非增强多层螺旋CT低剂量扫描探查尿路微小结石的研究

蒋黛蒂 曾蒙苏 虞晓明 郁金惠 钱春键 钟叶 詹青霞

(1.复旦大学附属中山医院青浦分院放射科,上海 201700;2.复旦大学附属中山医院放射科,上海 200032)

尿路结石是泌尿系统最常见的疾病,对于尿路结石的诊断多层螺旋CT(MSCT)在诊断准确性及检查效率上均优于其他影像学检查方法,并且可采用低剂量扫描,因此,目前国外将非增强螺旋CT(NCHCT)低剂量扫描作为怀疑有尿路结石的急性腰痛患者的首选检查方法。在CT广泛应用的今天,减少辐射对人体的损伤越来越多地受到重视,低剂量检查技术和方法正逐步深入研究并应用于临床,本研究是以我国成人尿路微小结石为研究对象,探讨应用低剂量扫描的可行而且可靠的方法。

1 资料与方法

1.1 材料

1.1.1 成人体径值测量 测量人群为行尿路CT检查的成人228例,年龄52.99岁(20～80岁),体质量≤75 kg,其中男性 131例,女性97例,从获得的CT图像上测量腹盆部骶髂关节水平的横径均值为321.21 mm,前后径均值为212.76 mm;尿路扫描覆盖的长度(第11胸椎中部至耻骨联合中部)均值为328.24 mm。

1.1.2 模型材料 由含骨、脂肪、肌肉成分的猪肉及肾脏组成。结石源自尿路结石患者取石得到的草酸钙结石,选取2～5 mm 的结石7枚,其中2枚为2 mm大小。直径7 mm的注水薄壁塑料管1支模拟输尿管(7 mm为非扩张性输尿管管径上限值[1]。

1.1.3 模型制作 将结石植入到肾和肌肉组织内,注水管植入到肌肉组织内,参照测量的成人体径形成模型,横径为360 mm,前后径为220 mm。

1.2 方法

1.2.1 检查方法 采用GE lightspeed 16 CT机对模型进行扫描,用常规扫描参数：线束16×1.25 mm、120kV、扫描速度 0.8 s◦rot-1、300 mA、螺距0.938、层厚5 mm,确定所获图像可清楚显示所有植入的结石并定位作为结石诊断的标准和作为评价显示输尿管扩张和微细结构的参照(图1A～1D)。低剂量扫描参数：以线束16×1.25 mm,120 kV,扫描速度 0.5 s◦rot-1,层厚5 mm为固定条件,分别变动管电流300、200、100、60、30 mA,螺距 0.938、1.375、1.75 进行扫描,获得15个序列的图像,以1.25 mm层厚0.625间隔薄层重组的图像形成多平面重建图像。

1.2.2 统计数据 有效mAs=mA×扫描速度/螺距。辐射剂量：CTDIvol、腹部剂量长度积(DLP)=CTDIvol×L(扫描覆盖长度以测量的成人均值328.24 mm≈330 mm来测算)从机器上自动获得。有效辐射剂量：E=DLP×f(转换系数0.015)。背景噪声测量：在5 mm层厚图像上选定固定层面、位置,以100 mm2面积,测量图像背景噪声SD。

1.3 评估

1.3.1 诊断结石的可靠性评价 由2位执业3年和9年的放射诊断医师在不知情的情况下,按照辐射剂量由低到高的顺序逐个序列进行阅片,独立对结石的有无、位置、数目进行判断,所得结论与标准图像结果核对,确定准确率。

1.3.2 图像质量评价 以图像能否显示7 mm水管和肌肉内细小纹理来判断输尿管是否扩张和能否区分尿路与相邻组织结构关系作为评价图像质量能否满足诊断需要的标准。

1.4 统计学处理 采用统计SPSS 11.5分析软件检验,Kappa值为0.897,大于0.75,表示一致性较好。

2 结 果

2.1 结石判断的评价 2位阅片者之间判断结石的结果,当管电流为30 mA时,对2 mm大小的结石不能或较难做出判断;当管电流为60 mA时,对所有结石均能做出正确判断,准确率为100%。

2.2 模型图像质量评价

2.2.1 管电流为30 mA 、螺距 0.938、1.375、1.75和管电流为60 mA、螺距1.375、1.75的5个低剂量序列,图像显示不出肌肉内细小纹理;水管在轴位、矢状位上虽可辨认,但模糊;在冠状位上难以辨认;伪影、颗粒明显影响对组织结构的观察,不能用于诊断(图2A～2D)。

2.2.2 管电流为60 mA、螺距0.938和管电流100 mA、螺距1.375、1.75的3个低剂量序列,图像尚可显示肌肉内细小纹理;水管在轴位、矢状位上显示清楚,在冠状位上尚可辨认;伪影、颗粒在轴位、矢状位上基本不影响对组织结构的观察,在冠状位上对组织的观察有一定程度影响(图3A～3D)。

