能谱纯化技术在泌尿系虚拟平扫成像中的应用价值

帅桃，李真林，阳琴，赵利娜，袁元，陈国勇，张凯

多层螺旋CT的快速大范围扫描以及强大的图像后处理功能，使CT泌尿系成像逐渐取代了传统的X线造影，成为泌尿系疾病的首选检查方法[1]。由于CT泌尿系检查扫描次数较多，辐射剂量远高于传统泌尿系造影，因此，如何有效降低辐射剂量成为泌尿系CT检查时所关注的重点问题之一。双源CT虚拟平扫（virtual non－contrast，VNC）技术是目前应用在双源CT机上的新技术，在一代双源上就已经得到应用，但是由于其图像噪声重、对小于4mm的结石显示不足等缺点，使得其在一代双源CT机上在临床并未得到广 泛 应 用[2-3]。 能 谱 纯 化 技 术 （selected photon shield，SPS）是目前应用于二代双源CT机上的新技术，采用0.5mm锡板过滤，将高千伏射线中的低能射线滤过，关于能谱纯化技术在肝脏虚拟平扫方面的应用已有文献报道[4]，本文旨在比较能谱纯化技术在CT泌尿系虚拟平扫成像中的临床应用价值。

材料与方法

1.一般资料

受试者为2012年8月－2013年8月因泌尿系疾病在本院行增强扫描的患者80例，男47例，女33例，年龄16～78岁 ，平均47岁。将患者均分为A、B两组，A组采用一代双源CT进行双能量扫描，B组采用第二代双源CT进行双能量扫描。其中A组男25例，女15例，年龄26～68岁，平均45岁；B组男22例，女18例，年龄22～79岁，平均41岁。两组患者性别、年龄差异均无显著性意义（P＞0.05）。

2.检查方法

采用Siemens Definition双源CT机进行扫描，首先行常规平扫，然后于注射对比剂后30s行动脉期增强扫描，70s行实质期增强扫描，8～10min行泌尿系延迟扫描。其中，动脉期采用双能量扫描，A组的扫描参数为管电压140kV／80kV、管电流量96mAs／380mAs，B 组管电压80kV／Sn 140kV、管电流量380mAs／147mAs；常规平扫及实质期增强扫描均采用单源扫描方式，管电压为120kV，管电流量210mAs；延迟期扫描管电压为80kV，管电流量200mAs。管电流调节均采用自动曝光控制技术（Care dose 4D）。两组其它扫描参数相同：扫描范围自肾上极至膀胱下缘平面，层厚5mm，层间距5mm，薄层重建层厚为2mm，间距为2mm，Bf31重建算法。增强扫描采用高压注射器注射非离子型碘对比剂欧乃派克（300mg I／mL），注射流率3mL／s，剂量1.5mL／kg。

3.图像质量的主观评价

扫描完成后，将所有图像传输至Siemens Syngo MMWP VE36A工作站，将两组双能量图像调入Dual－Energy软件中，选择liver VNC程序处理图像。调整CT与碘对比剂的融合比率，将CT的融合比率调节到100%，碘对比剂的融合比率为0%，从选择的体素中去除碘，分别得到各自的虚拟平扫图像。请两位相关专业的高年资诊断医师将80例患者的虚拟平扫图像与常规平扫图像进行阅片并记录，意见不一致时经协商解决。分别对应比较两组虚拟平扫与常规平扫对疾病的检出情况。

4.图像质量的客观评价

分别在肝脏、脾脏、腹主动脉、左肾、右肾和竖脊肌设定兴趣区（ROI），测量每个ROI的CT值，计算其均数及标准差，ROI的大小为0.8～1.0cm2。每个兴趣区域测量3次并取平均值，每次测量的部位尽量避开有病变的区域及血管。将获得的两组虚拟平扫图像进行信噪比（signal to noise ratio，SNR）和噪声的比较。以测量的CT值的标准差来代表图像的噪声。SNR按公式（1）计算：

5.辐射剂量比较

记录每例患者双能量扫描的权重剂量指数（CT dose index weight，CTDIw）和剂量长度乘积（dose length product，DLP），并按公式（2）计算有效剂量（effective dose，ED）：

其中k＝0.015mSv／（mGy·cm）。比较两种双能量扫描时的辐射剂量。

6.统计学分析

将两组普通平扫和虚拟平扫对泌尿系疾病的检出例数进行秩和检验；将两种虚拟平扫图像的CT值、图像噪声及信噪比进行两独立样本的t检验；两种双能量扫描的辐射剂量行方差分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.两组虚拟平扫对泌尿系疾病检出情况的比较

图1 80kV／140kV组，男，54岁，左侧输尿管结石。a）常规普通扫描图，可见输尿管结石（箭），直径小于4mm；b）虚拟平扫图，结石未见显示（箭）。 图2 80kV／Sn 140kV组，男，47岁，左侧输尿管结石，结石直径小于4mm（箭），两图上均可见结石显示。a）常规普通扫描图；b）虚拟平扫图。 图3 80kV／Sn 140kV组，女，63岁，左侧肾结石（箭）。结石直径小于4mm，两图上均可见结石显示（箭）。a）常规普通扫描图；b）虚拟平扫图。

两组中虚拟平扫和常规平扫对疾病的检出情况见表1。在140kV／80kV组，虚拟平扫与常规平扫对病变的检出差异有统计学意义（P＜0.05）。将虚拟平扫与常规平扫对照，发现有4例结石在虚拟平扫上未显示，主要为直径＜4mm的小结石（图1）。在80kV／Sn 140kV组，虚拟平扫与常规平扫对病变的检出差异无统计学意义（P＞0.05），虚拟平扫对于直径小于4mm的结石显示较好（图2、3）。与常规平扫对照，有1例输尿管结石在虚拟平扫图像上未见显示，为直径＜2mm的小结石。

