合理应用X射线检查　优化辐射剂量

王淼, 肖志清, 王艳强, 等.  合理应用X射线检查　优化辐射剂量 [J] . 中华放射医学与防护杂志,2019,39( 1 ): 1-5. 

自从伦琴发现X射线100多年来，X射线在医学领域的使用范围越来越广，X射线检查在现代医学中的作用也越来越大。然而，诊断用X射线是普通人群最大的人造射线辐射源，大约占每年所有辐射源照射量的14%，给受检者造成的辐射损害，特别是CT检查的辐射损伤引起了人们的极大关注^[1]。据资料统计，2007年美国CT检查次数由1980年的300万次增长到6 870万次^[2]。美国有高达2%的癌症受检者可能是由于CT扫描的辐射造成的^[3]。为此，国内外关于CT低剂量成像技术的研究一直备受关注，研究方法主要集中在CT扫描参数及扫描方案策略上^[4,5,6]。本文介绍了辐射剂量的计算方法和目前降低辐射剂量的策略，以及降低辐射剂量相关研究的进展。

一、辐射剂量计算

评价CT的辐射剂量，通常使用CT的辐射剂量指数(CTDI)、剂量长度乘积(dose length product, DLP)和有效剂量(effective dose，E)。CTDI是指一次CT检查中，患者接受的吸收剂量总和与X射线束宽度的比值(mGy)，常用的指标包括CTDI₁₀₀、CTDI_w和CTDI_vol。CTDI_w表征在x-y平面上扫描的平均辐射剂量，而CTDI_vol表征了在x、y和z轴三维空间上的平均辐射剂量。

CT剂量最常用的参数是剂量长度乘积(DLP)，用来表示患者在一次CT检查中的受照剂量。在多层螺旋CT中，剂量长度乘积表达为：

DLP＝CTDI_vol·L

式中，CTDI_vol为多层螺旋CT扫描的容积CT剂量指数(volume CT dose index, CTDI_vol)，表示模体所吸收的平均曝光剂量；L为z轴方向的扫描长度。DLP是弥补CTDI_vol的不足而引进的辐射剂量指标，表征在CT扫描总长度上对辐射剂量的积分。DLP与组织器官权重因子的乘积即为患者CT检查中的有效辐射剂量，即单个组织或器官的照射剂量。

对接受CT检查的患者进行评估，最直接的方法是测量患者的组织器官的剂量，因此引入了有效剂量E。是将组织及器官的当量剂量乘以与危险度有关的权重因子k，再求和，反映了整个人体发生随机效应的危险性。

国际放射防护委员会(ICRP)61号出版物给出了不同组织器官的权重因子^[7]。之后，美国物理学家协会(AAPM)提出了新的参数，即体型特异性剂量估算值(size specific dose estimate, SSDE)。它是对患者体型进行归一后的CTDI_vol，有利于厂家或机构间的比较^[8,9]。

有学者提出诊断参考水平(diagnostic reference level，DRL)，表明在常规条件下某个CT检查项目给予中等体型患者的剂量是否异常高或异常低。引入DRL这一概念的目的是防止受检者接受医学成像任务所不必要的辐射剂量。这是通过把DRL数值(从有关区域、国家或当地数据推导)与适宜受检者参考群组，或适宜参考模体的实际观测值进行比较来完成。DRL适用于放射诊断学和诊断核医学^[10]。

ICRP 2017年的研究重点是维护和完善放射防护体系，作为2016—2020年战略规划的三项主旨之一，强调了医学中的剂量测量与防护方法、持续照射和低剂量率效应，以及特定器官及年龄、性别差异对癌症诱发的敏感性等。

二、降低辐射剂量的方法及进展

1．数字X射线检查：

相对CT检查，数字X射线检查的辐射剂量要低得多，但对于婴幼儿和孕妇仍要特别注意辐射防护。

降低数字X射线检查辐射剂量的方法有：X射线管不同厚度的铝和铜的附加滤过，照射野的大小，恰当使用曝光参数的kV和mAs，合适的摄影距离，以及滤线栅的正确使用等。本期戴工华等^[11]利用体模与X射线管窗口不同的滤过组合，在小儿床边X射线摄影状态下进行了研究。结果表明，不同附加滤过与管电压、管电流组合对图像质量和辐射剂量有影响。研究发现，附加滤过可有效降低小儿床边X射线摄影入射体表剂量，并且在保证图像质量的前提下，高原子序数的附加滤过与次高千伏的管电压，以及匹配的管电流组合，可作为小儿床边X射线摄影的最优条件。

