计算机断层扫描（CT）小肠造影是一种日益广泛应用于小肠疾病评估的诊断方法。然而，CT检查的副作用是患者会暴露于电离辐射。这一问题在CT小肠造影中尤为突出，因为患者通常较年轻且需要多次随访检查。目前有多种策略可降低CT小肠造影的辐射剂量，包括调整采集参数、缩短扫描范围、降低管电压或管电流。但剂量降低策略的缺点是图像噪声增加可能导致图像质量下降。不过，通过商用迭代重建和降噪技术可减少噪声。结合低剂量技术和噪声控制策略，可以在保持诊断准确性的同时显著降低CT小肠造影的辐射剂量。
引言
CT小肠造影是一种无创成像技术，越来越多地用于小肠疾病的评估。对比研究表明，CT小肠造影在检测肠道疾病方面比荧光透视钡剂检查具有更高的敏感性。此外，其图像质量和观察者间一致性优于磁共振（MR）小肠造影，因此许多医疗机构选择CT小肠造影作为小肠初始成像的首选方法。MR小肠造影适用于年轻克罗恩病患者的监测，可减少终身累积辐射暴露。然而，MR小肠造影的图像质量有时可能受限，或急性病患者可能无法耐受，此时仍需进行CT小肠造影。
克罗恩病是CT小肠造影最常见的适应症，它能可靠地显示早期表现和并发症，直接影响患者的治疗决策。美国放射学会（ACR）在其适用性标准中推荐CT小肠造影作为以下情况的首选成像方式：（a）首次出现腹痛、发热或腹泻且疑似克罗恩病的成人；（b）已知克罗恩病且症状稳定、轻微的成人；（c）首次出现疑似克罗恩病的14岁以下儿童。由于克罗恩病的反复发作和并发症，患者一生中可能需多次接受CT检查。由于该病通常在较年轻人群（<40岁）中发病，这些患者可能累积具有临床意义的终身辐射剂量。
CT小肠造影还可用于评估临床稳定的疑似胃肠道出血患者，并作为胶囊内镜的补充，通过检测更多小肠肿瘤来明确出血原因。采用多期扫描方案，约1/3至1/2的患者可明确出血来源。然而，该方案需三次采集，可能导致总有效辐射剂量过高。
CT小肠造影的有效性使其在临床中的应用逐年增加。但如前所述，此类检查最常用于克罗恩病患者，他们面临高累积辐射剂量的风险；或采用三期扫描方案，单次检查的有效剂量可能显著高于标准腹部CT。
近年来，公众对医疗成像中电离辐射诱发恶性肿瘤的健康风险日益关注。尽管单次检查的辐射致癌风险仍存在不确定性，但放射学界普遍支持“合理可行范围内尽可能低剂量”（ALARA）原则。为实现ALARA目标，多位学者建议在CT小肠造影中采用低剂量技术。挑战在于如何在最小化辐射剂量的同时保持甚至最大化诊断信息的获取。这在CT小肠造影中尤为困难，因为必须保持高质量图像以检测细微黏膜病变。本文介绍了标准CT小肠造影方案，并总结了各种剂量降低策略的技术与权衡。
标准CT小肠造影技术
标准CT小肠造影方案要求患者摄入中性口服对比剂以扩张肠管并增强肠壁和皱襞的显示。本机构使用0.1% 重量体积比的硫酸钡混悬液。患者在扫描前45、30和15分钟分次饮用2–3瓶450 mL对比剂（总量≤1350 mL）。末次可选用水或硫酸钡混悬液。静脉注射约150 mL碘海醇（欧乃派克300或欧乃派克350），速率4 mL/s，延迟50秒后扫描，可进一步突出黏膜病变。
对于不明原因消化道出血，口服对比剂方案需结合三期扫描：动脉期采用团注触发，肠期和延迟期分别在动脉期后20秒和90秒采集。另一种三期技术包括平扫、动脉期和门静脉期成像。
CT辐射剂量量化
CT剂量指数（CTDI）用于表示扫描范围内中心区域的平均剂量。实际测量中，CTDI通常通过100 mm笔形电离室（CTDI100）在轴扫中获取。外周与中心CTDI100的加权总和定义为CTDIw。容积CTDI（CTDIvol）用于考虑扫描中射线束的重叠或间隙。螺旋扫描中，CTDIvol = CTDIw / 螺距因子，单位是戈瑞（Gy），诊断CT常用毫戈瑞（mGy）。CTDIvol在直径16 cm（头模）和32 cm（体模）的丙烯酸标准模型中测量，便于质量控制和协议比较。需注意，CTDIvol反映CT系统的辐射输出，而非患者实际剂量。可以通过使用体型特异性剂量估算，基于CTDIvol（容积CT剂量指数）计算患者的平均剂量估算值。剂量长度乘积是CTDIvol乘以扫描长度，并以毫戈瑞-厘米为单位表示。
