非增強(qiáng)多層螺旋CT低劑量掃描探查尿路微小結(jié)石的研究

蔣黛蒂 曾蒙蘇 虞曉明 郁金惠 錢春鍵 鐘葉 詹青霞

(1.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院青浦分院放射科,上海 201700;2.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院放射科,上海 200032)

尿路結(jié)石是泌尿系統(tǒng)最常見的疾病,對(duì)于尿路結(jié)石的診斷多層螺旋CT(MSCT)在診斷準(zhǔn)確性及檢查效率上均優(yōu)于其他影像學(xué)檢查方法,并且可采用低劑量掃描,因此,目前國(guó)外將非增強(qiáng)螺旋CT(NCHCT)低劑量掃描作為懷疑有尿路結(jié)石的急性腰痛患者的首選檢查方法。在CT廣泛應(yīng)用的今天,減少輻射對(duì)人體的損傷越來越多地受到重視,低劑量檢查技術(shù)和方法正逐步深入研究并應(yīng)用于臨床,本研究是以我國(guó)成人尿路微小結(jié)石為研究對(duì)象,探討應(yīng)用低劑量掃描的可行而且可靠的方法。

1 資料與方法

1.1 材料

1.1.1 成人體徑值測(cè)量 測(cè)量人群為行尿路CT檢查的成人228例,年齡52.99歲(20～80歲),體質(zhì)量≤75 kg,其中男性 131例,女性97例,從獲得的CT圖像上測(cè)量腹盆部骶髂關(guān)節(jié)水平的橫徑均值為321.21 mm,前后徑均值為212.76 mm;尿路掃描覆蓋的長(zhǎng)度(第11胸椎中部至恥骨聯(lián)合中部)均值為328.24 mm。

1.1.2 模型材料 由含骨、脂肪、肌肉成分的豬肉及腎臟組成。結(jié)石源自尿路結(jié)石患者取石得到的草酸鈣結(jié)石,選取2～5 mm 的結(jié)石7枚,其中2枚為2 mm大小。直徑7 mm的注水薄壁塑料管1支模擬輸尿管(7 mm為非擴(kuò)張性輸尿管管徑上限值[1]。

1.1.3 模型制作 將結(jié)石植入到腎和肌肉組織內(nèi),注水管植入到肌肉組織內(nèi),參照測(cè)量的成人體徑形成模型,橫徑為360 mm,前后徑為220 mm。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法 采用GE lightspeed 16 CT機(jī)對(duì)模型進(jìn)行掃描,用常規(guī)掃描參數(shù)：線束16×1.25 mm、120kV、掃描速度 0.8 s?rot-1、300 mA、螺距0.938、層厚5 mm,確定所獲圖像可清楚顯示所有植入的結(jié)石并定位作為結(jié)石診斷的標(biāo)準(zhǔn)和作為評(píng)價(jià)顯示輸尿管擴(kuò)張和微細(xì)結(jié)構(gòu)的參照(圖1A～1D)。低劑量掃描參數(shù)：以線束16×1.25 mm,120 kV,掃描速度 0.5 s?rot-1,層厚5 mm為固定條件,分別變動(dòng)管電流300、200、100、60、30 mA,螺距 0.938、1.375、1.75 進(jìn)行掃描,獲得15個(gè)序列的圖像,以1.25 mm層厚0.625間隔薄層重組的圖像形成多平面重建圖像。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 有效mAs=mA×掃描速度/螺距。輻射劑量：CTDIvol、腹部劑量長(zhǎng)度積(DLP)=CTDIvol×L(掃描覆蓋長(zhǎng)度以測(cè)量的成人均值328.24 mm≈330 mm來測(cè)算)從機(jī)器上自動(dòng)獲得。有效輻射劑量：E=DLP×f(轉(zhuǎn)換系數(shù)0.015)。背景噪聲測(cè)量：在5 mm層厚圖像上選定固定層面、位置,以100 mm2面積,測(cè)量圖像背景噪聲SD。

1.3 評(píng)估

1.3.1 診斷結(jié)石的可靠性評(píng)價(jià) 由2位執(zhí)業(yè)3年和9年的放射診斷醫(yī)師在不知情的情況下,按照輻射劑量由低到高的順序逐個(gè)序列進(jìn)行閱片,獨(dú)立對(duì)結(jié)石的有無、位置、數(shù)目進(jìn)行判斷,所得結(jié)論與標(biāo)準(zhǔn)圖像結(jié)果核對(duì),確定準(zhǔn)確率。

