合理應(yīng)用X射線檢查　優(yōu)化輻射劑量

王淼, 肖志清, 王艷強(qiáng), 等.  合理應(yīng)用X射線檢查　優(yōu)化輻射劑量 [J] . 中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志,2019,39( 1 ): 1-5. 

自從倫琴發(fā)現(xiàn)X射線100多年來(lái)，X射線在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的使用范圍越來(lái)越廣，X射線檢查在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的作用也越來(lái)越大。然而，診斷用X射線是普通人群最大的人造射線輻射源，大約占每年所有輻射源照射量的14%，給受檢者造成的輻射損害，特別是CT檢查的輻射損傷引起了人們的極大關(guān)注^[1]。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，2007年美國(guó)CT檢查次數(shù)由1980年的300萬(wàn)次增長(zhǎng)到6 870萬(wàn)次^[2]。美國(guó)有高達(dá)2%的癌癥受檢者可能是由于CT掃描的輻射造成的^[3]。為此，國(guó)內(nèi)外關(guān)于CT低劑量成像技術(shù)的研究一直備受關(guān)注，研究方法主要集中在CT掃描參數(shù)及掃描方案策略上^[4,5,6]。本文介紹了輻射劑量的計(jì)算方法和目前降低輻射劑量的策略，以及降低輻射劑量相關(guān)研究的進(jìn)展。

一、輻射劑量計(jì)算

評(píng)價(jià)CT的輻射劑量，通常使用CT的輻射劑量指數(shù)(CTDI)、劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product, DLP)和有效劑量(effective dose，E)。CTDI是指一次CT檢查中，患者接受的吸收劑量總和與X射線束寬度的比值(mGy)，常用的指標(biāo)包括CTDI₁₀₀、CTDI_w和CTDI_vol。CTDI_w表征在x-y平面上掃描的平均輻射劑量，而CTDI_vol表征了在x、y和z軸三維空間上的平均輻射劑量。

CT劑量最常用的參數(shù)是劑量長(zhǎng)度乘積(DLP)，用來(lái)表示患者在一次CT檢查中的受照劑量。在多層螺旋CT中，劑量長(zhǎng)度乘積表達(dá)為：

DLP＝CTDI_vol·L

式中，CTDI_vol為多層螺旋CT掃描的容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index, CTDI_vol)，表示模體所吸收的平均曝光劑量；L為z軸方向的掃描長(zhǎng)度。DLP是彌補(bǔ)CTDI_vol的不足而引進(jìn)的輻射劑量指標(biāo)，表征在CT掃描總長(zhǎng)度上對(duì)輻射劑量的積分。DLP與組織器官權(quán)重因子的乘積即為患者CT檢查中的有效輻射劑量，即單個(gè)組織或器官的照射劑量。

對(duì)接受CT檢查的患者進(jìn)行評(píng)估，最直接的方法是測(cè)量患者的組織器官的劑量，因此引入了有效劑量E。是將組織及器官的當(dāng)量劑量乘以與危險(xiǎn)度有關(guān)的權(quán)重因子k，再求和，反映了整個(gè)人體發(fā)生隨機(jī)效應(yīng)的危險(xiǎn)性。

國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)(ICRP)61號(hào)出版物給出了不同組織器官的權(quán)重因子^[7]。之后，美國(guó)物理學(xué)家協(xié)會(huì)(AAPM)提出了新的參數(shù)，即體型特異性劑量估算值(size specific dose estimate, SSDE)。它是對(duì)患者體型進(jìn)行歸一后的CTDI_vol，有利于廠家或機(jī)構(gòu)間的比較^[8,9]。

有學(xué)者提出診斷參考水平(diagnostic reference level，DRL)，表明在常規(guī)條件下某個(gè)CT檢查項(xiàng)目給予中等體型患者的劑量是否異常高或異常低。引入DRL這一概念的目的是防止受檢者接受醫(yī)學(xué)成像任務(wù)所不必要的輻射劑量。這是通過(guò)把DRL數(shù)值(從有關(guān)區(qū)域、國(guó)家或當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)推導(dǎo))與適宜受檢者參考群組，或適宜參考模體的實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行比較來(lái)完成。DRL適用于放射診斷學(xué)和診斷核醫(yī)學(xué)^[10]。

