Stellar光子探测器双源CT大螺距泌尿系排泄期成像的临床应用

孙 昊，薛华丹，金征宇，王 萱，陈 钰，何泳蓝，张大明，朱 亮，王 沄，齐 冰，徐 凯，王 明

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科，北京100730

CT泌尿系成像 (CT urography，CTU)已取代排泄性尿路造影，成为诊断泌尿系病变的一线影像学检查方法［1-2］。CTU包括多期成像，欧洲泌尿生殖放射学会指南［3］建议三期扫描方案，即平扫、注射对比剂后肾实质期和排泄期。CTU扫描范围较大，各期均包括腹盆部，故此放射剂量较大，可达20 mSv，较排泄性尿路造影提高约70%［4］。使用管电流自动调节技术后，CTU检查的放射剂量尽管有所下降但仍较高，男、女性患者的有效放射剂量分别约为8.8 mSv和11.7 mSv［5］。由于CTU可全面、清晰、一站式地评价泌尿系统病变，其临床应用日趋广泛，检查数量逐渐增加［6-7］，因此在保证图像诊断质量的同时进一步降低CTU检查的放射剂量成为临床和放射科医师尤为关注的问题。降低CT检查中的管电压和管电流可以有效降低放射剂量，但会导致图像噪声上升，影响图像质量［8］。提高扫描螺距可以明显缩短检查中X线曝光时间，进而降低放射剂量［9］。近期投入市场的Stellar光子探测器双源双能量CT，可以有效降低电子噪声，螺距值最大可达3.2，次探测器直径可提高到33 cm。本研究就低管电压、低管电流Stellar光子探测器双源CT大螺距泌尿系排泄期成像的图像质量和放射剂量进行研究，评价其临床应用的可行性。

对象和方法

对象及分组2012年1月至2013年1月在北京协和医院接受Stellar光子探测器双源CT泌尿系成像检查的患者100例，其中，男60例，女40例，平均年龄 (52±19)岁 (18～85岁)(A组)。2010年8月至9月在北京协和医院接受双源CT泌尿系成像检查的患者100例，其中，男66例，女34例，平均年龄(55±16)岁 (18～82岁)(B组)。临床检查适应证包括血尿、肾积水、泌尿系结石、泌尿系占位性病变及既往罹患泌尿系肿瘤复查等;排除标准包括碘对比剂过敏，严重心、肺、肝、肾功能不全，孕妇及屏气时间小于10 s等。本研究经北京协和医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

检查方法A组采用西门子Stellar光子探测器FLASH双源CT(Siemens Somatom Definition Flash Dual-source CT，Stellar探测器，德国)。患者取仰卧位，先行常规腹盆部屏气定位相，然后行腹盆部平扫，平扫完成后，在患者肘前静脉埋置18G套管针 (德国Braun公司)，用双筒高压注射器以4.5 ml/s的速度注入100 ml非离子对比剂碘帕醇 (碘必乐，Iopamiro，上海博莱科信谊药业有限责任公司)300 mgI/ml，注射前将对比剂加热至37℃以降低对比剂的黏滞性和对穿刺静脉的刺激性。对比剂注射完毕后再以相同速度注射100 ml生理盐水。延迟70 s行肾实质期双能量扫描，然后延迟480 s行大螺距排泄期扫描。三期扫描范围均为膈顶至耻骨联合水平。大螺距排泄期扫描参数:管电压80 kV，开启CARE Dose 4D及CARE kV，参考管电流92 mAs，扫描管电流28～92 mAs，剂量减低水平选择“11血管”，球管旋转时间0.28 s，准直128×0.6 mm，螺距3.0，视野330 mm，滤波反投影图像重建算法，重建层厚7 mm，重建间距7 mm，Kernal值 B30f medium smooth。

B组采用西门子FLASH双源CT(Siemens Somatom Definition Flash Dual-source CT，常规探测器，德国)。大螺距排泄期扫描参数:管电压100 kV，开启CARE Dose 4D，参考管电流140 mAs，扫描管电流46～196 mAs，球管旋转时间 0.28 s，准直 128×0.6 mm，螺距3.0，视野330 mm，滤波反投影图像重建算法，重建层厚1 mm，重建间距1 mm，Kernal值B30f medium smooth。余扫描程序及注射对比剂同A组。

