




版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、CT技术在近10年得到迅猛发展,从 1998年推出4层CT后,几乎以摩尔定律的速度更新 到16层、64层及双源CT。近几年,128、256和320层CT也已经投入临床使用。CT的快速发展,带来了更快的扫描速度以及更短的重建时间,最终呈现的各向同性图像 更为精细和完美。正是由于其不断提升的易操作性和不断拓展的影像信息,临床上接受CT检查的人数与日俱增。随之而来的是,CT检查所致的公众辐射剂量也日益增多,甚至有学者预言医疗辐射的致癌效应将成为危害公众健康的一大问题1。一般来说,控制CT检查中辐射危害的力量主要来自三个方面:政府相关机构、放射工作人员和CT设备生产厂家。其中,CT厂家在降低辐射剂量的
2、新技术研发方面更是担负着不可推卸的责任。如图1所示,X射线从球管发出, 经过滤线板和适形滤过器滤过后由前置准 直器准直,照射在受检体表面并穿透受检体,衰减后的X射线通过后置准直器被探测器接收,接下来在数据采集系统内进行模/数转换,最后交由计算机处理系统重建成CT图像。CT设备研发者在此 CT图像形成的全部过程中都需要关注和重视辐射剂量的问题,从各个 方面努力挖掘降低辐射剂量的潜能。本文将针对几大 CT设备制造厂家在其技术发展进程中,为降低辐射剂量所作出的技术革新作一浅述。一数据采集阶段降低辐射剂量的技术改进1. 探测器探测器是CT系统中的关键组件,定量地记录穿过被照体的电离辐射,将X射线强度转
3、换成电信号。探测器的量子检岀效率(DQE)愈高,所需入射 X射线的剂量愈少,病人的受照剂量则随之降低。气体探测器因其量子检岀效率较低,且不符合二维探测器的制造要求,在多层CT的设计中已被固体探测器所取代。而在固体探测器中,相对于传统闪烁晶体探测器(如钨酸镉),稀土陶瓷探测器(如氧硫化 钆)的转换效率更高(DQE达98%以上),余辉时间更短,辐射剂量较普通探测器降低约30%,已经成为了各大厂家多层CT中的主流探测器类型。GE公司在其新推岀的探测器中加入了宝石分子结构材料,利用了其纯度高、通透性强、光电转换率高、 硬度高、更稳定等优点。据称,该探测器在降低辐射剂量方面将更胜一筹。2. 准直器准直器
4、具有限定扫描层厚和遮挡无用射线的作用,也是影响辐射剂量的重要CT部件。随着Z轴探测器排数的不断增多,尽管半影辐射导致线束几何利用效率下降的影响越来越小,但在螺旋扫描始末,不能用 于重建的无效过扫描”将更多,特别是在扫描覆盖范围较窄和螺距较大时更明显。西门子等公司开发的 Z轴动态准直器系统(图 2),在探测器进入及移岀检查范围的过程中,通过其非 对称性的移动,可屏蔽 过扫描”的无效线束,降低辐射剂量达 4%55% 2。3. 适形滤过器由于人体的横断面多为椭圆形,外周的 X射线衰减低于中心部分,而 硬化”的线束更易穿透人体,于是通过位于X射线源与受检者之间可吸收低能量的软X射线的滤过器,可有效减少
5、受检者的吸收剂量。 适形滤过器(如领结形)针对性地减少到达人体外周的射线,降低25%左右的辐射剂量,尤其可减少皮肤表面吸收剂量。GE公司新推出的高档 CT机还可根据扫描野的大小自动选配大、中、小号以及心脏专用等不同尺寸的各种滤过器,充分达到 适形”效果,更大效率发挥降低辐射剂量的作用3。4. 自动曝光控制在普通X射线摄影中,高的摄影条件会产生曝光过度的黑照片,降低其诊断价值;而在CT检查中,较高曝光参数得到的图像质量会更佳,这易促使操作人员一味追求图像质量,而不顾辐射剂量增加选用较高 的扫描条件。人体结构存在横轴上的不对称性和长轴上的非均匀性,体部横断面前后径较左右径短,前后方向衰减强度 低于
6、左右方向,长轴上衰减强度也不一样。如从胸部扫描到腹部,前者的衰减强度明显低于后者。基于人体解剖衰减特性的差异,自动曝光控制系统在满足诊断要求的前提下,最大化地实现了降低辐射 剂量的技术要求,并保证了图像质量的一致性,其原理如图3所示:以影像诊断可允许的图像噪声水平作为参考,系统自动调整预设 mA值;在X Y轴的球管旋转方向进行角度管电流调制,即左右方向使用较 高的管电流,前后方向相应降低管电流;在Z轴的检查床移动方向进行长轴管电流调制,即实时地根据前面已扫描部位的衰减强度,计算修改后续即将扫描部位的管电流值,即高衰减部位使用高的管电流,反之 亦然。几大CT制造商均拥有上述三维的剂量调控技术,实
