Stellar光子探測器雙源CT大螺距泌尿系排泄期成像的臨床應(yīng)用

孫 昊，薛華丹，金征宇，王 萱，陳 鈺，何泳藍(lán)，張大明，朱 亮，王 沄，齊 冰，徐 凱，王 明

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院放射科，北京100730

CT泌尿系成像 (CT urography，CTU)已取代排泄性尿路造影，成為診斷泌尿系病變的一線影像學(xué)檢查方法［1-2］。CTU包括多期成像，歐洲泌尿生殖放射學(xué)會指南［3］建議三期掃描方案，即平掃、注射對比劑后腎實(shí)質(zhì)期和排泄期。CTU掃描范圍較大，各期均包括腹盆部，故此放射劑量較大，可達(dá)20 mSv，較排泄性尿路造影提高約70%［4］。使用管電流自動調(diào)節(jié)技術(shù)后，CTU檢查的放射劑量盡管有所下降但仍較高，男、女性患者的有效放射劑量分別約為8.8 mSv和11.7 mSv［5］。由于CTU可全面、清晰、一站式地評價(jià)泌尿系統(tǒng)病變，其臨床應(yīng)用日趨廣泛，檢查數(shù)量逐漸增加［6-7］，因此在保證圖像診斷質(zhì)量的同時(shí)進(jìn)一步降低CTU檢查的放射劑量成為臨床和放射科醫(yī)師尤為關(guān)注的問題。降低CT檢查中的管電壓和管電流可以有效降低放射劑量，但會導(dǎo)致圖像噪聲上升，影響圖像質(zhì)量［8］。提高掃描螺距可以明顯縮短檢查中X線曝光時(shí)間，進(jìn)而降低放射劑量［9］。近期投入市場的Stellar光子探測器雙源雙能量CT，可以有效降低電子噪聲，螺距值最大可達(dá)3.2，次探測器直徑可提高到33 cm。本研究就低管電壓、低管電流Stellar光子探測器雙源CT大螺距泌尿系排泄期成像的圖像質(zhì)量和放射劑量進(jìn)行研究，評價(jià)其臨床應(yīng)用的可行性。

對象和方法

對象及分組2012年1月至2013年1月在北京協(xié)和醫(yī)院接受Stellar光子探測器雙源CT泌尿系成像檢查的患者100例，其中，男60例，女40例，平均年齡 (52±19)歲 (18～85歲)(A組)。2010年8月至9月在北京協(xié)和醫(yī)院接受雙源CT泌尿系成像檢查的患者100例，其中，男66例，女34例，平均年齡(55±16)歲 (18～82歲)(B組)。臨床檢查適應(yīng)證包括血尿、腎積水、泌尿系結(jié)石、泌尿系占位性病變及既往罹患泌尿系腫瘤復(fù)查等;排除標(biāo)準(zhǔn)包括碘對比劑過敏，嚴(yán)重心、肺、肝、腎功能不全，孕婦及屏氣時(shí)間小于10 s等。本研究經(jīng)北京協(xié)和醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

檢查方法A組采用西門子Stellar光子探測器FLASH雙源CT(Siemens Somatom Definition Flash Dual-source CT，Stellar探測器，德國)?；颊呷⊙雠P位，先行常規(guī)腹盆部屏氣定位相，然后行腹盆部平掃，平掃完成后，在患者肘前靜脈埋置18G套管針 (德國Braun公司)，用雙筒高壓注射器以4.5 ml/s的速度注入100 ml非離子對比劑碘帕醇 (碘必樂，Iopamiro，上海博萊科信誼藥業(yè)有限責(zé)任公司)300 mgI/ml，注射前將對比劑加熱至37℃以降低對比劑的黏滯性和對穿刺靜脈的刺激性。對比劑注射完畢后再以相同速度注射100 ml生理鹽水。延遲70 s行腎實(shí)質(zhì)期雙能量掃描，然后延遲480 s行大螺距排泄期掃描。三期掃描范圍均為膈頂至恥骨聯(lián)合水平。大螺距排泄期掃描參數(shù):管電壓80 kV，開啟CARE Dose 4D及CARE kV，參考管電流92 mAs，掃描管電流28～92 mAs，劑量減低水平選擇“11血管”，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.28 s，準(zhǔn)直128×0.6 mm，螺距3.0，視野330 mm，濾波反投影圖像重建算法，重建層厚7 mm，重建間距7 mm，Kernal值 B30f medium smooth。

B組采用西門子FLASH雙源CT(Siemens Somatom Definition Flash Dual-source CT，常規(guī)探測器，德國)。大螺距排泄期掃描參數(shù):管電壓100 kV，開啟CARE Dose 4D，參考管電流140 mAs，掃描管電流46～196 mAs，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間 0.28 s，準(zhǔn)直 128×0.6 mm，螺距3.0，視野330 mm，濾波反投影圖像重建算法，重建層厚1 mm，重建間距1 mm，Kernal值B30f medium smooth。余掃描程序及注射對比劑同A組。

