低剂量CT扫描技术在肋骨骨折检查中的研究进展

扈远余，韦仕秀，邓佳卉

1.成都市新都区第二人民医院 影像科，四川 成都 610501；2.成都市新都区人民医院 重症医学科，四川 成都 610500

X线自发现以来，在医学领域的应用越来越广泛，不仅能对人体进行放射学检查，同时也能进行放射学治疗，但是，医疗用X线是人类最大的人为辐射来源。随着流行病学不断深入研究，多数学者认为辐射是造成癌症等疾病发生的重要危险因素[1]。人体各个系统均可进行CT检查以诊断、治疗、评估疾病与转归，目前，CT扫描对肋骨骨折的诊断已被认为是最佳检查技术，胸部肋骨数量多、扫描范围广，为身体检查接受辐射剂量较大的部位。随着临床外科学的发展，肋骨三维重建技术越来越受到青睐，但辐射剂量会进一步增加。根据国际放射防护委员会(International Commission for Radiation Protection，ICRP)提出的辐射防护最优化原则，以维护和完善放射防护体系为目标，如何有效降低辐射剂量是大家共同探讨并需解决的问题。自Naidich等[2]首次提出低剂量CT扫描技术后，国内外学者通过不断努力，采用降低管电流、管电压、增大螺距，以及根据体重指数或噪声水平设定、采用迭代重建技术等多种方法进行降低肋骨CT扫描辐射剂量的相关研究，取得了一定成效。

1 肋骨辐射剂量计算方法

肋骨CT辐射剂量计算有多种方式。CT剂量指数(CT dose index，CTDI)，包括CTDI100、CTDIW、CTDIVOL[3]，是指在CT检查中，受检者接收的射线平面内的辐射剂量。剂量长度乘积(dose length product，DLP)是指受检者一次完整CT检查的总辐射剂量。有效剂量(effective dose，ED)表示组织或器官吸收的X线总能量，DLP与组织权重因子的乘积即为患者肋骨CT检查中的有效辐射剂量。当CT 线束宽度 ≤40 mm 时，CTDI100测量效率相对稳定，但随着X线束宽度的增大，实际测量的CTDI100所能涵盖的射线量比实际总射线量小，不能正确反映出受检者实际接受的射线剂量大小，应当进行校正[4，5]。此外，体型特异性剂量估算值(size specific dose estimate，SSDE)[6]与诊断参考水平(diagnostic reference level，DRL)[7]的提出，可进一步提高判断辐射剂量的准确性，防止低估人群所受辐射剂量或不必要的辐射剂量。然而，现有的辐射剂量评价指标较为系统化，无法根据个体差异进行差异化评价，准确性有待进一步提高。如何根据人体重量、体积、体表面积等个体参数深入评价人体所受辐射剂量，仍然面临巨大挑战。

