貓腎臟CT多期增強掃描技術(shù)研究

郭譯文,廖 云,蔣懷德,周振雷,楊德吉,趙艷兵,鄧立新,史超穎,姚大偉*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物醫(yī)學(xué)院獸醫(yī)影像診斷中心,江蘇 南京 210095;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物醫(yī)學(xué)院,河南 鄭州 450046;3.新瑞鵬寵物醫(yī)療集團艾貝爾動物醫(yī)學(xué)中心,江蘇 南京 210046)

腎臟是機體重要的代謝器官之一,同時負(fù)責(zé)尿液的生成與排出。臨床上血清生化檢查及尿常規(guī)檢查是常用的實驗室檢查方法,但各指標(biāo)結(jié)果僅可以對腎臟損傷程度及尿液成分做出提示,無法確診疾病類型,因此需要借助影像學(xué)技術(shù)對腎臟疾病進行針對性的檢查。由于腹腔內(nèi)軟組織結(jié)構(gòu)較多,X線平片天然對比度差,通常需要進行排泄性尿路造影以增加對比度,但耗時較長,又屬于二維平面圖像,因此無法直接地呈現(xiàn)病灶情況[1],且不能通過分析增強情況來對腫瘤疾病進行鑒別診斷。多層螺旋CT檢查耗時短、成像快,通過圖像后處理技術(shù)能立體直觀地展現(xiàn)腎臟的解剖結(jié)構(gòu)、形態(tài),評估排泄功能,同時可以顯示解剖變異、腫瘤或先天性疾病與正常腎臟的關(guān)系。CT平掃時若病變組織密度與正常組織類似,則存在漏診的可能,此時同樣需要通過造影以提高組織間的對比,同時根據(jù)造影后影像特征綜合判斷疾病類型。對于一些腫瘤性疾病,可以通過各期增強掃描上不同的強化方式及程度,來對不同種類的腫瘤進行鑒別診斷[2-4]。目前,國內(nèi)獸醫(yī)臨床上缺少貓腎臟CT檢查的相關(guān)研究,特別是造影增強掃描檢查,導(dǎo)致所獲得的影像質(zhì)量參差不齊,無法做出明確診斷,進而失去了CT檢查的意義。本研究對貓腎臟CT平掃及多期增強掃描檢查技術(shù)進行研究,選擇出合適的造影劑劑量,明確了泌尿系統(tǒng)多期增強掃描的延遲時間,規(guī)范了貓腎臟CT多期增強掃描造影檢查的流程。

1 材料與方法

1.1 動物健康貓10只,其中雌性7只,雄性3只,體質(zhì)量(2.5～5.0) kg,年齡1～4歲。肉眼無可見外傷,血常規(guī)和血液生化檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常。實驗貓均飼養(yǎng)在通風(fēng)好、環(huán)境明亮、干凈整潔的房間。

1.2 主要設(shè)備及藥品X射線計算機斷層攝影設(shè)備supria 32排16層(日立)、高壓注射泵Zenith-C11(深圳市信冠機電有限公司)、碘海醇(碘濃度350 mg I/mL,福安藥業(yè)集團寧波天衡制藥有限公司)、舒眠寧(本實驗室制備[5])。

1.3 動物麻醉麻醉前試驗貓禁食6 h,為使膀胱充盈從而方便檢查,可不禁水。麻醉前15 min硫酸阿托品按0.05 mg/kg肌肉注射。前肢頭靜脈埋置24 G留置針,舒眠寧按照0.03 mL/kg體質(zhì)量靜脈注射。

1.4 CT平掃試驗貓麻醉后俯臥于檢查床,兩前肢向前伸展位于頭部兩側(cè),兩后肢向后伸展或自然屈曲,位于檢查床中間。激光定位線分別位于試驗貓正中矢狀面和冠狀面中央,基線位于第十二胸椎。掃描參數(shù)為:管電壓120 kV,管電流200 mA,掃描層厚2.5 mm,球管旋轉(zhuǎn)時間0.75 s,螺距1.062 5,軟組織窗算法窗寬350 HU,窗位40 HU。掃描范圍為第一腰椎中間至左腎后極,掃描模式為容積掃描。

