能譜純化技術(shù)在泌尿系虛擬平掃成像中的應(yīng)用價(jià)值

帥桃，李真林，陽(yáng)琴，趙利娜，袁元，陳國(guó)勇，張凱

多層螺旋CT的快速大范圍掃描以及強(qiáng)大的圖像后處理功能，使CT泌尿系成像逐漸取代了傳統(tǒng)的X線造影，成為泌尿系疾病的首選檢查方法[1]。由于CT泌尿系檢查掃描次數(shù)較多，輻射劑量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)泌尿系造影，因此，如何有效降低輻射劑量成為泌尿系CT檢查時(shí)所關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一。雙源CT虛擬平掃（virtual non－contrast，VNC）技術(shù)是目前應(yīng)用在雙源CT機(jī)上的新技術(shù)，在一代雙源上就已經(jīng)得到應(yīng)用，但是由于其圖像噪聲重、對(duì)小于4mm的結(jié)石顯示不足等缺點(diǎn)，使得其在一代雙源CT機(jī)上在臨床并未得到廣 泛 應(yīng) 用[2-3]。 能 譜 純 化 技 術(shù) （selected photon shield，SPS）是目前應(yīng)用于二代雙源CT機(jī)上的新技術(shù)，采用0.5mm錫板過(guò)濾，將高千伏射線中的低能射線濾過(guò)，關(guān)于能譜純化技術(shù)在肝臟虛擬平掃方面的應(yīng)用已有文獻(xiàn)報(bào)道[4]，本文旨在比較能譜純化技術(shù)在CT泌尿系虛擬平掃成像中的臨床應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.一般資料

受試者為2012年8月－2013年8月因泌尿系疾病在本院行增強(qiáng)掃描的患者80例，男47例，女33例，年齡16～78歲 ，平均47歲。將患者均分為A、B兩組，A組采用一代雙源CT進(jìn)行雙能量掃描，B組采用第二代雙源CT進(jìn)行雙能量掃描。其中A組男25例，女15例，年齡26～68歲，平均45歲；B組男22例，女18例，年齡22～79歲，平均41歲。兩組患者性別、年齡差異均無(wú)顯著性意義（P＞0.05）。

2.檢查方法

采用Siemens Definition雙源CT機(jī)進(jìn)行掃描，首先行常規(guī)平掃，然后于注射對(duì)比劑后30s行動(dòng)脈期增強(qiáng)掃描，70s行實(shí)質(zhì)期增強(qiáng)掃描，8～10min行泌尿系延遲掃描。其中，動(dòng)脈期采用雙能量掃描，A組的掃描參數(shù)為管電壓140kV／80kV、管電流量96mAs／380mAs，B 組管電壓80kV／Sn 140kV、管電流量380mAs／147mAs；常規(guī)平掃及實(shí)質(zhì)期增強(qiáng)掃描均采用單源掃描方式，管電壓為120kV，管電流量210mAs；延遲期掃描管電壓為80kV，管電流量200mAs。管電流調(diào)節(jié)均采用自動(dòng)曝光控制技術(shù)（Care dose 4D）。兩組其它掃描參數(shù)相同：掃描范圍自腎上極至膀胱下緣平面，層厚5mm，層間距5mm，薄層重建層厚為2mm，間距為2mm，Bf31重建算法。增強(qiáng)掃描采用高壓注射器注射非離子型碘對(duì)比劑歐乃派克（300mg I／mL），注射流率3mL／s，劑量1.5mL／kg。

3.圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)

掃描完成后，將所有圖像傳輸至Siemens Syngo MMWP VE36A工作站，將兩組雙能量圖像調(diào)入Dual－Energy軟件中，選擇liver VNC程序處理圖像。調(diào)整CT與碘對(duì)比劑的融合比率，將CT的融合比率調(diào)節(jié)到100%，碘對(duì)比劑的融合比率為0%，從選擇的體素中去除碘，分別得到各自的虛擬平掃圖像。請(qǐng)兩位相關(guān)專業(yè)的高年資診斷醫(yī)師將80例患者的虛擬平掃圖像與常規(guī)平掃圖像進(jìn)行閱片并記錄，意見(jiàn)不一致時(shí)經(jīng)協(xié)商解決。分別對(duì)應(yīng)比較兩組虛擬平掃與常規(guī)平掃對(duì)疾病的檢出情況。

4.圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)

分別在肝臟、脾臟、腹主動(dòng)脈、左腎、右腎和豎脊肌設(shè)定興趣區(qū)（ROI），測(cè)量每個(gè)ROI的CT值，計(jì)算其均數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差，ROI的大小為0.8～1.0cm2。每個(gè)興趣區(qū)域測(cè)量3次并取平均值，每次測(cè)量的部位盡量避開(kāi)有病變的區(qū)域及血管。將獲得的兩組虛擬平掃圖像進(jìn)行信噪比（signal to noise ratio，SNR）和噪聲的比較。以測(cè)量的CT值的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)代表圖像的噪聲。SNR按公式（1）計(jì)算：