7、现了个体化使用最优扫描参数的目的,降低受检者 的辐射剂量达 20 %50 % 4。5. 敏感器官选择性屏蔽人体的某些组织器官对于电离辐射的危害相对更敏感,如晶状体、甲状腺、骨髓及性腺等。位于扫描范 围之外的敏感器官,使用铅屏蔽防护,可减少80%99%的表面吸收剂量;位于 CT扫描范围内非检查兴趣区的敏感器官,使用铋材料屏蔽可降其40%左右的有效剂量,同时不影响检查目的器官的成像5。但也有研究报道,使用了铋屏蔽的 CT检查,需要增加扫描条件弥补其噪声和伪影增加的后果,这将消减其在 降低辐射剂量方面的作用6。西门子公司开发了针对辐射敏感器官的射线屏蔽技术,如图4。譬如在胸部CT扫描检查目的并非诊断
8、乳腺疾病时,球管在旋转至直接照射乳腺时曝光停止,在背部则曝光开启;然后利用部分扫描数据重建胸 部图像,可减少乳腺40%的曝光量7。二图像重建阶段降低辐射剂量的技术改进CT图像重建的方法中,相比于常用的滤波反投影算法,迭代重建算法在CT固有的物理局限方面具有较 大的优势,如可精确模拟系统几何学,改善多能光谱、线束硬化、散射、噪声和不完整采样数据等。因此, 迭代重建算法能进一步提高图像空间分辨力和减少伪影,迭代重建算法能基于光子统计学计算多种更精确的噪声模型,在降低图像噪声方面有更佳的表现;能处 理不完整数据集,从而减少图像重建所需的投影数据。以上两种优势在降低辐射剂量方面发挥着重大的作 用。但由
9、于迭代重建算法的计算复杂,将其应用于 CT图像重建曾受到过一定的阻碍。随着计算机硬件性能和计算效率的提高, GE公司已经将其自适应统计迭代重建算法用于 CT临床实践, 在保证图像质量不受损的前提下,可降低辐射剂量达50%8。西门子公司也在其最新的高端 CT中引入了统计迭代重建技术。三高级CT应用中降低辐射剂量的技术改进1. 冠状动脉成像近来,多层CT的时间分辨力和空间分辨力不断提高,CT冠状动脉成像已成为冠状动脉无创性成像的重要检查方法。在CT冠脉成像检查中,极快的机架旋转时间、半扫描数据采集以及高空间分辨力均需要更 高的扫描条件来补偿图像噪声的增加;在采用回顾性心电门控技术时,为保证多个心动
10、周期中层面的连续 性,必须进行重叠的小螺距扫描。这些因素导致冠脉CT成像的辐射剂量可高达 30mSv,成为了关注焦点9。为降低冠脉CT成像的高辐射剂量,CT制造商纷纷致力于新技术的开发。其中,西门子64层双源CT在冠脉成像检查中运用了心脏专用的领结式滤过器、三维自适应降低噪声的卷积核、心率依赖性螺距选择 和基于心电图的管电流调制等技术,降低辐射剂量达50% 10。基于心电图的管电流调制技术(图 5a),是在心动周期中将不用于重建图像的非兴趣时相(如代表心室收缩开始的QRS波段)采用低于常规管电流4%20%的参数值采集数据;在患者心率不高且心律较齐的情况下,还可运用前瞻性心电门控技术行逐层 移床
11、式的非螺旋扫描(图5b),仅在有效的重建时相内进行曝光,其相对于回顾性心电门控技术可减低83%的有效剂量11。结合前瞻性心电门控技术,飞利浦 256层和东芝320层的宽探测器CT行冠脉成像的辐射剂量,已接近 自然本底辐射(35mSv) 12,13。西门子128层双源CT利用其在高螺距(3.4)条件下检查床钟摆式无 缝式往复移动的 闪螺”技术,其CT冠脉成像的辐射剂量甚至低于 1mSv14。2. 双能量成像不同组织在不同能量的 X射线照射下其CT衰减值变化可不一致。双能量 CT成像通过双球管、千伏的 快速转换以及双层探测器等技术,实现 X射线能量的变化,从而识别不同组织 CT值的特异性变化。双能
12、 量CT可用于辨识骨骼、钙化、碘对比剂和胶原成分,在血管减影CT成像、组织血流灌注以及软组织显示等方面体现了其独特的优势,为近年 CT研究的热点领域。为克服低千伏扫描导致图像噪声增加的问题,双能量成像的辐射剂量须高于普通CT检查,受检者体型较大时更突出。但双能量成像因为特异性识别碘对比剂,可从增强CT图像去除碘剂得到虚拟平扫图像,从而减少一次常规平扫的辐射剂量。然而在双能量成像处理过程中,虚拟平扫图像的噪声水平得到放大, 不利于诊断。西门子公司利用最新的选择性光子屏蔽技术,纯化分离高、低千伏的能谱重叠,可将双能量成像的辐射剂 量降低至常规单能量成像的水平15。3. 器官灌注成像以研究血流动力学
