优化扫描方案 合理控制辐射 ——对CT检查辐射剂量管理的探讨
□人民医院 綦维维 华东医院 王鸣鹏
自1972年Hounsfield发明CT后，医学领域就开始了巨大的革命性变化。CT采用横断面断层图像避免了组织结构的重叠干扰，可用于动态器官的检查。同时，由于多层螺旋CT检查的辐射剂量有所增加，X射线电离辐射对人体的损伤也越来越被人们所重视。研究发现，CT辐射对人体的损伤因检查对象和器官部位不同而异。《美国医学会杂志》发表的研究显示，20岁的女性因做1次标准心脏CT而增加的罹患癌症危险性，比80岁的男性高几十倍，年轻女性的乳腺对辐射最为敏感，而肺组织也是最易受到CT辐射危害的器官之一。
目前，欧洲已建立明确的CT检查指南，我国尚缺乏类似的指南。关于辐射防护，特别是检查对象为年轻女性、儿童以及孕妇等特殊人群的CT检查与防护，尤需各方给予足够的重视。
CT设备的快速发展和广泛应用，使人们对其辐射剂量的认识也更加深入。美国医学物理师学会和国际辐射防护委员会已对CT检查制定了辐射剂量控制的参考标准，CT生产厂商也致力于提高图像质量和降低辐射剂量的研究，放射专业医师以及临床医师也已认识到合理实施CT检查的重要性。
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根据合理、可接受、尽可能低(ALARA)的辐射原则，对于CT检查的方案应根据诊断要求进行优化，以期达到合理的辐射控制。医疗设备研发企业同放射工作者一起，一直致力于研究各种方法以便在保证图像诊断要求的同时减少辐射剂量。在这种趋势下，现在投入生产及应用的CT设备在患者检查完毕后都要求必须有剂量报告进行保存，这更有利于对CT检查中辐射剂量进行管理。
减少辐射剂量的方法
一、一般方法
CT成像的多种参数都影响CT的辐射剂量。通常降低管电压(kVp)、减少旋转时间及管电流(mA)、增大螺距(Pitch)等都可以减少辐射剂量。另外，一些功能和方法的合理应用也可以减少辐射剂量，如Bowti选择、重建算法的优化和合理的扫描体位等。
减少mA和旋转时间：虽然CT横断位成像与普通X射线摄影不同，但辐射剂量减少与管电流和旋转时间乘积的减少仍成正比。减少管电流和旋转时间仍是一个最直接有效的方法。
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增大Pitch：Pitch的增大意味着扫描同样长度所需要的时间减少，相当于成像的时间减少，如果mA没有变化，总的mAs减少，那么辐射剂量就会减少。Pitch的比例影响辐射剂量，辐射剂量需要考虑Pitch值，而mAs常常被用来评估辐射剂量。
降低管电压(kVp)：降低kVp也可减少辐射剂量，但通常较少使用。因为kVp的改变会影响X射线质的强度，并影响CT值的准确性和增加图像噪声，对于较胖的患者该现象尤为明显。同时，减少kVp还可增加碘对比剂对X射线的衰减，在增强扫描中可增加图像的信噪比(SNR)，例如肺动脉栓塞增强扫描或者心脏冠状动脉扫描。
Bowti选择和重建算法的优化：Bowti选择其实是一种X射线的前滤过，而重建算法的优化又可称为图像的后滤过。两者的合理使用都可有效减少噪声。前滤过可去除对人体影响较大的软X射线，提高X射线的光子转换效率，达到间接减少辐射剂量目的。Bowti选择还与检查部位有关，正确的选择可提高图像质量，如选择不当则作用相反。通常，儿童等体型小的患者选择小Bowti，以降低噪声和提高图像质量。
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合理的扫描方法：合理的扫描方法包括减少扫描的长度和扫描时避开辐射敏感器官。研究表明，如扫描短轴避开射线敏感器官，再通过三维重组的方法获得所需层面，可有效减少辐射剂量。
二、个体化方法
是否一种扫描方案可以用于所有类型的患者扫描?是否所有检查使用低剂量方法扫描都可以获得满意的图像?答案显然是否定的。
