儿科CT扫描实用指南

患者年龄越小，儿童和成人之间的解剖学和生理学差异就越明显。其中一些差异可以解释为儿童需要更高的代谢率来确保生长（例如，每公斤体重需要双倍的氧气），这会导致更高的呼吸和心率。骨骼的软骨含量较高，腹膜后脂肪较少，这导致固有的组织对比度较低。生长意味着细胞增殖越高，有丝分裂的细胞越多，表现出更高的辐射敏感性。婴儿25%的红骨髓位于颅骨中，这一事实加剧了这种情况，从而使头部的相对辐射敏感性比成年人高出三倍。相对较大的血管内容量（婴儿90 ml/kg体重，成人70 ml/kg体重）和由于较高的心率而导致的更快的循环是静脉注射造影剂时众所周知的挑战。这些因素正在将静脉注射造影剂的管理转变为“偶然”事件。因此，需要具有高时间和软组织分辨率的计算机断层扫描（CT）扫描仪，并建议仔细调整影响辐射暴露的所有相关因素。

在这篇文章中，我们回顾了影响辐射暴露和由此产生的图像质量的最相关因素，并提出了一种实用的儿科CT成像方法。

相关技术参数及其与辐射曝光和图像质量的关系

优化CT协议的主要目标是在尽可能低的辐射暴露下实现诊断图像质量。需要注意的是，诊断图像质量并不等同于完美的图像质量，而是取决于临床问题。图像质量最重要的描述符是图像噪声。在下一节中，我们介绍了一种实用的儿科CT成像方法，强调了在考虑辐射暴露和由此产生的图像质量时最相关的因素（图1）。

图1  该图描绘了成像链。这篇综述的重点是前三列（计划检查、图像采集和图像重建）

临床转诊

每次检查都从临床转诊开始，转诊应包括临床问题和要扫描的身体区域。需要强调的是，临床转诊是扫描方案的核心因素，因此会影响最终的辐射暴露。根据临床问题，可以在减少曝光设置的情况下进行扫描。作为一种实用工具，引入了图像质量评分标准来评估基于临床适应症的图像质量。从辐射防护和无创成像的角度来看，最好的辐射防护不是进行CT检查。根据ALARA（合理可能尽量低）原则和衍生的“ Image Gently”和“Eurosafe Imaging Campaign”，儿科放射科医生必须参与儿童的管理，以选择最适合的成像模式，从而回答以最低可实现辐射暴露量转诊医生的问题。欧盟标准和国际指南也可以指导临床决策。请注意，临床决策应始终以个人为基础。在许多情况下，CT检查是可以避免的，但有适当的替代成像可能性。因此，应该鼓励儿科医生和放射科医生之间的讨论，特别是当不清楚应该选择哪种成像方式时。为了促进这一点，作者所在的机构引入了“Paediatric Radiologist of the Day”。一名儿科放射科医生随时待命，与负责的儿科顾问医生讨论任何问题。这种方法缩短了沟通时间，为所有同事节省了时间。

实际上，应该注意体重、身高和肾功能测试的结果，如果需要静脉注射造影剂，肾功能测试是强制性的。此外，有关植入物（如起搏器，因为并非所有植入物都有CT扫描许可证）和合并症（如甲状腺疾病）的信息应包括在转诊中，或与儿科医生讨论。

患者定位

操作技师负责将患者正确定位在机架的等中心。偏心扫描会导致蝶形滤波器的错位，从而对辐射分布产生负面影响。如果患者移近X射线管，他们的轮廓会显得更大，因此由于自动曝光控制（AEC），辐射曝光会更高。另一方面，如果患者躺在离球管更远的地方，他们的轮廓会显得更小，因此AEC会降低辐射暴露，从而通过增加噪声来降低图像质量。与正确的中心定位相比，偏中心的患者定位可能导致高达50%的辐射暴露差异。现在可以使用基于人工智能的系统来确保正确的中央定位。

除了等中心摆位之外，上臂的位置也会影响辐射暴露。理想情况下，胸部检查应将患者的手举过头顶进行检查。如果患者不愿意或无法（例如上肢骨折）这样做，最好的解决方案是双手交叉放在身体前面，双臂伸展，并在手臂和躯干之间放一些毛巾。通过这种方法，前后（AP）直径增加，患者的几何形状更加圆形，这导致辐射分布更加均匀，线束硬化伪影更少。布鲁克斯公式解释了这一点的物理原理，该公式描述了辐射暴露和图像噪声之间的联系（图2）。根据这个公式，如果患者的直径增加了4 cm（例如，他们的手放在身体的一侧），则辐射暴露量必须加倍，以保持图像质量。