13、改变为目的的器官灌注功能成像已逐渐应用于临床。CT因其较高的时间和空间分辨力,优于其他灌注成像设备,在急性脑缺血早期诊断、心肌功能以及肿瘤灌注评价等方面有着重要的临床 价值。由于CT灌注成像是在静脉团注碘对比剂后对选定层面进行连续动态扫描至少30s以上,因此累积的辐射剂量相当高。特别是在当今各大厂商推岀的全器官灌注成像以后,辐射剂量的成倍增加将更令人担 忧。为避免电离辐射所致的确定性效应(如皮肤红斑)的发生,CT灌注成像只能使用尽可能低的扫描条件,但由此引起了图像噪声的显著增加。因此,图像重建过程中一些较新的滤过技术,如高度抑制反投影局部 滤过(Highly Constrained Back
14、Projection Local Filtering , HYPR-LR )和多通道滤波(Multiband Filtering , MBF ),近来被用在 CT灌注成像中以改善图像噪声4。四结语CT技术领域的快速发展,为临床医学实践带来了极大的好处,同时也给降低X射线电离辐射带来了不容忽视的挑战。各 CT设备研发机构和生产厂家正视辐射危害,在每一项新技术的开发和应用上都切实考 量了辐射剂量的问题,在降低辐射剂量的技术研发方面作岀了不懈的努力。笔者希望,在政府有关机构、放射医务人员以及CT生产厂家等多方面的共同参与与努力下,可将CT检查中的辐射剂量控制到最合理范围,使得既能充分发挥CT检查的有
15、效性,又极力保障受检人群的安全性。参考文献:1 Brenner DJ, Hall EJ. Computed Tomography: An Increasing Source of Radiation Exposure.N Engl J Med, 2007, 357: 2277-2284.2 Christner JA, Zavaletta VA, Eusemann CD, et al. Dose Reduction in Helical CT: Dynamically AdjustableZ-axis X-ray Beam CollimationJ. AJR, 2010, 194: W49-55
16、.3 Thomas L, Toth TL, Cesmeli E, et al. Image Quality and Dose Optimization Using Novel X-ray Source Filters Tailored to Patient SizeC. Proc. Soc. Photo Opt. Instrum. Eng, 2005: 5745.4 Yu L, Liu X, Leng S, et al. Radiation Dose Reduction in Computed Tomography: Techniques and Future PerspectiveJ. Im
17、aging Med, 2009, 1: 65-84.5 Catuzzo P, Aimonetto S, Fanelli G, et al. Dose Reduction in Multislice CT by Means of Bismuth Shields: Results of In-vivo Measurements and Computed Evaluation. Radiol Med, 2010, 115: 152-169.6 Berland LL, Yester MV, Fitzpatrick AF. Reducing mAs Is as Effective as a Bismut
18、h Breast Shield to Minimize Breast Dose for Chest CT when Keeping Mediastinal Noise Constant (abstr) C. RSNA Scientific Assembly and Annual Meeting Program, 2009: 299.7 Vollmar SV, Kalender WA. Reduction of Dose to the Female Breast in Thoracic CT: A Comparison of Standard-Protocol, Bismuth-Shielded
