的自制肺部模体分别进行常规剂量CT（140 kV、240 mA）和LDCT（140 kV、43 mA）扫描。结果发现LDCT能全部检出10 mm结节，5 mm结节的检出率虽略低于常规剂量组，但差异无统计学意义。而当管电流降至43 mA时，CTDI_w值下降为原来的1/6；吴晓华等^[14]对6例经病理证实为肺内多发结节的尸检离体肺脏标本，进行常规剂量CT（120 kV，130 mA）和LDCT（120 kV，50 mA、30 mA、10 mA）扫描，同时对100例转移瘤复查的患者行LDCT（120 kV，30 mA）肺部扫描。结果发现只有管电流10 mA组中70%的图像发现了细小条状伪影，但依然能够发现50%以上的直径 ≤ 5 mm的结节。100例患者影像中仅有3例出现了可能影响小结节发现的条状伪影。综上作者认为管电流30 mA的LDCT扫描即可满足临床诊断的需要，同时CTDI_w值降为常规剂量CT的1/5；此外，还有对单独降低管电压的LDCT图像质量和辐射剂量进行了研究，Jin等^[15]对82例分别接受了80 kV和120 kV的肺部CT扫描的患者进行回顾性分析，结果显示120 kV和80 kV结节检出率分别为76.83%和74.39%，差异无统计学意义，而且肺结节图像评分均能获得相近的临床诊断价值，两者一致性较强。作者认为80 kV低电压CT扫描结合强大的迭代重建（Iterative Model–Based Reconstruction，IMR）算法为不同大小或密度的肺结节，特别是直径小于30 mm的肺结节的诊断提供了一种与常规剂量CT相当的方法，并指出该方法适用于需要长时间随访胸部CT的患者。

有研究比较和分析了剂量进一步降低的超低剂量CT（Ultra low dose CT，ULDCT）在图像质量和发现结节方面的能力。Zhang等^[16]对300受检者分别进行ULDCT（120 kVp，17 mAs）扫描和LDCT（120 kVp、30 mAs）扫描。两名放射医师主观评价图像质量后发现ULDCT和LDCT扫描并使用IMR算法在检测结节的能力，特别是直径小于4 mm的实性结节方面没有显著差异。但ULDCT组平均有效剂量（0.67 mSv）比LDCT组（1.20 mSv）降低了大约44%，使得胸部CT扫描的有效剂量达到亚毫西弗级；Ju等^[17]得到相似的结果，将120名重度吸烟者分为5组，分别进行不同参数的低剂量CT扫描（120 kV，25 mAs，FBP算法、120 kV，10 mAs，IMR算法、100 kV，15 mAs，IMR算法、100 kV，10 mAs，IMR算法、100 kV，5 mAs，IMR算法）。结果发现第1组和第5组图像明显较差且噪声偏高，作者认为100 kV，15 mAs的LDCT扫描并使用IMR算法与120 kV，25 mAs扫描使用传统的FBP重建的图像相比，保持了足够的图像质量和病变呈现能力，同时降低了最高约60%的辐射剂量；Huber等^[8]对232种不同大小和密度结节组合的肺部模体（Chest Phantom N1），分别进行标准剂量扫描（110 kV，100 mAs）和ULDCT（80 kV，6 mAs）扫描，结果发现ULDCT只有对5 mm结节检出率显著低于标准CT，但使用IMR重建后这些小结节检出率与标准CT差异便无统计学意义了，并指出ULDCT在维持对结节检测能力的同时将辐射剂量限制在常规胸部X线成像的水平（0.135 mSv）。

2 LDCT在肺炎诊断中的应用

肺炎是临床上常见的感染性疾病，特别是65岁以上患者感染致死的主要原因。传统的X射线胸片对肺炎的诊断存在较大不确定性，容易产生诊断不足或过度诊断的现象^[18]，CT检查以其对病灶的高敏感性成为临床上常用的检查手段，特别是在最近新冠肺炎诊断中发挥了重要的作用。但是CT辐射剂量远高于传统胸片，患者在病情的发展、转归和复查过程中会接受多次CT扫描，患者所受辐射剂量和这一群体的集体剂量较大。因此，国内外学者在如何使用LDCT，在保证图像质量、正确诊断肺炎的前提下降低患者剂量方面进行了研究。

卞柳利等^[19]对60名肺炎复查患者分两组分别进行LDCT扫描（120 kV，30 mAs）和常规剂量扫描（CARE Dose 4D：120 kV，60～160 mAs自动条件），以纵隔内的解剖结构和两肺纹理的显示程度、病灶的细节显示及噪声大小为标准对图像质量进行主观评估，结果发现LDCT组图像评分略低于常规剂量组，特别是纵隔窗的噪声略粗，但均不影响诊断，而LDCT组的CTDI_vol和DLP分别下降了75.8%和79.2%；Prendki等^[19]对200名老年疑似肺炎患者进行前瞻性研究，同一患者先后进行胸部X射线片和LDCT扫描并使用5级Likert分级方法评估肺炎的概率（排除、低、中、高、确定）。结果发现LDCT扫描后60例（30%）患者诊断降级，30例（15%）升级。作为认为LDCT扫描修正了相当一部分胸片诊断不足和过度诊断肺炎的概率，主要贡献是有助于减少肺炎的过度诊断，从而减少不必要的抗菌治疗。LDCT胸部扫描平均有效剂量1.5 mSv，而常规CT为7 mSv^[13]。虽然高于传统胸片0.05 mSv的患者有效剂量，但基于该研究，作者认为特别是中等概率患者的肺炎诊断建议采用LDCT，以提高诊断准确性；马爱东^[20]对300名怀疑儿童肺炎及儿童异物的患儿分组进行CT扫描（120 kV，150 mAs、50 mAs、30 mAs和15 mAs），发现虽然在纵膈等部位图像质量评分略低以外，但15 mAs的LDCT肺窗图像可满足 < 8岁或 < 40 kg的患儿诊断需求；孙记航等 ^[21]对26名接受过LDCT的2个月至11岁的坏死性肺炎的儿童CT图像进行分析，发现LDCT扫描后使用IMR算法比自适应迭代重建算法（ASIR）和传统的FBP算法能在0.59 mSv低总体有效剂量情况下，显著提高了高密度和低对比度分辨力，更好的发现和识别肺部坏死性病变；戴欣等^[22]发现234例艾滋病并发卡氏肺囊虫肺炎的胸部LDCT（20～50 mAs）图像质量随不及常规剂量CT，但均能明确诊断，无一漏诊，但辐射剂量将为原来的12.08%～26.51%。