有学者尝试CT检查辐射剂量控制的个体化，根据各种影响图像质量的个体因素提出了各种个体化方案，如mA自动调制技术，基于体重、体重指数(BMI)以及扫描位置的体厚宽度选择扫描方案，或者通过预扫描选择扫描参数的方法。
mA自动调制技术：这是基于硬件和扫描定位像的一种常用的辐射剂量控制技术。由于人体每个部位的体厚和组织结构不同，固定mA技术不能保证每层图像有相同的图像质量；与固定mAs技术不同，mA自动调制技术可根据扫描定位像动态选择mA，使每层CT都能保证有一致的噪声水平。以胸部扫描为例，肩部的骨骼较多、扫描直径较大，固定mA扫描此处的噪声就较大。如果使用mA自动调制技术可适当增加此处的mA，而在胸部中部适当减少mA，可保证整个胸部扫描范围的噪声保持一致。现在的CT设备一般都有mA自动调制技术，这是有效控制辐射剂量的方法之一。
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基于体重、体重指数以及扫描部位体厚的参数选择方案：由于人的个体差异较大，将较瘦小患者的低剂量扫描方案用于肥胖患者，势必会影响检查的图像质量。基于患者个体差异制定的扫描方案，在保证图像质量的同时也可避免过度辐射。回顾以往的研究，基于体重指数的参数选择更容易操作，并且可以获得较一致的图像质量。
预扫描参数选择：通过设定的扫描条件预扫描一层图像，以获得图像噪声水平指导和一致的图像质量扫描参数。由于CT是横断位扫描，图像噪声的产生与扫描位置的密度等情况有关，有时体重等宏观量不能完全反映扫描区域的情况，预扫描可保证扫描区域的噪声水平，准确获得一致的扫描条件，有更好的适用性。
三、降低冠状动脉CTA成像辐射剂量的方法
冠脉CTA中除可使用上述方法外，还可使用回顾性心电门控管电流调制和前瞻性序列扫描两种方法。这两种方法较固定mA扫描方法,可分别减少30%~50%和70%~80%的辐射剂量。同时，由于心脏的节律性跳动以及成像方法的特殊性，心率对于辐射剂量的影响也较大。例如使用双源CT扫描，心率加快时，系统会自动增大Pitch，从而使整个扫描辐射剂量减少。
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评价图像质量的方法
减少辐射剂量必将影响图像质量，因此，优化辐射剂量必须以满足诊断要求为前提，在优化辐射剂量过程中，也必须对图像质量进行评价。常用的评价图像质量的方法有模体法、噪声法和主观评价法。
模体法可客观给出辐射剂量优化后的图像质量，并且不受扫描条件限制，缺点是模体较难获得并且成本很高；噪声法通常使用均匀密度感兴趣区的标准差(Standard Diviation，缩写SD)来衡量噪声水平，由于辐射剂量主要影响图像的噪声，所以可以使用SD来客观评价图像质量；大部分临床研究采用主观评分方法评价图像质量，将选出的图像根据参考质量评分,找出一个满足诊断的标准后，在此标准基础上控制辐射剂量。
辐射剂量优化的扫描方案
由于CT设备不同，成像方法以及减少辐射剂量的方法有差异，不同机型的辐射剂量优化方案有差异。此外，不同评价标准也会导致优化方案的不同。
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肺是对X射线较敏感的器官，并且肺组织内的图像对比较大。2008年，Takeshi Kubo在文献中回顾了15个发达国家近20年来对胸部辐射剂量优化的研究表明：自动mA调制是体部辐射剂量优化的重要方法，不同诊断目的对辐射剂量的优化要求也不相同，如对于肺结节检测所需的剂量要低于肺动脉栓塞所需的剂量。但由于评价标准的不同以及使用的设备和mA调制方法的不同，满足诊断的辐射剂量水平也会有所不同，有报道称最低仅需5mAs~6mAs就可用于肺结节的检测。随着设备的进步和成像质量的提高，采用新型的CT时，肺部成像所需要的mAs可能要远远小于当时所使用的标准剂量。
