低kV掃描技術(shù)在腎臟腫瘤CT檢查中的應(yīng)用探討

孫憲昶，戴威娜，劉　洋，彭洪娟，王鳳林

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低kV掃描技術(shù)在腎臟腫瘤CT檢查中的應(yīng)用探討

孫憲昶1，戴威娜1，劉洋1，彭洪娟2，王鳳林1

1.100039北京，武警總醫(yī)院CT中心；2.250021濟(jì)南，山東省醫(yī)學(xué)影像研究所

【摘要】目的利用雙源CT對腎腫瘤患者增強掃描動脈期進(jìn)行雙能量掃描，對不同 kV(千伏，kilovoltage)的圖像質(zhì)量進(jìn)行比較、分析，研究不同管電壓對腎腫瘤動脈期掃描圖像質(zhì)量的影響，從而探討腎臟腫瘤的低管電壓CT掃描的可行性。方法采用Siemens SOMATOM Definition FLASH 雙源CT掃描儀。隨機選取腎腫瘤患者40例作為研究對象。所有病例均行增強掃描，動脈期均采用雙能量掃描。高、低管電壓分別采用100 kV和140 kV。對高、低管電壓圖像及融合圖像的圖像質(zhì)量分別進(jìn)行評價，兩名醫(yī)生采用5分法對圖像質(zhì)量進(jìn)行評價。采用威爾科克森(Wilcoxon)符號秩和檢驗進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)果100 kV、120 kV與140 kV三組圖像的質(zhì)量評分分別為46、41和126， 100 kV與120 kV的圖像質(zhì)量相比，二者的圖像質(zhì)量無明顯差異；100kV與120 kV的圖像質(zhì)量均優(yōu)于140 kV的圖像質(zhì)量，之間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論腎臟腫瘤的CT增強掃描采用100 kV的低管電壓是可行的，能夠獲得滿足臨床診斷需要的優(yōu)質(zhì)圖像。

【關(guān)鍵詞】體層攝影術(shù)；X線計算機；低管電壓；雙源CT；雙能量CT；腎臟腫瘤

目前，CT低度劑量研究主要集中肺部、鼻竇、骨骼系統(tǒng)等自然對比較高的部位[1,2]及CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)等。因腹部的自然對比較差，其低劑量研究較少[3-5]，如何最大程度地降低腹部CT檢查的輻射劑量迫切地需要我們解決。本研究就是利用雙源CT腎臟的雙能量掃描采集到的不同管電壓的多組圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析，旨在探討利用較低的管電壓就可以得到腎臟腫瘤足以滿足診斷要求的圖像的可行性，從而大大地降低輻射劑量，為以后單源CT低管電壓掃描提供理論依據(jù)。

1對象與方法

1.1對象收集2014-06至2015-06到武警總醫(yī)院行腎臟CT增強掃描的腎腫瘤患者40例(腎細(xì)胞癌34例，血管平滑肌脂肪瘤6例)，其中男28例，女12例，平均(46.3±0.5)歲，所有患者均經(jīng)手術(shù)證實，腫瘤檢出率及準(zhǔn)確性均為100%。

1.2方法

1.2.1CT掃描參數(shù)及圖像后處理采用西門子雙源FLASH CT掃描儀，所有患者進(jìn)行增強掃描，動脈期均采用雙能量掃描。兩個球管的管電壓分別設(shè)置為100 kV和140 kV。CARE Dose 4D開啟自動管電流調(diào)制技術(shù)，有效管電流(eff.mAs)范圍(60～132)/(55～121)mAs，參考的管電流(ref.mAs)408/408 mAs。FOV303，準(zhǔn)直0.6 mm，層厚1.0 mm，螺距0.6。經(jīng)肘靜脈通過高壓注射器注射100 ml非離子型碘對比劑安射力350，注射速率3.0 ml/s，注射完畢后以相同速率注射30 ml生理鹽水。動脈期掃描時間為對比劑注射完畢后25～30 s，實質(zhì)期為對比劑注射完畢后60 s，延遲期開始掃描時間為對比劑注射完畢后3～5 min。根據(jù)需要選擇重建薄層圖像，全部采用層厚1.5 mm、重建間隔1.0 mm，選擇kernel值為B35f進(jìn)行重建，然后將薄層圖像傳至 MMWP47060工作站中，進(jìn)行多平面重建 (multiple planar recontruction, MPR)、最大密度投影 (maximum intensity projection, MIP)或容積顯像(volume rendering, VR)等三維后處理圖像重建。

