雙能量CT虛擬平掃在泌尿系結(jié)石檢出的應(yīng)用價(jià)值

作者單位：安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，合肥 230022作者簡(jiǎn)介：梁煜峰，男，碩士研究生；

余永強(qiáng)，男，教授，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，責(zé)任作者，Email：yuyongqiang＠hotmail．com

摘要 泌尿系結(jié)石是泌尿系統(tǒng)的常見(jiàn)疾病之一，發(fā)病率及復(fù)發(fā)率普遍較高。雙能量CT虛擬平掃技術(shù)的應(yīng)用，有效地提高了泌尿系結(jié)石的檢測(cè)，明顯降低了患者輻射劑量。本文就雙能量CT虛擬平掃技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展及其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行綜述。

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1000－1492（2015）09－1363－04 2015－05－18接收

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：81301224）；安徽高校省級(jí)自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：KJ2013A144）；安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院青年培育基金項(xiàng)目（編號(hào)：2012KJ02）

泌尿系結(jié)石是泌尿外科最為常見(jiàn)的疾病之一，可發(fā)生于泌尿系的不同部位，以雙側(cè)腎臟和輸尿管好發(fā)。流行病學(xué)研究 ［1］顯示泌尿系結(jié)石的患病率約為1%～5%，治療后易復(fù)發(fā)，有關(guān)文獻(xiàn)提到10年復(fù)發(fā)率高達(dá)50%，給患者的生活質(zhì)量帶來(lái)嚴(yán)重的影響。由于CT檢查的診斷敏感性高達(dá)95%～100% ［2］，所以CT檢查作為臨床檢測(cè)泌尿系結(jié)石的金標(biāo)準(zhǔn)。CT尿路造影能夠清晰顯示尿路全程，提高臨床診斷準(zhǔn)確性，但是相應(yīng)總輻射劑量較常規(guī)平掃的輻射劑量增大，這是導(dǎo)致CTU檢查未能在臨床推廣應(yīng)用的主要原因 ［3］。隨著雙能量CT物質(zhì)分離技術(shù)的應(yīng)用，虛擬平掃技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，可以重建出與常規(guī)平掃相似的圖像，省略一次掃描次數(shù)，有效減少患者的輻射劑量，有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1　雙能量CT的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及原理

20世紀(jì)70年代的雙能量CT技術(shù)一直不能滿(mǎn)足臨床診斷及臨床科研的需要，主要是由于球管在低電壓下輸出的能量達(dá)不到高千伏和CT分辨率低。目前能夠?qū)崿F(xiàn)CT雙能量成像技術(shù)并且適用于臨床的方法包括4種：①常規(guī)單源CT（即高低電壓掃描2次）；②雙源CT；③能譜CT的快速kV切換技術(shù)；④雙層“三明治”探測(cè)器CT（即通過(guò)1次掃描，不同層的探測(cè)器接受不同能量的X射線(xiàn)，目前此項(xiàng)技術(shù)尚處于研發(fā)階段）。國(guó)內(nèi)外多數(shù)雙能量CT成像技術(shù)的研究多以雙源CT和能譜CT為主，另外兩種CT成像技術(shù)尚無(wú)用于臨床的報(bào)道。

當(dāng)雙源CT進(jìn)行掃描時(shí)，存在兩種不同視野范圍的探測(cè)器，即探測(cè)器A負(fù)責(zé)覆蓋于所需要進(jìn)行掃描的視野范圍，探測(cè)器B則負(fù)責(zé)局限于所需進(jìn)行掃描的中心范圍，這個(gè)范圍相對(duì)探測(cè)A是一種更小的視野范圍。兩種探測(cè)器分別開(kāi)始采集經(jīng)過(guò)受檢患者衰減后的X射線(xiàn)，采集的方式是以不同的電流和不同的電壓運(yùn)行，通過(guò)兩種不同探測(cè)器所獲得的兩組不同能量數(shù)據(jù)，以及一組融合數(shù)據(jù)圖像，然后依據(jù)區(qū)分碘劑和鈣化的硬斑算法以及區(qū)分脂肪、碘劑和軟組織的材料分解理論，通過(guò)二維線(xiàn)性方程進(jìn)行調(diào)整，分別獲得出兩組能反映碘衰減系數(shù)的不同的CT圖像，其中一組圖像是含有碘對(duì)比劑的圖像，稱(chēng)之為碘分布圖；而另一組圖像，是去除碘對(duì)比劑過(guò)后的圖像，即所謂的虛擬平掃影像。