1.5 確定最佳造影條件優(yōu)化造影劑劑量:350,400,450,500 mg I/kg,注射速率:3,4 mL/s。評價不同造影劑劑量及注射速率對造影效果的影響。首先進行腹部CT平掃,選擇腎盂輸尿管出口處橫斷面作為檢測層,如圖1所示,此橫斷面可同時測量主動脈、腎皮質(zhì)、腎髓質(zhì)及腎盂的CT值。經(jīng)前肢頭靜脈注射造影劑,然后注射生理鹽水(1 mL/kg),注射速率同碘海醇。CT掃描和造影劑推注同時啟動,從開始注射造影劑起,每0.75 s掃描1次檢測層,連續(xù)監(jiān)測75 s,掃描模式為動態(tài)掃描。掃描條件:電壓120 KV,電流200 mA,球管旋轉(zhuǎn)時間0.75 s,層厚1.25 mm。

1.主動脈;2.腎皮質(zhì);3.腎髓質(zhì);4.腎盂;LK.左腎;RK.右腎;SP.脾臟

掃描完成后,在檢測層斷面上于主動脈中心和腎皮質(zhì)、腎髓質(zhì)、腎盂放置圓形感興趣區(qū)(region of interest,ROI),測量各部位的CT值(圖1圓圈所示)。以掃描時間作為橫坐標(biāo),CT值作為縱坐標(biāo),繪制時間—密度曲線(time-density curve,TDC)。統(tǒng)計造影前、后主動脈、腎皮質(zhì)CT值。主動脈造影前CT值:掃描開始后至造影劑到達主動脈前所有CT值的平均值;主動脈造影后CT值:主動脈CT峰值附近較高8個時間點的CT值的平均值。腎皮質(zhì)造影前CT值:掃描開始后至造影劑到達腎皮質(zhì)前所有時間點的CT值的平均值;腎皮質(zhì)造影后CT值:造影后腎皮質(zhì)CT峰值附近較高8個時間點的CT值的平均值。計算主動脈、腎皮質(zhì)CT增強值(ΔCT=造影后CT值-造影前CT值)。通過比較主動脈及腎皮質(zhì)ΔCT值確定最佳造影劑量。最佳造影劑劑量及注射速率選擇標(biāo)準(zhǔn):基于對血管重建的需求,選擇主動脈、腎皮質(zhì)ΔCT值最大的組別,在ΔCT值差異不顯著的情況下,考慮到高劑量造影劑對腎臟功能的影響以及高注射速率對血管及心功能的影響,選擇造影劑劑量和注射速率最小的組別作為最佳造影劑注射速率標(biāo)準(zhǔn)。

1.6 確定腎臟多期增強掃描延遲時間使用最佳造影劑劑量及注射速率對試驗貓進行動態(tài)掃描,方法同1.5。分別在動態(tài)掃描結(jié)束后1,2,3 min進行容積掃描,此時掃描范圍為第一腰椎中段至膀胱頸,觀察腎盂和膀胱的顯影情況。測量主動脈、腎皮質(zhì)、腎髓質(zhì)及腎盂的CT值,以掃描時間作為橫坐標(biāo),CT值作為縱坐標(biāo),繪制時間—密度曲線。統(tǒng)計腎皮質(zhì)達峰時間(TCP)(從注射造影劑開始到腎皮質(zhì)CT值最大時所需時間)、腎皮質(zhì)與腎髓質(zhì)CT值相近的起始時間(TNP)(從注射造影劑開始到腎皮質(zhì)與腎髓質(zhì)CT值交點前后14個CT值相近時間點的起始時間),并觀察造影劑排泄至腎盂及膀胱的情況。計算(TCP)、(TNP)與(T注射)的差值(ΔTCP/ΔTNP)。其中T注射=造影劑劑量(mg I/kg)/造影劑濃度(mg I/mL)×體質(zhì)量(kg)/注射速率(mL/s)+體質(zhì)量(kg)×生理鹽水劑量(1 mL/kg)/注射速率(mL/s),即造影劑注射所需時間與生理鹽水注射所需時間總和,最終結(jié)果精確至個位(s)。本研究所用造影劑劑量為450 mg I/kg,碘濃度為350 mg I/mL。根據(jù)上述結(jié)果確定掃描延遲時間,T皮髓期延遲=T注射+ΔTCP;T實質(zhì)期延遲=T注射+ΔTNP;T排泄期延遲為造影劑到達腎盂時間;T膀胱期延遲為造影劑到達膀胱時間。

