1、CT技術(shù)在近10年得到迅猛發(fā)展，從1998年推出4層CT后，幾乎以摩爾定律的速度更新到16層、64層及雙源CT。近幾年，128、256和320層CT也已經(jīng)投入臨床使用。    CT的快速發(fā)展，帶來了更快的掃描速度以及更短的重建時間，最終呈現(xiàn)的各向同性圖像更為精細(xì)和完美。正是由于其不斷提升的易操作性和不斷拓展的影像信息，臨床上接受CT檢查的人數(shù)與日俱增。隨之而來的是，CT檢查所致的公眾輻射劑量也日益增多，甚至有學(xué)者預(yù)言醫(yī)療輻射的致癌效應(yīng)將成為危害公眾健康的一大問題1。    一般來說，控制CT檢查中輻射危害的力量主要來自三個方面：政府相

2、關(guān)機構(gòu)、放射工作人員和CT設(shè)備生產(chǎn)廠家。其中，CT廠家在降低輻射劑量的新技術(shù)研發(fā)方面更是擔(dān)負(fù)著不可推卸的責(zé)任。如圖1所示，X射線從球管發(fā)出，經(jīng)過濾線板和適形濾過器濾過后由前置準(zhǔn)直器準(zhǔn)直，照射在受檢體表面并穿透受檢體，衰減后的X射線通過后置準(zhǔn)直器被探測器接收，接下來在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，最后交由計算機處理系統(tǒng)重建成CT圖像。CT設(shè)備研發(fā)者在此CT圖像形成的全部過程中都需要關(guān)注和重視輻射劑量的問題，從各個方面努力挖掘降低輻射劑量的潛能。    本文將針對幾大CT設(shè)備制造廠家在其技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，為降低輻射劑量所作出的技術(shù)革新作一淺述。一 數(shù)據(jù)采集階段

3、降低輻射劑量的技術(shù)改進(jìn)1. 探測器    探測器是CT系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，定量地記錄穿過被照體的電離輻射，將X射線強度轉(zhuǎn)換成電信號。探測器的量子檢出效率（DQE）愈高，所需入射X射線的劑量愈少，病人的受照劑量則隨之降低。    氣體探測器因其量子檢出效率較低，且不符合二維探測器的制造要求，在多層CT的設(shè)計中已被固體探測器所取代。而在固體探測器中，相對于傳統(tǒng)閃爍晶體探測器（如鎢酸鎘），稀土陶瓷探測器（如氧硫化釓）的轉(zhuǎn)換效率更高（DQE達(dá)98以上），余輝時間更短，輻射劑量較普通探測器降低約30，已經(jīng)成為了各大廠家多層CT中的主流探測器類型。

4、    GE公司在其新推出的探測器中加入了寶石分子結(jié)構(gòu)材料，利用了其純度高、通透性強、光電轉(zhuǎn)換率高、硬度高、更穩(wěn)定等優(yōu)點。據(jù)稱，該探測器在降低輻射劑量方面將更勝一籌。2. 準(zhǔn)直器    準(zhǔn)直器具有限定掃描層厚和遮擋無用射線的作用，也是影響輻射劑量的重要CT部件。隨著Z軸探測器排數(shù)的不斷增多，盡管半影輻射導(dǎo)致線束幾何利用效率下降的影響越來越小，但在螺旋掃描始末，不能用于重建的無效“過掃描”將更多，特別是在掃描覆蓋范圍較窄和螺距較大時更明顯。   西門子等公司開發(fā)的Z軸動態(tài)準(zhǔn)直器系統(tǒng)（圖2），在探測器進(jìn)入及移出檢查范圍

5、的過程中，通過其非對稱性的移動，可屏蔽“過掃描”的無效線束，降低輻射劑量達(dá)4552 。3. 適形濾過器    由于人體的橫斷面多為橢圓形，外周的X射線衰減低于中心部分，而“硬化”的線束更易穿透人體，于是通過位于X射線源與受檢者之間可吸收低能量的軟X射線的濾過器，可有效減少受檢者的吸收劑量。適形濾過器（如領(lǐng)結(jié)形）針對性地減少到達(dá)人體外周的射線，降低25左右的輻射劑量，尤其可減少皮膚表面吸收劑量。    GE公司新推出的高檔CT機還可根據(jù)掃描野的大小自動選配大、中、小號以及心臟專用等不同尺寸的各種濾過器，充分達(dá)到“適形”效果，更大效率發(fā)揮

