雙源CT虛擬平掃在泌尿系造影檢查中的應用

何璽等

[摘要] 目的 探討雙源CT虛擬平掃（VNC）在CT泌尿系造影（CTU）中的應用價值。方法 對198例臨床疑泌尿系疾病患者行CTU檢查（包括常規平掃、腎實質期雙能量掃描和排泄期掃描）。將雙能量掃描腎實質期利用Liver VNC軟件處理得VNC圖像，對比VNC圖像與常規平掃（CNC）圖像腹主動脈、腎皮質及病灶的平均CT值、SNR、CNR、圖像質量評分、輻射劑量及對病灶的顯示。結果 與常規平掃相比：虛擬平掃所測器官CT值差異無統計學意義（P>0.05）；圖像噪聲高于常規平掃，而SNR、CNR均低于常規平掃（P<0.05）；虛擬平掃圖像質量絕對評分低于常規平掃，但差異無統計學意義（P>0.05）；兩種圖像對囊腫、實性占位的大小、位置顯示差異無統計學意義（P>0.05），對結石或鈣化的現示差異有統計學意義（P<0.05）；雙能量掃描方案輻射劑量ED低于常規掃描方案，劑量降低1.39 mSv。結論 雙能量虛擬平掃在雙源CT泌尿系成像中很有可能取代常規平掃，這樣就會因為減少1次平掃從而減少1次放射劑量， 如此不但不影響圖像質量及病灶檢出反而還降低了輻射劑量，在臨床應用價值方面具有很大的潛力，值得在臨床上推廣應用。

[關鍵詞] X線計算機；泌尿系成像；虛擬平掃；輻射劑量

[中圖分類號] R725 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-0742（2014）07（c）-0178-03

因CTU直觀、準確顯示泌尿系結石（簡稱尿石病 Urinary stones disease）的部位、大小、周圍情況及腎臟的分泌、代謝功能等而廣泛用于臨床。但凡事有利有弊，掃描范圍過大（腎臟上極達盆腔底部）和掃描次數過多（常規平掃、腎實質期和排泄期掃描）以致于輻射劑量過大是CTU的主要弊端，同時也是制約其發展的主要因素。正是在這樣的情況下，近年來在CTU檢查時采取了一系列減少輻射劑量的掃描方法。其中成效最好的便是雙源CT （dual source CT，DSCT）雙能量虛擬平掃（Virtual non-contrast，VNC）技術，它可以通過一次增強掃描，便可獲得平掃圖像，這樣便可以有效避免因患者移動而導致的剪影失敗，從而縮短檢查時間并減少輻照次數。不過目前對于雙源CT雙能量虛擬平掃技術尚還不夠成熟，所以其研究主要集中在胸部和頭部[2-3]。該研究通過分析該院在2012年9月—2013年6月行CT平掃雙能量泌尿系檢查的198例患者臨床療效，從而探討雙源CT雙能量虛擬平掃技術在CT泌尿系造影檢查中的臨床應用價值、安全性及可行性，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集行CT平掃雙能量泌尿系檢查患者198例，其中男性121例，女性77例，年齡6～69歲，平均（41.7±13.1）歲。所有患者檢查前碘過敏試驗陰性，并簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

采用Siemens Somatom Definition雙源CT機對患者先行泌尿系常規平掃，常規平掃的主要內容是單X線球管掃描，操作時控制準直24 mm×1.2 mm，掃描野210～250 mm，層厚及間距均為10 mm，管電壓120 kV，參考管電流220 mAs，球管旋轉頻率為0.5 s/圈，卷積核H31 medium smooth，掃描部位從頭到足，控制務必精準，防止因操作失誤而導致結果出現誤差。然后增強掃描，20 s后行動脈期掃描，再過25 s則行實質期掃描，而實質期掃描不同之前，是要進行雙能量增強掃描（掃描部位為頭顱部至趾骨聯合）。雙能量增強掃描的主要內容如下：A管球管電壓為 142 kVp、參考管電流為50 mAs而B 管球管電壓為80 kVp、參考管電流為213 mAs，球管旋轉頻率同樣是0.5 s/圈，螺距、準直、重建層厚、掃描野以及重建間距分別為0.8、64 mm×0.6 mm、1 mm、210～250 mm和0.7 mm，卷積核B30f smooth。掃描方向為從上而下。