寶石能譜CT是一種單源CT，采用單個(gè)X射線(xiàn)球管技術(shù)，可以使系統(tǒng)在05 ms的短暫周期內(nèi)完成80 kV和140 kV電壓的瞬時(shí)切換 ［4］。寶石能譜CT通過(guò)水物質(zhì)與碘物質(zhì)之間的分離技術(shù)將碘對(duì)比劑有效地從所獲得的圖像中分離出來(lái)，在注入碘對(duì)比劑行增強(qiáng)掃描的條件下獲得臨床影像所需的水（碘）密度圖，尤其是在所獲得的水密度圖上不存在含碘成分，初步的研究 ［5］表明雙能量CT掃描重建出的虛擬平掃技術(shù)可以代表常規(guī)平掃圖像。

2　虛擬平掃技術(shù)的臨床應(yīng)用

雙能量CT可以通過(guò)水物質(zhì)與碘物質(zhì)的分離將碘劑從圖像中分離出，在注入碘對(duì)比劑行增強(qiáng)掃描的條件下獲得的一種水（碘）密度圖，即所謂的虛擬平掃圖像。正是因?yàn)樘摂M平掃圖像上不含有碘成分，所以圖像中所有含水成分都能夠在虛擬平掃圖像上得到特異性顯示。因此對(duì)于虛擬平掃技術(shù)的研究也漸漸地引起更多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注與研究。

雙源CT的虛擬平掃技術(shù)在臨床上對(duì)腎臟部位的病變有相關(guān)報(bào)道，Moon et al ［6］就雙源CT虛擬平掃圖像在診斷腎臟結(jié)石方面的研究顯示虛擬平掃所獲得的圖像對(duì)于結(jié)石最大徑為1～3 mm的結(jié)石的檢出存在一定局限性，盡管在圖像質(zhì)量上與常規(guī)平掃的圖像質(zhì)量沒(méi)有太大差異。

能譜CT虛擬平掃對(duì)腎臟疾病診斷有一定的價(jià)值，Lv et al ［7］利用能譜CT物質(zhì)分解圖像評(píng)估尿路結(jié)石檢測(cè)能力，結(jié)果表明水基圖與鈣基圖圖像對(duì)于結(jié)石直徑＞2．71 mm以及高密度的泌尿系結(jié)石（在水基圖上＞280 HU，在鈣基圖上＞215 HU）的檢測(cè)率很高。Takahashi et al ［8］認(rèn)為能譜CT虛擬平掃圖像正是因?yàn)樵搱D像中含碘成分不顯示，有效地避免經(jīng)腎臟排泄的碘對(duì)比劑對(duì)腎內(nèi)結(jié)石的遮掩，從而提高了腎結(jié)石的檢出率。Scheffel et al ［9］評(píng)價(jià)了雙能量CT虛擬平掃技術(shù)在泌尿系結(jié)石上的診斷應(yīng)用價(jià)值，所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)提示其診斷結(jié)石的靈敏度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值和陰性預(yù)測(cè)值分別為高達(dá)83%、100%、100%、88%，對(duì)于結(jié)石大小的影響差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。李小虎 ［10－13］等指出，通過(guò)綜合運(yùn)用能譜CT虛擬平掃技術(shù)、碘（水）圖、鈣（水）圖、水（鈣）圖這4種圖像，能夠有效地檢測(cè)泌尿系陰性結(jié)石，同時(shí)也可以對(duì)結(jié)石的種類(lèi)進(jìn)行分析。

3　雙能量CT虛擬平掃的優(yōu)勢(shì)