1.3.2 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 以圖像能否顯示7 mm水管和肌肉內(nèi)細(xì)小紋理來判斷輸尿管是否擴(kuò)張和能否區(qū)分尿路與相鄰組織結(jié)構(gòu)關(guān)系作為評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量能否滿足診斷需要的標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用統(tǒng)計(jì)SPSS 11.5分析軟件檢驗(yàn),Kappa值為0.897,大于0.75,表示一致性較好。

2 結(jié) 果

2.1 結(jié)石判斷的評(píng)價(jià) 2位閱片者之間判斷結(jié)石的結(jié)果,當(dāng)管電流為30 mA時(shí),對(duì)2 mm大小的結(jié)石不能或較難做出判斷;當(dāng)管電流為60 mA時(shí),對(duì)所有結(jié)石均能做出正確判斷,準(zhǔn)確率為100%。

2.2 模型圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.2.1 管電流為30 mA 、螺距 0.938、1.375、1.75和管電流為60 mA、螺距1.375、1.75的5個(gè)低劑量序列,圖像顯示不出肌肉內(nèi)細(xì)小紋理;水管在軸位、矢狀位上雖可辨認(rèn),但模糊;在冠狀位上難以辨認(rèn);偽影、顆粒明顯影響對(duì)組織結(jié)構(gòu)的觀察,不能用于診斷(圖2A～2D)。

2.2.2 管電流為60 mA、螺距0.938和管電流100 mA、螺距1.375、1.75的3個(gè)低劑量序列,圖像尚可顯示肌肉內(nèi)細(xì)小紋理;水管在軸位、矢狀位上顯示清楚,在冠狀位上尚可辨認(rèn);偽影、顆粒在軸位、矢狀位上基本不影響對(duì)組織結(jié)構(gòu)的觀察,在冠狀位上對(duì)組織的觀察有一定程度影響(圖3A～3D)。

2.2.3 輻射劑量CTDIvol高于上述序列的圖像均能清楚顯示肌肉內(nèi)細(xì)小紋理、水管,偽影、顆粒不影響對(duì)組織的觀察,能滿足診斷需要(圖4A～4D)。

2.3 臨床病例應(yīng)用圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 將管電流為60 mA 、螺距0.938和管電流100 mA、螺距 1.375、1.75的3個(gè)低劑量序列應(yīng)用到尿路結(jié)石檢查的病例中,評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量基本可滿足診斷需要;3個(gè)序列對(duì)比,0.938螺距圖像顆粒相對(duì)小,軟組織結(jié)構(gòu)相對(duì)細(xì)膩。參考上述掃描參數(shù)設(shè)定在120 kv、0.5 s?rot-1、0.938螺距條件下,應(yīng)用球管自適應(yīng)調(diào)節(jié)程序,噪聲指數(shù)18、管電流范圍60～100 mA進(jìn)行低劑量掃描,所獲圖像同樣可滿足診斷需要(圖5A～5D)。

2.4 不同的掃描參數(shù)下噪聲和劑量之間的關(guān)系(見表1、圖6～7)

2.5 噪聲、劑量、螺距及圖像質(zhì)量的關(guān)系 表1、圖6顯示,在kV、掃描速度、螺距(pitch)不變的情況下,輻射劑量與 mA成正比;在 kV、掃描速度、mA不變的情況下,螺距與輻射劑量成反比。表1、圖7顯示,在相同掃描條件下,螺距不同產(chǎn)生的噪聲不同,大小依次為 1.375、1.75、0.938;在相同輻射劑量的情況下,產(chǎn)生噪聲由大到小螺距依次為1.375、0.938、1.75;隨著劑量在一定范圍內(nèi)減低,噪聲也逐漸緩慢增大,當(dāng)劑量降低到某個(gè)節(jié)點(diǎn)以下,噪聲將徒然增大。表1、圖6、7與圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)照,輻射劑量CTDIvol小于2 mGy的序列,圖像質(zhì)量不能用于診斷,背景噪聲超過20;輻射劑量CTDIvol在2～4 mGy的序列,圖像質(zhì)量基本可滿足診斷,按平均掃描覆蓋范圍推算的有效輻射劑量小于2 mSv,背景噪聲在17～20;輻射劑量CTDIvol在4 mGy以上的序列,圖像均能滿足診斷需要,其中有效輻射劑量小于3 mSv的序列為120 kV、0.5 s?rot-1、100 mA 、螺距 0.938和200 mA、螺距1.75。

