非增強多層螺旋CT低劑量掃描探查尿路微小結石的研究

蔣黛蒂 曾蒙蘇 虞曉明 郁金惠 錢春鍵 鐘葉 詹青霞

(1.復旦大學附屬中山醫院青浦分院放射科,上海 201700;2.復旦大學附屬中山醫院放射科,上海 200032)

尿路結石是泌尿系統最常見的疾病,對于尿路結石的診斷多層螺旋CT(MSCT)在診斷準確性及檢查效率上均優于其他影像學檢查方法,并且可采用低劑量掃描,因此,目前國外將非增強螺旋CT(NCHCT)低劑量掃描作為懷疑有尿路結石的急性腰痛患者的首選檢查方法。在CT廣泛應用的今天,減少輻射對人體的損傷越來越多地受到重視,低劑量檢查技術和方法正逐步深入研究并應用于臨床,本研究是以我國成人尿路微小結石為研究對象,探討應用低劑量掃描的可行而且可靠的方法。

1 資料與方法

1.1 材料

1.1.1 成人體徑值測量 測量人群為行尿路CT檢查的成人228例,年齡52.99歲(20～80歲),體質量≤75 kg,其中男性 131例,女性97例,從獲得的CT圖像上測量腹盆部骶髂關節水平的橫徑均值為321.21 mm,前后徑均值為212.76 mm;尿路掃描覆蓋的長度(第11胸椎中部至恥骨聯合中部)均值為328.24 mm。

1.1.2 模型材料 由含骨、脂肪、肌肉成分的豬肉及腎臟組成。結石源自尿路結石患者取石得到的草酸鈣結石,選取2～5 mm 的結石7枚,其中2枚為2 mm大小。直徑7 mm的注水薄壁塑料管1支模擬輸尿管(7 mm為非擴張性輸尿管管徑上限值[1]。

1.1.3 模型制作 將結石植入到腎和肌肉組織內,注水管植入到肌肉組織內,參照測量的成人體徑形成模型,橫徑為360 mm,前后徑為220 mm。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法 采用GE lightspeed 16 CT機對模型進行掃描,用常規掃描參數：線束16×1.25 mm、120kV、掃描速度 0.8 s?rot-1、300 mA、螺距0.938、層厚5 mm,確定所獲圖像可清楚顯示所有植入的結石并定位作為結石診斷的標準和作為評價顯示輸尿管擴張和微細結構的參照(圖1A～1D)。低劑量掃描參數：以線束16×1.25 mm,120 kV,掃描速度 0.5 s?rot-1,層厚5 mm為固定條件,分別變動管電流300、200、100、60、30 mA,螺距 0.938、1.375、1.75 進行掃描,獲得15個序列的圖像,以1.25 mm層厚0.625間隔薄層重組的圖像形成多平面重建圖像。

1.2.2 統計數據 有效mAs=mA×掃描速度/螺距。輻射劑量：CTDIvol、腹部劑量長度積(DLP)=CTDIvol×L(掃描覆蓋長度以測量的成人均值328.24 mm≈330 mm來測算)從機器上自動獲得。有效輻射劑量：E=DLP×f(轉換系數0.015)。背景噪聲測量：在5 mm層厚圖像上選定固定層面、位置,以100 mm2面積,測量圖像背景噪聲SD。

1.3 評估

1.3.1 診斷結石的可靠性評價 由2位執業3年和9年的放射診斷醫師在不知情的情況下,按照輻射劑量由低到高的順序逐個序列進行閱片,獨立對結石的有無、位置、數目進行判斷,所得結論與標準圖像結果核對,確定準確率。