2 降低管电流与降低管电压

降低管电流与降低管电压是最常见且简单的减少辐射剂量的方法。临床常用而且操作方便，运用较广泛。刘岳峰等[8]通过三组管电流分别为100 mA、50 mA、25 mA进行研究，在管电压设定为120 kV的情况下，认为50 mA管电流可作为胸部外伤检查肋骨骨折诊断的最佳剂量方案，不仅能降低辐射剂量，也能减低CT球管的损耗，这与张云轩等[9]结果一致，采用50～80 mA管电流扫描，其图像质量及肋骨骨折检出率无统计学意义，而低剂量组CTDI及DLP均明显下降。也有研究超低剂量CT扫描，将管电流设置在10 mA，结果显示确能进一步降低患者所受辐射剂量，但图像噪声明显增加，这对肋骨骨皮质不全骨折的诊断难度增大，对放射科医师诊断水平及经验要求更高。自动管电流调制技术的应用，不仅能有效降低辐射剂量而且可保持图像的超高清晰度[10]，受到众多临床工作者的青睐。降低管电流，X线光子数量降低，CT图像噪声增大，图像信噪比降低，图像质量主客观评分均有下降，可考虑联合降低管电压。Ichikawa等[11]通过研究发现80 kV管电压图像质量好，能有效降低辐射剂量。螺旋CT智能最佳管电压(CARE kV)联合自动管电流(CARE dose 4D)技术，能在保证图像质量优良率、信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)相似的情况下，有效降低患者辐射剂量的同时，保证图像评分质量较高[12]。另一项研究，在放射治疗计划中使用80 kV、100 kV和120 kV的管电压，研究发现，使用100 kV低管电压的技术，可以与120 kV图像质量相媲美的情况下，减少20%的辐射剂量[13]。管电压代表X线的质，即X线的穿透力，过低的管电压会降低X射线光子能量，使图像噪声明显增大。50 mA左右的管电流及100 kV的管电压可作为肋骨CT扫描的可靠参数，对隐匿性骨折及不全骨折的诊断往往需要复查才能更好地进行评价，提高骨折诊断的准确性。低kV的扫描技术在儿童病变扫描中也有一定的研究[14]，不仅能降低辐射剂量，而且可以减少对比剂剂量，减少副作用的发生。

通过降低管电流及管电压可明显降低辐射剂量，减少人体辐射损伤，易在基层医院开展，值得临床推广。各级医院可根据不同CT机器性能设置不同管电压及管电流，降低肋骨扫描中的辐射剂量，找到最佳剂量与最佳图像的平衡点，但不提倡设置过低参数而影响病变的诊断。

3 根据体重指数或噪声水平设定

体重指数(body mass index，BMI)是目前评价人体胖瘦程度及是否健康的一个中立且可靠的指标[15]，BMI越大，需要的射线能力越大。根据体重指数选择管电流，既可满足诊断要求，又可以减少辐射剂量，但图像噪声与BMI有确切相关性，需进一步进行前瞻性研究[16]。对于 BMI<22 kg/m2的患者，采用低管电压扫描并结合必要的图像后处理，可显著降低辐射剂量并明显提高图像质量[17]，但在肋骨骨折扫描中研究较少。肋骨属于高密度、高质量组织器官，其所受辐射剂量与BMI关系的相关性还需进一步深入研究。根据设定噪声指数(noise index，NI)值的自动曝光系统，可有效减低辐射剂量，将噪声指数(NI)设置为为12.5，应用自动管电流调节技术，在减低患者辐射危害的同时可获得满意的临床诊断所需图像，且可以延长CT设备球管使用寿命[18]。在诊断外伤性肋骨骨折时，葛虓俊等[19]应用NI=26的超低剂量CT扫描技术基本能达到临床对肋骨骨折诊断的要求，但对诊断医师经验要求更高。可见，肋骨骨折的低剂量研究与运用是有必要的。目前，儿童体重指数与辐射剂量相关性的报道较少，相比成人，胸部扫描中可能会低估儿童受到的辐射剂量，年龄越小越严重[20]，特别是婴幼儿的辐射剂量评价仍然面临巨大挑战。在儿童胸部肋骨CT扫描中，更应该重视辐射剂量的准确评价及人工防护措施的完整性。

4 增大螺距

螺距是CT扫描架旋转360°进床距离与X线束厚度之比，在其他扫描参数不变的情况下，增大螺距，扫描时间缩短，可降低辐射剂量，螺距与辐射剂量呈现反比关系[21]。袁颖等[22]设定螺距为1.531∶1，旋转速度为0.4 s进行相关研究，发现可缩短检查时间，降低所受辐射剂量，对于胸部外伤肋骨骨折后闭气困难、配合不佳的患者具有重要意义。Zeng等[23]采用超大螺距扫描可明显缩短扫描时间，减少辐射剂量，对于紧张或害怕的儿童，不使用镇静剂也能获得满意的图像质量及噪声水平。张永县等[24]通过两种探测器宽度(40、80 mm)和3种螺距(0.500、1.000、1.375)的组合扫描模式研究发现，胸部CT扫描使用80 mm探测器、螺距0.992时，能达到图像质量与器官剂量利益最优化。螺距增大的同时，会降低Z轴的空间分辨率，因此,不提倡使用过大螺距导致扫描图像质量下降引起不全骨折的漏诊，可根据实际情况进行选择。

