猫肾脏CT多期增强扫描技术研究

郭译文,廖 云,蒋怀德,周振雷,杨德吉,赵艳兵,邓立新,史超颖,姚大伟*

(1.南京农业大学 动物医学院兽医影像诊断中心,江苏 南京 210095;2.河南农业大学 动物医学院,河南 郑州 450046;3.新瑞鹏宠物医疗集团艾贝尔动物医学中心,江苏 南京 210046)

肾脏是机体重要的代谢器官之一,同时负责尿液的生成与排出。临床上血清生化检查及尿常规检查是常用的实验室检查方法,但各指标结果仅可以对肾脏损伤程度及尿液成分做出提示,无法确诊疾病类型,因此需要借助影像学技术对肾脏疾病进行针对性的检查。由于腹腔内软组织结构较多,X线平片天然对比度差,通常需要进行排泄性尿路造影以增加对比度,但耗时较长,又属于二维平面图像,因此无法直接地呈现病灶情况[1],且不能通过分析增强情况来对肿瘤疾病进行鉴别诊断。多层螺旋CT检查耗时短、成像快,通过图像后处理技术能立体直观地展现肾脏的解剖结构、形态,评估排泄功能,同时可以显示解剖变异、肿瘤或先天性疾病与正常肾脏的关系。CT平扫时若病变组织密度与正常组织类似,则存在漏诊的可能,此时同样需要通过造影以提高组织间的对比,同时根据造影后影像特征综合判断疾病类型。对于一些肿瘤性疾病,可以通过各期增强扫描上不同的强化方式及程度,来对不同种类的肿瘤进行鉴别诊断[2-4]。目前,国内兽医临床上缺少猫肾脏CT检查的相关研究,特别是造影增强扫描检查,导致所获得的影像质量参差不齐,无法做出明确诊断,进而失去了CT检查的意义。本研究对猫肾脏CT平扫及多期增强扫描检查技术进行研究,选择出合适的造影剂剂量,明确了泌尿系统多期增强扫描的延迟时间,规范了猫肾脏CT多期增强扫描造影检查的流程。

1 材料与方法

1.1 动物健康猫10只,其中雌性7只,雄性3只,体质量(2.5～5.0) kg,年龄1～4岁。肉眼无可见外伤,血常规和血液生化检查未发现明显异常。实验猫均饲养在通风好、环境明亮、干净整洁的房间。

1.2 主要设备及药品X射线计算机断层摄影设备supria 32排16层(日立)、高压注射泵Zenith-C11(深圳市信冠机电有限公司)、碘海醇(碘浓度350 mg I/mL,福安药业集团宁波天衡制药有限公司)、舒眠宁(本实验室制备[5])。

1.3 动物麻醉麻醉前试验猫禁食6 h,为使膀胱充盈从而方便检查,可不禁水。麻醉前15 min硫酸阿托品按0.05 mg/kg肌肉注射。前肢头静脉埋置24 G留置针,舒眠宁按照0.03 mL/kg体质量静脉注射。

1.4 CT平扫试验猫麻醉后俯卧于检查床,两前肢向前伸展位于头部两侧,两后肢向后伸展或自然屈曲,位于检查床中间。激光定位线分别位于试验猫正中矢状面和冠状面中央,基线位于第十二胸椎。扫描参数为:管电压120 kV,管电流200 mA,扫描层厚2.5 mm,球管旋转时间0.75 s,螺距1.062 5,软组织窗算法窗宽350 HU,窗位40 HU。扫描范围为第一腰椎中间至左肾后极,扫描模式为容积扫描。

1.5 确定最佳造影条件优化造影剂剂量:350,400,450,500 mg I/kg,注射速率:3,4 mL/s。评价不同造影剂剂量及注射速率对造影效果的影响。首先进行腹部CT平扫,选择肾盂输尿管出口处横断面作为检测层,如图1所示,此横断面可同时测量主动脉、肾皮质、肾髓质及肾盂的CT值。经前肢头静脉注射造影剂,然后注射生理盐水(1 mL/kg),注射速率同碘海醇。CT扫描和造影剂推注同时启动,从开始注射造影剂起,每0.75 s扫描1次检测层,连续监测75 s,扫描模式为动态扫描。扫描条件:电压120 KV,电流200 mA,球管旋转时间0.75 s,层厚1.25 mm。