图2布鲁克斯公式，其中D代表患者剂量，B代表对象的衰减系数，µ代表对象的平均衰减系数，D代表对象的直径，σ代表感兴趣区域内Hounsfield单位的标准偏差（图像噪声），a代表样本增量，B代表样本宽度，h代表切片厚度

头部定位也需要考虑，这可能会影响辐射暴露。理想情况下，头部位于头部支架中，以确保最佳的辐射暴露。如果无法使用头部支架，则应考虑检查床配置和头部下方的质量，这可能会影响AEC并增加辐射暴露。为了减少或避免头部扫描中的晶状体暴露，扫描角度应与眶上嵴和枕骨大孔后缘内板形成的线平行。这可以通过倾斜机架来实现（图3）。然而，如果也要检查颈椎，则应在不倾斜机架的情况下延长颈部进行扫描。否则，下巴将位于甲状腺上方，导致甲状腺的辐射暴露增加。

图3在没有（A）和（b）机架倾斜的情况下，在创伤环境中进行的计算机断层扫描

CT定位图

成像链中的下一步是定位射线照片（定位图、地形图等）。通常，进行两次定位图像（AP或后前[PA]和横向），以确保患者在机架等中心的正确定位。PA视图优于AP视图，因为这意味着显著减少对辐射敏感器官（如乳房和甲状腺）的辐射暴露。然而，由于高密度结构（肋骨、脊椎）将更靠近球管，定位图的总体辐射暴露可能会随着PA视图的增加而增加。值得注意的是，在年轻患者中，这些区域内的红骨髓较少，从而降低了区域放射敏感性。需要根据患者的大小对辐射暴露参数进行精细的调整，以减少超过辐射暴露的可能。定位图扫描的长度应根据临床问题进行调整，以避免过度扫描。对于低剂量CT扫描，定位图越来越多地占检查辐射剂量的很大比例（高达五分之一）。

附加球管过滤

X射线管发射不同管电压的光谱，最高可达峰值千伏（kVp）。在大多数情况下，较低的能谱被认为对成像没有用处。事实上，低千伏电压通常在身体内散射和吸收，而不会到达探测器。在高对比度场景中（空气到软组织 = 肺或软组织到骨 = 肌肉骨骼），额外的锡过滤已被证明可以有效减少辐射暴露。该功能仅在有限数量的扫描仪上可用，并且仅在特定的kV值（例如，超过100kV）下可用。。

屏蔽

患者屏蔽是一个与球管过滤相关的话题，一直在积极讨论，但存在许多不确定性和争议。为了克服这些问题，最近发布了一项欧洲建议。根据这份共识文件，在大多数情况下，当使用最新的CT技术时，不需要平面内或平面外屏蔽。在不增加干扰图像伪影、感染和患者不适的风险的情况下，通过器官剂量调制的当前辐射暴露减少可以优于屏蔽的辐射减少效果。然而，如果采用平面内屏蔽，操作员应将屏蔽放置在定位图之外，以避免干扰AEC。

扫描类型

儿科CT主要以螺旋或序列扫描模式进行。虽然螺旋CT受到过扫描和过束效应的影响，但除了多次重叠旋转外，过束效应在序列扫描中并不起作用。

过扫描被定义为扫描范围的扩展，即扫描架旋转的一半，这是重建图像边界所必需的。过扫描与准直宽度和螺距成正比。由于过扫描与扫描长度无关，因此如果扫描长度较短（例如，儿科胸部），过扫描引起的相对辐射暴露会更高。已经开发了一些特定于制造商的解决方案，如动态光束准直或混合重建算法，以减少由于过扫描造成的辐射暴露。

过束效应是每旋转一次的多余辐射暴露，与探测器排的数量成反比。因此，带宽探测器的多排探测器CT应该应用于儿童，因为这些扫描仪的过束效应并不显著。

由于最近CT扫描仪中的探测器配置，单层模式不再可用。这是因为在任何情况下都必须扫描小范围。因此，这种扫描模式可以被认为是过时的。

现代的单源和双源CT（DSCT）扫描仪也提供双能量扫描模式。然而，儿科患者的经验仍然有限，但研究表明，DSCT使儿童暴露于与单能CT相当甚至更低的辐射暴露。根据我们的经验，单源双能量扫描所需的辐射暴露量比单能量模式高出约30%，这使得这种扫描模式对小患者来说相当没有吸引力。在我们机构中，双能单源扫描的唯一指示是减少四肢CT中的金属伪影。

曝光设置

管电流（mAs）和辐射暴露之间的关系是线性的，这意味着加倍mAs会导致加倍的辐射暴露（假设所有其他因素都恒定）。增加mAs意味着图像噪声更小，因此图像质量更好，而图像对比度不受影响。

