低劑量CT技術在泌尿系結石診斷中的應用價值

束宏敏，李小虎，宋　建，杜俊華，劉　斌，余長亮，錢銀鋒，李曉舒，張　輝，余永強

低劑量CT技術在泌尿系結石診斷中的應用價值

束宏敏1，李小虎1，宋建1，杜俊華2，劉斌1，余長亮1，錢銀鋒1，李曉舒1，張輝1，余永強1

摘要目的探討低劑量CT結合自適應統計迭代重建技術在泌尿系結石診斷中的價值。方法使用自動管電流調節技術，對臨床懷疑泌尿系結石的41例患者同時進行常規劑量及低劑量CT掃描，其中常規組噪聲指數（NI）設定為13，低劑量組NI設定為25，運用濾過反投影技術（FBP）及自適應統計迭代重建技術（ASIR）對圖像進行1．25 mm層厚重建，由兩名放射科醫師分別對結石（大小、位置、數目）、圖像質量（1～5分）、圖像噪聲（1～3分）及診斷可信度（1～3分）等幾個方面進行評估，記錄兩組掃描的容積CT劑量指數（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）并計算有效劑量（ED）。采用Wilcoxon符號秩和檢驗及配對t檢驗進行統計學分析。結果低劑量組的平均ED為1．76 mSv，常規組的平均ED 為5．98mSv（P＜0．05）。低劑量組使用80%ASIR法處理的圖像質量明顯高于FBP法處理的圖像質量（P＜0．05），而與常規組FBP法處理的圖像質量大致相仿，差異無統計學意義（P＞0．05）。結論結合使用自動管電流調節技術及ASIR，可在保證圖像質量的前提下，明顯降低CT掃描輻射劑量，具有較好的臨床可行性。

關鍵詞泌尿系結石；低劑量；自適應統計迭代重建技術；CT

2015-07-31接收

余永強，男，教 授，博士 生 導師，責 任作 者，E-mail：yuyongqiang＠hotmail．com

尿石癥是泌尿外科常見的疾病之一，發作時以疼痛及血尿為主要臨床表現。以往依靠KUB、超聲和IVU等檢查，近年來，伴隨著螺旋CT技術的飛速發展，以其更快的掃描速度、更薄的掃描層厚及更強的三維重建技術［1］為泌尿系結石診斷提供了更有效的檢查方法，廣泛應用于臨床。然而，螺旋CT在提高結石診斷率的同時，也使患者接受了更多的輻射劑量。如何降低患者的輻射劑量成為醫務工作者和患者共同關注的焦點問題。因此，該研究結合使用了自適應統計迭代重建技術（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）及自動管電流調節技術，探討在保證圖像質量符合臨床診斷的前提下，低劑量CT掃描在泌尿系結石診斷中的可行性。

1　材料與方法

1．1一般資料收集2014年9月～2015年3月因臨床懷疑泌尿系結石行CT檢查的41例患者，其中男20例，女21例，年齡23～76（51．0±12．8）歲。臨床主要表現：血尿、腹背部疼痛、尿急等。該研究已通過安徽醫科大學第一附屬醫院倫理委員會同意，所有檢查患者均簽署知情同意書。

1．2設備與方法采用能譜CT（Discovery CT750 HD）進行掃描，掃描前去除體表金屬異物，并于掃描前半小時飲用300 m l飲用水。患者取仰臥位，掃描范圍自胸12水平至恥骨聯合下緣，掃描過程中囑屏住呼吸。掃描時管電壓120 kV，使用自動毫安調節技術，管電流范圍10～400 mA，旋轉時間0．5 s／圈，螺距1．375∶1，常規組噪聲指數（noise index，NI）為13，低劑量組NI為25。