有效剂量，通过计算对辐射敏感的组织和器官中等效剂量的加权总和得出，可用于对不同类型检查的辐射风险进行近似比较。其国际单位制单位为毫希沃特。一种估算有效剂量的方法是直接将剂量长度乘积乘以根据器官剂量与组织权重因子（表1）预先计算得出的转换系数。
标准CT小肠造影（未采用降剂量技术）的有效剂量约为12–20 mSv。三期扫描的有效剂量可高达63 mSv，是标准腹部CT的10倍以上。
低剂量CT小肠造影
扫描范围 —降低辐射剂量的直接方法是尽可能缩短扫描长度。扫描范围与总辐射剂量直接相关，因此，若主要关注小肠成像，可缩小扫描范围以排除肺底、乳腺组织和肝脏顶部。但代价是可能遗漏部分肠外或偶然发现的病变信息。扫描应覆盖会阴部，因为肛周瘘管可能是克罗恩病结肠炎的重要诊断线索，而临床检查可能难以发现。
图1：碘对比度衰减与管电压关系曲线图。相较于120 kVp标准电压，80 kVp时碘对比度提升70%，100 kVp时提升25%。
管电压 —大多数腹部CT扫描采用120 kVp的管电压。然而，近期多项研究表明，降低管电压可减少剂量并提高病灶检出率。降低千伏峰值的原理在于：当X线束的平均能量接近碘的K边缘能量（33 keV）时，碘对比剂的对比分辨率会提高（图1、2）。在CT小肠造影中，低管电压下炎症肠段的黏膜高强化和肠壁分层更明显，从而提升病变肠段的辨识度（图3）。将千伏峰值降至80或100 kVp，可减少16%–30%的辐射剂量。
图3：左侧肛瘘。(a)140 kVp与(b)80 kVp图像对比显示，80 kVp时瘘管壁强化更显著（圆圈处），但存在噪声增加与线束硬化伪影。
图5：患者体型与剂量节约关系曲线。小体型患者可将峰值电压从120 kV降至100 kV甚至80 kV，实现16%-30%的剂量节约。
管电流 —降低CT小肠造影的管电流可使辐射剂量减少25%–50%，且不影响克罗恩病相关炎症的诊断准确性。对于体型较小的患者，维持可接受的图像质量所需的管电流更低，因此CT操作者可基于患者体型优化毫安秒设置以降低剂量。若手动使用技术对照表，需选择固定管电流，并根据不同体型调整毫安秒参数。与千伏峰值类似，多项研究表明，调整毫安秒时，患者厚度（而非体重）是最重要的体型考量因素。
管电流调制与自动曝光控制
患者体型调制 —患者体型调制技术可根据患者体型自动调节管电流。虽然该技术能降低辐射剂量，但由于在整个扫描过程中采用固定电流值，未考虑患者沿纵向（Z轴）的厚度变化，故剂量降低有限。
Z轴调制 —相比之下，Z轴调制技术能够根据患者纵轴方向的衰减变化进行调节。该技术通过定位像推断不同部位的衰减差异，从而自动调节管电流，其目的是减少同一扫描序列内的图像质量差异。
XY轴（角度）调制 —对于单个横截面，角度调制会在X射线管围绕患者旋转时自动根据不同方向调整毫安秒。在患者厚度较大导致衰减更强的角度，电流会增加；在衰减较小的角度，电流会降低。管电流调制可以是完全预设的，可以是使用在线反馈机制近实时发生的，也可以是预设和反馈循环相结合的。预设的管电流调制基于前后位和侧位定位像识别出的患者不对称性，调制会根据这些不对称性定义的限度呈正弦变化(Smart mA [GE 医疗])。在线反馈管电流调制基于X射线管前次旋转的数据(CARE Dose 4D [西门子]；DoseRight剂量调制[飞利浦医疗系统]；SureExposure[东芝医疗系统])。表3总结了四种最常见商业AEC策略的图像质量参考和目标。