腹部和盆腔也是辐射敏感器官较多的区域。自动mA调制用于腹部检查可减少辐射剂量，但比较其他部位其减少的辐射并不多。由于腹部和盆腔的实质脏器较多并且扫描直径较大，据Greess的文献报道，腹部肝脏和盆腔可以分别减少15%和25%的辐射剂量。Mannudeep提出腹部扫描的噪声指数可选择12.5HU，相对于10HU可减少辐射剂量19%。对于泌尿系结石和结肠仿真内镜的检查，噪声指数可选择20HU，由于有较高的对比，满足诊断的辐射剂量可减少50%以上。随着双能量CT的出现，较少的辐射剂量可带来更高的组织对比度。
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冠状动脉CTA的辐射剂量优化一直是近年的热点，用64层螺旋CT进行冠状动脉CTA检查时，有报道称其辐射剂量个别已经超过30mSv。随着前瞻性门控扫描方法的成熟以及各种后64层螺旋CT投入临床应用，一次冠状动脉CTA扫描的辐射剂量可降到1mSv以下。
儿童辐射剂量的优化
儿童是一个特殊的群体，由于其各器官对辐射的敏感性要大大高于成人，若接受与成人相同的辐射剂量，发生癌变的风险更高。因此，对儿童辐射剂量的优化也是CT检查中的一个重要课题。
根据研究，建议儿童辐射剂量优化的方案如下：按年龄分组，例如新生儿头颅CT扫描参考条件是120kV、160mAs；2个月~2岁、3~8岁和9~14岁儿童头颅CT扫描mAs应当分别是180、200、240。
由于儿童个体差异较大，以年龄为基础选择儿童胸部扫描参数并不很精确，Donnelly主张用儿童身体客观指标(如体重)作为CT扫描参数依据。
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儿童辐射剂量的管理需要建立一个地区性的标准，如建立一个符合中国儿童不同年龄组的脑部、胸部、腹部CT检查诊断参考标准。诊断参考标准可以容积CT剂量指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP)方式来表示，如瑞士不同年龄组脑部的诊断参考标准分别为：CT剂量指数20mGy、30mGy、40mGy、60mGy。
综上所述，随着CT检查技术的发展和临床应用的增加，CT检查的辐射剂量管理对于获得优质图像质量，并最大限度减少无谓辐射损伤和致癌风险有着重要意义，这也是CT检查得以发展的必要条件。
相关链接
影响CT剂量的主要因素
1.与设备相关的因素：x线发生器的波形，管电流设置的范围，线束滤过，扫描几何尺寸。2.扫描参数因素：如管电压、管电流、扫描时间、滤过、扫描旋转角度、射野大小等。3.层厚对剂量的影响：保持mAs不变，降低层厚得到单次扫描较低剂量值，但噪声增加；若保持噪声不变，降低层厚得到较高剂量，减少层距则增加多层面剂量。
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技师的注意事项
首先，应该建立辐射防护概念，正确掌握图像质量与辐射剂量之间的平衡关系，不能一味追求影像质量而忽略辐射剂量，技师应当被培训并且精通最优化CT检查方案。其次，应了解所使用设备的性能、各种技术参数之间的关系，合理运用各种辐射防护措施，在保证影像诊断质量的前提下努力减少患者的辐射照射剂量，注意检查指示和限制不必要的扫描层，采用适合病人截面区的扫描参数。第三，尽量减少儿童的mAs值,使螺旋CT的螺距因子大于1，并且计算重叠图像而不是重新获取单幅图像,充分地选择图像重建参数,在多层CT上应用Z滤过。
制造厂方采取的方法
1.增加辐射波谱的预滤过,调制衰减依赖型球管的电流。2.对于儿童和一些特殊情况采用低剂量扫描协议。3.在常规CT和螺旋CT采用自动曝光系统。4.减噪图像的重建步骤,继续深入研究Z滤过和适合的滤过算法。
临床医师和放射医师应当讨论确定每一个CT检查是否是临床需求的，放射医师有责任与技师和临床医师共同控制辐射剂量。
(江苏省人民医院 刘伟), 百拇医药