ICRP 2017年的研究重點(diǎn)是維護(hù)和完善放射防護(hù)體系，作為2016—2020年戰(zhàn)略規(guī)劃的三項(xiàng)主旨之一，強(qiáng)調(diào)了醫(yī)學(xué)中的劑量測(cè)量與防護(hù)方法、持續(xù)照射和低劑量率效應(yīng)，以及特定器官及年齡、性別差異對(duì)癌癥誘發(fā)的敏感性等。

二、降低輻射劑量的方法及進(jìn)展

1．?dāng)?shù)字X射線檢查：

相對(duì)CT檢查，數(shù)字X射線檢查的輻射劑量要低得多，但對(duì)于嬰幼兒和孕婦仍要特別注意輻射防護(hù)。

降低數(shù)字X射線檢查輻射劑量的方法有：X射線管不同厚度的鋁和銅的附加濾過(guò)，照射野的大小，恰當(dāng)使用曝光參數(shù)的kV和mAs，合適的攝影距離，以及濾線柵的正確使用等。本期戴工華等^[11]利用體模與X射線管窗口不同的濾過(guò)組合，在小兒床邊X射線攝影狀態(tài)下進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，不同附加濾過(guò)與管電壓、管電流組合對(duì)圖像質(zhì)量和輻射劑量有影響。研究發(fā)現(xiàn)，附加濾過(guò)可有效降低小兒床邊X射線攝影入射體表劑量，并且在保證圖像質(zhì)量的前提下，高原子序數(shù)的附加濾過(guò)與次高千伏的管電壓，以及匹配的管電流組合，可作為小兒床邊X射線攝影的最優(yōu)條件。

由于使用濾線柵后會(huì)增加X(jué)射線的曝光條件，增加輻射劑量，目前有廠家推出虛擬濾線柵新技術(shù)。它是一種圖像處理技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)反復(fù)計(jì)算，在圖像上對(duì)于散射的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化補(bǔ)償，從而抵消散射輻射的影響，使圖像獲得與使用濾線柵相同的圖像質(zhì)量，使受檢者輻射劑量大為降低。

2．CT檢查：

CT檢查在疾病的診斷、判斷疾病的轉(zhuǎn)歸和手術(shù)方案的制定發(fā)揮了極大的作用。然而，CT為一種高輻射劑量的照射，同一類型CT檢查患者之間的輻射劑量差異可達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)，與普通X射線檢查相比，CT掃描輻射劑量幅度要高達(dá)2～3個(gè)數(shù)量級(jí)的差別，同時(shí)存在著重復(fù)檢查和過(guò)度檢查的現(xiàn)象。

CT輻射劑量的大幅度增加，使得受檢查隨機(jī)效應(yīng)的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)顯著提高。目前國(guó)內(nèi)CT檢查人數(shù)逐年增加，檢查的人群不斷擴(kuò)大，檢查的頻率及重復(fù)檢查的比率也在不斷上升。在過(guò)去20年的發(fā)展過(guò)程中，CT檢查的頻率在全世界范圍內(nèi)增長(zhǎng)超過(guò)8倍^[12]。CT掃描雖然只占據(jù)影像檢查的17%，但CT掃描產(chǎn)生的輻射劑量占據(jù)所有醫(yī)用輻射劑量的1/2左右^[13]。流行病學(xué)研究表明，CT輻射劑量的增加，可增加受檢者癌癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)^[2]。有文獻(xiàn)指出，兒童由于輻射暴露引起的致癌風(fēng)險(xiǎn)率比成人高2～3倍^[14]。因此，對(duì)于輻射危害特殊敏感人群，降低CT檢查的輻射劑量更加重要。

目前，CT設(shè)備生產(chǎn)廠家不斷致力硬件和軟件研發(fā)來(lái)降低輻射劑量，臨床工作人員也根據(jù)不同疾病和針對(duì)不同個(gè)體選擇CT掃描條件來(lái)降低輻射劑量。常用的有以下幾種方法：