1．3圖像后處理常規組及低劑量組圖像使用1．25 mm層厚重建，采用濾過反投影技術（filtered back projection，FBP）及ASIR對圖像進行重建，其中ASIR的權重依次設定為20%、40%、60%及80%，獲得10組圖像，并在GE ADW4．3工作站完成圖像的測量工作。由兩名具有5年以上腹部影像診斷經驗的醫師分別對10組圖像進行評估觀察，觀察的內容包括：結石的數目、大小、位置，圖像質量、圖像噪聲水平及診斷可信度等。在診斷過程中遇到診斷意見不一致的情況時，由兩名醫師協商達成一致。

1．4圖像質量分析①圖像質量：以5分制進行評分（1分：圖像噪聲大，偽影重，結構顯示不清，完全不能滿足臨床診斷；2分：圖像噪聲較大，大部分結構顯示不清，不能滿足臨床診斷；3分：圖像噪聲一般，部分結構顯示欠佳，基本滿足診斷；4分：圖像噪聲尚可，組織結構顯示清晰，可以滿足診斷要求；5分：圖像噪聲小，結構顯示清晰，完全滿足臨床診斷要求）；②圖像噪聲：以3分制進行評分（1分：噪聲小；2分：噪聲一般；3分：噪聲大）；③診斷可信度：以3分制進行評分（1分：無可信度；2分：基本可信；3分：完全可信）［2］。

1．5噪聲水平的測定分別選擇肝右葉、體表脂肪層及腰大肌（第5腰椎水平）作為感興趣區，大小為70～110 mm2，記錄感興趣區CT值的標準差（SD），作為圖像噪聲的水平。

1．6輻射劑量分別記錄兩組掃描患者接受的輻射劑量參數：容積CT劑量指數（CT dose index volumes，CTDIvol）、劑量長度乘積（dose length product，DLP），并計算有效劑量（effective dose，ED），其中ED＝DLP×W，W表示轉換因子，根據歐洲CT質量標準指南規定，腹部的轉換因子為0．015。

1．7統計學處理采用 SPSS 16．0統計軟件進行分析，對常規組及低劑量組的輻射劑量及噪聲水平進行配對t檢驗，對圖像質量評分進行Wilcoxon符號秩和檢驗。

2　結果

2．1診斷結果41例患者共檢出結石186枚，其中腎結石167枚，輸尿管結石18枚（上段7枚，中段4枚，下段7枚），膀胱結石1枚，結石大小范圍1．0 ～44．8 mm，結石平均直徑為7．4 mm。依據結石大小分類：其中?＜3 mm為56枚，3～5 mm為43枚，5 ～10 mm為41枚，＞10 mm為46枚。

2．2圖像質量主觀評分由兩名醫師分別對圖像進行評分，見表1。常規組FBP圖像較低劑量組FBP的圖像質量、圖像噪聲及診斷可信度的評分較高，差異有統計學意義。圖1、2為2例結石患者采用兩組掃描方案獲得的圖像，常規組FBP圖像（1A、2A）質量較好，可以滿足臨床診斷需求，低劑量組FBP圖像（1B、2B）質量最差，噪聲最大，使用不同權重的ASIR處理后，圖像質量評分有所提高，當ASIR的權重設定為80%時，圖像（1D、2D）質量明顯提高，低劑量組80%ASIR處理圖像質量評分與常規組FBP處理圖像質量評分差異無統計學意義。

2．3圖像噪聲客觀評分常規組FBP與低劑量組FBP的圖像噪聲差異有統計學意義，當使用80% ASIR處理后，低劑量組的圖像噪聲明顯降低，感興趣區圖像噪聲水平低劑量組 ASIR較常規組 FBP低，但差異無統計學意義，見表2。

2．4輻射劑量兩組患者接受的輻射劑量，低劑量組CTDIvol較常規組降低70．62%，DLP降低70．63%，ED降低70．56%，差異有統計學意義（P＜ 0．05），見表3。