2 結(jié)果

2.1 最佳造影條件分析采用不同的造影劑劑量及注射速率進行動態(tài)掃描,獲得造影前后主動脈、腎皮質(zhì)CT值,并計算ΔCT值,結(jié)果如表1所示:相同注射速率下,造影劑劑量越大,主動脈及腎皮質(zhì)的ΔCT值越大。350與400 mg I/kg組主動脈、腎皮質(zhì)ΔCT值無顯著性差異(P>0.05),且顯著低于450和500 mg I/kg組(P<0.05),同時450和500 mg I/kg組主動脈ΔCT值無顯著性差異(P>0.05);相同造影劑劑量下,3和4 mL/s主動脈、腎皮質(zhì)ΔCT無顯著性差異。因此,兼顧主動脈ΔCT值較大的同時降低造影劑劑量,以及考慮到較高的注射速率給貓血管帶來的負(fù)擔(dān),最終選定注射速率3 mL/s、造影劑劑量為450 mg I/kg為后續(xù)試驗的CT造影條件。

表1 不同造影條件下主動脈、腎皮質(zhì)CT增強值(ΔCT)

2.2 腎臟時間—密度曲線特征采用最佳造影劑劑量(450 mg I/kg)、注射速率(3 mL/s)進行動態(tài)掃描,獲得感興趣區(qū)域的時間—密度曲線,如圖2所示:主動脈平均達峰時間為9.3 s(范圍8.0～10.0 s),平均CT值峰值為796.80 HU,峰值持續(xù)時間較短,達峰后CT值迅速下降,平均強化時長為10.0 s;主動脈CT值于15.0 s后緩慢下降,最終保持在(100.00±10.00) HU。腎皮質(zhì)的增強稍晚于主動脈,達峰時間平均為14.0 s(范圍12.0～16.5 s),峰值持續(xù)時間稍長于主動脈,平均強化時長為16.0 s,但強化程度遠(yuǎn)低于主動脈,平均CT值峰值約為205.63 HU,達峰后CT值緩慢下降,最后平衡期時穩(wěn)定在(130.00±10.00) HU,略高于主動脈。腎皮質(zhì)增強后腎髓質(zhì)立即增強,約在34.0 s時腎髓質(zhì)CT值與腎皮質(zhì)相同,此時兩者CT值差距最小,而后CT值稍高于腎皮質(zhì),平衡期CT值與腎皮質(zhì)相同,為(130.00±10.00) HU,略高于主動脈。腎盂CT值前期呈緩慢上升趨勢,且CT值低于腎髓質(zhì),約在36.0 s時CT值高于腎皮質(zhì),在38.0 s 時CT值高于腎髓質(zhì),最終CT值穩(wěn)定于(210.00±10.00) HU,高于平衡期的主動脈、腎皮質(zhì)及腎髓質(zhì)。

圖2 貓腎臟時間—密度曲線

2.3 多期增強掃描延遲時間分析采用最佳造影劑劑量(450 mg I/kg)、注射速率(3 mL/s)進行動態(tài)掃描,獲得感興趣區(qū)的CT值。統(tǒng)計TCP與T注射的差值ΔTCP、TNP與T注射的差值ΔTNP。結(jié)果得出:ΔTCP平均為11 s,ΔTNP平均為26 s。由于不同貓機體水合狀態(tài)、心輸出量不同,為了避免錯過最佳皮髓期的掃描,因此皮髓期掃描時間可為腎皮質(zhì)達峰前1 s。動態(tài)掃描檢測時長為75 s,在每次動態(tài)掃描后1 min時進行容積掃描,發(fā)現(xiàn)此時造影劑已達到腎盂;動態(tài)掃描后3 min時進行容積掃描,發(fā)現(xiàn)此時造影劑已達到膀胱。

本試驗最終結(jié)果如表2所示:在動物機體水合狀態(tài)較好、心率為(120～200) 次/min的條件下:T皮髓期延遲=T注射+ΔTCP-1 s,即T皮髓期延遲=T注射+10 s;T實質(zhì)期延遲=T注射+ΔTNP,即T實質(zhì)期延遲=T注射+26 s;T排泄期延遲=2 min;T膀胱期延遲=4 min。當(dāng)動物心率低于100,同時機體水合狀態(tài)較差時,可適當(dāng)將皮髓期延遲時間增加1 s,實質(zhì)期延遲時間增加2 s。