5 采用迭代重建技术

解析重建(analytic reconstruction，AR)算法具有成像速度快等优点而广泛应用于临床[25]。代表技术为滤波反投影(filter back-projection，FBP)算法，很长一段时间FBP都作为CT图像重建的基本方法与标准，但因在降低辐射剂量时会导致图像质量明显下降，信噪比大幅度降低，临床运用受限。随着计算机技术及图像重建方法的发展，以及低剂量成像的需求，迭代重建(iterative reconstruction，IR)算法作为最新研究用于降低辐射剂量的方法[26]，在CT领域受到广泛关注，与FBP相比体现出巨大优势[27]。它在图像重建过程中，首先对X线光子分布进行原始估计，在此基础上，估算每个投影方向上探测器获得的可能计算，再将正投影数据与探测器实际数据进行比较，用于原始数据的更新，并不断重复迭代。在低剂量情况下，重复容积迭代矫正循环有效降低了统计波动引起的图像噪声[28]。

常用的迭代重建技术有自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)、全模型迭代重建(model iterative reconstruction，MIR)、iDose4技术等。ASIR技术是在X线生成和检测过程中建立数学模型并反复加以矫正，降低辐射剂量的同时可获得满意的图像质量[29，30]。高军等[31]通过自动管电流联合ASIR技术对儿童颈椎CT扫描显示，将ASIR设置在30%的低权重时，可使CTDIVOL及DLP分别降低27.3%及28.4%而不影响图像质量。将该研究方法用于肋骨CT扫描中，可有效避免胸部乳腺组织受到过量辐射引起损伤。Katsura等[32]通过100例患者比较基于模型的迭代重建(MBIR)和自适应统计迭代重建(ASIR)对胸部CT剂量减少和图像质量的影响研究显示，低剂量CT与参考剂量CT相比，DLP减少79.0%。肋骨密度高，通过降低管电压、管电流及增大螺距等常规方法多能可靠降低辐射剂量，并且易于在临床推广，但迭代重建技术运用于胸部肋骨的报道较少，有望通过后续的研究进一步降低肋骨辐射剂量。

多种迭代重建技术的组合及综合运用既可弥补单一技术方法的缺陷，又能明显降低患者扫描时所受辐射剂量。今后需不断探索新的迭代重建技术，尽可能达到图像质量与辐射剂量的最佳平衡，提高CT仪器使用年限，降低医疗使用成本。

6 小结与展望

X线检查技术是一把双刃剑，在为患者检出疾病的同时，也会对人体造成辐射损伤。肋骨等器官低剂量CT扫描技术目前主要在于降低人体辐射剂量累积的数量值，减少因辐射而引起人体器官的损伤。因个体差异，人体对放射学检查引起的辐射反应的敏感性不同，现有的技术方法尚未对人体辐射敏感性进行评价。对于大多数人群，辐射在可接受数量级范围内可能并不会直接造成伤害，但辐射敏感型体质人群则在接受放射学检查后，可能发生生物学改变,导致疾病发生的风险更大。人体辐射敏感性评价研究尚处于初始阶段，如何识别个体是否为辐射敏感体质，防止辐射敏感性体质人群接受X线检查，用其他检查技术进行替代，是减少人群受到辐射损伤的又一重要环节。根据生物个体的辐射敏感性初步试验预测，判断个体是否为辐射敏感性体质，将是一个长期而严峻的挑战。

笔者认为，应合理使用CT扫描技术，个性化CT扫描参数，进一步探索并推广迭代重建多技术组合方法。同时，应加快进行人体辐射敏感体质的试验研究，遵循放射防护的正当原则，进一步提高肋骨骨折放射学检查的科学性。