低kV扫描技术在肾脏肿瘤CT检查中的应用探讨

孙宪昶，戴威娜，刘　洋，彭洪娟，王凤林



低kV扫描技术在肾脏肿瘤CT检查中的应用探讨

孙宪昶1，戴威娜1，刘洋1，彭洪娟2，王凤林1

1.100039北京，武警总医院CT中心；2.250021济南，山东省医学影像研究所

【摘要】目的利用双源CT对肾肿瘤患者增强扫描动脉期进行双能量扫描，对不同 kV(千伏，kilovoltage)的图像质量进行比较、分析，研究不同管电压对肾肿瘤动脉期扫描图像质量的影响，从而探讨肾脏肿瘤的低管电压CT扫描的可行性。方法采用Siemens SOMATOM Definition FLASH 双源CT扫描仪。随机选取肾肿瘤患者40例作为研究对象。所有病例均行增强扫描，动脉期均采用双能量扫描。高、低管电压分别采用100 kV和140 kV。对高、低管电压图像及融合图像的图像质量分别进行评价，两名医生采用5分法对图像质量进行评价。采用威尔科克森(Wilcoxon)符号秩和检验进行统计学分析。结果100 kV、120 kV与140 kV三组图像的质量评分分别为46、41和126， 100 kV与120 kV的图像质量相比，二者的图像质量无明显差异；100kV与120 kV的图像质量均优于140 kV的图像质量，之间差异具有统计学意义(P<0.05)。结论肾脏肿瘤的CT增强扫描采用100 kV的低管电压是可行的，能够获得满足临床诊断需要的优质图像。

【关键词】体层摄影术；X线计算机；低管电压；双源CT；双能量CT；肾脏肿瘤

目前，CT低度剂量研究主要集中肺部、鼻窦、骨骼系统等自然对比较高的部位[1,2]及CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)等。因腹部的自然对比较差，其低剂量研究较少[3-5]，如何最大程度地降低腹部CT检查的辐射剂量迫切地需要我们解决。本研究就是利用双源CT肾脏的双能量扫描采集到的不同管电压的多组图像数据进行比较、分析，旨在探讨利用较低的管电压就可以得到肾脏肿瘤足以满足诊断要求的图像的可行性，从而大大地降低辐射剂量，为以后单源CT低管电压扫描提供理论依据。

1对象与方法

1.1对象收集2014-06至2015-06到武警总医院行肾脏CT增强扫描的肾肿瘤患者40例(肾细胞癌34例，血管平滑肌脂肪瘤6例)，其中男28例，女12例，平均(46.3±0.5)岁，所有患者均经手术证实，肿瘤检出率及准确性均为100%。

1.2方法

1.2.1CT扫描参数及图像后处理采用西门子双源FLASH CT扫描仪，所有患者进行增强扫描，动脉期均采用双能量扫描。两个球管的管电压分别设置为100 kV和140 kV。CARE Dose 4D开启自动管电流调制技术，有效管电流(eff.mAs)范围(60～132)/(55～121)mAs，参考的管电流(ref.mAs)408/408 mAs。FOV303，准直0.6 mm，层厚1.0 mm，螺距0.6。经肘静脉通过高压注射器注射100 ml非离子型碘对比剂安射力350，注射速率3.0 ml/s，注射完毕后以相同速率注射30 ml生理盐水。动脉期扫描时间为对比剂注射完毕后25～30 s，实质期为对比剂注射完毕后60 s，延迟期开始扫描时间为对比剂注射完毕后3～5 min。根据需要选择重建薄层图像，全部采用层厚1.5 mm、重建间隔1.0 mm，选择kernel值为B35f进行重建，然后将薄层图像传至 MMWP47060工作站中，进行多平面重建 (multiple planar recontruction, MPR)、最大密度投影 (maximum intensity projection, MIP)或容积显像(volume rendering, VR)等三维后处理图像重建。

1.2.2图像质量评价将双能量扫描的动脉期获得的3组图像质量分别进行评价，由2位副主任医师以上职称的CT诊断医师采用双盲法、在扫描条件未知的情况下通过肉眼观察，单独对图像进行分析并打分，分析的图像包括横轴位图像及三维重建图像(包括MPR、MIP及VR图像)，用5分法目测评价图像质量并打分。评分分级：1分，很好；2分，较好；3分，一般，但不影响正常解剖结构和肿瘤的显示，对肿瘤的诊断无影响；4分，较差，对诊断有一定的影响；5分，图像质量差，无法诊断。3分以下对诊断无影响，3分以上者为图像质量差，影响疾病的诊断。

1.2.3统计学处理采用SPSS13.0软件。对两位医师所得评分结果采用等级资料的威尔科克森(Wilcoxon)符号秩和检验进行统计学分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

所有病例均获得了能清晰显示双肾结构及肿瘤的较优良的低管电压图像。两位CT诊断医师对A、B两组图像质量的评分见表1。Wilcoxon符号秩和检验的结果：100 kV与120 kV的图像质量差异无统计学意义；100 kV、120 kV图像质量均优于140 kV的图像质量(P<0.05)。