1.3 圖像后處理

實質期經過雙能量增強掃描之后得到兩組獨立的不同能量的薄層圖像和一組融合圖像。將這些圖像傳入到后處理工作站雙能卡，然后使用Liver VNC軟件，將碘對比劑的融合比率調整到0%，這樣便能夠得到泌尿系的VNC圖像，然后再將融合比率調節到100%便能夠得到碘分布圖，所采用的0%和100%等其它參數均是默認值，再將薄層VNC圖像放入3D卡中重建出層厚、間隔均與CNC相同的圖像，見圖1、2。

圖1 雙能量Liver VNC應用程序界面

圖2調整碘對比劑的融合比率局部放大圖

1.4 圖像分析

由兩名主治醫生分別分析，若有分歧請一名主任醫師綜合分析達成共識。分析指標包括：

1.4.1 平均CT值測量正常區域測量 感興趣區（region of interest，ROI）選擇同平面雙腎皮質、肝臟及皮下脂肪，測量范圍約1 cm2區域，保證ROI的大小和位置相同，在CNC及VNC圖像上分別測量平均CT值。病變區域的測量：感興趣區（region of interest，ROI）選擇病灶中心，測量范圍約1 cm2區域，盡量避開壞死、鈣化和水腫區，分別在CNC及VNC的同一位置測量。信號噪聲（signal-to-noise ratio，SNR）為平均CT值/標準差；對比噪聲比（Constrast-Noise Ratio，CNR）為雙腎皮質平均CT值與皮下脂肪CT值之差再除以背景噪聲。見圖3、4。

圖3、4 分別為CNC和VNC圖像上CT值和噪聲的測量

1.4.2 圖像質量評分 評分標準[2]：按高分往低分降序排列可分為5個層次。①解剖病灶和細節均很清晰且能夠作出簡潔明了地評價則為5分；②解剖病灶、細節及結構相比較來說算清晰且能夠作出盡管不是特別好的評價的則為4分；③絕大多數的解剖結構及病灶不會影響到診斷，只是少數一些圖像評價不好的則為3分；④解剖結構及病灶絕大多數都不清晰影響到診斷且細節模糊不足以被發現的則為2分；⑤解剖結構及病灶模糊到完全不能診斷的則為1分。評分達3分以上均能滿足診斷要求。endprint

1.5 統計方法

采用SSPS 17.0軟件包對數據進行分析，以配對t檢驗比較CNV與VNC兩組圖像的平均CT值、SNR、CNR、圖像主觀評分及輻射劑量。

2 結果

2.1 CNC與VNC平均CT值比較

兩組圖像不同組織平均CT值的比較采用配對t檢驗，腎臟皮質、肝臟實質、脊柱旁肌肉及背景空氣比較P值均>0.05，說明CNC與VNC得到的腎臟平掃圖像平均CT值差異不大。見表1。

3 討論

物質抽取理論[4]是雙能量數據用于區別碘劑和其他高密度組織的理論依據，其原理很簡單，即在兩種不同X射線能量下同一種物質的衰減系數是不同的。再加上物質抽取理論在原子序數大的元素中更加適用，比如說碘劑，其原子序數很大，這樣由于光電效應導致其CT值在80 kV和140 kV圖像上呈現出巨大的差異，不僅如此，在以80 kV為縱坐標、140 kV為橫坐標的平面直角坐標系中它還以固定的斜率變化，等到將這些符合特定變化規律的數據抽取之后便可以將碘對比劑在CT圖像中的影像進行去除或分離，從而實現雙源CT雙能量虛擬平掃技術。目前，雖然DSCT雙能量虛擬平掃技術并不成熟，但在全身多個部位卻均有應用，主要研究部位是頭顱和胸部，不過其中較成熟的卻是肝臟，根據肝組織在雙能量下的變化，可對肝脂肪變性、Wilsons病銅沉積以及肝內鐵沉積和病灶內有無鈣化等作出有效準確地評價，而骨關節方面可評估骨挫傷、頭部應用有鑒別顱內新鮮或陳舊性出血[5-8] 以及腫塊定性診斷等則是其在肺部的主要應用。

該研究的局限性為只對結石的檢出情況進行了比較，未對結石的量及成分進行比較分析，需要在進一步的研究中具體量化。總之，雙源CT泌尿系成像中， 雙能量虛擬平掃取代常規平掃的可能性還是比較大的， 其優點自然是因為減少了1次平掃的放射劑量從而能夠降低輻射劑量并且還是在不影響圖像質量及病灶檢出的情況下，可見其在臨床應用方面具有廣闊的前景。

[參考文獻]

[1] Stolzmann P， Kozomara M， Chuck N， et al.In vivo identification of uric acid stones with dual-energy CT： diagnostic performance evaluation in patients[J]. Abdom Imaging， 2010，35（17）： 629-635.