2.2.3 辐射剂量CTDIvol高于上述序列的图像均能清楚显示肌肉内细小纹理、水管,伪影、颗粒不影响对组织的观察,能满足诊断需要(图4A～4D)。

2.3 临床病例应用图像质量评价 将管电流为60 mA 、螺距0.938和管电流100 mA、螺距 1.375、1.75的3个低剂量序列应用到尿路结石检查的病例中,评价图像质量基本可满足诊断需要;3个序列对比,0.938螺距图像颗粒相对小,软组织结构相对细腻。参考上述扫描参数设定在120 kv、0.5 s◦rot-1、0.938螺距条件下,应用球管自适应调节程序,噪声指数18、管电流范围60～100 mA进行低剂量扫描,所获图像同样可满足诊断需要(图5A～5D)。

2.4 不同的扫描参数下噪声和剂量之间的关系(见表1、图6～7)

2.5 噪声、剂量、螺距及图像质量的关系 表1、图6显示,在kV、扫描速度、螺距(pitch)不变的情况下,辐射剂量与 mA成正比;在 kV、扫描速度、mA不变的情况下,螺距与辐射剂量成反比。表1、图7显示,在相同扫描条件下,螺距不同产生的噪声不同,大小依次为 1.375、1.75、0.938;在相同辐射剂量的情况下,产生噪声由大到小螺距依次为1.375、0.938、1.75;随着剂量在一定范围内减低,噪声也逐渐缓慢增大,当剂量降低到某个节点以下,噪声将徒然增大。表1、图6、7与图像质量评价结果对照,辐射剂量CTDIvol小于2 mGy的序列,图像质量不能用于诊断,背景噪声超过20;辐射剂量CTDIvol在2～4 mGy的序列,图像质量基本可满足诊断,按平均扫描覆盖范围推算的有效辐射剂量小于2 mSv,背景噪声在17～20;辐射剂量CTDIvol在4 mGy以上的序列,图像均能满足诊断需要,其中有效辐射剂量小于3 mSv的序列为120 kV、0.5 s◦rot-1、100 mA 、螺距 0.938和200 mA、螺距1.75。

表1 不同扫描参数下,噪声和剂量的关系

3 讨 论

3.1 非增强螺旋CT低剂量扫描在尿路结石诊断中的应用价值 随着MSCT的问世,其高分辨力、快速、扫描范围广、多视角观察病变等诸多优势使其在临床得到更广泛的应用。NCHCT肾、输尿管结石影像检查是尿石症影像学最重要的进展。螺旋CT的特点在于能检出微小结石和阴性结石。在NCHCT图像上所有结石均呈高密度,即使是密度最低的尿酸结石CT值也达291 Hu,密度较高的草酸钙结石CT值为443 Hu[2],因此在尿路平片不能显示的阴性结石,如尿酸、黄嘌呤和胱氨酸结石都可以被检测出。螺旋CT机的高对比分辨率达到0.35～0.6 mm,容易检出微小结石,因此NCHCT诊断肾、输尿管结石的敏感性、特异性远远优于静脉尿路造影(IVU)、尿路平片及超声检查。Tilo等[3]总结文献报道常规剂量CT诊断尿路结石敏感性和特异性分别为94%～100%和97%,IVU的结石检出率约为70%～90%,常规X线检出率为50%～70%,敏感性和特异性分别为57%和71%,超声检查对输尿管结石检出率只有50%～60%。超声探查肾微小结石实验研究显示,3～5 mm结石诊断敏感性为83.3%,阳性预测值为74.5%;1～3 mm敏感性和阳性预测值分别为41.4%和34.3%[4]。

NCHCT在图像显示上明显优于其他影像学检查方法,除了能准确确定结石大小和位置,还能很好显示结石引起的继发性改变,如结石周围软组织边缘(边缘征)、肾积水、输尿管扩张等,能更准确地描绘尿路结石;同时在探查尿石症的过程中,CT能经常发现或排除造成急性腰部疼痛的原因,这些对临床治疗起着重要的指导作用。

NCHCT检查肾、输尿管结石具有安全、费时少、操作简便、无需造影剂和不受肾功能影响等特点,Pfister等〔5〕对 NCHCT和 IVU 诊断尿路结石进行评价,NCHCT辐射剂量高于IVU,但在诊断效率上占优势。有关低剂量扫描在尿路结石检查中的应用已有不少文献报道,Tilo等[3]对7篇低剂量CT文献进行了分析,结果低剂量CT诊断尿石症的敏感性和特异性分别为96.6%和94.9%,与常规剂量CT无显著差异,因此推荐使用低剂量CT扫描作为疑似尿石症的首选检查方法。另外NCHCT能预测结石成分,以帮助医师选择合适的治疗方法,国外一些医疗中心已经用NCHCT代替其他影像技术。在临床上,直径小于5 mm的输尿管结石绝大部分能够自行排出,采取保守治疗;对于直径小于5 mm的无症状性肾结石,可以暂时不作特别的处理,但是需要定期复查以了解结石的变化情况。本研究针对我国成人体质量、体径不同于国外的情况,以小于75 kg体质量的人群的骶髂关节水平的体径值作为研究对象,对低剂量MSCT探查尿路微小结石的扫描参数进行了分析,其结果为可满足诊断需要的最低的辐射剂量范围为 CTDIvol在 2～4 mGy,扫描参数为120 kV 、0.5 s◦rot-1,60 mA 、螺距0.938和 100 mA 、螺距1.375、1.75,有效辐射剂量＜2 mSv,背景噪声17.12～20.06。利用机器的自适应装置制定个性化的低剂量扫描参数,噪声指数设定为18,mA范围为60～100 mA,螺距0.938也可满足诊断需要。