1.主动脉;2.肾皮质;3.肾髓质;4.肾盂;LK.左肾;RK.右肾;SP.脾脏

扫描完成后,在检测层断面上于主动脉中心和肾皮质、肾髓质、肾盂放置圆形感兴趣区(region of interest,ROI),测量各部位的CT值(图1圆圈所示)。以扫描时间作为横坐标,CT值作为纵坐标,绘制时间—密度曲线(time-density curve,TDC)。统计造影前、后主动脉、肾皮质CT值。主动脉造影前CT值:扫描开始后至造影剂到达主动脉前所有CT值的平均值;主动脉造影后CT值:主动脉CT峰值附近较高8个时间点的CT值的平均值。肾皮质造影前CT值:扫描开始后至造影剂到达肾皮质前所有时间点的CT值的平均值;肾皮质造影后CT值:造影后肾皮质CT峰值附近较高8个时间点的CT值的平均值。计算主动脉、肾皮质CT增强值(ΔCT=造影后CT值-造影前CT值)。通过比较主动脉及肾皮质ΔCT值确定最佳造影剂量。最佳造影剂剂量及注射速率选择标准:基于对血管重建的需求,选择主动脉、肾皮质ΔCT值最大的组别,在ΔCT值差异不显著的情况下,考虑到高剂量造影剂对肾脏功能的影响以及高注射速率对血管及心功能的影响,选择造影剂剂量和注射速率最小的组别作为最佳造影剂注射速率标准。

1.6 确定肾脏多期增强扫描延迟时间使用最佳造影剂剂量及注射速率对试验猫进行动态扫描,方法同1.5。分别在动态扫描结束后1,2,3 min进行容积扫描,此时扫描范围为第一腰椎中段至膀胱颈,观察肾盂和膀胱的显影情况。测量主动脉、肾皮质、肾髓质及肾盂的CT值,以扫描时间作为横坐标,CT值作为纵坐标,绘制时间—密度曲线。统计肾皮质达峰时间(TCP)(从注射造影剂开始到肾皮质CT值最大时所需时间)、肾皮质与肾髓质CT值相近的起始时间(TNP)(从注射造影剂开始到肾皮质与肾髓质CT值交点前后14个CT值相近时间点的起始时间),并观察造影剂排泄至肾盂及膀胱的情况。计算(TCP)、(TNP)与(T注射)的差值(ΔTCP/ΔTNP)。其中T注射=造影剂剂量(mg I/kg)/造影剂浓度(mg I/mL)×体质量(kg)/注射速率(mL/s)+体质量(kg)×生理盐水剂量(1 mL/kg)/注射速率(mL/s),即造影剂注射所需时间与生理盐水注射所需时间总和,最终结果精确至个位(s)。本研究所用造影剂剂量为450 mg I/kg,碘浓度为350 mg I/mL。根据上述结果确定扫描延迟时间,T皮髓期延迟=T注射+ΔTCP;T实质期延迟=T注射+ΔTNP;T排泄期延迟为造影剂到达肾盂时间;T膀胱期延迟为造影剂到达膀胱时间。

2 结果

2.1 最佳造影条件分析采用不同的造影剂剂量及注射速率进行动态扫描,获得造影前后主动脉、肾皮质CT值,并计算ΔCT值,结果如表1所示:相同注射速率下,造影剂剂量越大,主动脉及肾皮质的ΔCT值越大。350与400 mg I/kg组主动脉、肾皮质ΔCT值无显著性差异(P>0.05),且显著低于450和500 mg I/kg组(P<0.05),同时450和500 mg I/kg组主动脉ΔCT值无显著性差异(P>0.05);相同造影剂剂量下,3和4 mL/s主动脉、肾皮质ΔCT无显著性差异。因此,兼顾主动脉ΔCT值较大的同时降低造影剂剂量,以及考虑到较高的注射速率给猫血管带来的负担,最终选定注射速率3 mL/s、造影剂剂量为450 mg I/kg为后续试验的CT造影条件。

表1 不同造影条件下主动脉、肾皮质CT增强值(ΔCT)