5.輻射劑量比較

記錄每例患者雙能量掃描的權(quán)重劑量指數(shù)（CT dose index weight，CTDIw）和劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product，DLP），并按公式（2）計(jì)算有效劑量（effective dose，ED）：

其中k＝0.015mSv／（mGy·cm）。比較兩種雙能量掃描時(shí)的輻射劑量。

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

將兩組普通平掃和虛擬平掃對(duì)泌尿系疾病的檢出例數(shù)進(jìn)行秩和檢驗(yàn)；將兩種虛擬平掃圖像的CT值、圖像噪聲及信噪比進(jìn)行兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)；兩種雙能量掃描的輻射劑量行方差分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.兩組虛擬平掃對(duì)泌尿系疾病檢出情況的比較

圖1 80kV／140kV組，男，54歲，左側(cè)輸尿管結(jié)石。a）常規(guī)普通掃描圖，可見(jiàn)輸尿管結(jié)石（箭），直徑小于4mm；b）虛擬平掃圖，結(jié)石未見(jiàn)顯示（箭）。 圖2 80kV／Sn 140kV組，男，47歲，左側(cè)輸尿管結(jié)石，結(jié)石直徑小于4mm（箭），兩圖上均可見(jiàn)結(jié)石顯示。a）常規(guī)普通掃描圖；b）虛擬平掃圖。 圖3 80kV／Sn 140kV組，女，63歲，左側(cè)腎結(jié)石（箭）。結(jié)石直徑小于4mm，兩圖上均可見(jiàn)結(jié)石顯示（箭）。a）常規(guī)普通掃描圖；b）虛擬平掃圖。

兩組中虛擬平掃和常規(guī)平掃對(duì)疾病的檢出情況見(jiàn)表1。在140kV／80kV組，虛擬平掃與常規(guī)平掃對(duì)病變的檢出差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。將虛擬平掃與常規(guī)平掃對(duì)照，發(fā)現(xiàn)有4例結(jié)石在虛擬平掃上未顯示，主要為直徑＜4mm的小結(jié)石（圖1）。在80kV／Sn 140kV組，虛擬平掃與常規(guī)平掃對(duì)病變的檢出差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），虛擬平掃對(duì)于直徑小于4mm的結(jié)石顯示較好（圖2、3）。與常規(guī)平掃對(duì)照，有1例輸尿管結(jié)石在虛擬平掃圖像上未見(jiàn)顯示，為直徑＜2mm的小結(jié)石。

表1 兩組中虛擬和常規(guī)平掃對(duì)病變的檢出情況 （例）

2.兩種虛擬平掃圖像的噪聲和信噪比

兩組的虛擬平掃圖像上肝臟、脾臟、腹主動(dòng)脈、左腎、右腎、腰大肌的CT值、標(biāo)準(zhǔn)差（噪聲）及信噪比測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2～4。噪聲及信噪比的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），且80kV／Sn 140kV組的噪聲明顯低于140kV／80kV組；而信噪比明顯高于140kV／80kV組。

表2 兩組虛擬平掃圖像CT值比較 （HU）

表3 兩組虛擬平掃圖像噪聲比較 （HU）

表4 兩組虛擬平掃圖像SNR比較

3.輻射劑量比較

140kV／80kV組雙能量增強(qiáng)掃描的DLP為（398.125±82.957）mGy·cm，ED 為 （5.9718±1.244）mSv；80kV／Sn 140kV 組 DLP為（351.15±61.73）mGy·cm，ED為（5.267±0.915）mSv。兩組間比較，DLP和ED的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。80kV／Sn 140kV組ED比140kV／80kV組低約10%。

討 論

雙源CT虛擬平掃技術(shù)是利用兩個(gè)相互垂直的球管發(fā)出高低兩種不同能量的X線進(jìn)行同步掃描，獲得兩組同層面、同時(shí)間的高、低能量圖像，再利用后處理軟件分析各種密度物質(zhì)在不同能量下的衰減信息，進(jìn)而得到近似常規(guī)平掃的CT虛擬平掃圖像。能譜純化技術(shù)是目前應(yīng)用于新一代雙源CT機(jī)上的新技術(shù)，它能夠去除高能譜射線中的低能譜成分，使高能譜射線純化，減少與低能譜能量重疊，顯著提高碘成分的區(qū)分能力，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[5-7]，采用能譜純化過(guò)濾裝置后，在相同射線劑量的前提下對(duì)碘的區(qū)分能力可提高80%。

