扈远余¹, 韦仕秀², 邓佳卉¹
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
2020-06-09 收稿, 2020-07-23 录用
^*通讯作者: 扈远余

摘要: X线自发现以来，在医学领域运用越来越广泛。但是，医疗用X射线是人类最大的人为辐射来源，并认为辐射是造成癌症等疾病发生的重要危险因素。目前，CT扫描对肋骨骨折的诊断已被认为是最佳检查技术，但人体所受辐射剂量会明显增大。通过降低管电流、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降低CT扫描辐射剂量，已取得一定成效。同时，开展生物个体辐射敏感性相关初步试验性研究，探索辐射敏感体质人群辐射损伤机制，尽量避免辐射敏感体质人群进行放射学检查。本文对低剂量CT扫描在肋骨骨折检查中的研究进展进行了介绍与分析。
关键词: 低剂量肋骨骨折体层摄影术, X线计算机辐射敏感体质
The Application of Low Dose CT in the Examination of Rib Fracture
HU Yuanyu¹, WEI Shixiu², DENG Jiahui¹
1. Imaging Department, The Second People's Hospital of Xindu District, Chengdu 610501, Sichuan, P. R. China;
2. Department of Critical Medicine, Xindu District People's Hospital, Chengdu 610500, Sichuan, P. R. China
^*Corresponding author: HU Yuanyu
Abstract: Since its discovery, X-ray has been widely used in the field of medicine. However, medical X-ray is the most human radiation source, and radiation is considered to be an important risk factor for cancer and other diseases. At present, CT scan has been considered as the best examination technique for the diagnosis of rib fracture, but the radiation dose to human body has increased significantly. The radiation dose of CT scan can be reduced by reducing the current and voltage of the tube, increasing the pitch, setting according to the body mass index or noise level, and adopting the iterative reconstruction technology. At the same time, the preliminary experimental study on radiation sensitivity of biological individuals was carried out to explore the radiation injury mechanism of radiation sensitive population, and to avoid the radiation examination of radiation sensitive population as far as possible. In this paper, the research progress of low dose CT scanning in the examination of rib fractures is introduced and analyzed.
Key words: low doserib fracturetomography, X-ray computerradiation sensitive constitution
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人研究,多数****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****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、CTDI_W、CTDI_VOL^[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CTDI_VOL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。

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