3 LDCT在肺血管疾病和其他胸部扫描中的应用

CT肺动脉造影（Computed Tomography Pulmonary Angiography，CTPA）是目前急诊科就诊的疑似肺栓塞患者的首选影像检查方法^[23]。近年来CT扫描技术发展迅速，CTPA对肺动脉栓塞具有很高的诊断价值，但同时其辐射剂量较高，如Chen等发现60名患者的平均有效剂量可达21.6 mSv。因此，减少CTPA期间的辐射剂量，即低剂量CTPA是目前的研究热点，目的是将辐射暴露和风险降至最低，同时不影响肺栓塞等相关疾病的诊断和治疗。

有多项研究结果表明低剂量CTPA诊断可疑肺动脉栓塞的可行性，主要是采取降低管电压的方法。因为当管电压从120 kV降到100 kV、80 kV或70 kV时，X射线束的能谱更接近造影剂主要成分碘的K缘处的最大吸收能量（33.2 keV），使较低能量的X射线得到更强的衰减，从而保持相对不变的对比度噪声比，并可以进一步减少对肾脏有毒性的造影剂用量^[8]。

目前研究多采用定量和主观方法对图像质量进行评估。定量方法中多使用信噪比（SNR）和对比度噪声比（CNR）等指标、主观方法多采用3分、4分和5分等级量表进行图像质量的表征。研究发现低剂量CTPA患者有效剂量可降低29.6%至87.5%不等，同时保持了图像质量的持平。如Aldosari等^[24]发现低剂量CTPA（100 kV）和标准CTPA（120 kV）的SNR分别是21.56和22.06，CNR分别是19.82和19.71，差异均无统计学意义，但患者有效剂量由标准管电压的4.66 mSv降低到2.43 mSv。Szucs-Farkas等^[25]发现低剂量CTPA和标准剂量CTPA的SNR平均值分别为10.8和9.7，差异无统计学意义，但患者剂量降低了57%；影像质量的主观评价方法也发现低剂量和标准剂量CTPA对图像质量的主观评分结果相同，如Li等^[26]和Szucs-Farkas等^[25]发现两种扫描影像主观评分分别为1.03和1.05、3.73和3.82，差异均无统计学意义，但患者有效剂量分别下降了80%和57%。甚至有研究发现由于低剂量方案中的伪影明显减少而图像质量有所改善^[27]。

Greffier等^[28]使用拟人模体（日本Kyoto Kagaku模体：Torso CTU-41）探讨了肺动脉畸形诊断的最低剂量水平，在拟人模体上使用标准胸部CT扫描（120 kV，159 mA）和4种ULDCT扫描方案，比较不同kVp对图像质量的影响。证实了与常规标准胸部CT相比，ULD-80型胸部CT（120 kV，40 mA）结合第2级IMR算法（IMR2）可检测到主观质量可接受的肺动脉畸形诊断影像。

低剂量CT除了在肺血管方面的应用外，O'Brien等^[29]研究了标准剂量CT（120 kV，自动管电流调制）和ULDCT（120 kV，10 mA）扫描在评价肺气肿能力的差异，结果发现两种方案在计算肺总体积和肺气肿受累百分比方面具有高度一致性，认为与标准剂量CT相比，ULDCT扫描是评估肺气肿严重程度的一种可比方案，且ULDCT的剂量减少了95%。

4 问题与展望

以上介绍了LDCT在肺癌筛查、肺炎临床检查以及肺血管等肺部疾病诊断中的应用，国内外研究中主要采用对临床受检者和拟人肺部模体进行扫描的方式，主要通过降低管电流或管电压的方式来进行LDCT扫描，但可降至多低仍无定论。多数研究发现管电流选择20～30 mAs，并结合IMR算法的LDCT即可达到主观满意的图像质量，但也有研究表明更低的管电压和管电流时间积，如80 kV和6 mAs也能得到不影响诊断的影像。此外，螺距、扫描范围、CT设备配置等因素对LDCT的图像质量也有较大影响；研究多以主观方法对不同CT剂量下的图像质量进行比较，较少使用高对比度分辨力、低对比度分辨力等客观指标对影像质量进行评价，未见图像质量与辐射剂量的关系研究；也未见目前LDCT的实现的方式及医院实施LDCT参数的调查统计结果。

虽然存在一些问题，但LDCT在肺部疾病筛查和疾病诊断中已经呈现出巨大优势。特别是此次新冠疫情中CT检查具有受检群体数量大、短时间内频次高、剂量大等特点，因此进行LDCT检查能大幅降低患者辐射剂量，后续开展低剂量CT肺部扫描影像质量和最优化研究更显得尤为重要。