表1 两组中虚拟和常规平扫对病变的检出情况 （例）

2.两种虚拟平扫图像的噪声和信噪比

两组的虚拟平扫图像上肝脏、脾脏、腹主动脉、左肾、右肾、腰大肌的CT值、标准差（噪声）及信噪比测量结果见表2～4。噪声及信噪比的差异均具有统计学意义（P＜0.05），且80kV／Sn 140kV组的噪声明显低于140kV／80kV组；而信噪比明显高于140kV／80kV组。

表2 两组虚拟平扫图像CT值比较 （HU）

表3 两组虚拟平扫图像噪声比较 （HU）

表4 两组虚拟平扫图像SNR比较

3.辐射剂量比较

140kV／80kV组双能量增强扫描的DLP为（398.125±82.957）mGy·cm，ED 为 （5.9718±1.244）mSv；80kV／Sn 140kV 组 DLP为（351.15±61.73）mGy·cm，ED为（5.267±0.915）mSv。两组间比较，DLP和ED的差异均有统计学意义（P＜0.05）。80kV／Sn 140kV组ED比140kV／80kV组低约10%。

讨 论

双源CT虚拟平扫技术是利用两个相互垂直的球管发出高低两种不同能量的X线进行同步扫描，获得两组同层面、同时间的高、低能量图像，再利用后处理软件分析各种密度物质在不同能量下的衰减信息，进而得到近似常规平扫的CT虚拟平扫图像。能谱纯化技术是目前应用于新一代双源CT机上的新技术，它能够去除高能谱射线中的低能谱成分，使高能谱射线纯化，减少与低能谱能量重叠，显著提高碘成分的区分能力，据文献报道[5-7]，采用能谱纯化过滤装置后，在相同射线剂量的前提下对碘的区分能力可提高80%。

1.能谱纯化技术对小结石的检出价值

本研究中发现，两组虚拟平扫图像发现输尿管膀胱占位及肾囊肿的准确性较高。对于占位性病变及肾盂输尿管扩张积水病变，两组也能获得与常规平扫相同的显示。但是，在140kV／80kV组，虚拟平扫对结石的检出能力相对较差，尤其是直径小于4mm的结石，有4例结石在虚拟平扫图像上未显示，主要为直径较小的输尿管和膀胱结石。可能是因为针对直径小于4mm的结石，一代双源CT在减影过程中不能较好区分结石和碘剂，结石被当成碘剂减影掉了[8，9]。在80kV／Sn 140kV组，虚拟平扫对于结石的检出率较好，尤其是对小结石的显示能力明显提高，这可能是由于采用了能谱纯化技术能更好地将各种物质区分开来，使得小结石在减影时未被减影掉。本研究中共有12例直径小于4mm的小结石，仅有1例直径小于2mm的小结石在虚拟平扫上未见显示，这可能与结石本身成分也有一定关系[10-12]，如尿酸盐结石本身对X线衰减较弱。

2.能谱纯化技术对提高虚拟平扫图像质量的作用

在本研究中，80kV／Sn 140kV组虚拟平扫图像的噪声明显低于140kV／80kV组，同时其信噪比高于140kV／80kV组。这可能是由于在140kV／80kV组，能谱射线纯化度不够，低能量的光子被高密度的物质所吸收，从而导致探测器接受到的总的光子能量减少，使噪声增加，进而影响虚拟平扫的图像质量。可见，采用能谱纯化技术，可有效滤过140kV中的低能量射线，有效提高虚拟平扫图像的信噪比，降低其噪声。

3.能谱纯化技术对降低辐射剂量的作用

多层螺旋CT已成为泌尿系疾病检查的常用手段，它既可以从形态学方面来进行观察，同时还可了解泌尿系的排泄功能。小儿泌尿系疾病在临床上也属于外科常见病。CT图像质量和辐射剂量历来就是CT检查中关注的重点。根据国际电量离辐射生物委员会（BEIR）等的估计，如果5岁的儿童接受的辐射剂量为100mGy时，其致死性癌症的发病率为1.2%～1.5%，15岁的女孩接受同样的辐射剂量其乳腺癌的发生率会增加0.3%[13，14]。国际放射防护委员会（international commission on radiological protection，ICRP）提出了剂量最优化原则（as long as reasonable），即在保证图像质量具有诊断价值的前提下尽可能降低患者的辐射量。Ralf等[15]研究认为，在双能量成像时，140kV射线中含有的低能量射线不易穿透而被人体所吸收，增加了人体的吸收剂量，同时增加扫描图像的本底噪声。二代双源CT在X线球管后设置了能谱纯化技术（selected photon shield，SPS），低能量射线被滤过，可有效提高射线的利用率，减小了人体的吸收剂量，达到降低辐射剂量的目的。本研究中采用80kV／Sn 140kV扫描与140kV／80kV组相比减少约10%的辐射剂量。在传统的泌尿系疾病的CT检查中，扫描次数至少4次，患者的辐射剂量达到约20mSv。在二代双源CT扫描时，虚拟平扫图像能够达到常规平扫的图像质量，从而可减少扫描次数，使患者可减少约1／4的辐射量。

本研究仍有一些不足之处：首先，虽然二代双源CT的B球管FOV和一代双源CT相比较，从26cm2提高到了33.4cm2，但对于肥胖患者在超出探测器范围时图像噪声较大；其次，本研究的患者样本量较少，将来的研究中可以纳入更多的患者样本，使研究结果更加准确和具有说服力。

总之，针对泌尿系疾病的CT检查，能谱纯化技术可明显提高对物质的识别能力，提高虚拟平扫的图像质量，真正达到减少扫描次数、降低患者辐射剂量的目的。

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