由于使用滤线栅后会增加X射线的曝光条件，增加辐射剂量，目前有厂家推出虚拟滤线栅新技术。它是一种图像处理技术，利用大数据为基础，通过反复计算，在图像上对于散射的信号进行数字化补偿，从而抵消散射辐射的影响，使图像获得与使用滤线栅相同的图像质量，使受检者辐射剂量大为降低。

2．CT检查：

CT检查在疾病的诊断、判断疾病的转归和手术方案的制定发挥了极大的作用。然而，CT为一种高辐射剂量的照射，同一类型CT检查患者之间的辐射剂量差异可达一个数量级，与普通X射线检查相比，CT扫描辐射剂量幅度要高达2～3个数量级的差别，同时存在着重复检查和过度检查的现象。

CT辐射剂量的大幅度增加，使得受检查随机效应的发生风险显著提高。目前国内CT检查人数逐年增加，检查的人群不断扩大，检查的频率及重复检查的比率也在不断上升。在过去20年的发展过程中，CT检查的频率在全世界范围内增长超过8倍^[12]。CT扫描虽然只占据影像检查的17%，但CT扫描产生的辐射剂量占据所有医用辐射剂量的1/2左右^[13]。流行病学研究表明，CT辐射剂量的增加，可增加受检者癌症发生的风险^[2]。有文献指出，儿童由于辐射暴露引起的致癌风险率比成人高2～3倍^[14]。因此，对于辐射危害特殊敏感人群，降低CT检查的辐射剂量更加重要。

目前，CT设备生产厂家不断致力硬件和软件研发来降低辐射剂量，临床工作人员也根据不同疾病和针对不同个体选择CT扫描条件来降低辐射剂量。常用的有以下几种方法：

(1)根据体质量指数(BMI)个性化优化扫描参数：

BMI与图像质量成反比，BMI越大，所需的射线能量越大。根据BMI合理地选择不同的扫描方案，既可以满足诊断要求，又可以减低辐射剂量。有研究表明，根据体重选择管电流，对于男性可减少17.9%的辐射剂量，对于女性可减少26.3%的辐射剂量，同时不增加图像噪声和降低图像质量。本期余佩琳等^[15]研究发现，在肺部扫描中，相比于成人，CTDI_vol会严重低估儿童所受的辐射剂量，年龄越小，低估越严重。在临床工作中，对年龄较小的儿童进行CT扫描时，辐射防护更为重要。

(2)降低管电流：

降低管电流可以减少辐射剂量，但是会降低图像信噪比。近年来，自动管电流调制技术(automatic tube current modulation, ATCM)应用广泛，能够有效降低辐射剂量^[16]。但是，随着mAs的降低，X射线的光子数量降低，CT图像的噪声(noise)增大，图像信噪比(SNR)降低，图像质量下降。因此，降低mAs需要寻求一个平衡点，在保证图像质量而不影响疾病诊断的情况下，尽可能地降低辐射剂量。低mAs对高组织对比肺的影响比较小，此技术常用于胸部扫描。胸部低剂量CT扫描已经作为肺部病变，特别是肺癌高危人群筛查的有效手段。

(3)降低管电压：

降低管电压会降低X射线光子的平均能量，能够有效降低辐射剂量，其降低幅度比单纯降低mAs的值要大，也是近年来研究的热点之一。有研究指出，降低管电压可以提高原子序数物质的CT值，增加对比噪声比(CNR)，有利于含钙物质的检出^[17]。低kV扫描可以增加碘对比剂的CT值，提高碘对比剂的增强效果，在CT血管成像中效果尤为明显。李万江等^[18]探讨了低管电压在冠状动脉和头颈部CTA'一站式'扫描中的应用价值，发现采用低管电压在冠状动脉和头颈部CTA'一站式'扫描时，图像质量主观评价满足诊断要求，图像质量客观测量CNR值与常规扫描方法基本保持一致，而受检者接受的辐射剂量降低约50%。需要注意的是，降低管电压也存在着一定的缺陷，kV的降低影响图像CT值的线性度，进而影响图像诊断的可靠性。因此，低kV的扫描大多应用在儿童及增强扫描的研究中。