千伏选择、管电流调制与体型适应的协同作用
通过千伏选择技术图表或商用千伏选择程序，可确定最剂量高效的千伏值，并调整管电流（毫安秒）以保持碘对比噪声比恒定。若提高可接受的噪声水平（噪声指数）或相应降低每档千伏对应的管电流，可进一步减少剂量。这种组合策略相比单一方法能实现更显著的剂量节约（图6）。
图6：回肠炎伴肠系膜小脓肿。(a,b)采用西门子CARE kV技术联合50%管电流降低后，剂量降至3.49 mGy（箭头：脓肿，箭尖：回肠炎）。(c)应用正弦图确认迭代重建(SAFIRE)后图像质量接近常规剂量。
降噪方法与迭代技术
如前所述，通过降低千伏或毫安秒来减少CT小肠造影辐射剂量时，图像噪声会随之增加。由于放射科医师通常不愿解读常规滤波反投影（FBP）或加权FBP（目前多数扫描仪使用的原始投影数据重建算法）生成的高噪声图像，进一步降低剂量受到限制。传统CT图像重建需要在空间分辨率和图像噪声之间权衡。
图7：降噪技术流程示意图。展示基于模型的迭代重建(MBIR)、自适应统计迭代重建(ASIR)、SAFIRE等投影域降噪技术，与SharpView等图像域降噪技术的应用节点。
目前已开发多种在保持图像锐利度的同时降低噪声的方法。这些降噪策略可应用于CT图像（即常规重建后处理），或需基于投影数据进行图像重建（即在扫描仪的重建系统中完成）（图7）。降噪处理的目的是使低剂量图像的噪声水平接近高剂量图像（图8）。因此，将低剂量CT小肠造影技术与降噪方法结合，可通过维持诊断级图像质量和噪声水平，提高对低剂量采集方案的接受度，从而在保证图像质量的前提下显著降低辐射剂量。
图8：迭代重建原型机验证。(a)半剂量CT(7.5 mGy,140 kVp)，(b)西门子原型机重建图像质量优于a，(c)常规全剂量CT(15 mGy,80/140 kV混合)与b图质量相当。
迭代重建是一种突破性算法，可解耦空间分辨率与图像噪声的关系（图9）。FBP对所有投影数据一视同仁，而迭代重建能精确建模CT系统几何结构，将物理效应（如射线能谱、噪声、线束硬化效应、散射和数据采样不全）纳入重建过程。通过赋予投影数据不同的可信度权重，迭代重建大幅提升了低剂量CT的图像质量。相比FBP，迭代重建能降低噪声、提高空间分辨率并减少伪影，甚至可实现超低剂量（1-2 mSv有效剂量）腹盆部诊断成像。其主要缺点是计算负荷高，需昂贵硬件支持且重建时间较长（可能超过30分钟）。
图9：空间频率-噪声关系曲线。60%滤波反投影(FBP)+40%ASIR混合重建的半剂量CT，其噪声谱与25 mGy全剂量FBP相当。
降噪技术对比
各主流CT厂商均开发了降噪方案。这些方法通常基于迭代优化，但也可能采用其他策略，包括：ASIR（GE）、SAFIRE（Siemens）、图像空间迭代重建（IRIS，Siemens）、自适应迭代剂量降低（AIDR，Toshiba）和iDose（Philips）。
真实迭代重建：MBIR与迭代重建原型 —如GE的Veo等迭代重建原型虽前景广阔，但长重建时间、高性能硬件需求和高成本目前限制其临床应用。
迭代降噪方法：ASIR与SAFIRE —ASIR（GE）和SAFIRE（Siemens）均需使用投影数据，因此依赖原始扫描仪的重建系统。这些方法通过结合FBP与迭代建模，能比真实迭代重建更快完成处理。与低剂量CT技术联用时，可在保持与常规FBP腹部CT相当诊断质量的同时实现显著降噪，从而支持更大幅度的剂量削减（图9）。
图11：30岁女性回盲部克罗恩病（小体型，BMI 18）。(a)常规剂量CT(11 mGy,120 kVp)显示末端回肠强化（箭尖），(b)ASIR低剂量CT(8 mGy)在剂量降低24%下维持诊断质量。