通常建议使用AEC系统来减少辐射暴露。AEC系统基于定位图评估扫描范围内身体的X射线衰减轮廓，并调整管电流以在整个扫描过程中保持图像质量。不同的AEC系统以各种方式定义图像质量；“图像噪声”和“噪声指数”分别由佳能（前身为东芝）和通用电气医疗保健公司使用，而“参考mAs”由西门子使用。操作员为AEC选择最小和最大mAs水平。建议将最低水平设置为最低值，以尽可能减少辐射暴露（图4）。

图4使用自动曝光控制（AEC）调节辐射曝光。

红线表示身体的衰减轮廓。浅蓝色线表示选定的AEC最小值。如果蓝线没有设置得足够低，就像在这种情况下一样，那么胸部区域有过量的辐射暴露，由蓝色区域表示

管电压（kV）也强烈决定辐射剂量。kV和辐射暴露之间是指数关系，这意味着如果管电压从120kV降低到80kV并且所有其他剂量相关参数保持恒定，则辐射暴露减少50%以上。另一方面，基于光电效应，降低的kV将导致组织中更大的衰减差异，从而导致更高的固有对比度。这种现象也减少了造影剂的用量。然而，降低管电压的成像仅对小患者有益。随着患者尺寸的增加，图像受到线束硬化效应的更大负担，这降低了诊断图像质量。不幸的是，关于患者体型和kV降低程度没有明确的截止点，并且可能因扫描仪而异。在我们的实践中，管电压由有效患者直径（AP和患者横向直径之和的平方根）定义，其可以从定位图计算。

如前所述，较低的kV导致固有组织对比度增加并转向较高的Hounsfield单位值。团注跟踪监测扫描的管电压与随后的血管造影之间的差异可能导致基于改变的组织对比度的不适当的扫描开始。因此，团注跟踪和诊断血管造影的管电压必须相同，团注跟踪阈值必须调整到改变的管电压。

基于布鲁克斯公式，层厚与辐射暴露呈负相关。因此，对于相同的图像噪声，半层厚度需要两次辐射照射，这主要定义图像质量。为避免部分容积效应，增量应为50%。

螺距定义为每旋转的检查床行程除以准直。更高的螺距导致更快的扫描，从而减少运动伪影，这可能会避免DSCT的全身麻醉。值得注意的是，在螺距增加的情况下，扫描仪可能会自动增加管电流以避免图像质量受损，并且过扫描效果可能会增加。因此，建议在单源CT中避免螺距高于1.5，DSCT最大螺距在 3.4。现代CT扫描仪根据所有其他扫描参数自动选择最佳螺距，从而最大限度地减少操作技师输入。

造影剂

CT中的造影剂施用决定了对患者辐射负荷的额外考虑。儿科患者通常建议进行团注追踪以进行血管造影。对于胸部CT血管造影，团注跟踪监测扫描通常在放射敏感乳房的范围内，因此如果可能的话，应减少辐射暴露。关于曝光设置，如前所述，应根据诊断扫描调整管电压。但是，管电流可能会降低，这将在图像对比度不变的情况下增加图像噪声，这对于团注跟踪至关重要。基于布鲁克斯公式（图2），增加的准直和层厚有助于减少辐射暴露和噪声。取决于造影剂递送的部位，可能需要不同长度的团注追踪。为了减少潜在增加的辐射，应考虑几秒钟后开始团注跟踪或执行更少的团注跟踪图像。然而，如果一个儿童的血液循环较快，这些方法可能会导致对比度增强不理想。

多期方案，例如用于肝母细胞瘤的肝方案，导致自然更高的辐射负荷。在一些临床病例（例如，多发伤）中，可以通过分次团注方案确保多个阶段的图像，这导致较少的辐射暴露。

辐射诱导的DNA断裂是碘造影剂使用的新描述的副作用。碘造影剂的应用增加了潜在有害DNA断裂的频率，这与注入容积成正比。然而，这种现象的临床意义尚不清楚。

图像重建

迭代重建是减少辐射剂量的有效工具。然而，更复杂的基于模型的迭代重建非常耗时，因此其临床应用仅限于较新的CT扫描仪。最近，引入了基于深度学习的图像重建。该技术背后的原理是训练神经网络以对低剂量原始数据进行去噪。该方法很有前途，但儿科研究的结果仍然很少。

CT协议优化的实用方法

下一个问题是如何在实践中优化CT扫描。最初，将局部辐射剂量水平与诊断参考水平（DRL）进行比较可能会有所帮助。DRL是为标准尺寸患者的代表性检查而设置，预计不会超过。DRL是在地方、国家或国际层面定义的。局部DRL是从当地医疗机构或一组当地医疗机构内获得的，并且基于来自广泛的代表性局部检查样本的患者剂量分布的第75百分位值。国家DRL是从该国放射科的代表性样本中获得的，由监管机构和/或科学协会提供。国家DRL基于针对标准化患者分组调查的定义的临床成像任务的中位剂量的第三个四分位数。欧洲DRL是基于针对标准化患者群体调查的定义的临床成像任务的国家DRL分布的中值。最近，根据47%的欧洲国家的数据发布了欧洲DRL。对于儿科DRL，患者组是根据身体检查的体重和头部检查的年龄来定义。       