[2] Florian F， Behrendt MD， Bernhard Schmidt， et al. Image Fusion in Dual Energy Computed Tomography： Effect on Contrast Enhancement， Signal to Noise Ratio and Image Quality in Computed Tomography Angiography[J]. Investigative Radiology，2009，44（1）：1-7.

[3] Alaya A， Nouri A， Najjar M F. Urinary stone composition in pediatric patients： a retrospective study of 205 cases[J]. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine， 2011， 49（2）： 243-248.

[4] Basiri A， Taheri M， Taheri F. What is the State of the Stone Analysis Techniques in Urolithiasis[J]. Urology journal， 2012，9（2）： 445-454.

[6] Gaser A， Johnson TR， Chandarana HO， et al.Dual energy CT： preliminary observations and potential clinical applications in the abdomen[J]. Eur Radiol， 2009， 19（1） ：13-23.

[7] Chandarana H， Megibow AJ， Cohen BA， et al. Iodine quantification with dual-energy CT： phantom study and preliminary experience with renal masses[J]. AJR， 2011， 196 （6） ： 693-700.

[8] Chae EJ， Song JW， Krauss B，et al. Dual-energy computed tomography characterization of solitary pulmonary nodules[J]. Thorac Imaging， 2010， 25（4）：301-310.

（收稿日期：2014-04-27）endprint

1.5 統計方法

采用SSPS 17.0軟件包對數據進行分析，以配對t檢驗比較CNV與VNC兩組圖像的平均CT值、SNR、CNR、圖像主觀評分及輻射劑量。

2 結果

2.1 CNC與VNC平均CT值比較

兩組圖像不同組織平均CT值的比較采用配對t檢驗，腎臟皮質、肝臟實質、脊柱旁肌肉及背景空氣比較P值均>0.05，說明CNC與VNC得到的腎臟平掃圖像平均CT值差異不大。見表1。

3 討論

物質抽取理論[4]是雙能量數據用于區別碘劑和其他高密度組織的理論依據，其原理很簡單，即在兩種不同X射線能量下同一種物質的衰減系數是不同的。再加上物質抽取理論在原子序數大的元素中更加適用，比如說碘劑，其原子序數很大，這樣由于光電效應導致其CT值在80 kV和140 kV圖像上呈現出巨大的差異，不僅如此，在以80 kV為縱坐標、140 kV為橫坐標的平面直角坐標系中它還以固定的斜率變化，等到將這些符合特定變化規律的數據抽取之后便可以將碘對比劑在CT圖像中的影像進行去除或分離，從而實現雙源CT雙能量虛擬平掃技術。目前，雖然DSCT雙能量虛擬平掃技術并不成熟，但在全身多個部位卻均有應用，主要研究部位是頭顱和胸部，不過其中較成熟的卻是肝臟，根據肝組織在雙能量下的變化，可對肝脂肪變性、Wilsons病銅沉積以及肝內鐵沉積和病灶內有無鈣化等作出有效準確地評價，而骨關節方面可評估骨挫傷、頭部應用有鑒別顱內新鮮或陳舊性出血[5-8] 以及腫塊定性診斷等則是其在肺部的主要應用。

該研究的局限性為只對結石的檢出情況進行了比較，未對結石的量及成分進行比較分析，需要在進一步的研究中具體量化。總之，雙源CT泌尿系成像中， 雙能量虛擬平掃取代常規平掃的可能性還是比較大的， 其優點自然是因為減少了1次平掃的放射劑量從而能夠降低輻射劑量并且還是在不影響圖像質量及病灶檢出的情況下，可見其在臨床應用方面具有廣闊的前景。

[參考文獻]

[1] Stolzmann P， Kozomara M， Chuck N， et al.In vivo identification of uric acid stones with dual-energy CT： diagnostic performance evaluation in patients[J]. Abdom Imaging， 2010，35（17）： 629-635.

[2] Florian F， Behrendt MD， Bernhard Schmidt， et al. Image Fusion in Dual Energy Computed Tomography： Effect on Contrast Enhancement， Signal to Noise Ratio and Image Quality in Computed Tomography Angiography[J]. Investigative Radiology，2009，44（1）：1-7.

[3] Alaya A， Nouri A， Najjar M F. Urinary stone composition in pediatric patients： a retrospective study of 205 cases[J]. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine， 2011， 49（2）： 243-248.

[4] Basiri A， Taheri M， Taheri F. What is the State of the Stone Analysis Techniques in Urolithiasis[J]. Urology journal， 2012，9（2）： 445-454.