6、降低輻射劑量的作用3。4. 自動曝光控制    在普通X射線攝影中，高的攝影條件會產(chǎn)生曝光過度的黑照片，降低其診斷價值；而在CT檢查中，較高曝光參數(shù)得到的圖像質(zhì)量會更佳，這易促使操作人員一味追求圖像質(zhì)量，而不顧輻射劑量增加選用較高的掃描條件。人體結(jié)構(gòu)存在橫軸上的不對稱性和長軸上的非均勻性，體部橫斷面前后徑較左右徑短，前后方向衰減強度低于左右方向，長軸上衰減強度也不一樣。如從胸部掃描到腹部，前者的衰減強度明顯低于后者。    基于人體解剖衰減特性的差異，自動曝光控制系統(tǒng)在滿足診斷要求的前提下，最大化地實現(xiàn)了降低輻射劑量的技術(shù)要求，并保證

7、了圖像質(zhì)量的一致性，其原理如圖3所示：以影像診斷可允許的圖像噪聲水平作為參考，系統(tǒng)自動調(diào)整預(yù)設(shè)mA值；在XY軸的球管旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行角度管電流調(diào)制，即左右方向使用較高的管電流，前后方向相應(yīng)降低管電流；在Z軸的檢查床移動方向進(jìn)行長軸管電流調(diào)制，即實時地根據(jù)前面已掃描部位的衰減強度，計算修改后續(xù)即將掃描部位的管電流值，即高衰減部位使用高的管電流，反之亦然。    幾大CT制造商均擁有上述三維的劑量調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)了個體化使用最優(yōu)掃描參數(shù)的目的，降低受檢者的輻射劑量達(dá)20504。5. 敏感器官選擇性屏蔽    人體的某些組織器官對于電離輻射的危害

8、相對更敏感，如晶狀體、甲狀腺、骨髓及性腺等。位于掃描范圍之外的敏感器官，使用鉛屏蔽防護(hù)，可減少8099的表面吸收劑量；位于CT掃描范圍內(nèi)非檢查興趣區(qū)的敏感器官，使用鉍材料屏蔽可降其40左右的有效劑量，同時不影響檢查目的器官的成像5。但也有研究報道，使用了鉍屏蔽的CT檢查，需要增加掃描條件彌補其噪聲和偽影增加的后果，這將消減其在降低輻射劑量方面的作用6。    西門子公司開發(fā)了針對輻射敏感器官的射線屏蔽技術(shù)，如圖4。譬如在胸部CT掃描檢查目的并非診斷乳腺疾病時，球管在旋轉(zhuǎn)至直接照射乳腺時曝光停止，在背部則曝光開啟；然后利用部分掃描數(shù)據(jù)重建胸部圖像，可減少乳腺40%的

9、曝光量7。二 圖像重建階段降低輻射劑量的技術(shù)改進(jìn)    CT圖像重建的方法中，相比于常用的濾波反投影算法，迭代重建算法在CT固有的物理局限方面具有較大的優(yōu)勢，如可精確模擬系統(tǒng)幾何學(xué)，改善多能光譜、線束硬化、散射、噪聲和不完整采樣數(shù)據(jù)等。因此，迭代重建算法能進(jìn)一步提高圖像空間分辨力和減少偽影，    迭代重建算法能基于光子統(tǒng)計學(xué)計算多種更精確的噪聲模型，在降低圖像噪聲方面有更佳的表現(xiàn)；能處理不完整數(shù)據(jù)集，從而減少圖像重建所需的投影數(shù)據(jù)。以上兩種優(yōu)勢在降低輻射劑量方面發(fā)揮著重大的作用。但由于迭代重建算法的計算復(fù)雜，將其應(yīng)用于CT圖像重建曾

10、受到過一定的阻礙。    隨著計算機硬件性能和計算效率的提高，GE公司已經(jīng)將其自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建算法用于CT臨床實踐，在保證圖像質(zhì)量不受損的前提下，可降低輻射劑量達(dá)50%8。西門子公司也在其最新的高端CT中引入了統(tǒng)計迭代重建技術(shù)。三 高級CT應(yīng)用中降低輻射劑量的技術(shù)改進(jìn)1. 冠狀動脈成像    近來，多層CT的時間分辨力和空間分辨力不斷提高，CT冠狀動脈成像已成為冠狀動脈無創(chuàng)性成像的重要檢查方法。在CT冠脈成像檢查中，極快的機架旋轉(zhuǎn)時間、半掃描數(shù)據(jù)采集以及高空間分辨力均需要更高的掃描條件來補償圖像噪聲的增加；在采用回顧性心電門控技術(shù)時