1.2.2圖像質(zhì)量評價將雙能量掃描的動脈期獲得的3組圖像質(zhì)量分別進(jìn)行評價，由2位副主任醫(yī)師以上職稱的CT診斷醫(yī)師采用雙盲法、在掃描條件未知的情況下通過肉眼觀察，單獨對圖像進(jìn)行分析并打分，分析的圖像包括橫軸位圖像及三維重建圖像(包括MPR、MIP及VR圖像)，用5分法目測評價圖像質(zhì)量并打分。評分分級：1分，很好；2分，較好；3分，一般，但不影響正常解剖結(jié)構(gòu)和腫瘤的顯示，對腫瘤的診斷無影響；4分，較差，對診斷有一定的影響；5分，圖像質(zhì)量差，無法診斷。3分以下對診斷無影響，3分以上者為圖像質(zhì)量差，影響疾病的診斷。

1.2.3統(tǒng)計學(xué)處理采用SPSS13.0軟件。對兩位醫(yī)師所得評分結(jié)果采用等級資料的威爾科克森(Wilcoxon)符號秩和檢驗進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2結(jié)果

所有病例均獲得了能清晰顯示雙腎結(jié)構(gòu)及腫瘤的較優(yōu)良的低管電壓圖像。兩位CT診斷醫(yī)師對A、B兩組圖像質(zhì)量的評分見表1。Wilcoxon符號秩和檢驗的結(jié)果：100 kV與120 kV的圖像質(zhì)量差異無統(tǒng)計學(xué)意義；100 kV、120 kV圖像質(zhì)量均優(yōu)于140 kV的圖像質(zhì)量(P<0.05)。

表1　100 kV、140 kV、120 kV組圖像的評分對照表

3討論

腎臟體積較小，周圍覆蓋的骨性結(jié)構(gòu)及實質(zhì)臟器較少，對成像影響較??；另外，腎臟周圍及腎竇區(qū)是脂肪密度，與腎實質(zhì)的自然對比鮮明，與腎臟邊緣的界限銳利；增強掃描時，腎皮質(zhì)具有豐富的血管，動脈期強化程度非常高，與腎髓質(zhì)的對比鮮明，而分泌期因尿液中含碘對比劑，腎實質(zhì)與集合系統(tǒng)的密度對比亦非常的明顯，所有這些都成為腎臟低劑量掃描的解剖學(xué)基礎(chǔ)。

雙能量掃描時，2個球管可以根據(jù)各自設(shè)定的掃描條件同時發(fā)射X射線，經(jīng)過一系列的數(shù)學(xué)運算得到3組圖像，高千伏圖像、低千伏圖像及融合圖像，融合圖像的產(chǎn)生是利用不同的權(quán)重因子即利用不同比例的高低 kV的數(shù)據(jù)重建而來[6]。因此，兩個球管能同時間、同層面的進(jìn)行掃描，所獲得的3組圖像數(shù)據(jù)就不存在個體、位置及時間上的差異。另外，DSCT技術(shù)日趨成熟，新生代的DSCT設(shè)有濾線器，可將80 kV以下的輻射遮擋住，從而減少了輻射劑量，因此與單源CT的掃描相比，雙能量掃描不再會增加患者的輻射劑量。本研究就是利用雙源CT雙能量掃描的這些特點，消除利用單源CT在不同個體之間比較的不準(zhǔn)確性，并且還由于融合圖像的生成，還避免了單源CT因掃描條件降低導(dǎo)致圖像質(zhì)量太差而影響疾病診斷、致使掃描失敗的可能性加大，也減少了對患者的不良影響。

本研究結(jié)果表明，腎臟CT增強掃描采用100 kV的低管電壓是可行的，腎臟腫瘤的檢出率為100%，完全能夠獲得滿足臨床診斷需要的較優(yōu)秀圖像，原始橫軸位圖像及利用薄層圖像所得的MPR、MIP及VR等三維后處理圖像能清晰地顯示雙腎、腎周及腹膜后解剖結(jié)構(gòu)、清晰的顯示腫瘤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、血供特點、腫瘤血管、腫瘤對周圍的影響及是否有靜脈栓子等等(圖1、2)。文獻(xiàn)[7]報道，CT掃描并不是掃描的條件越大，圖像的質(zhì)量就一定更好。當(dāng)劑量超過一定的數(shù)值后不再會提高圖像的質(zhì)量，而只是導(dǎo)致被檢者體內(nèi)更多的輻射沉積或者是圖像質(zhì)量的下降，這與本研究的結(jié)果是一致的。本研究表明，140 kV的圖像質(zhì)量最差(圖1、2)，其效果如同過度曝光，其VR及MIP圖像因CT值達(dá)不到一定的高度，重建出的血管顯影較淡，顆粒粗糙，邊緣不光整，且圖像的噪聲較大，不能清晰地顯示出腫瘤的供血血管、血管湖等，達(dá)不到疾病診斷的要求； 腎臟100 kV盡管有類似曝光不足的特點，但是提高了對比明顯區(qū)的CT值，所重建出來的VR及MIP圖像與120 kV相比，無明顯差別，有時對比甚至更加鮮明(圖2)，這是因為管電壓的降低會提高血管內(nèi)及富血供組織的CT值。

