孫 杰 田兆榮 沈 云 倪亞博 楊建平 石曉萌 董 磊 王志軍

CT 尿路成像（CTU）作為泌尿系統(tǒng)疾病重要的影像學評估手段，在很大程度上取代了其前身靜脈尿路造影（intravenous urography，IVU）。隨著CT 技術(shù)的優(yōu)化和完善，能譜成像受到了廣泛關(guān)注，能夠提供多參數(shù)成像和多種定量分析［1］，在泌尿系檢查中可提高陰性結(jié)石的檢出，不同種類結(jié)石的定量分析和鑒別，為臨床治療提供依據(jù)。而與非能譜CT 相比，能譜CT 大信息量成像優(yōu)勢能否平衡其輻射劑量代價尚未得知。Revolution CT 的劑量控制新功能前置多模型迭代重建算法 （adaptive statistical iterative reconstruction-V，ASiR-V）通過預設(shè)噪聲指數(shù)保證圖像質(zhì)量，利用自動調(diào)節(jié)管電流大小降低輻射劑量，為解決高輻射劑量的危害提供了新途徑。而有關(guān)劑量控制新功能前置ASiR-V 的研究并不多，特別是有關(guān)能譜掃描的研究更加少見［2-3］。因此本研究通過體模預試驗，和CTU 成像聯(lián)合ASiR-V，對比能譜掃描與非能譜掃描在圖像質(zhì)量及輻射劑量的差異，探究能譜CTU成像應用于臨床的價值及ASiR-V的有效性。

方 法

1.體模預試驗

1.1 研究對象及配置

采用QSP Phantom 體模作為研究對象，體模內(nèi)放置9 支試管，分別裝有不同碘濃度溶液［碘濃度2.5、5、10 mg/mL）和20 mg/mL（3 支）］、未加碘鹽溶液、加碘鹽溶液及水，通過這4 種不同稀釋濃度液體的CT 值模擬不同期相的實質(zhì)臟器和血管的CT 值）。以300 mg/mL碘海醇作為目標溶液，按照1∶119、1∶59、1∶29、1∶14 的碘水比例配制不同碘濃度溶液，普通加碘食鹽、無碘食鹽及純凈水配制其他溶液。碘濃度為20 mg/mL 的3 支試管置于體模中間一排，其余試管依次排列于體模周邊。

1.2 掃描參數(shù)

采用美國GE Revolution CT 掃描儀。掃描參數(shù)：探測器寬度為80 mm，螺距為0.922∶1、轉(zhuǎn)速0.6 s/r，層厚與層間距均為1.25 mm，重建方法采用標準算法的濾波反投影算法（filtered back projection，F(xiàn)BP）。能譜成像掃描模式（80/140 kV，0.5 ms）切換，重建70 keV 用于客觀評估），打開GSI assist 并設(shè)置噪聲指數(shù)（noise index， NI）為5，自動匹配最佳參數(shù)，記作A-1 組；非能譜掃描采用120 kV、自動毫安技術(shù)（NI=5），記作A-2 組；固定毫安為365 mA，能譜掃描記作B-1 組，非能譜掃描（120 kV）記作B-2 組。詳見圖1。

圖1 QSP phantom體模

2.臨床研究及研究對象

收集寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院因泌尿系疾病行泌尿系CTU 檢查的患者，本項研究經(jīng)過本院倫理委員會的認可，檢查前患者均簽署知情同意書。排除標準：①對碘造影劑使用有禁忌證；②孕婦；③心肺功能不全而無法耐受CT 檢查；④患者檢查依從性差等。最終入選45 例，男15 例，女30 例，年齡范圍26～69 歲，平 均 年 齡（54±11） 歲， 體 重 指 數(shù)（BMI） 為（22.92±23.57）kg/m2。

