基于双源CT双能量扫描模式低管电压联合迭代重建诊断泌尿系结石的可行性

王思凯，代 平，杨 琴，斯光晏，杨 彬，何其舟

(西南医科大学附属中医医院放射科，四川 泸州 646000)

泌尿系结石是泌尿外科常见病、多发病，发病率呈逐年上升趋势[1]，主要影像学检查有超声、X线平片及CT等，后者近年来已成为诊断泌尿系结石的金标准[2]，但其带来的射线暴露亦引起广泛关注。据统计，2015—2016年评估肾结石的平均CT辐射剂量相比2011—2012年有所下降，但仍远高于合理可实现水平[3]，如何尽量减少CT辐射剂量而保证图像质量符合临床诊断要求仍是影像学研究的热点。本研究评估采用双源CT双能量扫描模式低管电压联合正弦迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction, SAFIRE)诊断泌尿系结石的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2019年1月—2019年6月因疑诊泌尿系结石而于西南医科大学附属中医医院接受全腹CT检查的56例患者，男35例，女21例，年龄15～86岁，平均(51.9±13.6)岁。纳入标准：体质量指数(body mass index, BMI)<30 kg/m2。排除标准：病情危重、儿童、孕妇或计划短期内受孕者及哺乳期女性。本研究经院伦理委员会批准(批准号：KY2019082)，患者检查前均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Somatom Definition Flash二代双源CT扫描仪，双能量扫描模式，行全腹CT平扫，A、B球管电压分别为80 kVp/Sn140 kVp，实时动态曝光剂量调节管电流，A、B球管参考管电流分别为419 mAs及162 mAs，转速0.5 s/r，螺距0.7，准直2×32×0.6 mm。记录扫描时设备自动生成的容积剂量指数(CT dose index volume, CTDIvol)和辐射剂量长度乘积(dose-length product, DLP)。

1.3 图像重建及分析 采用线性融合技术及权重因子(weighing factor, M)0.5对图像进行处理，即将50%的80 kVp和50%的140 kVp像素CT值进行融合获得融合图像(120 kVp，A组)，并作为参考标准；调整M=1.0，获得低管电压(100%的80 kVp)图像(B组)。A组采用滤波反投影重建(filter back projection reconstruction, FBP)，B组采用SAFIRE重建，迭代强度为3级。重建层厚和间距均为3 mm，窗宽300 HU，窗位40 HU。

由2名具有8年腹部影像学诊断经验的主治医师在不知晓重建方案的情况下阅片，观察结石位置及数量，有分歧时与1名具有20年影像学诊断经验的副主任医师讨论后决定。于Siemens后处理工作站同步测量肾实质CT值及其标准差(standard deviation, SD)，取2名医师测量平均值为最终结果；以SD代表图像噪声，计算肾实质信号噪声比(signal to noise ratio, SNR)，SNR=肾实质CT值/SD；遇结石长径>3 mm时，将观察视野扩大至相同倍数后分别测量其CT值及最大长径，对多发结石选择最大者进行测量。

由上述医师采用双盲法对图像质量进行评分，根据平均值进行分析。首先对A组图像进行评分，1周后对B组图像进行评分。采用Likert 5分制评分法[4]：1分，解剖结构及病灶模糊，伪影多，不能诊断；2分，图像噪声大，解剖结构及病灶显示不清，不易观察细节；3分，大部分解剖结构及病灶显示尚清，少部分显示欠清，轻度伪影，尚能评价；4分，解剖结构、病灶及细节显示较清楚，能进行评价；5分，解剖结构、病灶及细节显示清晰，对比良好，无伪影，利于评价。图像评分≥3分为符合临床诊断要求，≤2分为不符合临床诊断要求。

1.4 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。计量资料呈正态分布者以±s表示，否则以中位数(上下四分位数)表示。采用配对t检验比较组间结石CT值、肾实质CT值、肾实质噪声及肾实质SNR差异；以Wilcoxon检验比较组间图像质量评分及结石大小的差异。采用Kappa检验分析2名医师对图像质量主观评分的一致性，Kappa≤0.2为一致性差，0.21

2 结果

A、B组图像均检出189枚泌尿系结石，包括肾结石136枚、输尿管结石51枚及膀胱结石2枚。2组均发现55例结石长径>3 mm。2组间结石大小、肾实质噪声及肾实质SNR差异均无统计学意义(P均>0.05)，结石CT值及肾实质CT值差异有统计学意义(P均<0.05)，见表1。