表2 各期延遲時間

2.4 多期增強掃描各期影像表現(xiàn)皮髓期:造影劑經(jīng)主動脈流入腎動脈,再經(jīng)皮質(zhì)毛細(xì)血管和腎小管周圍間隙,滲透到近端的腎皮質(zhì)小管,此時為皮髓期。影像表現(xiàn)為腎皮質(zhì)強化明顯,其增強程度遠(yuǎn)大于腎髓質(zhì),兩者有明顯的界限,可以很好地被區(qū)分。腎盂呈現(xiàn)為低密度,同時輸尿管及膀胱內(nèi)均不可見造影劑(圖3b)。

腎實質(zhì)期:造影劑繼續(xù)經(jīng)皮質(zhì)血管、細(xì)胞外間質(zhì)間隙、亨利氏環(huán)和收集管流出,此時腎髓質(zhì)得到強化,腎皮質(zhì)強化程度有所下降,使得腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)兩者邊界變得模糊。影像表現(xiàn)為腎實質(zhì)整體出現(xiàn)均勻的強化,而腎盂未得到強化,仍呈現(xiàn)為低密度,此時輸尿管、膀胱內(nèi)不可見造影劑(圖3c)。

排泄期:造影劑在該期聚集于腎盂及腎盞,使得兩者強化明顯。腎皮質(zhì)及腎髓質(zhì)處于平衡期,但CT值較造影前仍有增強,腎實質(zhì)整體表現(xiàn)為均勻低強化狀態(tài)。由于腎臟的代謝,輸尿管開口處得到明顯強化(圖3d)。

膀胱期:隨著機體進一步代謝,膀胱內(nèi)可見造影劑,同時輸尿管內(nèi)也可見造影劑聚積,使其較造影前更好追蹤。

3 討論

CT檢查對腎臟和腎區(qū)的占位性病變有較高的敏感性,可以進行定位及定性診斷。臨床醫(yī)學(xué)上有相關(guān)研究表明:腎臟良性腫瘤CT增強模式則以“快進慢出”為主,腎臟惡性腫瘤CT增強模式以“快進快出”為主[6],且不同類型的腎細(xì)胞癌呈現(xiàn)出不同的影像特征[7]。影響貓腎臟CT造影增強的主要因素包括造影劑用量、造影劑濃度及注射速率。

a.造影前;b.皮髓期;c.實質(zhì)期;d.排泄期;1.主動脈;2.腎皮質(zhì);3.腎髓質(zhì);4.腎盞;5.腎盂;6.后腔靜脈;7.輸尿管

3.1 造影劑用量有相關(guān)理論指出:當(dāng)討論CT值的變化時,應(yīng)優(yōu)先考慮使用的碘總量,而不是對比劑總量或?qū)Ρ葎舛萚8]。因此在優(yōu)化腎臟的造影劑用量時,將單位設(shè)置為mg I/kg。由于腎皮質(zhì)在皮髓期的強化明顯,如果使用較高劑量的造影劑,存在掩蓋富血供腫瘤的風(fēng)險[8];又因為造影劑最終經(jīng)腎臟代謝,且對腎臟具有一定的腎毒性[9],因此腎臟造影時應(yīng)避免使用過高劑量的造影劑。本研究根據(jù)相關(guān)參考文獻[10-12],將造影劑劑量設(shè)定為350,400,450,500 mg I/mL 4組。由于本研究未探究腎動脈期,因此對腎動脈的評估基于后續(xù)的腎血管重建,這就要求主動脈的ΔCT值較大。研究得出450,500 mg I/mL的主動脈ΔCT值均大于500 HU,滿足血管重建需求,在兩者無顯著性差異的情況下,最終選擇低劑量(450 mg I/mL)作為造影條件。本研究中使用的造影劑為非離子型造影劑碘海醇,經(jīng)靜脈注射給藥。碘海醇隨著血流分布全身,最終排泄到尿液中,通過尿液排出體外;非離子型造影劑的滲透壓較離子型溶液顯著降低,毒副反應(yīng)也相對較小,生物安全性較大[13]。