1.3.2 圖像質量評價 以圖像能否顯示7 mm水管和肌肉內細小紋理來判斷輸尿管是否擴張和能否區分尿路與相鄰組織結構關系作為評價圖像質量能否滿足診斷需要的標準。

1.4 統計學處理 采用統計SPSS 11.5分析軟件檢驗,Kappa值為0.897,大于0.75,表示一致性較好。

2 結 果

2.1 結石判斷的評價 2位閱片者之間判斷結石的結果,當管電流為30 mA時,對2 mm大小的結石不能或較難做出判斷;當管電流為60 mA時,對所有結石均能做出正確判斷,準確率為100%。

2.2 模型圖像質量評價

2.2.1 管電流為30 mA 、螺距 0.938、1.375、1.75和管電流為60 mA、螺距1.375、1.75的5個低劑量序列,圖像顯示不出肌肉內細小紋理;水管在軸位、矢狀位上雖可辨認,但模糊;在冠狀位上難以辨認;偽影、顆粒明顯影響對組織結構的觀察,不能用于診斷(圖2A～2D)。

2.2.2 管電流為60 mA、螺距0.938和管電流100 mA、螺距1.375、1.75的3個低劑量序列,圖像尚可顯示肌肉內細小紋理;水管在軸位、矢狀位上顯示清楚,在冠狀位上尚可辨認;偽影、顆粒在軸位、矢狀位上基本不影響對組織結構的觀察,在冠狀位上對組織的觀察有一定程度影響(圖3A～3D)。

2.2.3 輻射劑量CTDIvol高于上述序列的圖像均能清楚顯示肌肉內細小紋理、水管,偽影、顆粒不影響對組織的觀察,能滿足診斷需要(圖4A～4D)。

2.3 臨床病例應用圖像質量評價 將管電流為60 mA 、螺距0.938和管電流100 mA、螺距 1.375、1.75的3個低劑量序列應用到尿路結石檢查的病例中,評價圖像質量基本可滿足診斷需要;3個序列對比,0.938螺距圖像顆粒相對小,軟組織結構相對細膩。參考上述掃描參數設定在120 kv、0.5 s?rot-1、0.938螺距條件下,應用球管自適應調節程序,噪聲指數18、管電流范圍60～100 mA進行低劑量掃描,所獲圖像同樣可滿足診斷需要(圖5A～5D)。

2.4 不同的掃描參數下噪聲和劑量之間的關系(見表1、圖6～7)

2.5 噪聲、劑量、螺距及圖像質量的關系 表1、圖6顯示,在kV、掃描速度、螺距(pitch)不變的情況下,輻射劑量與 mA成正比;在 kV、掃描速度、mA不變的情況下,螺距與輻射劑量成反比。表1、圖7顯示,在相同掃描條件下,螺距不同產生的噪聲不同,大小依次為 1.375、1.75、0.938;在相同輻射劑量的情況下,產生噪聲由大到小螺距依次為1.375、0.938、1.75;隨著劑量在一定范圍內減低,噪聲也逐漸緩慢增大,當劑量降低到某個節點以下,噪聲將徒然增大。表1、圖6、7與圖像質量評價結果對照,輻射劑量CTDIvol小于2 mGy的序列,圖像質量不能用于診斷,背景噪聲超過20;輻射劑量CTDIvol在2～4 mGy的序列,圖像質量基本可滿足診斷,按平均掃描覆蓋范圍推算的有效輻射劑量小于2 mSv,背景噪聲在17～20;輻射劑量CTDIvol在4 mGy以上的序列,圖像均能滿足診斷需要,其中有效輻射劑量小于3 mSv的序列為120 kV、0.5 s?rot-1、100 mA 、螺距 0.938和200 mA、螺距1.75。