自1972年Hounsfield发明CT后，医学领域就开始了巨大的革命性变化。CT采用横断面断层图像避免了组织结构的重叠干扰，可用于动态器官的检查。同时，由于多层螺旋CT检查的辐射剂量有所增加，X射线电离辐射对人体的损伤也越来越被人们所重视。研究发现，CT辐射对人体的损伤因检查对象和器官部位不同而异。《美国医学会杂志》发表的研究显示，20岁的女性因做1次标准心脏CT而增加的罹患癌症危险性，比80岁的男性高几十倍，年轻女性的乳腺对辐射最为敏感，而肺组织也是最易受到CT辐射危害的器官之一。
目前，欧洲已建立明确的CT检查指南，我国尚缺乏类似的指南。关于辐射防护，特别是检查对象为年轻女性、儿童以及孕妇等特殊人群的CT检查与防护，尤需各方给予足够的重视。
CT设备的快速发展和广泛应用，使人们对其辐射剂量的认识也更加深入。美国医学物理师学会和国际辐射防护委员会已对CT检查制定了辐射剂量控制的参考标准，CT生产厂商也致力于提高图像质量和降低辐射剂量的研究，放射专业医师以及临床医师也已认识到合理实施CT检查的重要性。
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根据合理、可接受、尽可能低(ALARA)的辐射原则，对于CT检查的方案应根据诊断要求进行优化，以期达到合理的辐射控制。医疗设备研发企业同放射工作者一起，一直致力于研究各种方法以便在保证图像诊断要求的同时减少辐射剂量。在这种趋势下，现在投入生产及应用的CT设备在患者检查完毕后都要求必须有剂量报告进行保存，这更有利于对CT检查中辐射剂量进行管理。
减少辐射剂量的方法
一、一般方法
CT成像的多种参数都影响CT的辐射剂量。通常降低管电压(kVp)、减少旋转时间及管电流(mA)、增大螺距(Pitch)等都可以减少辐射剂量。另外，一些功能和方法的合理应用也可以减少辐射剂量，如Bowti选择、重建算法的优化和合理的扫描体位等。
减少mA和旋转时间：虽然CT横断位成像与普通X射线摄影不同，但辐射剂量减少与管电流和旋转时间乘积的减少仍成正比。减少管电流和旋转时间仍是一个最直接有效的方法。
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增大Pitch：Pitch的增大意味着扫描同样长度所需要的时间减少，相当于成像的时间减少，如果mA没有变化，总的mAs减少，那么辐射剂量就会减少。Pitch的比例影响辐射剂量，辐射剂量需要考虑Pitch值，而mAs常常被用来评估辐射剂量。
降低管电压(kVp)：降低kVp也可减少辐射剂量，但通常较少使用。因为kVp的改变会影响X射线质的强度，并影响CT值的准确性和增加图像噪声，对于较胖的患者该现象尤为明显。同时，减少kVp还可增加碘对比剂对X射线的衰减，在增强扫描中可增加图像的信噪比(SNR)，例如肺动脉栓塞增强扫描或者心脏冠状动脉扫描。
Bowti选择和重建算法的优化：Bowti选择其实是一种X射线的前滤过，而重建算法的优化又可称为图像的后滤过。两者的合理使用都可有效减少噪声。前滤过可去除对人体影响较大的软X射线，提高X射线的光子转换效率，达到间接减少辐射剂量目的。Bowti选择还与检查部位有关，正确的选择可提高图像质量，如选择不当则作用相反。通常，儿童等体型小的患者选择小Bowti，以降低噪声和提高图像质量。
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合理的扫描方法：合理的扫描方法包括减少扫描的长度和扫描时避开辐射敏感器官。研究表明，如扫描短轴避开射线敏感器官，再通过三维重组的方法获得所需层面，可有效减少辐射剂量。
二、个体化方法
是否一种扫描方案可以用于所有类型的患者扫描?是否所有检查使用低剂量方法扫描都可以获得满意的图像?答案显然是否定的。
有学者尝试CT检查辐射剂量控制的个体化，根据各种影响图像质量的个体因素提出了各种个体化方案，如mA自动调制技术，基于体重、体重指数(BMI)以及扫描位置的体厚宽度选择扫描方案，或者通过预扫描选择扫描参数的方法。