表1　兩組圖像質量評分［n＝41，M（Q）］

表2　兩組圖像噪聲客觀評分（n＝41，±s）

表2　兩組圖像噪聲客觀評分（n＝41，±s）

＃表示低劑量組　80%ASIR與常規組　FBP比較

部位　　常規組FBP　　低劑量組FBP　　低劑量組60%ASIR　　低劑量組80%ASIR　t值＃　P值＃脂肪　24．50±3．57　40．91±6．24　27．80±4．51　23．03±3．74　3．018　　＜0．05肝右葉　29．40±3．77　55．90±6．86　35．71±5．69　29．38±4．27　0．027　0．979腰大肌　27．99±3．63　51．45±7．79　33．44±5．46　27．17±3．91 1．393　0．171

表3　兩組的劑量比較（n＝41，±s）

表3　兩組的劑量比較（n＝41，±s）

指標　　常規組　　低劑量組　t值　P值CTDIvol（mGy）8．34±1．97　2．45±0．71　29．308　　＜0．05 DLP（mGy.m）　398．48±98．10　117．03±34．56　22．776　　＜0．05 ED（mSv）5．98±1．47　1．76±0．52　27．787　　＜0．05

3　討論

CT技術目前已成為臨床診斷泌尿系結石的金標準，有研究［3］表明其在發現結石的同時可以進一步區分結石的化學成分，從而指導患者的臨床治療。由于泌尿系結石患者的復發率高［4］，患者往往需要接受多次的CT檢查。自1990年Naidich et al［5］首先報道低劑量CT胸部掃描以來，低劑量CT掃描越來越受到人們的關注。降低輻射劑量的常用方法有增大螺距或降低管電流，增大螺距可以降低患者的輻射劑量，但造成圖像在Z軸上的空間分辨力下降，遺漏小病灶的危險性增大［6］，減低管電流成為降低輻射劑量的首選手段。

本研究采用自動管電流調制技術降低患者的輻射劑量，其為一種前瞻性的劑量調控技術，包括Z軸自動管電流調節技術和角度自動管電流調節技術［7］，NI是預設的主要參數之一，NI升高，圖像噪聲水平升高，輻射劑量降低。在掃描定位相時，機器會獲得掃描體在Z軸上的厚度、密度等信息，掃描過程中，根據受檢者的體形在Z軸上的變化，管電流會自動進行調節，使得各斷層圖像保持預設的噪聲水平，在降低劑量的同時，獲得穩定的圖像質量［8-10］。

本研究顯示，使用低劑量掃描，患者接受的輻射劑量由5．98 mSv降為1．76 mSv，較常規組下降約70．6%。Kwon et al［11］采用 100 kV、60 mAs低劑量掃描顯示輻射劑量下降76．5% ～76．7%，Gervaise et al［12］采用依據BMI設定不同管電壓（120 kV、100 kV、80 kV），自動毫安（10～300 mA）低劑量掃描顯示輻射劑量下降約76%，與本研究的結果基本一致；與以往研究相比，本研究的輻射劑量下降程度稍低，推測可能與管電壓、NI值的設定及患者的BMI不同有關。

然而，低劑量掃描在降低輻射劑量的同時，也增加了圖像噪聲，使得圖像質量明顯下降。ASIR作為一種降低圖像噪聲的重建算法，它考慮到數據的統計噪聲性質，利用迭代的方法在原始數據空間加以抑制，在不損害空間分辨力的前提下明顯降低圖像噪聲，獲得清晰的圖像［13］。