表1 不同掃描參數下,噪聲和劑量的關系

3 討 論

3.1 非增強螺旋CT低劑量掃描在尿路結石診斷中的應用價值 隨著MSCT的問世,其高分辨力、快速、掃描范圍廣、多視角觀察病變等諸多優勢使其在臨床得到更廣泛的應用。NCHCT腎、輸尿管結石影像檢查是尿石癥影像學最重要的進展。螺旋CT的特點在于能檢出微小結石和陰性結石。在NCHCT圖像上所有結石均呈高密度,即使是密度最低的尿酸結石CT值也達291 Hu,密度較高的草酸鈣結石CT值為443 Hu[2],因此在尿路平片不能顯示的陰性結石,如尿酸、黃嘌呤和胱氨酸結石都可以被檢測出。螺旋CT機的高對比分辨率達到0.35～0.6 mm,容易檢出微小結石,因此NCHCT診斷腎、輸尿管結石的敏感性、特異性遠遠優于靜脈尿路造影(IVU)、尿路平片及超聲檢查。Tilo等[3]總結文獻報道常規劑量CT診斷尿路結石敏感性和特異性分別為94%～100%和97%,IVU的結石檢出率約為70%～90%,常規X線檢出率為50%～70%,敏感性和特異性分別為57%和71%,超聲檢查對輸尿管結石檢出率只有50%～60%。超聲探查腎微小結石實驗研究顯示,3～5 mm結石診斷敏感性為83.3%,陽性預測值為74.5%;1～3 mm敏感性和陽性預測值分別為41.4%和34.3%[4]。

NCHCT在圖像顯示上明顯優于其他影像學檢查方法,除了能準確確定結石大小和位置,還能很好顯示結石引起的繼發性改變,如結石周圍軟組織邊緣(邊緣征)、腎積水、輸尿管擴張等,能更準確地描繪尿路結石;同時在探查尿石癥的過程中,CT能經常發現或排除造成急性腰部疼痛的原因,這些對臨床治療起著重要的指導作用。

NCHCT檢查腎、輸尿管結石具有安全、費時少、操作簡便、無需造影劑和不受腎功能影響等特點,Pfister等〔5〕對 NCHCT和 IVU 診斷尿路結石進行評價,NCHCT輻射劑量高于IVU,但在診斷效率上占優勢。有關低劑量掃描在尿路結石檢查中的應用已有不少文獻報道,Tilo等[3]對7篇低劑量CT文獻進行了分析,結果低劑量CT診斷尿石癥的敏感性和特異性分別為96.6%和94.9%,與常規劑量CT無顯著差異,因此推薦使用低劑量CT掃描作為疑似尿石癥的首選檢查方法。另外NCHCT能預測結石成分,以幫助醫師選擇合適的治療方法,國外一些醫療中心已經用NCHCT代替其他影像技術。在臨床上,直徑小于5 mm的輸尿管結石絕大部分能夠自行排出,采取保守治療;對于直徑小于5 mm的無癥狀性腎結石,可以暫時不作特別的處理,但是需要定期復查以了解結石的變化情況。本研究針對我國成人體質量、體徑不同于國外的情況,以小于75 kg體質量的人群的骶髂關節水平的體徑值作為研究對象,對低劑量MSCT探查尿路微小結石的掃描參數進行了分析,其結果為可滿足診斷需要的最低的輻射劑量范圍為 CTDIvol在 2～4 mGy,掃描參數為120 kV 、0.5 s?rot-1,60 mA 、螺距0.938和 100 mA 、螺距1.375、1.75,有效輻射劑量＜2 mSv,背景噪聲17.12～20.06。利用機器的自適應裝置制定個性化的低劑量掃描參數,噪聲指數設定為18,mA范圍為60～100 mA,螺距0.938也可滿足診斷需要。

3.2 如何制定低劑量掃描計劃優化掃描參數探查尿路結石 CT輻射防護的原則是,在滿足臨床要求的前提下,使受照射劑量保持在合理的盡可能低的水平。在制定低劑量掃描計劃時,首先要明確圖像應提供滿足診斷需要所必需的信息,并非是顯示所有可能顯示的信息。作為急腹癥探查尿路結石的檢查方法,圖像應能保證檢出尿路微小結石,同時顯示結石引起的繼發性征象,并能區分出泌尿系內外的病變。降低輻射劑量可采用的方法有降低管電壓、管電流、增大螺距、使用各種調制技術,選擇何種的方法視受檢人群不同和受檢組織的特點而合理應用。