3．1 一次掃描獲得多組影像 雙源CT雙能量掃描可獲得兩組圖像，即140 kV與80 kV或100 kV。由于140 kV圖像的密度分辨率較高，觀(guān)察軟組織的效果優(yōu)于另外兩種能量的圖像。雙源CT雙能量掃描后，通過(guò)工作站上的后處理軟件可以獲得虛擬平掃影像和碘分布圖。由于碘分布圖分析病灶強(qiáng)化的程度比僅僅依據(jù)常規(guī)進(jìn)行增強(qiáng)掃描而獲得的圖像分析會(huì)相對(duì)準(zhǔn)確，所以對(duì)病灶的檢出和定性有重要意義。

物理學(xué)家指出，任意兩種已知物質(zhì)的X射線(xiàn)吸收系數(shù)可以決定一種新物質(zhì)的X射線(xiàn)吸收系數(shù)，因此將一種物質(zhì)的衰減轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生同樣衰減的兩種物質(zhì)的密度，從而產(chǎn)生物質(zhì)的分離，有效地幫助分析物質(zhì)的組成。因此能譜CT掃描能將增強(qiáng)掃描的圖像通過(guò)后處理軟件進(jìn)行水物質(zhì)與碘物質(zhì)的分離，得到虛擬平掃圖像，還可以獲得一種稱(chēng)之為碘（水）圖像，碘（水）圖像對(duì)判斷軟組織有無(wú)強(qiáng)化以及其強(qiáng)化程度較為敏感。同樣，在能譜CT的工作站上對(duì)虛擬平掃圖像進(jìn)行后處理，還可進(jìn)一步獲得例如水（鈣）、碘（鈣）等多組圖像，對(duì)臨床影像中區(qū)別對(duì)比劑與鈣化、判斷物質(zhì)成分等有十分重要的幫助 ［14］。

3．2 圖像質(zhì)量滿(mǎn)足臨床需要 根據(jù)對(duì)腹膜腔內(nèi)不同的解剖細(xì)節(jié)及結(jié)石顯示的清晰程度的不同，以及由于噪聲、偽影而引起的對(duì)結(jié)石檢出率等各方面的影響程度不同，圖像質(zhì)量按照以下5級(jí)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) ［15］：5分（優(yōu)異）：解剖細(xì)節(jié)及病灶顯示清晰，無(wú)明顯噪聲和偽影；4分（良好）：解剖細(xì)節(jié)及病灶顯示較清晰，噪聲和偽影都增多；3分（中等）：解剖細(xì)節(jié)欠清晰，病灶顯示尚可，噪聲和偽影較明顯但仍可在接受范圍之內(nèi)；2分（較差）：解剖細(xì)節(jié)辨識(shí)困難，病灶顯示欠清晰，噪聲和偽影很明顯；1分（極差）：解剖細(xì)節(jié)無(wú)法辨識(shí)，病灶邊界顯示不清，噪聲和偽影特別明顯。Scheffel et al ［9］就雙能量CT的虛擬平掃圖像在雙側(cè)腎結(jié)石的診斷應(yīng)用方面進(jìn)行了多項(xiàng)研究，研究證實(shí)虛擬平掃圖像質(zhì)量能夠提供接近普通平掃的圖像質(zhì)量，滿(mǎn)足臨床診斷的需要。