[6] Gaser A， Johnson TR， Chandarana HO， et al.Dual energy CT： preliminary observations and potential clinical applications in the abdomen[J]. Eur Radiol， 2009， 19（1） ：13-23.

[7] Chandarana H， Megibow AJ， Cohen BA， et al. Iodine quantification with dual-energy CT： phantom study and preliminary experience with renal masses[J]. AJR， 2011， 196 （6） ： 693-700.

[8] Chae EJ， Song JW， Krauss B，et al. Dual-energy computed tomography characterization of solitary pulmonary nodules[J]. Thorac Imaging， 2010， 25（4）：301-310.

（收稿日期：2014-04-27）endprint

1.5 統計方法

采用SSPS 17.0軟件包對數據進行分析，以配對t檢驗比較CNV與VNC兩組圖像的平均CT值、SNR、CNR、圖像主觀評分及輻射劑量。

2 結果

2.1 CNC與VNC平均CT值比較

兩組圖像不同組織平均CT值的比較采用配對t檢驗，腎臟皮質、肝臟實質、脊柱旁肌肉及背景空氣比較P值均>0.05，說明CNC與VNC得到的腎臟平掃圖像平均CT值差異不大。見表1。

3 討論

物質抽取理論[4]是雙能量數據用于區別碘劑和其他高密度組織的理論依據，其原理很簡單，即在兩種不同X射線能量下同一種物質的衰減系數是不同的。再加上物質抽取理論在原子序數大的元素中更加適用，比如說碘劑，其原子序數很大，這樣由于光電效應導致其CT值在80 kV和140 kV圖像上呈現出巨大的差異，不僅如此，在以80 kV為縱坐標、140 kV為橫坐標的平面直角坐標系中它還以固定的斜率變化，等到將這些符合特定變化規律的數據抽取之后便可以將碘對比劑在CT圖像中的影像進行去除或分離，從而實現雙源CT雙能量虛擬平掃技術。目前，雖然DSCT雙能量虛擬平掃技術并不成熟，但在全身多個部位卻均有應用，主要研究部位是頭顱和胸部，不過其中較成熟的卻是肝臟，根據肝組織在雙能量下的變化，可對肝脂肪變性、Wilsons病銅沉積以及肝內鐵沉積和病灶內有無鈣化等作出有效準確地評價，而骨關節方面可評估骨挫傷、頭部應用有鑒別顱內新鮮或陳舊性出血[5-8] 以及腫塊定性診斷等則是其在肺部的主要應用。

該研究的局限性為只對結石的檢出情況進行了比較，未對結石的量及成分進行比較分析，需要在進一步的研究中具體量化。總之，雙源CT泌尿系成像中， 雙能量虛擬平掃取代常規平掃的可能性還是比較大的， 其優點自然是因為減少了1次平掃的放射劑量從而能夠降低輻射劑量并且還是在不影響圖像質量及病灶檢出的情況下，可見其在臨床應用方面具有廣闊的前景。

[參考文獻]

[1] Stolzmann P， Kozomara M， Chuck N， et al.In vivo identification of uric acid stones with dual-energy CT： diagnostic performance evaluation in patients[J]. Abdom Imaging， 2010，35（17）： 629-635.

[2] Florian F， Behrendt MD， Bernhard Schmidt， et al. Image Fusion in Dual Energy Computed Tomography： Effect on Contrast Enhancement， Signal to Noise Ratio and Image Quality in Computed Tomography Angiography[J]. Investigative Radiology，2009，44（1）：1-7.

[3] Alaya A， Nouri A， Najjar M F. Urinary stone composition in pediatric patients： a retrospective study of 205 cases[J]. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine， 2011， 49（2）： 243-248.

[4] Basiri A， Taheri M， Taheri F. What is the State of the Stone Analysis Techniques in Urolithiasis[J]. Urology journal， 2012，9（2）： 445-454.

[6] Gaser A， Johnson TR， Chandarana HO， et al.Dual energy CT： preliminary observations and potential clinical applications in the abdomen[J]. Eur Radiol， 2009， 19（1） ：13-23.

[7] Chandarana H， Megibow AJ， Cohen BA， et al. Iodine quantification with dual-energy CT： phantom study and preliminary experience with renal masses[J]. AJR， 2011， 196 （6） ： 693-700.

[8] Chae EJ， Song JW， Krauss B，et al. Dual-energy computed tomography characterization of solitary pulmonary nodules[J]. Thorac Imaging， 2010， 25（4）：301-310.

（收稿日期：2014-04-27）endprint