表1 不同掃描參數(shù)下,噪聲和劑量的關(guān)系

3 討 論

3.1 非增強(qiáng)螺旋CT低劑量掃描在尿路結(jié)石診斷中的應(yīng)用價(jià)值 隨著MSCT的問世,其高分辨力、快速、掃描范圍廣、多視角觀察病變等諸多優(yōu)勢(shì)使其在臨床得到更廣泛的應(yīng)用。NCHCT腎、輸尿管結(jié)石影像檢查是尿石癥影像學(xué)最重要的進(jìn)展。螺旋CT的特點(diǎn)在于能檢出微小結(jié)石和陰性結(jié)石。在NCHCT圖像上所有結(jié)石均呈高密度,即使是密度最低的尿酸結(jié)石CT值也達(dá)291 Hu,密度較高的草酸鈣結(jié)石CT值為443 Hu[2],因此在尿路平片不能顯示的陰性結(jié)石,如尿酸、黃嘌呤和胱氨酸結(jié)石都可以被檢測(cè)出。螺旋CT機(jī)的高對(duì)比分辨率達(dá)到0.35～0.6 mm,容易檢出微小結(jié)石,因此NCHCT診斷腎、輸尿管結(jié)石的敏感性、特異性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于靜脈尿路造影(IVU)、尿路平片及超聲檢查。Tilo等[3]總結(jié)文獻(xiàn)報(bào)道常規(guī)劑量CT診斷尿路結(jié)石敏感性和特異性分別為94%～100%和97%,IVU的結(jié)石檢出率約為70%～90%,常規(guī)X線檢出率為50%～70%,敏感性和特異性分別為57%和71%,超聲檢查對(duì)輸尿管結(jié)石檢出率只有50%～60%。超聲探查腎微小結(jié)石實(shí)驗(yàn)研究顯示,3～5 mm結(jié)石診斷敏感性為83.3%,陽性預(yù)測(cè)值為74.5%;1～3 mm敏感性和陽性預(yù)測(cè)值分別為41.4%和34.3%[4]。

NCHCT在圖像顯示上明顯優(yōu)于其他影像學(xué)檢查方法,除了能準(zhǔn)確確定結(jié)石大小和位置,還能很好顯示結(jié)石引起的繼發(fā)性改變,如結(jié)石周圍軟組織邊緣(邊緣征)、腎積水、輸尿管擴(kuò)張等,能更準(zhǔn)確地描繪尿路結(jié)石;同時(shí)在探查尿石癥的過程中,CT能經(jīng)常發(fā)現(xiàn)或排除造成急性腰部疼痛的原因,這些對(duì)臨床治療起著重要的指導(dǎo)作用。

NCHCT檢查腎、輸尿管結(jié)石具有安全、費(fèi)時(shí)少、操作簡(jiǎn)便、無需造影劑和不受腎功能影響等特點(diǎn),Pfister等〔5〕對(duì) NCHCT和 IVU 診斷尿路結(jié)石進(jìn)行評(píng)價(jià),NCHCT輻射劑量高于IVU,但在診斷效率上占優(yōu)勢(shì)。有關(guān)低劑量掃描在尿路結(jié)石檢查中的應(yīng)用已有不少文獻(xiàn)報(bào)道,Tilo等[3]對(duì)7篇低劑量CT文獻(xiàn)進(jìn)行了分析,結(jié)果低劑量CT診斷尿石癥的敏感性和特異性分別為96.6%和94.9%,與常規(guī)劑量CT無顯著差異,因此推薦使用低劑量CT掃描作為疑似尿石癥的首選檢查方法。另外NCHCT能預(yù)測(cè)結(jié)石成分,以幫助醫(yī)師選擇合適的治療方法,國(guó)外一些醫(yī)療中心已經(jīng)用NCHCT代替其他影像技術(shù)。在臨床上,直徑小于5 mm的輸尿管結(jié)石絕大部分能夠自行排出,采取保守治療;對(duì)于直徑小于5 mm的無癥狀性腎結(jié)石,可以暫時(shí)不作特別的處理,但是需要定期復(fù)查以了解結(jié)石的變化情況。本研究針對(duì)我國(guó)成人體質(zhì)量、體徑不同于國(guó)外的情況,以小于75 kg體質(zhì)量的人群的骶髂關(guān)節(jié)水平的體徑值作為研究對(duì)象,對(duì)低劑量MSCT探查尿路微小結(jié)石的掃描參數(shù)進(jìn)行了分析,其結(jié)果為可滿足診斷需要的最低的輻射劑量范圍為 CTDIvol在 2～4 mGy,掃描參數(shù)為120 kV 、0.5 s?rot-1,60 mA 、螺距0.938和 100 mA 、螺距1.375、1.75,有效輻射劑量＜2 mSv,背景噪聲17.12～20.06。利用機(jī)器的自適應(yīng)裝置制定個(gè)性化的低劑量掃描參數(shù),噪聲指數(shù)設(shè)定為18,mA范圍為60～100 mA,螺距0.938也可滿足診斷需要。