表1　100 kV、140 kV、120 kV组图像的评分对照表

3讨论

肾脏体积较小，周围覆盖的骨性结构及实质脏器较少，对成像影响较小；另外，肾脏周围及肾窦区是脂肪密度，与肾实质的自然对比鲜明，与肾脏边缘的界限锐利；增强扫描时，肾皮质具有丰富的血管，动脉期强化程度非常高，与肾髓质的对比鲜明，而分泌期因尿液中含碘对比剂，肾实质与集合系统的密度对比亦非常的明显，所有这些都成为肾脏低剂量扫描的解剖学基础。

双能量扫描时，2个球管可以根据各自设定的扫描条件同时发射X射线，经过一系列的数学运算得到3组图像，高千伏图像、低千伏图像及融合图像，融合图像的产生是利用不同的权重因子即利用不同比例的高低 kV的数据重建而来[6]。因此，两个球管能同时间、同层面的进行扫描，所获得的3组图像数据就不存在个体、位置及时间上的差异。另外，DSCT技术日趋成熟，新生代的DSCT设有滤线器，可将80 kV以下的辐射遮挡住，从而减少了辐射剂量，因此与单源CT的扫描相比，双能量扫描不再会增加患者的辐射剂量。本研究就是利用双源CT双能量扫描的这些特点，消除利用单源CT在不同个体之间比较的不准确性，并且还由于融合图像的生成，还避免了单源CT因扫描条件降低导致图像质量太差而影响疾病诊断、致使扫描失败的可能性加大，也减少了对患者的不良影响。

本研究结果表明，肾脏CT增强扫描采用100 kV的低管电压是可行的，肾脏肿瘤的检出率为100%，完全能够获得满足临床诊断需要的较优秀图像，原始横轴位图像及利用薄层图像所得的MPR、MIP及VR等三维后处理图像能清晰地显示双肾、肾周及腹膜后解剖结构、清晰的显示肿瘤的内部结构特征、血供特点、肿瘤血管、肿瘤对周围的影响及是否有静脉栓子等等(图1、2)。文献[7]报道，CT扫描并不是扫描的条件越大，图像的质量就一定更好。当剂量超过一定的数值后不再会提高图像的质量，而只是导致被检者体内更多的辐射沉积或者是图像质量的下降，这与本研究的结果是一致的。本研究表明，140 kV的图像质量最差(图1、2)，其效果如同过度曝光，其VR及MIP图像因CT值达不到一定的高度，重建出的血管显影较淡，颗粒粗糙，边缘不光整，且图像的噪声较大，不能清晰地显示出肿瘤的供血血管、血管湖等，达不到疾病诊断的要求； 肾脏100 kV尽管有类似曝光不足的特点，但是提高了对比明显区的CT值，所重建出来的VR及MIP图像与120 kV相比，无明显差别，有时对比甚至更加鲜明(图2)，这是因为管电压的降低会提高血管内及富血供组织的CT值。

图1　左侧小肾癌的不同 kV(100-140-120 kV)的图像对比

图2　肾脏血管平滑肌脂肪瘤

注：A、B、C分别为不同100、140、120 kV同时间的同层面冠状位MRR重建图像，D、E、F为不同 kV的VR图像。综合考虑100 kV的图像质量最好，其次是120 kV,140 kV的图像质量

与降低管电流相比，降低管电压更能显著地降低患者检查时所接受的辐射剂量。因为射线的辐射剂量与管电压呈指数关系，X线照射剂量和 kV的平方呈正比[8-11]，而当 kV固定时，辐射剂量与mAs呈线性关系。而且降低管电流对图像的信噪比影响较大[10]。但是，目前降低管电压的研究相对管电流的研究来说较少。在保持其他扫描条件不变的情况下，管电压的降低同时也意味着图像噪声的增加，这是一个非常棘手的问题。若解决这一问题，首先，在降低管电压的同时，我们可以打开CARE Dose 4D，通过这一技术来自动的调节管电流的大小，因自肾脏上缘至下缘水平，扫描范围内体厚的差别较大，在我们选择了固定的低管电压后，可以根据被检者的体厚来自动的调节管电流，来达到提高图像质量的目的。

低管电压不但能够降低辐射剂量，而且还能降低对比剂的使用量，对比剂剂量降低不但能为患者节省检查费用[9]，更重要的是可以降低对比剂肾病和心脏病发作的风险，大大减轻了由对比剂而带来的不良反应。众所周知，CT增强扫描中所使用的对比剂为碘剂，降低管电压能够提高含碘对比剂的组织的CT值。本研究结果亦显示，低管电压与高管电压相比，提高了肾皮质的增强强度，增加了皮髓质的对比，对于高强化的肾脏肿瘤，也大大提高了其对比度，增加了高低密度病变及结构之间的对比。因此低管电压能增加血管或富血供组织、病变与周围组织结构的对比，可减少含碘对比剂的用量，对肾脏产生的毒性就越小，降低了CIN的可能性[12]。

本研究结果显示，肾脏肿瘤的低千伏扫描是可行的，为单源CT低千伏扫描提供了依据，随着未来更深入的研究、扫描方案的进一步优化，肾肿瘤低千伏扫描将成为现实。

【参考文献】

[1]Mulkens T H, Marchal P, Dainedds S,etal. Comparison of low-dose with standard-dose multidetector CT in cervical spine trauma [J].AJNR, 2007, 28: 1444-1450.