2.2 肾脏时间—密度曲线特征采用最佳造影剂剂量(450 mg I/kg)、注射速率(3 mL/s)进行动态扫描,获得感兴趣区域的时间—密度曲线,如图2所示:主动脉平均达峰时间为9.3 s(范围8.0～10.0 s),平均CT值峰值为796.80 HU,峰值持续时间较短,达峰后CT值迅速下降,平均强化时长为10.0 s;主动脉CT值于15.0 s后缓慢下降,最终保持在(100.00±10.00) HU。肾皮质的增强稍晚于主动脉,达峰时间平均为14.0 s(范围12.0～16.5 s),峰值持续时间稍长于主动脉,平均强化时长为16.0 s,但强化程度远低于主动脉,平均CT值峰值约为205.63 HU,达峰后CT值缓慢下降,最后平衡期时稳定在(130.00±10.00) HU,略高于主动脉。肾皮质增强后肾髓质立即增强,约在34.0 s时肾髓质CT值与肾皮质相同,此时两者CT值差距最小,而后CT值稍高于肾皮质,平衡期CT值与肾皮质相同,为(130.00±10.00) HU,略高于主动脉。肾盂CT值前期呈缓慢上升趋势,且CT值低于肾髓质,约在36.0 s时CT值高于肾皮质,在38.0 s 时CT值高于肾髓质,最终CT值稳定于(210.00±10.00) HU,高于平衡期的主动脉、肾皮质及肾髓质。

图2 猫肾脏时间—密度曲线

2.3 多期增强扫描延迟时间分析采用最佳造影剂剂量(450 mg I/kg)、注射速率(3 mL/s)进行动态扫描,获得感兴趣区的CT值。统计TCP与T注射的差值ΔTCP、TNP与T注射的差值ΔTNP。结果得出:ΔTCP平均为11 s,ΔTNP平均为26 s。由于不同猫机体水合状态、心输出量不同,为了避免错过最佳皮髓期的扫描,因此皮髓期扫描时间可为肾皮质达峰前1 s。动态扫描检测时长为75 s,在每次动态扫描后1 min时进行容积扫描,发现此时造影剂已达到肾盂;动态扫描后3 min时进行容积扫描,发现此时造影剂已达到膀胱。

本试验最终结果如表2所示:在动物机体水合状态较好、心率为(120～200) 次/min的条件下:T皮髓期延迟=T注射+ΔTCP-1 s,即T皮髓期延迟=T注射+10 s;T实质期延迟=T注射+ΔTNP,即T实质期延迟=T注射+26 s;T排泄期延迟=2 min;T膀胱期延迟=4 min。当动物心率低于100,同时机体水合状态较差时,可适当将皮髓期延迟时间增加1 s,实质期延迟时间增加2 s。

表2 各期延迟时间

2.4 多期增强扫描各期影像表现皮髓期:造影剂经主动脉流入肾动脉,再经皮质毛细血管和肾小管周围间隙,渗透到近端的肾皮质小管,此时为皮髓期。影像表现为肾皮质强化明显,其增强程度远大于肾髓质,两者有明显的界限,可以很好地被区分。肾盂呈现为低密度,同时输尿管及膀胱内均不可见造影剂(图3b)。

肾实质期:造影剂继续经皮质血管、细胞外间质间隙、亨利氏环和收集管流出,此时肾髓质得到强化,肾皮质强化程度有所下降,使得肾皮质和肾髓质两者边界变得模糊。影像表现为肾实质整体出现均匀的强化,而肾盂未得到强化,仍呈现为低密度,此时输尿管、膀胱内不可见造影剂(图3c)。

排泄期:造影剂在该期聚集于肾盂及肾盏,使得两者强化明显。肾皮质及肾髓质处于平衡期,但CT值较造影前仍有增强,肾实质整体表现为均匀低强化状态。由于肾脏的代谢,输尿管开口处得到明显强化(图3d)。

膀胱期:随着机体进一步代谢,膀胱内可见造影剂,同时输尿管内也可见造影剂聚积,使其较造影前更好追踪。

3 讨论

CT检查对肾脏和肾区的占位性病变有较高的敏感性,可以进行定位及定性诊断。临床医学上有相关研究表明:肾脏良性肿瘤CT增强模式则以“快进慢出”为主,肾脏恶性肿瘤CT增强模式以“快进快出”为主[6],且不同类型的肾细胞癌呈现出不同的影像特征[7]。影响猫肾脏CT造影增强的主要因素包括造影剂用量、造影剂浓度及注射速率。