19、, Partial and Tube-Current-Modulated CT ExaminationsJ. Eur Radio, 2008, 8: 1674-1682.8 Silva AC, Lawder HJ, Hara A, et al. Innovations in CT Dose Reduction Strategy: Application of the Adaptive Statistical Iterative Reconstruction AlgorithmJ. AJR, 2010, 194: 191-199.9 Hausleiter J, Meyer T, Hermann
20、F, et al. Estimated Radiation Dose Associated with Cardiac CT AngiographyJ. JAMA, 2009, 301: 500-507.10 McCollough CH, Primak AN, Saba O, et al. Dose Performance of a 64-Channel Dual-Source CT ScannerJ. Radiology, 2007, 243: 775-784.11 Earls JP, Berman EL, Urban BA, et al. Prospectively Gated Transv
21、erse Coronary CT Angiography Versus Retrospectively Gated Helical Technique: Improved Image Quality and Reduced Radiation DoseJ. Radiology, 2008, 246: 742-753.12 Efstathopoulos EP, Kelekis NL, Pantos I, et al. Reduction of the Estimated Radiation Dose and Associated Patient Risk with Prospective ECG-Gated 256-Slice CT Coronary AngiographyJ. Phys Med Biol, 2009, 54: 5209-5222.13 Hoe J, T
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 第14课《应有格物致知精神》教学设计2023-2024学年统编版语文八年级下册
- 2023八年级数学上册 第十四章 整式的乘法与因式分解14.1 整式的乘法14.1.4 整式的乘法第4课时 整式的除法教学实录(新版)新人教版
- Module 7 Unit 2(教学设计)-2024-2025学年外研版英语八年级上册
- Module 9 Unit 1 教学设计 2024-2025学年外研版八年级英语下册
- 2023三年级数学下册 第四单元 毫米和千米4.1 认识毫米教学实录 冀教版
- 《第四单元 工具的使用:13 组装小车》教学设计-2024-2025学年湘科版2024版一年级上册
- 2024-2025学年新教材高中地理 第一章 宇宙中的地球 第三节 地球的历史教学实录(1)新人教版必修1
- DB6540-T 006-2022 油用亚麻病虫草害防治技术规范
- 中国近代史知到课后答案智慧树章节测试答案2025年春保山学院
- Unit 4 Reading for writing教学设计 -2024-2025学年外研版七年级英语上册
- 注射用重组人TNK组织型纤溶酶原激活剂-药品临床应用解读
- 2025年武汉民政职业学院单招职业技能考试题库汇编
- 华东师大版七年级数学下册全册同步课时练习(一课一练)
- 2025届山东省济宁市高三下学期模拟考试物理试题(含答案)
- 2025高考物理试卷分析及复习备考策略方法指导(深度课件)
- 教学课件:C++程序设计教程(第2版)罗建军
- 机械制图试题库 试题及答案
- 超宽带隙氧化镓功率器件热管理的研究进展
- 2025-2030年扎染艺术服饰行业深度调研及发展战略咨询报告
- ECM与组织再生-深度研究
- 2025浙江宁波市人力资源和社会保障局事业单位招聘历年高频重点提升(共500题)附带答案详解
评论
0/150
提交评论