表1 双源CT双能量扫描模式低管电压联合SAFIRE技术与标准管电压联合FBP技术显示泌尿系结石相关参数及图像评分比较

2名医师对图像质量主观评分一致性好(Kappa=0.64，P<0.01)。2组图像质量评分差异无统计学意义(P>0.05)，见表1及图1、2。

图1 患者男，47岁，左输尿管上段结石(箭) A.M=0.5融合图像，图像评分5分； B.M=1.0融合图像，图像评分5分

图2 患者女，45岁，右肾多发结石(箭) A.M=0.5融合图像，图像评分5分； B.M=1.0融合图像，图像评分5分

56例患者CTDIvol 8.65～19.39 mGy，平均(12.28±2.38) mGy；DLP为267～915 mGy·cm，平均(530.86±119.25) mGy·cm。

3 讨论

多层螺旋CT具有准确、快速、无创、不受气体干扰等优点，可直观显示泌尿系结石的位置并测量其密度、大小、体积、与皮肤表面距离及角度等，并能对结石进行纹理及成分分析；但检查泌尿系结石需要扫描的范围大、辐射剂量高，给受检者、尤其年轻受检者带来一定危害[5]。目前临床采用的降低辐射剂量方法包括降低管电压及管电流、增大螺距及改变重建算法等，而降低管电压会影响结石CT值，既往研究[6-7]多采用标准管电压、降低管电流的扫描方案。X线辐射剂量与管电压的平方成正比、与管电流呈线性正相关，因此，相比降低管电流，降低管电压对于减少辐射剂量效果更佳。本研究评价基于双源CT双能量扫描模式低管电压联合SAFIRE技术诊断泌尿系结石的可行性。

二代双源CT双能量扫描可同时获得高、低能量(140 kVp/80 kVp)图像，其间图像对比度及噪声等特征存在明显差异：80 kVp图像对比度好，但噪声较大；140 kVp图像噪声低，但对比度较差。双能量CT可按照不同权重因子对高、低能量图像进行线性融合，获得融合图像，以平衡高、低kVp图像的优劣；以M=0.3对80 kVp和140 kVp图像进行线性融合，即将30%的80 kVp和70%的140 kVp像素CT值进行融合，获得的融合图像近似于标准管电压120 kVp单能量扫描图像[8]。既往研究[9-10]报道，M=0.5时，图像质量优于M=0.3。BEHRENDT等[10]推荐以M=0.5进行图像融合。因此，本研究采用M=0.5图像作为参考标准。

采用低管电压将增加图像的噪声，降低图像对比度。SAFIRE技术采用原始数据噪声模型，即首先以FBP算法对投影数据进行重建，将获得的原始数据与基于系统统计的光子和电子噪声的理想噪声模型进行比较及迭代重建，以抑制和去除噪声，降低噪声和保持图像锐利度；同时剔除其中部分图像的线束伪影、环形伪影及硬化伪影等，以保持或提高空间分辨率，提高图像的SNR和对比噪声比[11-13]。本研究采用双源CT双能量扫描模式低管电压联合SAFIRE技术(B组)获得的图像质量与标准管电压联合FBP技术(A组)图像的肾脏噪声和SNR差异无统计学意义，且图像质量评分差异无统计学意义，均≥4分，可满足临床诊断需求，表明SAFIRE技术可弥补低管电压降低图像质量的不足。

本研究组间结石CT值和肾实质CT值差异均有统计学意义，B组结石和肾实质CT值均高于A组，后者更明显。X线穿过人体组织时发生衰减，主要与被曝光物质的原子量和X线的光子能量级别有关，遇钙等高密度物质时衰减尤为明显[14]。密度较低的肾实质CT值随X线能量变化不明显，而密度较高的肾结石CT值随X线能量变化显著，此点有利于提高结石与肾实质的对比度及微小结石和密度较低结石检出率。结石CT值对临床选择治疗方法有指导意义[15-16]。另外，本组2种图像均检出189枚结石，且结石大小差异无统计学意义，表明低管电压联合SAFIRE并不影响检出结石的准确性。

综上，基于双源CT双能量扫描模式低管电压联合SAFIRE技术获得的图像质量与标准管电压联合FBP技术相当，对检出泌尿系结石具有临床应用价值。本研究的主要局限性：①由于双源CT机未分别给出能量80 kVp和120 kVp的辐射剂量相关指标，无法比较2组辐射剂量的差异；②未观察不同管电压扫描条件下结石CT值与临床治疗方法的相关性。