肥胖人群做CT检查，总是效果不好？ 译文
肥胖患者在检查时所面临的问题
肥胖患者在检查时面临最主要的问题是：许多断层扫描设备并不是为肥胖人群所设计的，这些设备无法正常和安全的承载和移动病态肥胖者，导致病人上下设备时间延长，增加医务人员的职业损伤风险。而且，有许多检查因患者过于肥胖无法进入常规的 CT 和 MR 扫描架内而取消，造成病情延误。
肥胖人群需要特殊的 CT 设备条件。比如，需要更多的入射光子来产生足够的信噪比，这会导致辐射量的增加。其次，肥胖患者在 CT 成像时，容易产生多种伪影，这会增加阅片的难度，降低病灶的显示情况，从而导致误诊或漏诊。伪影还会导致重复性检查，使患者受到更多计量的辐射，增加医疗花费。
肥胖患者CT检查条件
总的来说，为了能够对肥胖患者进行检查，要求 CT 设备满足以下条件：
扫描床有足够大的载重极限、足够大的扫描架孔、足够大的扫描野和足够大功率的发电机。
交互重建法、高管电流、高管电压可以减少图像的噪声。
还需要克服多种伪影，如量子斑点、截断伪影和环状伪影等。
最后，还需要特别注意对比剂的使用，包括注射速率、扫描时间和总碘含量等对血管和脏器的强化情况。
针对肥胖人群的 CT 设备要求
目前大多数医疗机构并没有配备可以对肥胖患者进行检查的 CT。对肥胖患者进行检查，要求 CT 设备有足够大的承载能力、宽大的扫描机架、足够大的扫描野和更高的功率的发电机。
以下是一家设备公司提供的 CT 设备的最大参数值，可以用来参考：扫描承载极限，308 kg（680lb）；扫描架直径，85 cm（肿瘤放射扫描仪可达 90 cm）；扫描野，65 cm（肿瘤放射扫描仪可达 85 cm）；管电流，835mA；管电压，140kVp。而且，后处理技术采用的是交互重建算法，这种算法可以获得高质量的图像。
1. 扫描床承载极限是指扫描床可以承担的最大重量。常规 CT 一般承载极限约为 205 kg（450lb）。即使扫描床可以承担住肥胖患者的重量，也无法正常移动进入扫描机架内。最新的 CT 机承载容量增加，床的移动电机也更加有力，可以对重达 308 kg（680lb）的患者进行检查。
2. 扫描架直径是指包括球管、采集系统和探测器在内的环形框架的最大开放直径。较老的 CT 直径一般小于 70 cm，最新的 CT 机直径可达 75~85 cm。但是需要注意的是，扫描床本身就占据了 19 cm 左右的范围。
3. 扫描野是指数据采集区域的大小。扫描野小于机架直径。最新型的 CT 扫描野直径约 50~65 cm。扫描野增大可以包含更多的组织结构。对于肥胖患者来说，扫描野过小会产生截断伪影。
4. 发电机决定了最大管电流和最大管电压。功率不足会导致射线量不足，从而导致图像噪声。不过，现在 CT 机可以产生最大 800mA 的管电流和 140kVp 管电压。
重建方法
1. 滤波反投影法 常规重建方法为滤波反投影法，其优点是计算少，重建速度快。但是，重建阈值会导致图像信息的丢失，所以并不适合肥胖患者的图像重建。
2. 交互重建法 使用精确的数据模型来纠正量子波动，与滤波反投影法相比，可以更好的去处噪声。其缺点是计算多，时间长，但它可以在不影响图像分辨率的情况下减少图像噪声（图 1）。非常适合肥胖患者的 CT 图像重建。
图 1 为滤波反投影法与交互重建法所获得图像噪声对比。（a）滤波反投影法重建；（b）为交互重建法。可见后者明显降低了图像的噪声
肥胖患者 CT 伪影及解决方案
1. 量子斑点和噪声（Quantum Mottle and Noise）
图像噪声或者量子斑点是肥胖患者最常见的图像伪影。增加管电流和管电压可以将这种伪影降到最低（图 2）。量子斑点是由于到达探测器的光子数量不足导致，随着患者体重增加，光子衰减增加，使得量子斑点呈指数的增加。CT 上，噪声是和参与成像的量子的数量呈反比。如果噪声特别严重，特别是沿着某个特定的投影方向上，即为「光子饥饿」现象。
图 2 为不同扫描条件下图像的噪声情况。（a）130mAs 和 80kVp；（b）750mAs 和 120kVp。可见后者的噪声明显降低，病灶清晰显示（箭头）。后者射线量明显大于前者