3.2 如何制定低剂量扫描计划优化扫描参数探查尿路结石 CT辐射防护的原则是,在满足临床要求的前提下,使受照射剂量保持在合理的尽可能低的水平。在制定低剂量扫描计划时,首先要明确图像应提供满足诊断需要所必需的信息,并非是显示所有可能显示的信息。作为急腹症探查尿路结石的检查方法,图像应能保证检出尿路微小结石,同时显示结石引起的继发性征象,并能区分出泌尿系内外的病变。降低辐射剂量可采用的方法有降低管电压、管电流、增大螺距、使用各种调制技术,选择何种的方法视受检人群不同和受检组织的特点而合理应用。

本组受检人群为我国75 kg体质量以下的成人,对于成人而言体径较厚降低管电压将使X线的穿透力下降,其后果是吸收的辐射比率增加,所以不采用降低管电压的方法。本组采用固定管电压,降低管电流的方法,从图6显示mA下降与辐射剂量减低成正比,图7显示在一定范围内,mA下降、剂量降低而噪声下降幅度小,对图像质量影响小,尤其是高对比度结石的显示几乎不受影响,本组评价用于探查尿路微小结石的最低的辐射剂量范围为CTDIvol 2～4 mGy,mA范围为60～100 mA。

通过增大螺距可降低辐射剂量,剂量与螺距成反比关系;而螺距对噪声的影响为非线形关系。余晓锷等[6]研究显示,在螺旋扫描状态下,螺距改变时,噪声也有一定程度的变化,当螺距小于1时,噪声较小;当螺距等于1时,噪声增大;当螺距等于 2,噪声又有一定程度的下降,当螺距等于2时,噪声明显增大。若想通过改变螺距减低剂量时要考虑对噪声的影响。本研究结果显示(图7)在管电压、管电流、扫描速度相同的情况下,0.938螺距噪声最小,其次为1.75螺距,1.375螺距噪声最大;在剂量相同的情况下,1.75螺距噪声最小,其次为0.938螺距,1.375螺距的噪声最大,因此通常不采用1.375螺距扫描。如用作急腹症探查尿路结石时,要求图像既要能检出结石,还要对软组织结构能够区分进行鉴别诊断,则采用0.938螺距;若仅用于观察结石,如随访、复查,则可采用1.75螺距,剂量相对降低。值得注意的是对某些机型,如Sensation 16层和64层螺旋CT机采用了mAs自动调整技术,当螺距变化时它会自动调整mA保持辐射剂量不变,保证图像质量,因此改变螺距将不会降低剂量。

随着技术的发展,螺旋CT机均配置了各种调制技术,在掌握了扫描参数、剂量、噪声在不同组织中的变化规律的基础上应用各种调制技术能使检查更合理、个性化。本组研究应用于急腹症探查尿路结石的自动调制参数为噪声指数18,管电流范围60～100 mA,120 kV、扫描速度 0.5 s◦rot-1、螺距0.938。由于不同机型调制技术不同,要求设置的参数不同,本组研究结果来自于GE lightspeed 16CT机,数据仅供参考。

1 熊燕,邓开鸿.低剂量MSCT尿路造影对非扩张性输尿管的显示与测量[J].华西医学,2006,12(4)：736-737.

2 Nakada SY,Hoff DG,A ttai S,et al.Determination of stone composition by non contrast spiral computed tomography in technical setting[J].Urology,2000,55(4)：816-819.

3 Tilo N,T hilo K,Georg B.Diagnostic Perfo rmance of Low-Dose CT for the Detection of Urolithiasis：A Meta-Analysis[J].Am J Roentgenol,2008,191(8)：396-401.

4 陈运洪,邵永富.超声诊断微小肾结石可靠性的实验研究[J].中华超声影像学杂志,2000,9(2)：123-124.

5 Pfister SA,Deckart A,Laschke S,et al.Unenhanced helical computed tomography vs intravenous urog raphy in patients with acute flank pain：accuracy and economic impact in a randomized prospective trial[J].Eur Radiol,2003,13(11)：2513-2520.

6 余晓锷,林意群,杨金城,等.不同螺距对螺旋CT图像噪声影响的实验研究[J].中国医学物理学杂志,1999,16(4)：218-219.