圖1　左側(cè)小腎癌的不同 kV(100-140-120 kV)的圖像對比

圖2　腎臟血管平滑肌脂肪瘤

注：A、B、C分別為不同100、140、120 kV同時間的同層面冠狀位MRR重建圖像，D、E、F為不同 kV的VR圖像。綜合考慮100 kV的圖像質(zhì)量最好，其次是120 kV,140 kV的圖像質(zhì)量

與降低管電流相比，降低管電壓更能顯著地降低患者檢查時所接受的輻射劑量。因為射線的輻射劑量與管電壓呈指數(shù)關(guān)系，X線照射劑量和 kV的平方呈正比[8-11]，而當(dāng) kV固定時，輻射劑量與mAs呈線性關(guān)系。而且降低管電流對圖像的信噪比影響較大[10]。但是，目前降低管電壓的研究相對管電流的研究來說較少。在保持其他掃描條件不變的情況下，管電壓的降低同時也意味著圖像噪聲的增加，這是一個非常棘手的問題。若解決這一問題，首先，在降低管電壓的同時，我們可以打開CARE Dose 4D，通過這一技術(shù)來自動的調(diào)節(jié)管電流的大小，因自腎臟上緣至下緣水平，掃描范圍內(nèi)體厚的差別較大，在我們選擇了固定的低管電壓后，可以根據(jù)被檢者的體厚來自動的調(diào)節(jié)管電流，來達(dá)到提高圖像質(zhì)量的目的。

低管電壓不但能夠降低輻射劑量，而且還能降低對比劑的使用量，對比劑劑量降低不但能為患者節(jié)省檢查費用[9]，更重要的是可以降低對比劑腎病和心臟病發(fā)作的風(fēng)險，大大減輕了由對比劑而帶來的不良反應(yīng)。眾所周知，CT增強掃描中所使用的對比劑為碘劑，降低管電壓能夠提高含碘對比劑的組織的CT值。本研究結(jié)果亦顯示，低管電壓與高管電壓相比，提高了腎皮質(zhì)的增強強度，增加了皮髓質(zhì)的對比，對于高強化的腎臟腫瘤，也大大提高了其對比度，增加了高低密度病變及結(jié)構(gòu)之間的對比。因此低管電壓能增加血管或富血供組織、病變與周圍組織結(jié)構(gòu)的對比，可減少含碘對比劑的用量，對腎臟產(chǎn)生的毒性就越小，降低了CIN的可能性[12]。

本研究結(jié)果顯示，腎臟腫瘤的低千伏掃描是可行的，為單源CT低千伏掃描提供了依據(jù)，隨著未來更深入的研究、掃描方案的進(jìn)一步優(yōu)化，腎腫瘤低千伏掃描將成為現(xiàn)實。

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(2016-03-22收稿2016-04-20修回)

(責(zé)任編輯岳建華)

作者簡介：孫憲昶，碩士，主治醫(yī)師。 通訊作者：彭洪娟，E-mail:phj000@163.com

【中國圖書分類號】R445.3

Application study of dual-energy scan in the detection of the kidney tumors

SUN Xianchang1, DAI Weina1, LIU Yang1, PENG Hongjuan2, and WANG Fenglin1.

1.Department of Radiology, General Hospital of Armed Police Force, Beijing 100039, China;2.Shandong Medical Imaging Research Institute, Jinan 250021, China

【Abstract】ObjectiveThe dual-energy scans in arterial phase of enhancement CT were performed in renal tumors patients. The purpose of this study was to investigate the the feasibility of the low kilovoltage CT scan by comparing the effects of different tube voltages on the images quality.Methods40 cases of patients with renal tumors were randomly selected to be research object. All of the patients were examined by the dual-energy scans in arterial phase of enhancement CT (Siemens SOMATOM Definition FLASH), and the higher and the low tube voltage was used with 140 kV and 100 kV respectively. Each patient could obtain three sets of images: the lower tube voltage (100 kV) images, the higher tube voltage images (140 kV) and fused images (120 kV). Image quality of three sets of images was compared and evaluated statistically by two blinded experienced CT diagnosis doctors according to the method of five points in the case of unknowning CT scan conditions. The scores of the three groups of images were compared respectively with the statistical method of Wilcoxon Signed Ranks Test, the differences between them were statistically significance when P<0.05.ResultsThe image quality scores of 100 kV，120 kV and140kV were 46，41and126.The image quality of 100 kV and 120 kV are better than that of 140 kV, the image quality has statistically significant difference (P<0.05), and the image quality of 100 kV and 120 kV was no statistically significant difference (P>0.05).ConclusionsKidney enhanced CT scanning using lower tube voltage of 100 kV is feasible. The excellent image quality can meet the need of clinical diagnosis of renal tumors patients.

【Key words】tomography；X-ray computer；low kilovoltage；dual source computed tomography；dual energy computed tomography；kidney tumors