mA自动调制技术：这是基于硬件和扫描定位像的一种常用的辐射剂量控制技术。由于人体每个部位的体厚和组织结构不同，固定mA技术不能保证每层图像有相同的图像质量；与固定mAs技术不同，mA自动调制技术可根据扫描定位像动态选择mA，使每层CT都能保证有一致的噪声水平。以胸部扫描为例，肩部的骨骼较多、扫描直径较大，固定mA扫描此处的噪声就较大。如果使用mA自动调制技术可适当增加此处的mA，而在胸部中部适当减少mA，可保证整个胸部扫描范围的噪声保持一致。现在的CT设备一般都有mA自动调制技术，这是有效控制辐射剂量的方法之一。
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基于体重、体重指数以及扫描部位体厚的参数选择方案：由于人的个体差异较大，将较瘦小患者的低剂量扫描方案用于肥胖患者，势必会影响检查的图像质量。基于患者个体差异制定的扫描方案，在保证图像质量的同时也可避免过度辐射。回顾以往的研究，基于体重指数的参数选择更容易操作，并且可以获得较一致的图像质量。
预扫描参数选择：通过设定的扫描条件预扫描一层图像，以获得图像噪声水平指导和一致的图像质量扫描参数。由于CT是横断位扫描，图像噪声的产生与扫描位置的密度等情况有关，有时体重等宏观量不能完全反映扫描区域的情况，预扫描可保证扫描区域的噪声水平，准确获得一致的扫描条件，有更好的适用性。
三、降低冠状动脉CTA成像辐射剂量的方法
冠脉CTA中除可使用上述方法外，还可使用回顾性心电门控管电流调制和前瞻性序列扫描两种方法。这两种方法较固定mA扫描方法,可分别减少30%~50%和70%~80%的辐射剂量。同时，由于心脏的节律性跳动以及成像方法的特殊性，心率对于辐射剂量的影响也较大。例如使用双源CT扫描，心率加快时，系统会自动增大Pitch，从而使整个扫描辐射剂量减少。
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评价图像质量的方法
减少辐射剂量必将影响图像质量，因此，优化辐射剂量必须以满足诊断要求为前提，在优化辐射剂量过程中，也必须对图像质量进行评价。常用的评价图像质量的方法有模体法、噪声法和主观评价法。
模体法可客观给出辐射剂量优化后的图像质量，并且不受扫描条件限制，缺点是模体较难获得并且成本很高；噪声法通常使用均匀密度感兴趣区的标准差(Standard Diviation，缩写SD)来衡量噪声水平，由于辐射剂量主要影响图像的噪声，所以可以使用SD来客观评价图像质量；大部分临床研究采用主观评分方法评价图像质量，将选出的图像根据参考质量评分,找出一个满足诊断的标准后，在此标准基础上控制辐射剂量。
辐射剂量优化的扫描方案
由于CT设备不同，成像方法以及减少辐射剂量的方法有差异，不同机型的辐射剂量优化方案有差异。此外，不同评价标准也会导致优化方案的不同。
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肺是对X射线较敏感的器官，并且肺组织内的图像对比较大。2008年，Takeshi Kubo在文献中回顾了15个发达国家近20年来对胸部辐射剂量优化的研究表明：自动mA调制是体部辐射剂量优化的重要方法，不同诊断目的对辐射剂量的优化要求也不相同，如对于肺结节检测所需的剂量要低于肺动脉栓塞所需的剂量。但由于评价标准的不同以及使用的设备和mA调制方法的不同，满足诊断的辐射剂量水平也会有所不同，有报道称最低仅需5mAs~6mAs就可用于肺结节的检测。随着设备的进步和成像质量的提高，采用新型的CT时，肺部成像所需要的mAs可能要远远小于当时所使用的标准剂量。