增加管电流可以增加光子的数目，进而可以直接影响最终达到探测器的光子数目，即参与图像重建的光子。穿过患者的光子数目增加四倍，则噪声可以减少一半。但是代价是，患者接受的辐射剂量增加；管电流增加一倍，则接受的辐射剂量增加一倍（图 3）。
管电流的增加受到系统的热承受力以及 CT 发生器的功率的限制。在对肥胖患者进行扫描时，管电流是最先调节的来减少噪声的参数。现在最新的 CT 机可以根据患者的身体厚度来自动的调节管电流。
图 3 示意图示增加管电流和管电压对光子的影响。（a）电子从阴极向阳极运动，撞击阳极靶后产生 X 线光子（γ）。（b）管电流加倍，与阳极作用的电子加倍，获得的光子加倍。（c）管电压加倍，撞击后产生的光子并不呈线性增加
延长球管每圈的旋转时间，可以增加穿过患者、到达探测器的光子数，从而降低噪声。与管电流类似，患者接受的辐射量也会呈线性增加。而且，这还会导致总扫描时间的延长，患者在扫描过程中很可能会移动，造成移动伪影。
螺距是指球管旋转一圈扫描床所移动的距离与光束准直宽度的比值。螺距越小，扫描床移动速度越慢，到达患者身体的光子数目越多，但是会增加扫描时间和患者接受的辐射剂量。
管电压是指扫描时加载到 X 线球管上的最大电压。管电压增加会使含更高能量的光子数增多，穿透性更好，进而降低噪声。而且，当管电压增加时，球管内轫致辐射相互作用的效率增加。此时，患者接受的辐射量也增加，但不是线性关系（图 3）。而且，管电压增加，图像对比度降低，这是因为管电压和对比度之间呈反比关系。因此，当对图像对比度要求较高时，增加管电压并不合适。
2. 截断和截弃伪影（Truncation and Cropping Artifacts）
当 X 线穿过人体时，衰减发生于位于机架内的所有组织。对于体积较大的肥胖患者，部分组织会超出扫描野，但是图像重建算法只计算扫描野内的组织造成的 X 线衰减。所以，重建图像的周边衰减更明显，造成截断伪影（图 4）。扩大扫描野，将所有的组织包括进来，可以部分克服截断伪影。但是，这样所获得的图像达不到诊断质量，因此只能部分缓解这个问题。
图 4 为截断伪影。（a，b）示 36 岁病态肥胖女性，扫描野外的软组织（图 a 虚线外）造成严重的截断伪影（b 图箭头）。（c，d）示所有的组织都包括在扫描野内，图像没有截断伪影
当重建区域小于扫描野时，患者的部分组织在扫描野内，但未能包含进入重建区域，这就造成截弃伪影。截弃伪影与截断伪影类似，都会造成视野内解剖结构或病变的丢失，如软组织转移、积液、腹壁疝和创伤时的异物等信息丢失（图 5）。
图 5 示截弃伪影。75 岁女性，病态肥胖。皮下软组织和右侧腹壁未在重建野内（图 1 中红色虚线），b 图中箭头示腹壁疝显示不清，容易漏诊。蓝色虚线代表扫描野。C，d 图为同一患者调整位置重新扫描，重建野扩大到与扫描野相同（c 图中蓝色虚线）。腹壁疝显示清晰（图 d 中箭头）。但是图像侧后方仍可见到截断伪影（d 中短箭头）
截弃伪影和截断伪影是肥胖患者 CT 检查常见的问题，可以通过增大重建野和扩大扫描野来解决。这两种伪影不仅会造成病灶信息的丢失，还会增加患者的重复性检查，进而增加患者接受的辐射量。截断矫正算法可以减轻图像周边的环状高密度影。但是，也无法解决扫描野之外的病变丢失问题。
3. 环状伪影（Ring Artifact）
CT 检查时，球管 - 探测器旋转，探测器记录距离旋转中心特定距离运动的量子。探测器校准有 0.1% 的误差时，就会造成沿量子路径的反投影，从而形成环形伪影。环形伪影并不能完全纠正，因为探测器不可能校正到 100% 的精度。
一般情况下，这种伪影是探测不到的，因为很少会出现高噪声和量子饥饿的情况。但肥胖患者进行 CT 检查时，探测器灵敏度微小误差会被量子斑点放大，即使经过扫描校准后，环形伪影也会非常明显（图 6）。图像周围的环形伪影可能并不会影响图像质量，但是，图像中心的环形伪影可以形成「污痕」，遮盖病灶。
图 6 为环状伪影。（a）X 线球管围绕机架旋转，不同角度的γ线在图像中心形成环。b，c 图像示 50 岁肥胖女性 CT 图像上的环状伪影。矢状位上，这个伪影（c 图短箭头）在图像中心形成垂直条纹。d，e 图为同一患者 6 个月后减掉 41 kg 后，环状伪影明显减轻，扫描条件完全相同 减小环形伪影最简单的方法是增加管电压和 / 或管电流，代价是增加了患者的辐射剂量。需要根据厂家指导来对探测器进行校准。自动纠正环状伪影的软件也在开发中。