3．3 圖像信號(hào)噪聲比（signaltonoise ratio，SNR）高

圖像SNR為平均CT值與標(biāo)準(zhǔn)差的比值，即SNR＝平均CT值／噪聲。SNR是衡量所獲得圖像抵抗外界因素干擾的能力，與掃描管電流、管電壓、圖像的重建算法、層厚等都有關(guān)聯(lián)，管電流越高，則層厚越厚；管電壓越低，則SNR越高。CT值為相應(yīng)所測(cè)量感興趣區(qū)域的平均CT值，噪聲值即為標(biāo)準(zhǔn)差。為提高研究的準(zhǔn)確性與可靠性，研究者通常在常規(guī)平掃圖像上選定各個(gè)組織器官的感興趣區(qū)域，與排泄期虛擬平掃圖像上的感興趣區(qū)域盡量保證在相同的位置，相同的水平處、以及盡量保持相同的面積，以此避免實(shí)驗(yàn)的較大誤差。感興趣區(qū)域的選擇區(qū)域內(nèi)應(yīng)保證此區(qū)域內(nèi)無(wú)明確病變的存在。孫昊等 ［16］研究顯示虛擬平掃圖像中各組織器官噪聲值低于常規(guī)平掃的組織器官值，而SNR明顯高于常規(guī)平掃的。物理學(xué)上虛擬平掃圖像是按03的權(quán)重系數(shù)（140 kV的數(shù)據(jù)與80 kV的數(shù)據(jù)信息分別所占的比例為70%、30%）通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的特殊處理后組合而成，相對(duì)來(lái)說(shuō)80 kV所獲得的圖像管電壓偏低，有效電流就會(huì)較高，SNR值也隨之增高，最終虛擬平掃圖像SNR會(huì)高于普通常規(guī)平掃圖像。

3．4 結(jié)石的發(fā)現(xiàn)率高 每例患者檢查所獲得的常規(guī)平掃與虛擬平掃圖像中，結(jié)石所在的部位及大小可以通過(guò)工作站上的軟件進(jìn)行定位及大小的測(cè)量。有些學(xué)者曾提出虛擬平掃圖像對(duì)結(jié)石診斷沒(méi)有價(jià)值，例如Scheffel et al ［9］通過(guò)排泄期行雙能量虛擬平掃及常規(guī)平掃獲得的圖像對(duì)于結(jié)石的發(fā)現(xiàn)率分別為6944%（25／36）、9428%（33／35），認(rèn)為虛擬平掃圖像不能夠提高結(jié)石的檢出率。與此同時(shí)國(guó)內(nèi)外更多學(xué)者提出非議，Takahashi et al ［17］發(fā)現(xiàn)通過(guò)虛擬平掃圖像對(duì)于結(jié)石的診斷率為6279%（27／43），而僅僅通過(guò)普通掃描圖像診斷結(jié)石的敏感度僅為930%（4／43），認(rèn)為結(jié)合虛擬平掃圖像對(duì)于臨床診斷結(jié)石有重要價(jià)值。國(guó)內(nèi)學(xué)者楊誠(chéng)等 ［18］研究虛擬平掃圖像對(duì)于1～2 mm及≥3 mm的結(jié)石的檢出率分別為8421%、100%，可見(jiàn)虛擬平掃圖像對(duì)結(jié)石的診斷有重要意義，同時(shí)認(rèn)為當(dāng)對(duì)結(jié)石大小≥3 mm時(shí)，雙能量虛擬平掃圖像可以替代常規(guī)平掃圖像，同樣也給臨床診斷帶來(lái)非常重要的作用。周長(zhǎng)圣等 ［3］研究泌尿系結(jié)石在雙能量虛擬平掃圖像與常規(guī)平掃圖像上不同部位的顯示情況，得出雙能量虛擬平掃圖像與常規(guī)平掃圖像這兩種不同檢查方法對(duì)于各個(gè)部位結(jié)石的檢查差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可見(jiàn)虛擬平掃圖像可以代替常規(guī)平掃圖像，有利于結(jié)石在臨床中的診斷。