同一批患者使用Revolution CT 進行檢查。對照組：平掃使用常規(guī)螺旋掃描（非能譜掃描）。掃描參數(shù)：探測器寬度為80 mm，螺距為0.922∶1，轉(zhuǎn)速0.6 s/r，管電壓120 kV，采用自動毫安技術(shù)，層厚與層間距均為1.25 mm，NI為11。圖像重建算法均為標準算法，采用前置ASiR-V40%（并重建與前置一致的后置40%ASiR-V）。實驗組：三期增強均采用GSI成像模式（單源瞬時80 kV/140 kV 切換掃描，重建70 keV，打開GSI assist，NI 設(shè)定為11，自動選擇相應的GSI mode 掃描，動脈期、靜脈期及延遲期的前置ASiR-V 分別預設(shè)為30%、40%、50%，其他掃描參數(shù)同平掃?；颊呷⊙雠P位，掃描范圍膈頂部至恥骨聯(lián)合，對比劑碘海醇（300 mg/mL）約80～100 mL，流率3.0～3.5 mL/s，獲得平掃圖像后，注射對比劑30、60、90 s 后采集增強圖像。同時使用不同權(quán)重的前置ASiR-V 控制能譜檢查的輻射劑量。本研究中檢查結(jié)束后，重建與前置一致的后置ASiR-V 以保證圖像質(zhì)量。將各組圖像原始數(shù)據(jù)傳至GE ADW4.7 后處理工作站。

3.圖像分析和輻射劑量評估

3.1 圖像質(zhì)量客觀評價

體模圖像：選取試管中間11 層進行感興趣區(qū)（ROI）勾畫（面積為試管截面1/2）、CT 值及標準差（SD）測量。選取2.5 mg/mL、5 mg/mL、10 mg/mL、20 mg/mL 試管作為目標試管，測量ROI的平均CT 值及SD。臨床圖像：在肝臟第一肝門水平、脾門水平、右腎門水平（右腎存在疾病時測量左腎門水平）、腹主動脈（腎動脈水平）對應的同層前壁下脂肪勾畫ROI（面積40～60 mm2，采用Compare 聯(lián)動方式確保ROI 位于所有圖像同一層面，大小一致），測量ROI的平均CT 值及SD，以前壁下脂肪的SD 值作為圖像噪聲值。ROI應放置在脂肪密度較均勻的位置。

3.2 圖像質(zhì)量主觀評分

采用雙盲法由2 名經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)師對臨床4 組圖像進行主觀評分（窗寬、窗位分別為400 HU、40 HU）。評分標準采用5 分制：5 分，解剖細節(jié)顯示清楚，圖像分辨率高，銳利度好，無明顯噪聲和偽影；4 分，解剖細節(jié)顯示較清晰，分辨率及銳利度下降，噪聲和偽影增多；3 分，解剖細節(jié)欠清晰，分辨率尚可，噪聲和偽影較明顯但可接受；2 分，解剖細節(jié)辨識困難，分辨率及銳利度明顯下降，噪聲和偽影很明顯；1 分，解剖細節(jié)無法辨識，噪聲和偽影極明顯。3分以上者可滿足診斷要求。

3.3 輻射劑量評估

記錄每次能譜CT 掃描的容積CT 劑量指數(shù)（volume CT dose index，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose lenght product，DLP）。有 效 劑 量（effective dose，ED）計算：ED（mSv）=DLP（mGy/cm）×k，其中k 為換算因子，采用歐洲CT 質(zhì)量標椎提出的腹部平均值［k=0.015 mSv/（mGy·cm）］。

4.統(tǒng)計學分析

采用SPSS21.0 軟件進行統(tǒng)計學分析。正態(tài)分布的定量資料用±s表示，采用配對樣本t檢驗比較非能譜與能譜掃描輻射劑量及客觀指標（SD）；2 位醫(yī)師對圖像質(zhì)量的主觀質(zhì)量評分為非正態(tài)分布計量資料，用M（Q1，Q3）表示，比較采用Wilcoxon 秩和檢驗。兩位觀察者間的一致性采用Kappa 檢驗：Kappa 值≥0.75 一致性良好，0.75＞Kappa 值≥0.4 一致性一般，Kappa值＜0.4一致性差，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.預試驗的體模研究