[2]Lutz J, Jager V, Hempel M J,etal. Delineation of temporal bone anatomy: feasibility of low-dose 64-row CT in regard to image quality[J].Eur Radiol, 2007, 17: 2638-2645.

[3]唐坤，曹国全，李瑞，等.低管电压腹部CT扫描对图像质量及辐射剂量影响的体模实验[J].中国医学影像技术，2012, 28(4):800-804.

[4]Sebastian Leschka, Paul Stolzmann, Stephan Baumuller,etal. Performance of Dual-Energy CT with tin filter technology for the discrimination of renal cysts and enhancing masses[J]. Acad Radiol, 2010，17: 526-534.

[5]Schindera S T, Diedrichsen L, M?ller H C,etal. Iterative recontruction algorithm for abdominal multidetector CT at different tube voltage: assessment of diagnostic accuracy, image quality, and radiation dose in a phantom study [J]. Radiology, 2011, 260: 454-462.

[6]沈进，阎岚，韩丹.100 kV管电压结合电流自动调节技术肺静脉成像的临床应用[J].中国医学科学院学报，2010,32(6): 704-708.

[7]胡奕，郭启勇.双源CT双能量扫描技术在腹部的应用[J].中国临床医学影像杂志，2011, 22 (2): 109-110.

[8]张辉阳, 周智鹏，邱维加，等.64排螺旋CT轴扫扫描降低腹部CT检查辐射剂量的研究 [J]. 广西医科大学学报，2012, 29 (5): 705-707.

[9]Signal-cinqualbre A B, Hennequin R, Abada H T,etal. Low-kilovoltage multi-detector row chest CT in adults: feasibility and effect on image quality and iodine dose[J]. Radiology, 2004, 231(1): 169-174.

[10]胡茂清，叶维韬，梁长虹，等.管电压和碘对比剂浓度对腹部动态增强CT图像质量的影响[J].中华放射学杂志，2015,49(4): 273-278.

[11]Tobiss P, Larissa R, Dieter R,etal. Image quality in a low radiation exposure protocal for retrospectively ECG-gated coronary CT angiography [J].AJR, 2009,192(4): 1045-1050.

[12]暴婧，吴巍珍，杜湘珂，等.计算机体层摄影检查中对比剂肾病的流行病学研究[J].中国血液净化, 2011, 10(8): 416-420.

(2016-03-22收稿2016-04-20修回)

(责任编辑岳建华)

作者简介：孙宪昶，硕士，主治医师。 通讯作者：彭洪娟，E-mail:phj000@163.com

【中国图书分类号】R445.3

Application study of dual-energy scan in the detection of the kidney tumors

SUN Xianchang1, DAI Weina1, LIU Yang1, PENG Hongjuan2, and WANG Fenglin1.

1.Department of Radiology, General Hospital of Armed Police Force, Beijing 100039, China;2.Shandong Medical Imaging Research Institute, Jinan 250021, China

【Abstract】ObjectiveThe dual-energy scans in arterial phase of enhancement CT were performed in renal tumors patients. The purpose of this study was to investigate the the feasibility of the low kilovoltage CT scan by comparing the effects of different tube voltages on the images quality.Methods40 cases of patients with renal tumors were randomly selected to be research object. All of the patients were examined by the dual-energy scans in arterial phase of enhancement CT (Siemens SOMATOM Definition FLASH), and the higher and the low tube voltage was used with 140 kV and 100 kV respectively. Each patient could obtain three sets of images: the lower tube voltage (100 kV) images, the higher tube voltage images (140 kV) and fused images (120 kV). Image quality of three sets of images was compared and evaluated statistically by two blinded experienced CT diagnosis doctors according to the method of five points in the case of unknowning CT scan conditions. The scores of the three groups of images were compared respectively with the statistical method of Wilcoxon Signed Ranks Test, the differences between them were statistically significance when P<0.05.ResultsThe image quality scores of 100 kV，120 kV and140kV were 46，41and126.The image quality of 100 kV and 120 kV are better than that of 140 kV, the image quality has statistically significant difference (P<0.05), and the image quality of 100 kV and 120 kV was no statistically significant difference (P>0.05).ConclusionsKidney enhanced CT scanning using lower tube voltage of 100 kV is feasible. The excellent image quality can meet the need of clinical diagnosis of renal tumors patients.

【Key words】tomography；X-ray computer；low kilovoltage；dual source computed tomography；dual energy computed tomography；kidney tumors