圖像分析由1位具有7年臨床診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師進(jìn)行圖像分析，其對每例患者采用的檢查方法并不知曉。使用西門子圖像后處理工作站 (Siemens Syngo Workstation)“3D”軟件，調(diào)入排泄期層厚及間隔均為1 mm的圖像，后處理得到泌尿系統(tǒng)三維后處理圖像，包括多平面重組 (multiplanar reformation，MPR)、最大密度投影 (maximum intensity projection，MIP)以及容積再現(xiàn) (volume rendering technique，VRT)圖像。將上泌尿系分為3個(gè)節(jié)段:腎內(nèi)集合系統(tǒng)、髂嵴上方的近段輸尿管和髂嵴下方的遠(yuǎn)段輸尿管，研究者評價(jià)上泌尿系的MIP和VRT圖像，對上泌尿系3個(gè)節(jié)段進(jìn)行充盈程度評分［10］，0分代表“無對比劑充盈”，1分代表“少于50%的節(jié)段為對比劑充盈”，2分代表“50%至75%的節(jié)段為對比劑充盈”，3分代表“大于75%的節(jié)段為對比劑充盈” (圖1)。采用富士影像歸檔和通信系統(tǒng) (picture archiving and communication systems，PACS)工作站 (Synapse，日本)，調(diào)入層厚及間隔均為1 mm的排泄期軸位圖像，在右腎動脈水平測量上腹部前后徑及左右徑，計(jì)算患者身體厚度=前后徑+左右徑［11］(圖2)。于雙側(cè)腎盂和輸尿管中段水平測量排泄期泌尿系內(nèi)對比劑CT值，感興趣區(qū) (region of interest，ROI)應(yīng)盡可能大［12］(圖3)。于腎門水平患者前、左、后方記錄背景空氣CT值的標(biāo)準(zhǔn)差，取平均值定義為圖像噪聲。CT掃描設(shè)備自動生成每例患者檢查中的放射劑量數(shù)值，包括容積 CT劑量指數(shù) (volume CT dose index，CTDIvol，單位:mGy)和劑量長度乘積 (dose length product，DLP，單位:mGyydcm)，依據(jù)換算公式計(jì)算有效劑量 (effective dose，ED，單位:mSv)，ED=DLP×Κ，轉(zhuǎn)換因子Κ=0.015 mSv·mGy-1·cm-1。

圖1 上泌尿系節(jié)段充盈程度評分Fig 1 Opacification evaluation of the ureter

圖2 測量右腎動脈水平上腹部前后徑及左右徑，計(jì)算患者身體厚度=前后徑+左右徑Fig 2 Patient body thickness was calculated as the sum of the anteroposterior and mediolateral patient thickness at the level of the renal arteries

圖3 雙側(cè)腎盂 (A)和輸尿管中段水平 (B)測量排泄期泌尿系內(nèi)對比劑CT值Fig 3 Measurement of contrast media CT value in urinary tract at the level of bilateral renal pelvis(A)and middle segment of ureter(B)

統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用χ2檢驗(yàn)和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩組患者的一般資料，包括性別、年齡、體重指數(shù)(body mass index，BMI)、身體厚度、泌尿系數(shù)目以及泌尿系積水?dāng)?shù)目;采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較兩組患者間泌尿系各節(jié)段充盈程度;采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩組患者間泌尿系各節(jié)段對比劑CT值、圖像噪聲和放射劑量;P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

全部患者均順利完成雙源CT泌尿系成像檢查，未出現(xiàn)明顯不適、并發(fā)癥及過敏反應(yīng)。兩組患者一般情況，包括性別、年齡、BMI、身體厚度、泌尿系數(shù)目以及泌尿系積水?dāng)?shù)目間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P均＞0.05)(表1)。兩組患者腎內(nèi)集合系統(tǒng)和輸尿管充盈程度間差異也無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P均＞0.05)。A組患者各泌尿系節(jié)段內(nèi)對比劑CT值明顯高于B組 (P均＜0.01)，兩組間的圖像噪聲差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P＞0.05)(表2)。A組患者的放射劑量，包括CTDIvol、DLP和ED均明顯低于B組 (P均＜0.01)(表3)。

表1 兩組患者一般資料比較 (n=100)Table 1 Comparison of general data between two groups(n=100)

表2 兩組患者泌尿系充盈程度、CT值和圖像噪聲比較 (n=100，x±s)Table 2 Comparison of urinary tract opacification，CT value，and image noise between two groups(n=100，x±s)

表3 兩組患者放射劑量比較 (n=100)Table 3 Comparison of radiation dose between two groups(n=100)

