医用辐射防护热点问题（三）：儿童CT扫描的辐射防护

在儿科临床实践中，CT检查是一种重要的诊断手段，可以为医生提供详细的影像学信息。然而，CT检查中所使用的Ｘ射线会对患者产生较高的辐射剂量，特别是对于儿童这类生理结构发育尚未成熟的特殊人群，其辐射剂量的影响更加显著。因此，如何减少儿童CT检查中的辐射剂量，成为当前医学研究领域的一个热点问题。近年来，随着低剂量CT技术的不断发展和成熟，其在儿童CT检查中的应用已经得到了广泛的关注和研究。

辐射对人体的生物学影响大致可分为随机效应和确定效应两种。随机效应的产生必须是当放射剂量超过一定的限度，它的产生并不依赖于放射剂量的多少，随机效应包括致癌作用与基因突变。产生随机效应的精确阈值很难确定，因为从理论上来讲， 较少细胞或单个细胞受照后也可以产生影响。确定性效应是指某种损害的产生依赖于辐射剂量的多少，低于某一阈值时为0，高于该阈值后，损害的严重程度随剂量增加而增加。

儿童CT扫描的辐射防护主要包括儿童成像中辐射应用的正当性和辐射剂量最优化。正当性原则主要包括医疗程序的正当性、合理性及适宜的临床决策支持。辐射剂量最优化主要包括根据儿童体型和检查目的调整参数、诊断参考水平的建立以及避免不必要的重复检查，关注患者的辐射史。

当前，在保证图像质量的前提下，实现儿童低剂量CT扫描的最主要措施是调整CT照射参数。对于特定扫描指征的参数调整主要涉及自动管电流调制技术的应用、自动管电压选择技术、减少扫描时间、应用迭代重建技术优化图像质量、限制扫描范围等方面。

一、管电压的调节：管电压的变化对X线辐射剂量影响极大，它决定X线的强度。由于X线辐射剂量与管电压的平方成正比，管电压越高，辐射剂量越高。因此在其他扫描条件不变的情况下，管电压越低，X线穿透性就越弱，辐射剂量亦越低，儿童患者与成人相比，身体厚度及密度均较成人更低，具备降低管电压的基础。当管电压从120kV下降到80kV时，管电流要相应提升至4倍才能与120kV扫描时保持相同的噪声水平。管电压的降低还会增加影像图像噪声，降低组织信噪比，影响细微病变的检出率，因此，医务科研人员很少采用单独降低管电压来减少CT 扫描的X线辐射剂量。

二、管电流与扫描时间的调节：管电流与辐射剂量成线性关系，降低管电流可以有效降低辐射剂量，所以成为目前实现低剂量扫描的主要方法之一。尽管降低管电流的直接影响是会增加图像噪声，影响低对比分辨力，但儿童体型较小，Ｘ射线衰减小，降低管电流所引起的噪声增加会被小体型平衡，所以在选择合适的管电流时往往以儿童的体质量作为依据。Peng等研究显示，患儿胸部CT扫描参数为120kV、层厚5mm时，逐步降低mAs，随着mAs的下降，采集的影像数据量随之减少，影像噪声随之增加。在mAs的调节中，管电流自动调节技术是目前比较常用的一种低剂量CT扫描技术。根据病人扫描定位像时扫描部位的组织结构对X线衰减差异在长轴（Z 轴）方向的不同层面上对管电流进行实时合理调控，也就是对X线低衰减层面采用相对低管电流扫描，对X线高衰减层面采用高管电流扫描，以减少病人进行CT扫描时接受的辐射剂量，并可通过预设噪声指数来保证扫描影像噪声水平的一致。目前，大公司生产的CT设备都提供此技术，如飞利浦公司CT设备上的Z-DOM软件，西门子公司CT设备上的CareDose 4D软件，GE公司CT设备上SmartmA软件等，虽然软件名称不同，但原理类似。