3.2 如何制定低劑量掃描計(jì)劃優(yōu)化掃描參數(shù)探查尿路結(jié)石 CT輻射防護(hù)的原則是,在滿足臨床要求的前提下,使受照射劑量保持在合理的盡可能低的水平。在制定低劑量掃描計(jì)劃時(shí),首先要明確圖像應(yīng)提供滿足診斷需要所必需的信息,并非是顯示所有可能顯示的信息。作為急腹癥探查尿路結(jié)石的檢查方法,圖像應(yīng)能保證檢出尿路微小結(jié)石,同時(shí)顯示結(jié)石引起的繼發(fā)性征象,并能區(qū)分出泌尿系內(nèi)外的病變。降低輻射劑量可采用的方法有降低管電壓、管電流、增大螺距、使用各種調(diào)制技術(shù),選擇何種的方法視受檢人群不同和受檢組織的特點(diǎn)而合理應(yīng)用。

本組受檢人群為我國(guó)75 kg體質(zhì)量以下的成人,對(duì)于成人而言體徑較厚降低管電壓將使X線的穿透力下降,其后果是吸收的輻射比率增加,所以不采用降低管電壓的方法。本組采用固定管電壓,降低管電流的方法,從圖6顯示mA下降與輻射劑量減低成正比,圖7顯示在一定范圍內(nèi),mA下降、劑量降低而噪聲下降幅度小,對(duì)圖像質(zhì)量影響小,尤其是高對(duì)比度結(jié)石的顯示幾乎不受影響,本組評(píng)價(jià)用于探查尿路微小結(jié)石的最低的輻射劑量范圍為CTDIvol 2～4 mGy,mA范圍為60～100 mA。

通過增大螺距可降低輻射劑量,劑量與螺距成反比關(guān)系;而螺距對(duì)噪聲的影響為非線形關(guān)系。余曉鍔等[6]研究顯示,在螺旋掃描狀態(tài)下,螺距改變時(shí),噪聲也有一定程度的變化,當(dāng)螺距小于1時(shí),噪聲較小;當(dāng)螺距等于1時(shí),噪聲增大;當(dāng)螺距等于 2,噪聲又有一定程度的下降,當(dāng)螺距等于2時(shí),噪聲明顯增大。若想通過改變螺距減低劑量時(shí)要考慮對(duì)噪聲的影響。本研究結(jié)果顯示(圖7)在管電壓、管電流、掃描速度相同的情況下,0.938螺距噪聲最小,其次為1.75螺距,1.375螺距噪聲最大;在劑量相同的情況下,1.75螺距噪聲最小,其次為0.938螺距,1.375螺距的噪聲最大,因此通常不采用1.375螺距掃描。如用作急腹癥探查尿路結(jié)石時(shí),要求圖像既要能檢出結(jié)石,還要對(duì)軟組織結(jié)構(gòu)能夠區(qū)分進(jìn)行鑒別診斷,則采用0.938螺距;若僅用于觀察結(jié)石,如隨訪、復(fù)查,則可采用1.75螺距,劑量相對(duì)降低。值得注意的是對(duì)某些機(jī)型,如Sensation 16層和64層螺旋CT機(jī)采用了mAs自動(dòng)調(diào)整技術(shù),當(dāng)螺距變化時(shí)它會(huì)自動(dòng)調(diào)整mA保持輻射劑量不變,保證圖像質(zhì)量,因此改變螺距將不會(huì)降低劑量。

隨著技術(shù)的發(fā)展,螺旋CT機(jī)均配置了各種調(diào)制技術(shù),在掌握了掃描參數(shù)、劑量、噪聲在不同組織中的變化規(guī)律的基礎(chǔ)上應(yīng)用各種調(diào)制技術(shù)能使檢查更合理、個(gè)性化。本組研究應(yīng)用于急腹癥探查尿路結(jié)石的自動(dòng)調(diào)制參數(shù)為噪聲指數(shù)18,管電流范圍60～100 mA,120 kV、掃描速度 0.5 s?rot-1、螺距0.938。由于不同機(jī)型調(diào)制技術(shù)不同,要求設(shè)置的參數(shù)不同,本組研究結(jié)果來自于GE lightspeed 16CT機(jī),數(shù)據(jù)僅供參考。

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