1.能譜純化技術(shù)對(duì)小結(jié)石的檢出價(jià)值

本研究中發(fā)現(xiàn)，兩組虛擬平掃圖像發(fā)現(xiàn)輸尿管膀胱占位及腎囊腫的準(zhǔn)確性較高。對(duì)于占位性病變及腎盂輸尿管擴(kuò)張積水病變，兩組也能獲得與常規(guī)平掃相同的顯示。但是，在140kV／80kV組，虛擬平掃對(duì)結(jié)石的檢出能力相對(duì)較差，尤其是直徑小于4mm的結(jié)石，有4例結(jié)石在虛擬平掃圖像上未顯示，主要為直徑較小的輸尿管和膀胱結(jié)石。可能是因?yàn)獒槍?duì)直徑小于4mm的結(jié)石，一代雙源CT在減影過(guò)程中不能較好區(qū)分結(jié)石和碘劑，結(jié)石被當(dāng)成碘劑減影掉了[8，9]。在80kV／Sn 140kV組，虛擬平掃對(duì)于結(jié)石的檢出率較好，尤其是對(duì)小結(jié)石的顯示能力明顯提高，這可能是由于采用了能譜純化技術(shù)能更好地將各種物質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)，使得小結(jié)石在減影時(shí)未被減影掉。本研究中共有12例直徑小于4mm的小結(jié)石，僅有1例直徑小于2mm的小結(jié)石在虛擬平掃上未見(jiàn)顯示，這可能與結(jié)石本身成分也有一定關(guān)系[10-12]，如尿酸鹽結(jié)石本身對(duì)X線衰減較弱。

2.能譜純化技術(shù)對(duì)提高虛擬平掃圖像質(zhì)量的作用

在本研究中，80kV／Sn 140kV組虛擬平掃圖像的噪聲明顯低于140kV／80kV組，同時(shí)其信噪比高于140kV／80kV組。這可能是由于在140kV／80kV組，能譜射線純化度不夠，低能量的光子被高密度的物質(zhì)所吸收，從而導(dǎo)致探測(cè)器接受到的總的光子能量減少，使噪聲增加，進(jìn)而影響虛擬平掃的圖像質(zhì)量。可見(jiàn)，采用能譜純化技術(shù)，可有效濾過(guò)140kV中的低能量射線，有效提高虛擬平掃圖像的信噪比，降低其噪聲。

3.能譜純化技術(shù)對(duì)降低輻射劑量的作用

多層螺旋CT已成為泌尿系疾病檢查的常用手段，它既可以從形態(tài)學(xué)方面來(lái)進(jìn)行觀察，同時(shí)還可了解泌尿系的排泄功能。小兒泌尿系疾病在臨床上也屬于外科常見(jiàn)病。CT圖像質(zhì)量和輻射劑量歷來(lái)就是CT檢查中關(guān)注的重點(diǎn)。根據(jù)國(guó)際電量離輻射生物委員會(huì)（BEIR）等的估計(jì)，如果5歲的兒童接受的輻射劑量為100mGy時(shí)，其致死性癌癥的發(fā)病率為1.2%～1.5%，15歲的女孩接受同樣的輻射劑量其乳腺癌的發(fā)生率會(huì)增加0.3%[13，14]。國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)（international commission on radiological protection，ICRP）提出了劑量最優(yōu)化原則（as long as reasonable），即在保證圖像質(zhì)量具有診斷價(jià)值的前提下盡可能降低患者的輻射量。Ralf等[15]研究認(rèn)為，在雙能量成像時(shí)，140kV射線中含有的低能量射線不易穿透而被人體所吸收，增加了人體的吸收劑量，同時(shí)增加掃描圖像的本底噪聲。二代雙源CT在X線球管后設(shè)置了能譜純化技術(shù)（selected photon shield，SPS），低能量射線被濾過(guò)，可有效提高射線的利用率，減小了人體的吸收劑量，達(dá)到降低輻射劑量的目的。本研究中采用80kV／Sn 140kV掃描與140kV／80kV組相比減少約10%的輻射劑量。在傳統(tǒng)的泌尿系疾病的CT檢查中，掃描次數(shù)至少4次，患者的輻射劑量達(dá)到約20mSv。在二代雙源CT掃描時(shí)，虛擬平掃圖像能夠達(dá)到常規(guī)平掃的圖像質(zhì)量，從而可減少掃描次數(shù)，使患者可減少約1／4的輻射量。

本研究仍有一些不足之處：首先，雖然二代雙源CT的B球管FOV和一代雙源CT相比較，從26cm2提高到了33.4cm2，但對(duì)于肥胖患者在超出探測(cè)器范圍時(shí)圖像噪聲較大；其次，本研究的患者樣本量較少，將來(lái)的研究中可以納入更多的患者樣本，使研究結(jié)果更加準(zhǔn)確和具有說(shuō)服力。

總之，針對(duì)泌尿系疾病的CT檢查，能譜純化技術(shù)可明顯提高對(duì)物質(zhì)的識(shí)別能力，提高虛擬平掃的圖像質(zhì)量，真正達(dá)到減少掃描次數(shù)、降低患者輻射劑量的目的。

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