本組受檢人群為我國75 kg體質量以下的成人,對于成人而言體徑較厚降低管電壓將使X線的穿透力下降,其后果是吸收的輻射比率增加,所以不采用降低管電壓的方法。本組采用固定管電壓,降低管電流的方法,從圖6顯示mA下降與輻射劑量減低成正比,圖7顯示在一定范圍內,mA下降、劑量降低而噪聲下降幅度小,對圖像質量影響小,尤其是高對比度結石的顯示幾乎不受影響,本組評價用于探查尿路微小結石的最低的輻射劑量范圍為CTDIvol 2～4 mGy,mA范圍為60～100 mA。

通過增大螺距可降低輻射劑量,劑量與螺距成反比關系;而螺距對噪聲的影響為非線形關系。余曉鍔等[6]研究顯示,在螺旋掃描狀態下,螺距改變時,噪聲也有一定程度的變化,當螺距小于1時,噪聲較小;當螺距等于1時,噪聲增大;當螺距等于 2,噪聲又有一定程度的下降,當螺距等于2時,噪聲明顯增大。若想通過改變螺距減低劑量時要考慮對噪聲的影響。本研究結果顯示(圖7)在管電壓、管電流、掃描速度相同的情況下,0.938螺距噪聲最小,其次為1.75螺距,1.375螺距噪聲最大;在劑量相同的情況下,1.75螺距噪聲最小,其次為0.938螺距,1.375螺距的噪聲最大,因此通常不采用1.375螺距掃描。如用作急腹癥探查尿路結石時,要求圖像既要能檢出結石,還要對軟組織結構能夠區分進行鑒別診斷,則采用0.938螺距;若僅用于觀察結石,如隨訪、復查,則可采用1.75螺距,劑量相對降低。值得注意的是對某些機型,如Sensation 16層和64層螺旋CT機采用了mAs自動調整技術,當螺距變化時它會自動調整mA保持輻射劑量不變,保證圖像質量,因此改變螺距將不會降低劑量。

隨著技術的發展,螺旋CT機均配置了各種調制技術,在掌握了掃描參數、劑量、噪聲在不同組織中的變化規律的基礎上應用各種調制技術能使檢查更合理、個性化。本組研究應用于急腹癥探查尿路結石的自動調制參數為噪聲指數18,管電流范圍60～100 mA,120 kV、掃描速度 0.5 s?rot-1、螺距0.938。由于不同機型調制技術不同,要求設置的參數不同,本組研究結果來自于GE lightspeed 16CT機,數據僅供參考。

1 熊燕,鄧開鴻.低劑量MSCT尿路造影對非擴張性輸尿管的顯示與測量[J].華西醫學,2006,12(4)：736-737.

2 Nakada SY,Hoff DG,A ttai S,et al.Determination of stone composition by non contrast spiral computed tomography in technical setting[J].Urology,2000,55(4)：816-819.

3 Tilo N,T hilo K,Georg B.Diagnostic Perfo rmance of Low-Dose CT for the Detection of Urolithiasis：A Meta-Analysis[J].Am J Roentgenol,2008,191(8)：396-401.

4 陳運洪,邵永富.超聲診斷微小腎結石可靠性的實驗研究[J].中華超聲影像學雜志,2000,9(2)：123-124.

5 Pfister SA,Deckart A,Laschke S,et al.Unenhanced helical computed tomography vs intravenous urog raphy in patients with acute flank pain：accuracy and economic impact in a randomized prospective trial[J].Eur Radiol,2003,13(11)：2513-2520.

6 余曉鍔,林意群,楊金城,等.不同螺距對螺旋CT圖像噪聲影響的實驗研究[J].中國醫學物理學雜志,1999,16(4)：218-219.