(1)根據(jù)體質(zhì)量指數(shù)(BMI)個(gè)性化優(yōu)化掃描參數(shù)：

BMI與圖像質(zhì)量成反比，BMI越大，所需的射線能量越大。根據(jù)BMI合理地選擇不同的掃描方案，既可以滿足診斷要求，又可以減低輻射劑量。有研究表明，根據(jù)體重選擇管電流，對(duì)于男性可減少17.9%的輻射劑量，對(duì)于女性可減少26.3%的輻射劑量，同時(shí)不增加圖像噪聲和降低圖像質(zhì)量。本期余佩琳等^[15]研究發(fā)現(xiàn)，在肺部掃描中，相比于成人，CTDI_vol會(huì)嚴(yán)重低估兒童所受的輻射劑量，年齡越小，低估越嚴(yán)重。在臨床工作中，對(duì)年齡較小的兒童進(jìn)行CT掃描時(shí)，輻射防護(hù)更為重要。

(2)降低管電流：

降低管電流可以減少輻射劑量，但是會(huì)降低圖像信噪比。近年來(lái)，自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)(automatic tube current modulation, ATCM)應(yīng)用廣泛，能夠有效降低輻射劑量^[16]。但是，隨著mAs的降低，X射線的光子數(shù)量降低，CT圖像的噪聲(noise)增大，圖像信噪比(SNR)降低，圖像質(zhì)量下降。因此，降低mAs需要尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，在保證圖像質(zhì)量而不影響疾病診斷的情況下，盡可能地降低輻射劑量。低mAs對(duì)高組織對(duì)比肺的影響比較小，此技術(shù)常用于胸部掃描。胸部低劑量CT掃描已經(jīng)作為肺部病變，特別是肺癌高危人群篩查的有效手段。

(3)降低管電壓：

降低管電壓會(huì)降低X射線光子的平均能量，能夠有效降低輻射劑量，其降低幅度比單純降低mAs的值要大，也是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。有研究指出，降低管電壓可以提高原子序數(shù)物質(zhì)的CT值，增加對(duì)比噪聲比(CNR)，有利于含鈣物質(zhì)的檢出^[17]。低kV掃描可以增加碘對(duì)比劑的CT值，提高碘對(duì)比劑的增強(qiáng)效果，在CT血管成像中效果尤為明顯。李萬(wàn)江等^[18]探討了低管電壓在冠狀動(dòng)脈和頭頸部CTA'一站式'掃描中的應(yīng)用價(jià)值，發(fā)現(xiàn)采用低管電壓在冠狀動(dòng)脈和頭頸部CTA'一站式'掃描時(shí)，圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)滿足診斷要求，圖像質(zhì)量客觀測(cè)量CNR值與常規(guī)掃描方法基本保持一致，而受檢者接受的輻射劑量降低約50%。需要注意的是，降低管電壓也存在著一定的缺陷，kV的降低影響圖像CT值的線性度，進(jìn)而影響圖像診斷的可靠性。因此，低kV的掃描大多應(yīng)用在兒童及增強(qiáng)掃描的研究中。

(4)增大螺距：

螺距是X射線管旋轉(zhuǎn)1周掃描床移動(dòng)距離與準(zhǔn)直器寬度之間的比值。在其他掃描條件不變的情況下，輻射劑量與螺距成反比。螺距越小，重疊的部分越多；掃描時(shí)間越長(zhǎng)，輻射劑量越大。但是，螺距增大的同時(shí)，會(huì)降低影像z軸的空間分辨率。蒲進(jìn)等^[19]利用第二代雙源CT大螺距掃描聯(lián)合智能調(diào)制技術(shù)及迭代重建技術(shù)，在急診主動(dòng)脈夾層成像的研究表明，該方法能保證圖像整體質(zhì)量，降低輻射劑量，并推薦為急診CT主動(dòng)脈夾層常規(guī)的成像方法。