(4)增大螺距：

螺距是X射线管旋转1周扫描床移动距离与准直器宽度之间的比值。在其他扫描条件不变的情况下，辐射剂量与螺距成反比。螺距越小，重叠的部分越多；扫描时间越长，辐射剂量越大。但是，螺距增大的同时，会降低影像z轴的空间分辨率。蒲进等^[19]利用第二代双源CT大螺距扫描联合智能调制技术及迭代重建技术，在急诊主动脉夹层成像的研究表明，该方法能保证图像整体质量，降低辐射剂量，并推荐为急诊CT主动脉夹层常规的成像方法。

(5)采用迭代重建算法(IR)：

传统的滤波反投影重建算法没有考虑到焦点、体素和探测器单元、X射线束的实际大小和形状，不能反映数据采集过程中的真实情况。因此，使用传统的滤波反投影技术降低辐射剂量时，会导致图像质量下降，信噪比显著降低。迭代重建算法是一种用于降低CT检查辐射剂量的新技术。与传统的FBP算法比较，迭代算法在图像校正过程中，采用了建立系统光学模型和系统统计模型，该模型分析每一个独立光子的统计波动的特征，并与正确的统计分布进行比较，通过重复容积迭代重建循环，有效地降低了统计波动引起的图像噪声，并在低剂量情况下通过多次的迭代和校正，重建出高质量和低噪声的图像。目前常用的迭代重建技术有自适应统计IR(ASIR)、iDose4、正弦图确定迭代重建算法(SAFIRE)、三维自适应迭代重建技术(3D－AIDR)等。杨明等^[20]在CT门静脉成像的研究表明，选择Ni为13、60 keV结合50%ASIR重建及能谱协议智能选择(GSI Assist)可以个体化降低患者的对比剂剂量和辐射剂量，并提供满足诊断要求的图像。

郭森林等^[21]的研究还表明，CT的不同探测器宽度选择，可显著影响辐射场的分布和辐射值。为降低受检者、近台操作医务人员以及陪护人员的辐射剂量，应根据具体的临床需求，选择合理的探测器宽度和相关参数。当然，对敏感组织的晶状体、甲状腺、乳房、睾丸等，和敏感人群的孕期妇女、儿童等，应该常规使用铅防护遮挡。

三、结语

随着普通数字X射线检查在临床上逐渐减少，CT检查的应用范围不断扩大，CT检查的人数和检查的部位逐年攀升，而CT又是一个高辐射剂量的X射线检查，故CT的辐射防护显得尤为重要。这就需要CT设备研发人员、临床医生和影像医生、受检者和影像技术人员等共同努力，在发挥CT检查作用的同时，降低辐射剂量，避免辐射损伤，加强辐射安全。

对于CT的生产厂家，在硬件方面，要采用更有效的滤过板、更精密的准直器和效率更高的探测器等；在软件方面，应用更好的重建算法、更灵活的自动剂量调制软件、更好的噪声和伪影抑制软件等。

在临床医师方面，必须遵从辐射实践正当化原则，应该要有目的或在临床症状和体征高度怀疑时，进行人体相关部位的CT检查，避免盲目的CT检查，更不能进行全身性的CT扫描；影像医师必须遵从辐射防护最优化和个人剂量限值的原则，避免过高或过度的影像诊断要求而加大不必要辐射剂量扫描，或者经常要求减少层厚和减少螺距进行CT扫描，追求影像诊断不必要图像清晰度和细节。

作为影像技术操作工作者，应当更合理地优化CT扫描参数，使用个体化的CT检查技术，针对不同部位和器官及检查目的确定扫描范围，正确选用管电流和管电压及螺距，使用CT的迭代技术，还可以联合多种低剂量扫描方式来降低受检者的辐射剂量。在日常扫描中，遵循辐射防护的ALARA原则，在图像质量满足诊断需求的前提下，尽可能地降低CT的辐射剂量，利用新的技术进一步探索CT低剂量扫描的方法。当然，也不提倡过低X射线剂量，导致CT扫描使图像不能显示病变而影响诊断。