11、，為保證多個心動周期中層面的連續(xù)性，必須進(jìn)行重疊的小螺距掃描。這些因素導(dǎo)致冠脈CT成像的輻射劑量可高達(dá)30mSv，成為了關(guān)注焦點9。    為降低冠脈CT成像的高輻射劑量， CT制造商紛紛致力于新技術(shù)的開發(fā)。其中，西門子64層雙源CT在冠脈成像檢查中運用了心臟專用的領(lǐng)結(jié)式濾過器、三維自適應(yīng)降低噪聲的卷積核、心率依賴性螺距選擇和基于心電圖的管電流調(diào)制等技術(shù)，降低輻射劑量達(dá)5010。基于心電圖的管電流調(diào)制技術(shù)（圖5a），是在心動周期中將不用于重建圖像的非興趣時相（如代表心室收縮開始的QRS波段）采用低于常規(guī)管電流4%20的參數(shù)值采集數(shù)據(jù)；在患者心率不高且心律較齊的情況

12、下，還可運用前瞻性心電門控技術(shù)行逐層移床式的非螺旋掃描（圖5b），僅在有效的重建時相內(nèi)進(jìn)行曝光，其相對于回顧性心電門控技術(shù)可減低83的有效劑量11。    結(jié)合前瞻性心電門控技術(shù)，飛利浦256層和東芝320層的寬探測器CT行冠脈成像的輻射劑量，已接近自然本底輻射（35mSv）12,13。西門子128層雙源CT利用其在高螺距（3.4）條件下檢查床鐘擺式無縫式往復(fù)移動的“閃螺”技術(shù)，其CT冠脈成像的輻射劑量甚至低于1mSv14。2. 雙能量成像    不同組織在不同能量的X射線照射下其CT衰減值變化可不一致。雙能量CT成像通過雙球管、千伏

13、的快速轉(zhuǎn)換以及雙層探測器等技術(shù)，實現(xiàn)X射線能量的變化，從而識別不同組織CT值的特異性變化。雙能量CT可用于辨識骨骼、鈣化、碘對比劑和膠原成分，在血管減影CT成像、組織血流灌注以及軟組織顯示等方面體現(xiàn)了其獨特的優(yōu)勢，為近年CT研究的熱點領(lǐng)域。     為克服低千伏掃描導(dǎo)致圖像噪聲增加的問題，雙能量成像的輻射劑量須高于普通CT檢查，受檢者體型較大時更突出。但雙能量成像因為特異性識別碘對比劑，可從增強CT圖像去除碘劑得到虛擬平掃圖像，從而減少一次常規(guī)平掃的輻射劑量。然而在雙能量成像處理過程中，虛擬平掃圖像的噪聲水平得到放大，不利于診斷。西門子公司利用最新的選擇性光子屏蔽

14、技術(shù)，純化分離高、低千伏的能譜重疊，可將雙能量成像的輻射劑量降低至常規(guī)單能量成像的水平15。3. 器官灌注成像    以研究血流動力學(xué)改變?yōu)槟康牡钠鞴俟嘧⒐δ艹上褚阎饾u應(yīng)用于臨床。CT因其較高的時間和空間分辨力，優(yōu)于其他灌注成像設(shè)備，在急性腦缺血早期診斷、心肌功能以及腫瘤灌注評價等方面有著重要的臨床價值。由于CT灌注成像是在靜脈團注碘對比劑后對選定層面進(jìn)行連續(xù)動態(tài)掃描至少30s以上，因此累積的輻射劑量相當(dāng)高。特別是在當(dāng)今各大廠商推出的全器官灌注成像以后，輻射劑量的成倍增加將更令人擔(dān)憂。    為避免電離輻射所致的確定性效應(yīng)（如皮膚紅斑

15、）的發(fā)生，CT灌注成像只能使用盡可能低的掃描條件，但由此引起了圖像噪聲的顯著增加。因此，圖像重建過程中一些較新的濾過技術(shù)，如高度抑制反投影局部濾過（Highly Constrained Back Projection Local Filtering，HYPR-LR）和多通道濾波（Multiband Filtering，MBF），近來被用在CT灌注成像中以改善圖像噪聲4。四 結(jié)語    CT技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，為臨床醫(yī)學(xué)實踐帶來了極大的好處，同時也給降低X射線電離輻射帶來了不容忽視的挑戰(zhàn)。各CT設(shè)備研發(fā)機構(gòu)和生產(chǎn)廠家正視輻射危害，在每一項新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用上都切實考

16、量了輻射劑量的問題，在降低輻射劑量的技術(shù)研發(fā)方面作出了不懈的努力。    筆者希望，在政府有關(guān)機構(gòu)、放射醫(yī)務(wù)人員以及CT生產(chǎn)廠家等多方面的共同參與與努力下，可將CT檢查中的輻射劑量控制到最合理范圍，使得既能充分發(fā)揮CT檢查的有效性，又極力保障受檢人群的安全性。    參考文獻(xiàn)：1 Brenner DJ, Hall EJ. Computed Tomography: An Increasing Source of Radiation ExposureJ. N Engl J Med, 2007, 357: 2277-2284. 2

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