低劑量組掃描的圖像噪聲水平較高，使用不同權重的ASIR重建后，圖像噪聲水平均有所降低，圖像質量提高，可以較好的滿足臨床診斷。本研究采用主觀及客觀評分對圖像質量及噪聲進行評估，隨著ASIR權重的逐漸增加，感興趣區的SD值逐漸下降，當ASIR權重設定為80%時，SD值降至最低，提示圖像噪聲水平最低，此時圖像質量評分亦為最高。楊尚文等［14］在胸部低劑量CT應用中認為最適宜ASIR權重為40%，提出ASIR的權重并非越高越好，過高的ASIR值可以進一步抑制圖像噪聲，但同時造成圖像對比度降低，圖像質量下降。McLaughlin et al［15］在使用不同權重ASIR（40%、70%、90%）對腹部圖像處理時，認為在70%ASIR時圖像質量最好，最能滿足于臨床診斷。本研究結果顯示，當ASIR權重設定為80%時，圖像質量最好，可較好滿足臨床診斷需求，與以往研究比較有一定的差異，這與選擇不同的檢查部位，具有不同的最佳ASIR權重設定有關。因此，關于泌尿系CT掃描最適宜的ASIR權重設定需進一步研究。

本研究中尚有需要改進的地方：①在以往的研究中，對照組的選擇常常采用異體對照或自身隨訪對照，因個體差異或在隨訪過程中結石的位置可能會發生改變，對比性較差，本研究采用自身對照的方法，即患者同時接受常規組及低劑量組的重復掃描，這樣的設置會引起患者接受更多地輻射劑量，但使用低劑量掃描引起的劑量增加并不大［11］，且所有參與研究的患者均簽知情同意書，對于長期隨訪復查的患者而言，低劑量掃描在臨床的應用將會降低檢查過程中總體的輻射劑量，目前國外已經開展了一些類似的研究［11］；②研究的樣本量較小，在后續的研究中，將會進一步擴大樣本量。

總之，結合使用自動管電流調節技術，在泌尿系結石診斷中行低劑量CT掃描，并使用合適權重的ASIR重建圖像，可以在保證圖像質量滿足臨床診斷需求的同時，明顯降低輻射劑量，具有較好的臨床可行性。

參考文獻

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The app lication of low-dose CT for evaluation of urinary stone

Shu Hongmin，Li Xiaohu，Song Jian，et al
（Dept of Radiology，The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University，Hefei230022）

AbstractObjectiveTo evaluate the feasibility of low-dose CT（LDCT）combined with adaptive statistical iterative reconstruction（ASIR）in the diagnosis of urinary calculi．Methods41 patientswith clinically suspected urolithiasiswere included．Followed by both conventional-dose CT scans（CDCT）and LDCT．Automatic tube current modulation scanning was used with noise index setting of 13 in CDCT and 25 in LDCT．Imaging reconstructed was completed by filtered back projection（FBP）and different settings of ASIR（20%，40%，60%，80%）respectively．Calculi（size，location，number），image quality（scale，1-5），image noise（scale，1-3）and confidence levels for urolithiasis diagnose（scale，1-3）were evaluated and measured by two radiologists independently．Radiation dose by CT dose index volumes（CTDIvol）and dose length product（DLP）were recorded，effective dose（ED）was calculated．Statistical analysiswas performed with Wilcoxon signed rank and paired t tests．Resu ltsMean ED was1．76 mSv in LDCT compared with 5．98 mSv in CDCT（P＜0．05）．LDCT 80%ASIR images shared great image quality with CDCT FBP images（P＞0．05），which was higher than that of LDCT FBP images（P＜0．05）．ConclusionRadiation dose can be significantly reduced with image qualitymaintained with the combination of automatic tube current modulation scanning and ASIR in low-dose CT scan．

Key wordsurinary stone；low dose；adaptive statistical iterative reconstruction；computed tomography

中圖分類號R 814．42

文獻標志碼A

文章編號1000-1492（2015）11-1657-04

基金項目：國家自然科學基金青年基金項目（編號：81301224）；安徽省高校省級自然科學研究重點項目（編號：KJ2013A144）；安徽醫科大學第一附屬醫院青年培育基金項目（編號：2012KJ02）

作者單位：安徽醫科大學第一附屬醫院1放射科、2泌尿外科，合肥230022

作者簡介：束宏敏，男，碩士研究生；