a.造影前;b.皮髓期;c.实质期;d.排泄期;1.主动脉;2.肾皮质;3.肾髓质;4.肾盏;5.肾盂;6.后腔静脉;7.输尿管

3.1 造影剂用量有相关理论指出:当讨论CT值的变化时,应优先考虑使用的碘总量,而不是对比剂总量或对比剂浓度[8]。因此在优化肾脏的造影剂用量时,将单位设置为mg I/kg。由于肾皮质在皮髓期的强化明显,如果使用较高剂量的造影剂,存在掩盖富血供肿瘤的风险[8];又因为造影剂最终经肾脏代谢,且对肾脏具有一定的肾毒性[9],因此肾脏造影时应避免使用过高剂量的造影剂。本研究根据相关参考文献[10-12],将造影剂剂量设定为350,400,450,500 mg I/mL 4组。由于本研究未探究肾动脉期,因此对肾动脉的评估基于后续的肾血管重建,这就要求主动脉的ΔCT值较大。研究得出450,500 mg I/mL的主动脉ΔCT值均大于500 HU,满足血管重建需求,在两者无显著性差异的情况下,最终选择低剂量(450 mg I/mL)作为造影条件。本研究中使用的造影剂为非离子型造影剂碘海醇,经静脉注射给药。碘海醇随着血流分布全身,最终排泄到尿液中,通过尿液排出体外;非离子型造影剂的渗透压较离子型溶液显著降低,毒副反应也相对较小,生物安全性较大[13]。

3.2 造影剂浓度临床医学上有文献研究表明,较高的造影剂浓度及较快的注射流速可能对肾脏血流的显影有更好地帮助[14-15]。但猫的体质量与人相差过大,与犬亦不相同,除特定品种猫如缅因猫为大体型猫外,其余猫体型相近且体质量相差不大,基本在8 kg以下。兽医临床常用的造影剂浓度分别为300及350 mg I/mL,两者浓度相近,又由于猫的体质量较轻,使得2种造影剂用量近乎相同,因此本研究并未探讨不同造影剂浓度对猫肾脏造影的影响,同时选定350 mg I/mL作为试验用的浓度,与相关文献使用浓度相同[16-18]。当临床医生选用低浓度造影剂时,可以适当增加注射速率以保持碘流率不变(1 050 mg I/s),此时TDC也不会改变,依然适用本试验得出的延迟时间。

3.3 注射速率临床医学上常用肾脏造影注射速率为(3～5) mL/s[19-20]。由于猫血管较细,过快的注射速率可能导致压力过大,从而使造影剂泄露,影响造影质量,本研究最终在3与4 mL/s的注射速率间进行探究。结果得出:3 mL/s时主动脉及肾皮质ΔCT值均大于4 mL/s,且两者间无显著性差异,因此最终选择低注射速率(3 mL/s)作为造影条件,该结论与相关研究所用注射速率相同[21]。本研究固定了造影剂浓度(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),由于体质量不同,每只猫所用的碘总量不同,所用注射时间各不相同,达峰时间也会变化。因此在探究多期增强扫描延迟时间时,将注射时间这一概念引入。

3.4 延迟时间肾脏CT多期增强扫描分为4个阶段:肾动脉期、皮髓期、实质期及排泄期。由于所使用的CT排数较低,导致扫描时间过长,本研究省略肾动脉期,最终分为皮髓期、实质期与排泄期三期。皮髓期利于检出富血供肿瘤、评估肿瘤的血管分布等。在1项针对犬肾延迟扫描的研究中提出:皮髓期即肾皮质与肾髓质CT值相差最大的时刻[22],该期特点为主动脉增强,同时肾皮质的增强程度大于肾髓质,这说明皮髓期最佳扫描时间在肾皮质达峰时。为增强皮髓期扫描的容错性,本研究选取肾皮质平均达峰时间前1 s为皮髓期扫查时间。实质期有利于检出皮髓交界处病变、髓质病变等,对小的实质病变也有较高灵敏度。该期影像表现为肾皮质和肾髓质均匀强化,是两者强化程度差距较小的一段时间。排泄期有利于评估肾代谢功能、输尿管堵塞及肿瘤病变等,一般在造影剂注射2 min 后进行该期的扫描。膀胱期扫描范围涵盖泌尿系统所有器官,通过观察膀胱内造影剂情况来初步评估其排泄功能。可以在造影前适当对患病猫进行补液,完善机体水合状态,达到更理想的造影效果同时降低造影剂对肾脏的影像。若患病猫体况较差,心率较低,皮髓期可在理论基础上加1 s,实质期可在理论基础上加2 s。若4 min后仍未在膀胱内发现造影剂,则提示该猫代谢能力存在一定异常。

综上所述,猫肾脏CT多期增强扫描最佳条件为:造影剂剂量450 mg I/kg、注射速率3 mL/s。T皮髓期延迟=T注射+10 s,T实质期延迟=T注射+26 s,T排泄期延迟=2 min,T膀胱期延迟=4 min。同时建议在造影前后对患病猫进行适当的补液,避免因体况较差影响造影质量,并加快动物苏醒。本研究中暂未发现有试验猫造影后出现不良反应,但临床中仍需注意造影剂肾病发生的可能。