三、螺距因子（螺距）的调节：螺距是指CT设备X线球管旋转1周时检查床移动的距离与扫描层厚的比值。螺距越大，相同扫描范围的扫描时间就越短，组织接受的X线辐射剂量就越少，但随着螺距的增加，容积效应也随之增加，易降低微小病变的检出率，因此通过加大螺距来降低CT扫描X线辐射剂量，特别是在需要进行影像三维重组的检查中要特别慎重。

四、扫描野的调节：扫描野范围与辐射剂量成正比，在行CT扫描时严格按照扫描部位要求设定扫描野，无关部位尽量避免Ｘ射线扫描并做好敏感组织的防护措施。扫描野的调节包括扫描时检查部位的长度和宽度的调节，由于扫描长度与X线辐射剂量呈线性关系，因此CT扫描时应尽量只扫描检查部位，无关部位应尽量避免X线辐射，扫描宽度也应尽量只包括扫描检查部位。

五、迭代重建（iterative reconstruction，IR）算法对影像质量的影响：目前，CT扫描后影像重建方式主要分为IR法和解析重建（analytic reconstruction，AR）法两大类。AR法最具有代表性的重建方法就是滤过反投影（filtered back projection，FBP）技术，FBP重建算法具有重建速度快，性能可靠等优点，一直被CT厂商广泛采用，但它对扫描时X线剂量波动变化敏感，如果X线放射剂量下降，重组后影像噪声会明显增加。IR算法是通过预先设定一系列模型对扫描影像进行校正，扫描后影像在每次迭代中影像噪声都能得到部分消减，并将重建后数据与原始数据进行对比校正，直至与原始数据一致时，IR才会终止，这样经过反复多次IR和校正后就会得到影像噪声低的高质量影像。由于IR技术对扫描曝光参数不敏感，允许集成多样化的物理模型，这些模型可以减少各种伪影和降低影像噪声，它避免了常规FBP重建算法使用近似值产生的伪影并更适合处理不规律的采样和丢失的影像数据，因此IR算法能在采样数据不足的低剂量CT扫描中减少影像伪影，降低影像噪声，提高扫描影像质量，使低剂量CT扫描成为可能。

目前，几家较大的CT设备生产厂商都有自己的迭代软件产品，如飞利浦公司的iDose技术。iDose重建技术是利用了噪声模型和解剖模型的一种先进的IR技术，噪声模型主要用来提高影像质量，解剖模型主要用来提供先验信息以提高重建算法速度。据Den Harder等报道，IR算法iDose 4代在不影响临床诊断和保证影像质量的前提下，同一部位肺内结节CT扫描辐射剂量可降低58%。

六、深度学习技术降低辐射剂量：深度学习技术目前主要是应用于图像重建方面，基于深度学习的图像重建（deep learning image reconstruction，DLIR）算法，是将经训练的深度卷积神经网络模块引入重建流程中，起到改善迭代重建图像质量，缩短迭代重建时间的目的。该算法通常经过训练上千对低质量图像和高质量图像之间比较，以实现提升噪声识别能力，尤其是深度学习模型中卷积神经网络（convolutional neural networks，CNN）的快速发展，使得各种降噪模型在低质量CT图像中降低噪声同时保持图像纹理和诊断细节方面成果显著。Zhang等学者在基于儿童体模的研究中证实应用DLIR可在不影响儿童CT图像质量的前提下，降低辐射剂量。孙记航等学者在儿童超低剂量气道CT方面的研究发现DLIR可在降低98%放射剂量的基础上，得到可供满意诊断的气道图像。魏伟安等在儿童脑外伤低剂量CT的研究中发现，DLIR能提高图像质量，并可使脑实质薄层图像的灰白质的信噪比（SNR）和对比度噪声比（CNR）提高2~3倍。

七、其他调节：如控制患儿检查时扫描范围，做好非扫描部位的辐射屏蔽防护；对于不配合的患儿，先镇静后扫描，以避免不必要的重复扫描等。

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