图像分析由1位具有7年临床诊断经验的放射科医师进行图像分析，其对每例患者采用的检查方法并不知晓。使用西门子图像后处理工作站 (Siemens Syngo Workstation)“3D”软件，调入排泄期层厚及间隔均为1 mm的图像，后处理得到泌尿系统三维后处理图像，包括多平面重组 (multiplanar reformation，MPR)、最大密度投影 (maximum intensity projection，MIP)以及容积再现 (volume rendering technique，VRT)图像。将上泌尿系分为3个节段:肾内集合系统、髂嵴上方的近段输尿管和髂嵴下方的远段输尿管，研究者评价上泌尿系的MIP和VRT图像，对上泌尿系3个节段进行充盈程度评分［10］，0分代表“无对比剂充盈”，1分代表“少于50%的节段为对比剂充盈”，2分代表“50%至75%的节段为对比剂充盈”，3分代表“大于75%的节段为对比剂充盈” (图1)。采用富士影像归档和通信系统 (picture archiving and communication systems，PACS)工作站 (Synapse，日本)，调入层厚及间隔均为1 mm的排泄期轴位图像，在右肾动脉水平测量上腹部前后径及左右径，计算患者身体厚度=前后径+左右径［11］(图2)。于双侧肾盂和输尿管中段水平测量排泄期泌尿系内对比剂CT值，感兴趣区 (region of interest，ROI)应尽可能大［12］(图3)。于肾门水平患者前、左、后方记录背景空气CT值的标准差，取平均值定义为图像噪声。CT扫描设备自动生成每例患者检查中的放射剂量数值，包括容积 CT剂量指数 (volume CT dose index，CTDIvol，单位:mGy)和剂量长度乘积 (dose length product，DLP，单位:mGyydcm)，依据换算公式计算有效剂量 (effective dose，ED，单位:mSv)，ED=DLP×Κ，转换因子Κ=0.015 mSv·mGy-1·cm-1。

图1 上泌尿系节段充盈程度评分Fig 1 Opacification evaluation of the ureter

图2 测量右肾动脉水平上腹部前后径及左右径，计算患者身体厚度=前后径+左右径Fig 2 Patient body thickness was calculated as the sum of the anteroposterior and mediolateral patient thickness at the level of the renal arteries

图3 双侧肾盂 (A)和输尿管中段水平 (B)测量排泄期泌尿系内对比剂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)

统计学处理采用SPSS 17.0统计软件，数据以均数±标准差表示，采用χ2检验和独立样本t检验比较两组患者的一般资料，包括性别、年龄、体重指数(body mass index，BMI)、身体厚度、泌尿系数目以及泌尿系积水数目;采用Mann-WhitneyU检验比较两组患者间泌尿系各节段充盈程度;采用独立样本t检验比较两组患者间泌尿系各节段对比剂CT值、图像噪声和放射剂量;P＜0.05为差异具有统计学意义。

结 果

全部患者均顺利完成双源CT泌尿系成像检查，未出现明显不适、并发症及过敏反应。两组患者一般情况，包括性别、年龄、BMI、身体厚度、泌尿系数目以及泌尿系积水数目间差异无统计学意义 (P均＞0.05)(表1)。两组患者肾内集合系统和输尿管充盈程度间差异也无统计学意义 (P均＞0.05)。A组患者各泌尿系节段内对比剂CT值明显高于B组 (P均＜0.01)，两组间的图像噪声差异无统计学意义 (P＞0.05)(表2)。A组患者的放射剂量，包括CTDIvol、DLP和ED均明显低于B组 (P均＜0.01)(表3)。

表1 两组患者一般资料比较 (n=100)Table 1 Comparison of general data between two groups(n=100)

表2 两组患者泌尿系充盈程度、CT值和图像噪声比较 (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 两组患者放射剂量比较 (n=100)Table 3 Comparison of radiation dose between two groups(n=100)