3．5 輻射劑量低 患者檢查時(shí)都會(huì)由機(jī)器自動(dòng)生成兩組數(shù)據(jù)，分別是：容積CT劑量指數(shù)（CT dose index，CTDIvol，單位為mGy）及劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product，DLP，單位為mGy×cm）。容積CT劑量指數(shù)表示CT掃描檢查容積中的平均放射劑量，劑量長(zhǎng)度乘積表示受檢者完成一次完整CT掃描的總輻射劑量。根據(jù)公式有效劑量（effective dose，ED）＝DLP×C ［19］，換算成ED（單位為mSv），其中C為換算因子，臨床研究中通常采用歐洲CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南所提出的腹部平均值為0015 ［20］。馬周鵬等 ［21］發(fā)現(xiàn)運(yùn)用虛擬平掃檢查腎臟疾病時(shí)，虛擬平掃的總輻射劑量較常規(guī)平掃的輻射劑量均降低。Mileto et al ［20］也在研究中指出，應(yīng)用虛擬平掃時(shí)可省略一次常規(guī)平掃，減少一次掃描的時(shí)間，可以為接受檢查的患者減少約（267±97）%的輻射劑量。因此虛擬平掃技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)泌尿系CT成像檢查無(wú)疑存在明顯的優(yōu)勢(shì)，這也符合國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)提出的合理使用低劑量原則 ［22］。

隨著雙能量CT技術(shù)逐漸被臨床應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為 ［4，7－9，16］，雙能量CT虛擬平掃技術(shù)在診斷泌尿系結(jié)石方面與普通平掃具有很高一致性，使用虛擬平掃圖像存在兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：縮短掃描時(shí)間和降低患者接受的輻射劑量。虛擬平掃圖像是增強(qiáng)掃描圖像經(jīng)后處理軟件處理得到的，需要保證二者在每個(gè)像素點(diǎn)的對(duì)稱(chēng)與重合，減少相應(yīng)感興趣區(qū)在掃描過(guò)程中帶來(lái)的誤差，為實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供保障。

當(dāng)然，雙能量CT掃描技術(shù)在實(shí)際臨床應(yīng)用中還存在一些局限性。首先，由于掃描圖像上結(jié)石大小不一致，導(dǎo)致虛擬平掃技術(shù)對(duì)不同大小結(jié)石的檢出率也存在相應(yīng)差別，Takahashi et al ［17］報(bào)道過(guò)研究對(duì)于直徑分別為1～2 mm、3～4 mm和5～6 mm結(jié)石，虛擬平掃圖像對(duì)結(jié)石的檢出率分別為2857% （4／14）、6428%（9／14）和8333%（5／6），由此可以看出研究對(duì)于直徑在1～2 mm的結(jié)石檢出率較低，可能由于虛擬平掃圖像存在相應(yīng)的減小效應(yīng)，結(jié)石越小，虛擬平掃圖像上結(jié)石的減小效應(yīng)就會(huì)越明顯，因此認(rèn)為虛擬平掃圖像對(duì)于1 mm～2 mm的小結(jié)石診斷能力較差，仍需進(jìn)一步研究與驗(yàn)證?；颊咴跈z查過(guò)程中因掃描范圍過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)樗杵翚鈺r(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)，尤其是對(duì)于體弱的患者，患者屏氣功能較差，會(huì)產(chǎn)生一定的呼吸運(yùn)動(dòng)偽影，會(huì)使得圖像質(zhì)量的誤差產(chǎn)生較大。另外，由于80 kV條件下圖像的噪聲較大，尤其對(duì)于體型較肥胖的患者，使得虛擬平掃圖像的質(zhì)量受到影響，結(jié)石的檢出率也會(huì)降低，因此存在身體指數(shù)這個(gè)變異因素，結(jié)石檢出率也會(huì)受影響。最后，盡管能譜CT虛擬平掃圖像可以有效地測(cè)量所定義感興趣區(qū)域的水基值，但是需要將所測(cè)量出的水基值轉(zhuǎn)化為此感興趣區(qū)域的CT值，轉(zhuǎn)化過(guò)程較為復(fù)雜，給常規(guī)平掃與虛擬平掃二者之間的綜合分析帶來(lái)不便。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，能譜CT虛擬平掃技術(shù)在泌尿系結(jié)石診斷方面已經(jīng)取得了有價(jià)值的突破與進(jìn)展，這不僅能夠有效檢測(cè)出泌尿系結(jié)石，更主要的是可以減少患者的輻射劑量。相信，隨著雙能量CT成像技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，能譜CT虛擬平掃技術(shù)有望為結(jié)石患者的預(yù)防及治療提供更多有幫助的信息。