肥胖患者的增强 CT 检查
肥胖患者进行增强检查时，要求静脉通路能够满足高速注药、精确扫描和目标脏器的高碘含量。可以分为两个部分：血管强化和实质脏器的强化。
影响血管强化的主要因素是心排量和血管内血容量。实质脏器强化主要受运输到目标脏器的总碘含量影响，其次是注药速率。因为肥胖患者的体重较大，血管和间质内液体容量增加，对比剂的强化作用比较特别。如果肥胖患者因肾功能不全无法耐受高剂量的对比剂，则可以选择低管电压下扫描，使碘的 K 值边缘效应最大化，增加衰减系数，从而减少对比剂的使用剂量。
1. 静脉通路
病态肥胖患者因为软组织厚度增加，建立静脉通路可能比较困难。造影剂注射需要高速团注，所以静脉通路应该建立在更靠近中心的、直径较大的静脉，否则小静脉内高速注射造影剂会导致造影剂外渗或静脉损伤。首选肘前静脉或中心静脉。中心静脉注药要早于肘前静脉 4~6s。使用弹丸触发和弹丸追踪软件对于精确扫描非常重要。需要使用专门的短套管，而且管内直径最好是 18 尺或更大。
2. 血管增强
决定中央动脉早期强化的关键参数是心排出量和血管内血容量。血管的强化程度与心排出量呈反比，这是因为血液对团注造影剂的稀释导致。肥胖患者心衰常见，心排量多变，所以通常需要测试扫描来确定最佳扫描时间。
除了心排量外，体重是影响动脉强化的重要因素，体重直接与血容量相关。体重指数较大的患者（血容量较大），由于造影剂稀释作用，使得强化程度下降。其他因素包括血管阻力、血管容量也会影响血管强化情况。由于造影剂稀释，肥胖患者需要更多的造影剂量来达到正常的强化效果。
除了血液的稀释作用外，碘含量也是影响动脉强化程度的决定因素。为了使动脉强化程度更高，并补偿肥胖患者图像的噪声，可以增加造影剂的浓度、注射速度或同时增加二者来实现目标血管横断面上的高碘含量。现在市面上已有的最高浓度为 370，最大主要速度为 6 mL/s，这适用于肥胖患者。此外，弹丸式注射、生理盐水冲洗和准确的扫描时间也是非常重要的。
3. 实质强化
实质强化主要是与运输到目标脏器的总碘量有关，包括血管内和间质内部分。实质脏器的强化主要与造影剂量有关，而不是血流量。因此，即使无法实现高速注药，延长注药时间也可以实现实质脏器的强化。
但是这个原则有个主要的缺点：在肝脏成像时，注药时间过长会影响乏血供病变的显示。乏血供病灶在门静脉期显示最明显，这时肝脏实质的强化可以在病变和肝脏之间造成一个对比。如果注药时间明显延长，CT 图像获取可能会延迟到平衡期，这时，造影剂通过肝动脉循环进入乏血供病灶内，导致病灶与肝脏之间对比下降。
因此，对于肥胖患者，建议固定注药时间，提高注药速度，在平衡期之前将足够的碘运输到目标脏器内。'
以前，造影剂的使用量主要是根据患者体重决定的，体重翻倍，造影剂的量就翻倍。这种算法可能会高估肥胖患者需要的碘剂量，因为肥胖患者脂肪组织的增加大于细胞外容积，这会导致患者肾功能损害的风险增加。对于肥胖患者来说，根据去脂体重或体表面积计算碘剂量会更加准确。
4. 低管电压扫描
另外一个改善肥胖患者血管和实质脏器强化效果的方法是低管电压扫描，而不需要增加造影剂的量（图 7）。使用 100kVp 以下的管电压会使得对比剂的衰减增加，这是因为量子的能量接近于碘的 K 值边缘。
举例，5 mg/ml 的碘剂在 120kVp 的管电压下能达到约 130 HU 的 CT 值，而在 80kVp 的管电压下能达到 205 HU。因此，达到相同强化效果时，80kVp 时所需要的造影剂量要小于 120kVp 时。但是，在肥胖患者中，这个原则并不完全适用，因为低管电压会造成明显图像噪声。
图 7 为不同管电压下血管的强化情况。（a）111 kg52 岁女性，75 ml 对比剂，管电压 120kVp，肺动脉强化 CT 值约 294.2 HU。（b）119 kg47 岁男性，75 ml 对比剂，与 a 中患者注药速度相同，管电压 100kVp，肺动脉强化 CT 值约 407 HU，比 a 中高 38%
总结
随着肥胖人群的增多，肥胖患者的 CT 检查在日常工作中越来越常见。肥胖患者 CT 检查有多方面挑战，对 CT 机的要求，图像重建方法，肥胖相关的伪影，以及增强扫描等问题。