讨 论

CTU具有扫描速度快、扫描范围大、采集层厚薄、Z轴分辨率高等特点，检查前患者无需特殊准备，不需腹部压迫，舒适性佳，基本不受肠管积气和肠内容物影响，可在患者一次屏气周期内完成自膈顶至盆底全部泌尿系统扫描，后处理功能强大，能从多个层面、多个角度使用不同处理方法清晰显示病变，有利于病变检出及术前评估［1-3］。在CTU排泄期薄层图像上诊断病变的关键，是运用不同窗宽窗位技术显示泌尿系内高密度对比剂背景下的充盈缺损。由于CTU检查扫描期相较多，扫描范围大，故放射剂量较大［4-7］。降低CT检查中的管电压、提高扫描螺距均可有效降低放射剂量，但会导致图像噪声上升，影响图像质量［8-9］。因此在CTU排泄期检查中，如何在降低放射剂量的同时减少图像噪声，具有重要的临床意义。

常规探测器中光电二极管与模数转换器设计在芯片的不同区域，探测器闪烁层物质将X线转换为可见光，然后经由光电二极管、多级放大器、积分器、电容器以及模数转换器等多个步骤，最终将可见光转换为数字信号，在信号的光电转化和传递过程中发生弱化并产生电子噪声。Stellar光子探测器为集成回路探测器，采用专用的集成电路光子芯片，将模数转换的全部过程整合于单个芯片中，明显缩短路径、减少信号损耗和散热，从而减小电子噪声并提高信噪比。因此理论上应用Stellar光子探测器可以在较低放射剂量检查中，减小图像噪声，保持图像质量。

本研究设计上，考虑到两组间患者在一般情况包括性别、年龄、BMI、身体厚度、泌尿系数目以及泌尿系积水数目等方面可能存在差异，在结果分析时首先对患者一般情况进行了评价，发现不具有统计学显著性差异，这就除外了可能会影响两组间图像质量和放射剂量的个体因素。CTU排泄期成像中，泌尿系充盈程度和对比剂CT值是影响诊断准确性的重要因素［10］。采用传统探测器进行低管电压扫描时，含碘对比剂CT值较高，放射剂量降低，但图像噪声明显升高，影响图像质量［11］。本研究发现，使用Stellar光子探测器、管电压80 kV、螺距3.0行CTU排泄期扫描，与使用普通探测器、管电压100 kV、螺距3.0行CTU排泄期扫描相比，两组患者肾内集合系统和输尿管充盈程度相近，图像噪声无明显差异，而使用Stellar光子探测器组泌尿系内对比剂CT值明显高于使用普通探测器组。使用管电压80 kV进行扫描时，大螺距CTU排泄期泌尿系内对比剂CT值较高，充盈程度相当，有助于泌尿系内病变的检出，而放射剂量仅为普通探测器扫描组的1/3，说明Stellar光子探测器上应用低剂量扫描方案行大螺距CTU排泄期扫描可以保证诊断图像质量，其具有重要的临床意义。随着CT检查数量的逐年增加，CT相关的放射剂量暴露明显上升［13］，Stellar光子探测器为减低CT放射剂量提供了新的途径。

本研究还存在一些局限性。首先，本研究未评价CTU排泄期腹盆部实质器官CT值、噪声和图像质量等参数，但CTU检查的适应证主要为血尿，多为泌尿系内病变，CTU排泄期主要评价泌尿系内病变，对于腹盆部实质器官病变应主要在CTU肾实质期评价。其次，由于两组患者为不同群体，故未评价Stellar光子探测器可否提高泌尿系病变显示能力。今后可能的研究方向包括将Stellar光子探测器、低管电压与管电压自动调节技术、迭代重建等相结合，研究低放射剂量扫描对于全身各密度差异较大器官的平扫和增强图像质量，以及针对肥胖、金属内植入物、无法配合屏气等特殊患者的低剂量扫描。

综上，Stellar光子探测器双源CT大螺距泌尿系排泄期成像中，泌尿系充盈较好，泌尿系内对比剂CT值较高，图像噪声无升高，且放射剂量明显减低，因而其具有较好的临床应用价值。

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