DRL系统的一个重要缺点是它忽略了取决于临床问题的所需图像质量的差异。例如，对于头部CT，与分流控制（shunt control）的检查相比，在疑似脑溢血的情况下需要更好的图像质量。在最近发表的欧洲X射线医学成像临床诊断参考水平研究（EUCLID）项目中，在成年人中引入了基于临床问题的DRL。需要在儿科环境中进行类似的研究。

如上所述，优化本地CT协议的第一步是定义医疗机构中的本地DRL，并将其与国家或国际的DRL进行比较。人们应该意识到，与国家或欧洲的DRL相比，较低的本地DRL并不一定意味着最佳优化；可能需要根据患者规模、临床问题或可用设备对CT方案进行进一步调整。在这个水平上，“半厚度方法”可能会有所帮助。这可以在没有任何模体或复杂计算的情况下执行。作为第一步，操作技师重建具有半层厚度的标准CT扫描，儿科放射科医生评估图像质量。如果图像质量仍然是诊断性的，则应将此辐射水平视为100%的过量剂量，并应在辐射减少20%的情况下进行下一次扫描。这个循环可以重复，直到图像质量被认为是非诊断性的，这意味着已经达到了最佳辐射水平（图5）。

图5半层厚方法

CT剂量指数

有几个剂量指数可用于不同机器之间的辐射暴露比较。根据我们的经验，放射科医生没有很好地考虑这些重要指标。因此，我们必须在以下段落中审查主要剂量指数。

容积CT剂量指数（CTDIvol）被用作CT扫描仪辐射剂量输出的标准化测量。CTDI总是指直径为16 cm（头部）和32 cm（身体）的参考圆柱形体模。CTDIvol表示单个切片的平均吸收剂量，单位为mGy。CTDIvol是基于CTDIw的计算值，CTDIw是整个视场中测量的CTDI的加权平均值，如下所示：圆柱形体模的中心为1/3 CTDI，边缘为2/3 CTDI。由于幼儿大多位于表格的中心，儿科患者的CTDI值很容易出错。然而，CTDIvol允许在CT扫描仪和CT协议之间进行良好的比较。

为了克服CTDI中患者形态计量学对所产生的辐射剂量的遗漏考虑，引入了体型特异性剂量估计（SSDE）。这是临床实践中患者吸收剂量的最佳近似值。SSDE通过乘以取决于患者有效直径的特定转换因子来校正CTDIvol值。在扫描区域的最大延伸处测量有效患者直径。这种方法的一个已知缺点是，胸部和腹部区域的不同衰减曲线没有常规地纳入计算。

剂量长度乘积（DLP）是对CT球管辐射输出的测量，它考虑了CT扫描的长度和沿z轴的辐射输出。DLP计算如下：CTDIvol x长度（cm）。扫描时间越长，辐射剂量就越高。多次扫描也会增加DLP。由于DLP计算基于CTDIvol，因此它固有地忽略了患者的几何尺寸，因此不描述吸收剂量。然而，已经公布了取决于有效体型的k个因素，使DLP能够转换为有效剂量。

有效剂量可以用来衡量辐射风险。它们的单位是mSv。计算基于区域相关的校正系数。

未来发展方向

最近，一种新的光子计数探测器被引入临床实践。有了这项技术，光子可以在没有闪烁材料的情况下通过特殊的半导体层进行检测，这提高了CT探测器的有效性，并有希望减少剂量。这种更有效的探测器材料可以提高空间分辨率，消除电子噪声，并提高对携带最低对比度信息的低能量光子的检测。在我们看来，这项技术在儿童中可能很有前景，目前在儿科患者中缺乏这项技术的经验。

结论

引起人们对辐射防护话题的关注是儿科CT领域正在进行的努力，我们儿童放射科医生需要共同努力。CT扫描的临床指征处于成像链的起点。只有在放射科医生严格验证了CT请求后，才应使用适合年龄或体型的扫描协议进行成像。应尽可能在儿科CT中使用现代设备。本文总结了影响剂量和图像质量的相关因素，并为临床实践中优化扫描参数提供了有益的提示。

文献原文：Nagy E, Tschauner S, Schramek C, Sorantin E. Paediatric CT made easy. Pediatr Radiol. 2023 Apr;53(4):581-588. doi: 10.1007/s00247-022-05526-0. 

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