(5)采用迭代重建算法(IR)：

傳統(tǒng)的濾波反投影重建算法沒(méi)有考慮到焦點(diǎn)、體素和探測(cè)器單元、X射線束的實(shí)際大小和形狀，不能反映數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的真實(shí)情況。因此，使用傳統(tǒng)的濾波反投影技術(shù)降低輻射劑量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，信噪比顯著降低。迭代重建算法是一種用于降低CT檢查輻射劑量的新技術(shù)。與傳統(tǒng)的FBP算法比較，迭代算法在圖像校正過(guò)程中，采用了建立系統(tǒng)光學(xué)模型和系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型，該模型分析每一個(gè)獨(dú)立光子的統(tǒng)計(jì)波動(dòng)的特征，并與正確的統(tǒng)計(jì)分布進(jìn)行比較，通過(guò)重復(fù)容積迭代重建循環(huán)，有效地降低了統(tǒng)計(jì)波動(dòng)引起的圖像噪聲，并在低劑量情況下通過(guò)多次的迭代和校正，重建出高質(zhì)量和低噪聲的圖像。目前常用的迭代重建技術(shù)有自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)IR(ASIR)、iDose4、正弦圖確定迭代重建算法(SAFIRE)、三維自適應(yīng)迭代重建技術(shù)(3D－AIDR)等。楊明等^[20]在CT門靜脈成像的研究表明，選擇Ni為13、60 keV結(jié)合50%ASIR重建及能譜協(xié)議智能選擇(GSI Assist)可以個(gè)體化降低患者的對(duì)比劑劑量和輻射劑量，并提供滿足診斷要求的圖像。

郭森林等^[21]的研究還表明，CT的不同探測(cè)器寬度選擇，可顯著影響輻射場(chǎng)的分布和輻射值。為降低受檢者、近臺(tái)操作醫(yī)務(wù)人員以及陪護(hù)人員的輻射劑量，應(yīng)根據(jù)具體的臨床需求，選擇合理的探測(cè)器寬度和相關(guān)參數(shù)。當(dāng)然，對(duì)敏感組織的晶狀體、甲狀腺、乳房、睪丸等，和敏感人群的孕期婦女、兒童等，應(yīng)該常規(guī)使用鉛防護(hù)遮擋。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著普通數(shù)字X射線檢查在臨床上逐漸減少，CT檢查的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，CT檢查的人數(shù)和檢查的部位逐年攀升，而CT又是一個(gè)高輻射劑量的X射線檢查，故CT的輻射防護(hù)顯得尤為重要。這就需要CT設(shè)備研發(fā)人員、臨床醫(yī)生和影像醫(yī)生、受檢者和影像技術(shù)人員等共同努力，在發(fā)揮CT檢查作用的同時(shí)，降低輻射劑量，避免輻射損傷，加強(qiáng)輻射安全。

對(duì)于CT的生產(chǎn)廠家，在硬件方面，要采用更有效的濾過(guò)板、更精密的準(zhǔn)直器和效率更高的探測(cè)器等；在軟件方面，應(yīng)用更好的重建算法、更靈活的自動(dòng)劑量調(diào)制軟件、更好的噪聲和偽影抑制軟件等。

在臨床醫(yī)師方面，必須遵從輻射實(shí)踐正當(dāng)化原則，應(yīng)該要有目的或在臨床癥狀和體征高度懷疑時(shí)，進(jìn)行人體相關(guān)部位的CT檢查，避免盲目的CT檢查，更不能進(jìn)行全身性的CT掃描；影像醫(yī)師必須遵從輻射防護(hù)最優(yōu)化和個(gè)人劑量限值的原則，避免過(guò)高或過(guò)度的影像診斷要求而加大不必要輻射劑量掃描，或者經(jīng)常要求減少層厚和減少螺距進(jìn)行CT掃描，追求影像診斷不必要圖像清晰度和細(xì)節(jié)。

作為影像技術(shù)操作工作者，應(yīng)當(dāng)更合理地優(yōu)化CT掃描參數(shù)，使用個(gè)體化的CT檢查技術(shù)，針對(duì)不同部位和器官及檢查目的確定掃描范圍，正確選用管電流和管電壓及螺距，使用CT的迭代技術(shù)，還可以聯(lián)合多種低劑量掃描方式來(lái)降低受檢者的輻射劑量。在日常掃描中，遵循輻射防護(hù)的ALARA原則，在圖像質(zhì)量滿足診斷需求的前提下，盡可能地降低CT的輻射劑量，利用新的技術(shù)進(jìn)一步探索CT低劑量掃描的方法。當(dāng)然，也不提倡過(guò)低X射線劑量，導(dǎo)致CT掃描使圖像不能顯示病變而影響診斷。