3.2 造影劑濃度臨床醫(yī)學(xué)上有文獻研究表明,較高的造影劑濃度及較快的注射流速可能對腎臟血流的顯影有更好地幫助[14-15]。但貓的體質(zhì)量與人相差過大,與犬亦不相同,除特定品種貓如緬因貓為大體型貓外,其余貓體型相近且體質(zhì)量相差不大,基本在8 kg以下。獸醫(yī)臨床常用的造影劑濃度分別為300及350 mg I/mL,兩者濃度相近,又由于貓的體質(zhì)量較輕,使得2種造影劑用量近乎相同,因此本研究并未探討不同造影劑濃度對貓腎臟造影的影響,同時選定350 mg I/mL作為試驗用的濃度,與相關(guān)文獻使用濃度相同[16-18]。當(dāng)臨床醫(yī)生選用低濃度造影劑時,可以適當(dāng)增加注射速率以保持碘流率不變(1 050 mg I/s),此時TDC也不會改變,依然適用本試驗得出的延遲時間。

3.3 注射速率臨床醫(yī)學(xué)上常用腎臟造影注射速率為(3～5) mL/s[19-20]。由于貓血管較細(xì),過快的注射速率可能導(dǎo)致壓力過大,從而使造影劑泄露,影響造影質(zhì)量,本研究最終在3與4 mL/s的注射速率間進行探究。結(jié)果得出:3 mL/s時主動脈及腎皮質(zhì)ΔCT值均大于4 mL/s,且兩者間無顯著性差異,因此最終選擇低注射速率(3 mL/s)作為造影條件,該結(jié)論與相關(guān)研究所用注射速率相同[21]。本研究固定了造影劑濃度(350 mg I/mL)以及注射速率(3 mL/s),即固定了碘流率(1 050 mg I/s),由于體質(zhì)量不同,每只貓所用的碘總量不同,所用注射時間各不相同,達峰時間也會變化。因此在探究多期增強掃描延遲時間時,將注射時間這一概念引入。

3.4 延遲時間腎臟CT多期增強掃描分為4個階段:腎動脈期、皮髓期、實質(zhì)期及排泄期。由于所使用的CT排數(shù)較低,導(dǎo)致掃描時間過長,本研究省略腎動脈期,最終分為皮髓期、實質(zhì)期與排泄期三期。皮髓期利于檢出富血供腫瘤、評估腫瘤的血管分布等。在1項針對犬腎延遲掃描的研究中提出:皮髓期即腎皮質(zhì)與腎髓質(zhì)CT值相差最大的時刻[22],該期特點為主動脈增強,同時腎皮質(zhì)的增強程度大于腎髓質(zhì),這說明皮髓期最佳掃描時間在腎皮質(zhì)達峰時。為增強皮髓期掃描的容錯性,本研究選取腎皮質(zhì)平均達峰時間前1 s為皮髓期掃查時間。實質(zhì)期有利于檢出皮髓交界處病變、髓質(zhì)病變等,對小的實質(zhì)病變也有較高靈敏度。該期影像表現(xiàn)為腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)均勻強化,是兩者強化程度差距較小的一段時間。排泄期有利于評估腎代謝功能、輸尿管堵塞及腫瘤病變等,一般在造影劑注射2 min 后進行該期的掃描。膀胱期掃描范圍涵蓋泌尿系統(tǒng)所有器官,通過觀察膀胱內(nèi)造影劑情況來初步評估其排泄功能。可以在造影前適當(dāng)對患病貓進行補液,完善機體水合狀態(tài),達到更理想的造影效果同時降低造影劑對腎臟的影像。若患病貓體況較差,心率較低,皮髓期可在理論基礎(chǔ)上加1 s,實質(zhì)期可在理論基礎(chǔ)上加2 s。若4 min后仍未在膀胱內(nèi)發(fā)現(xiàn)造影劑,則提示該貓代謝能力存在一定異常。

綜上所述,貓腎臟CT多期增強掃描最佳條件為:造影劑劑量450 mg I/kg、注射速率3 mL/s。T皮髓期延遲=T注射+10 s,T實質(zhì)期延遲=T注射+26 s,T排泄期延遲=2 min,T膀胱期延遲=4 min。同時建議在造影前后對患病貓進行適當(dāng)?shù)难a液,避免因體況較差影響造影質(zhì)量,并加快動物蘇醒。本研究中暫未發(fā)現(xiàn)有試驗貓造影后出現(xiàn)不良反應(yīng),但臨床中仍需注意造影劑腎病發(fā)生的可能。