Kambadakone等近期研究了ASIR联合低剂量CT小肠造影在克罗恩病患者中的可行性。使用64排CT扫描仪（Discovery CT750 HD或Lightspeed VCT [GE 医疗]）采集图像，采用基于体重的自动管电流调制（75–100 mAs）。标准剂量检查采用FBP重建（70%病例），降低剂量检查采用ASIR重建（30%）。尽管ASIR重建数据的噪声指数增加1.3倍且剂量降低34.5%，但相比高剂量FBP图像，低剂量ASIR图像仍呈现更优质量。图10与图11展示了同一患者分别采用标准剂量FBP与低剂量ASIR CT小肠造影的图像对比。
SAFIRE先采用锐利卷积核进行FBP重建，再通过迭代循环降噪并保持锐利度。因其仅需一次原始数据重建且迭代过程均在图像空间完成，避免了耗时的重复投影/反投影步骤（图12）。
图12 ：(a)44岁女性SAFIRE重建低剂量CT(3.3 mGy)显示新末端回肠轻度强化（箭头）。(b)FBP与(c)SAFIRE对比显示，后者有效减轻右髋关节置换术伪影（箭头：肛瘘）。
图像空间降噪 —该技术通过线性或非线性滤波器直接处理FBP重建图像。经处理的图像噪声纹理可能改变CT图像外观，使其显得比FBP图像更’平滑’。根据我们的临床经验，尽管降噪图像可能呈现轻微差异，但不会产生伪影（图13、14）。基于图像的降噪方法优势在于其不依赖于特定CT扫描仪的重建系统，可独立处理图像，甚至能对同一放射科内多台扫描仪的图像进行降噪。这对于使用多厂商设备的科室尤为实用。
图14：冠状位低剂量CT：(a)图像域降噪算法重建(5.2 mGy)与(b)常规剂量CT(24.5 mGy)质量相近（剂量降低79%），箭头示回盲部肠壁强化。
投影空间降噪（PSDN）
图15：投影空间降噪(PSDN)效果验证。(a)全剂量CT，(b)PSDN半剂量图像虽轻微模糊但噪声低于a图，(c)未降噪半剂量图像。箭头示克罗恩病导致的回肠强化。
降噪方法的协同应用
图16：降噪技术组合对比。(a)FBP，(b)ASIR+SharpView联合降噪图像最’柔和’但边缘锐利度最低，(c)单一SharpView与(d)单一ASIR效果展示（参数：100 kVp,10 mGy,7 mSv）。
低剂量CT小肠造影的挑战
低剂量CT小肠造影仍面临多重挑战。首先，放射科医师对’可接受图像质量’的判断标准差异显著，难以统一规范。各医疗机构需就噪声水平与降噪方法达成共识，以确立符合实际需求的主观图像质量评价体系。需警惕过度降低剂量可能导致诊断准确性下降的风险。其次，辐射剂量削减方法多样且复杂，例如不同CT系统的千伏选择和管电流调制方案各异，这就要求放射医师或医学物理师必须透彻理解参数调整对辐射剂量的具体影响。最后，尽管降噪技术通常能支持更大程度的剂量降低，但多数方案需要昂贵的专用硬件或软件支持，在当前经济环境下构成显著的实施障碍。
结论
低剂量CT小肠造影可通过多种技术实现，但通常需权衡更高的图像噪声。虽然多数放射科医师不偏好高噪声图像，但通过合理运用管电流降低、AEC或千伏选择技术，仍能保持诊断准确性。降噪方法可基于投影或图像数据以不同策略重建（表4、5），显著改善低剂量/低千伏图像的视觉质量，为进一步剂量优化创造条件。本机构的单期CT小肠造影平均剂量已降低53%-69%（从15-20 mSv降至5-7 mSv）。随着技术进步，ALARA原则的剂量下限将持续下探，未来有望实现更大幅度的安全降剂量。
文章编译自文献：Reducing Radiation Dose in CT Enterography. RadioGraphics 2013; 33:1109–1124 doi:10.1148/rg.334125074