腹部和盆腔也是辐射敏感器官较多的区域。自动mA调制用于腹部检查可减少辐射剂量，但比较其他部位其减少的辐射并不多。由于腹部和盆腔的实质脏器较多并且扫描直径较大，据Greess的文献报道，腹部肝脏和盆腔可以分别减少15%和25%的辐射剂量。Mannudeep提出腹部扫描的噪声指数可选择12.5HU，相对于10HU可减少辐射剂量19%。对于泌尿系结石和结肠仿真内镜的检查，噪声指数可选择20HU，由于有较高的对比，满足诊断的辐射剂量可减少50%以上。随着双能量CT的出现，较少的辐射剂量可带来更高的组织对比度。
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冠状动脉CTA的辐射剂量优化一直是近年的热点，用64层螺旋CT进行冠状动脉CTA检查时，有报道称其辐射剂量个别已经超过30mSv。随着前瞻性门控扫描方法的成熟以及各种后64层螺旋CT投入临床应用，一次冠状动脉CTA扫描的辐射剂量可降到1mSv以下。
儿童辐射剂量的优化
儿童是一个特殊的群体，由于其各器官对辐射的敏感性要大大高于成人，若接受与成人相同的辐射剂量，发生癌变的风险更高。因此，对儿童辐射剂量的优化也是CT检查中的一个重要课题。
根据研究，建议儿童辐射剂量优化的方案如下：按年龄分组，例如新生儿头颅CT扫描参考条件是120kV、160mAs；2个月~2岁、3~8岁和9~14岁儿童头颅CT扫描mAs应当分别是180、200、240。
由于儿童个体差异较大，以年龄为基础选择儿童胸部扫描参数并不很精确，Donnelly主张用儿童身体客观指标(如体重)作为CT扫描参数依据。
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儿童辐射剂量的管理需要建立一个地区性的标准，如建立一个符合中国儿童不同年龄组的脑部、胸部、腹部CT检查诊断参考标准。诊断参考标准可以容积CT剂量指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP)方式来表示，如瑞士不同年龄组脑部的诊断参考标准分别为：CT剂量指数20mGy、30mGy、40mGy、60mGy。
综上所述，随着CT检查技术的发展和临床应用的增加，CT检查的辐射剂量管理对于获得优质图像质量，并最大限度减少无谓辐射损伤和致癌风险有着重要意义，这也是CT检查得以发展的必要条件。
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1.与设备相关的因素：x线发生器的波形，管电流设置的范围，线束滤过，扫描几何尺寸。2.扫描参数因素：如管电压、管电流、扫描时间、滤过、扫描旋转角度、射野大小等。3.层厚对剂量的影响：保持mAs不变，降低层厚得到单次扫描较低剂量值，但噪声增加；若保持噪声不变，降低层厚得到较高剂量，减少层距则增加多层面剂量。
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首先，应该建立辐射防护概念，正确掌握图像质量与辐射剂量之间的平衡关系，不能一味追求影像质量而忽略辐射剂量，技师应当被培训并且精通最优化CT检查方案。其次，应了解所使用设备的性能、各种技术参数之间的关系，合理运用各种辐射防护措施，在保证影像诊断质量的前提下努力减少患者的辐射照射剂量，注意检查指示和限制不必要的扫描层，采用适合病人截面区的扫描参数。第三，尽量减少儿童的mAs值,使螺旋CT的螺距因子大于1，并且计算重叠图像而不是重新获取单幅图像,充分地选择图像重建参数,在多层CT上应用Z滤过。
制造厂方采取的方法
1.增加辐射波谱的预滤过,调制衰减依赖型球管的电流。2.对于儿童和一些特殊情况采用低剂量扫描协议。3.在常规CT和螺旋CT采用自动曝光系统。4.减噪图像的重建步骤,继续深入研究Z滤过和适合的滤过算法。
临床医师和放射医师应当讨论确定每一个CT检查是否是临床需求的，放射医师有责任与技师和临床医师共同控制辐射剂量。
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