討 論

CTU具有掃描速度快、掃描范圍大、采集層厚薄、Z軸分辨率高等特點(diǎn)，檢查前患者無需特殊準(zhǔn)備，不需腹部壓迫，舒適性佳，基本不受腸管積氣和腸內(nèi)容物影響，可在患者一次屏氣周期內(nèi)完成自膈頂至盆底全部泌尿系統(tǒng)掃描，后處理功能強(qiáng)大，能從多個(gè)層面、多個(gè)角度使用不同處理方法清晰顯示病變，有利于病變檢出及術(shù)前評估［1-3］。在CTU排泄期薄層圖像上診斷病變的關(guān)鍵，是運(yùn)用不同窗寬窗位技術(shù)顯示泌尿系內(nèi)高密度對比劑背景下的充盈缺損。由于CTU檢查掃描期相較多，掃描范圍大，故放射劑量較大［4-7］。降低CT檢查中的管電壓、提高掃描螺距均可有效降低放射劑量，但會導(dǎo)致圖像噪聲上升，影響圖像質(zhì)量［8-9］。因此在CTU排泄期檢查中，如何在降低放射劑量的同時(shí)減少圖像噪聲，具有重要的臨床意義。

常規(guī)探測器中光電二極管與模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)在芯片的不同區(qū)域，探測器閃爍層物質(zhì)將X線轉(zhuǎn)換為可見光，然后經(jīng)由光電二極管、多級放大器、積分器、電容器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器等多個(gè)步驟，最終將可見光轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在信號的光電轉(zhuǎn)化和傳遞過程中發(fā)生弱化并產(chǎn)生電子噪聲。Stellar光子探測器為集成回路探測器，采用專用的集成電路光子芯片，將模數(shù)轉(zhuǎn)換的全部過程整合于單個(gè)芯片中，明顯縮短路徑、減少信號損耗和散熱，從而減小電子噪聲并提高信噪比。因此理論上應(yīng)用Stellar光子探測器可以在較低放射劑量檢查中，減小圖像噪聲，保持圖像質(zhì)量。

本研究設(shè)計(jì)上，考慮到兩組間患者在一般情況包括性別、年齡、BMI、身體厚度、泌尿系數(shù)目以及泌尿系積水?dāng)?shù)目等方面可能存在差異，在結(jié)果分析時(shí)首先對患者一般情況進(jìn)行了評價(jià)，發(fā)現(xiàn)不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異，這就除外了可能會影響兩組間圖像質(zhì)量和放射劑量的個(gè)體因素。CTU排泄期成像中，泌尿系充盈程度和對比劑CT值是影響診斷準(zhǔn)確性的重要因素［10］。采用傳統(tǒng)探測器進(jìn)行低管電壓掃描時(shí)，含碘對比劑CT值較高，放射劑量降低，但圖像噪聲明顯升高，影響圖像質(zhì)量［11］。本研究發(fā)現(xiàn)，使用Stellar光子探測器、管電壓80 kV、螺距3.0行CTU排泄期掃描，與使用普通探測器、管電壓100 kV、螺距3.0行CTU排泄期掃描相比，兩組患者腎內(nèi)集合系統(tǒng)和輸尿管充盈程度相近，圖像噪聲無明顯差異，而使用Stellar光子探測器組泌尿系內(nèi)對比劑CT值明顯高于使用普通探測器組。使用管電壓80 kV進(jìn)行掃描時(shí)，大螺距CTU排泄期泌尿系內(nèi)對比劑CT值較高，充盈程度相當(dāng)，有助于泌尿系內(nèi)病變的檢出，而放射劑量僅為普通探測器掃描組的1/3，說明Stellar光子探測器上應(yīng)用低劑量掃描方案行大螺距CTU排泄期掃描可以保證診斷圖像質(zhì)量，其具有重要的臨床意義。隨著CT檢查數(shù)量的逐年增加，CT相關(guān)的放射劑量暴露明顯上升［13］，Stellar光子探測器為減低CT放射劑量提供了新的途徑。

本研究還存在一些局限性。首先，本研究未評價(jià)CTU排泄期腹盆部實(shí)質(zhì)器官CT值、噪聲和圖像質(zhì)量等參數(shù)，但CTU檢查的適應(yīng)證主要為血尿，多為泌尿系內(nèi)病變，CTU排泄期主要評價(jià)泌尿系內(nèi)病變，對于腹盆部實(shí)質(zhì)器官病變應(yīng)主要在CTU腎實(shí)質(zhì)期評價(jià)。其次，由于兩組患者為不同群體，故未評價(jià)Stellar光子探測器可否提高泌尿系病變顯示能力。今后可能的研究方向包括將Stellar光子探測器、低管電壓與管電壓自動調(diào)節(jié)技術(shù)、迭代重建等相結(jié)合，研究低放射劑量掃描對于全身各密度差異較大器官的平掃和增強(qiáng)圖像質(zhì)量，以及針對肥胖、金屬內(nèi)植入物、無法配合屏氣等特殊患者的低劑量掃描。

綜上，Stellar光子探測器雙源CT大螺距泌尿系排泄期成像中，泌尿系充盈較好，泌尿系內(nèi)對比劑CT值較高，圖像噪聲無升高，且放射劑量明顯減低，因而其具有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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