自動毫安（NI=5）條件下，10 mg/mL、2.5 mg/mL 及水試管在A-1 組圖像的SD 值與A-2 組無顯著差異（P＞0.05），20 mg/mL、5 mg/mL 試管在A-1 組圖像的SD 值稍高于A-2 組，提示能譜的圖像質(zhì)量與非能譜圖像質(zhì)量相當；A-1組、A-2組的CTDIvol、DLP及ED：能譜A-1 組分別為12.25 mGy、196.87 mGy·cm、2.95 mSv；非能譜組A-2 組分別為11.97 mGy、187.49 mGy·cm、 2.81 mSv， A-1 組 較A-2 組 的CTDIvol升高了2.3%。詳見表1、圖2。

固定毫安=365 mA 條件下，各目標試管在能譜B-1 組圖像中的SD 值稍高于非能譜B-2 組圖像（P＞0.05）；B-1 組、B-2 組的CTDIvol、DLP 及ED：B-1組 分 別 為10.1 mGy、162.36 mGy·cm、2.43 mSv；B-2 組 分 別 為13.77 mGy、221.90 mGy·cm、3.32 mSv），能譜B-1 組較非能譜B-2 組的CTDIvol 降低了36.3%。詳見表1、圖2。

表1 體模圖像質(zhì)量客觀評價指標（SD值）

2.臨床研究

2.1 NI=11、ASiR-V 權(quán)重均為40%時能譜與非能譜成像比較

在第一肝門水平、脾門水平、右腎門水平及腹主動脈（雙腎動脈水平），能譜與非能譜的SD 值無顯著差異（P＞0.05），且圖像主觀評分均大于4 分，能譜的主觀評分略高于非能譜（P＞0.05），提示能譜與非能譜圖像質(zhì)量相當。能譜掃描的CTDIvol 為（7.35±0.75） mGy，較非能譜的（6.93±0.92） mGy只升高了6.06%（P＞0.05），提示能譜與非能譜輻射劑量相當。詳見表2、表3 和圖3。

表2 不同測量水平能譜掃描及非能譜掃描的客觀指標評價

表3 不同測量水平能譜掃描及非能譜掃描的輻射劑量對比

表4 能譜與非能譜成像圖像解剖細節(jié)、噪聲整體主觀評分

圖2 預試驗的體模研究影像

2.2 NI=11，不同權(quán)重ASiR-V的能譜與非能譜比較

30%、50%ASiR-V 能譜圖像與40%非能譜圖像的SD 值兩兩比較無顯著差異（P＞0.05），3 組圖像主觀評分大于4 分，均可滿足影像診斷要求；權(quán)重30%、 50% 能 譜 掃 描 的CTDIvol 為（8.97±0.99）mGy、（5.91±0.57） mGy，與 權(quán) 重40% 非 能 譜 的（6.93±0.92）mGy 相比，30%ASiR-V 的能譜圖像的CTDIvol 升高了29.4%，50%ASiR-V 的CTDIvol 降低了17.3%（P＜0.05），提示能譜掃描可聯(lián)合ASiR-V 使能譜技術(shù)在臨床應用中的效益最大化：即更低輻射劑量，豐富的圖像信息。詳見表2、3和圖3。

2.3 能譜成像技術(shù)聯(lián)合不同權(quán)重前置ASiR-V 的有效性評價

前置ASiR-V30%、40%、50%的能譜圖像SD 值無顯著差異，3 組能譜圖像的主觀評分均≥4 分（P＞0.05），其中2 名醫(yī)師一致認為40%能譜圖像質(zhì)量評分相對較高；隨著能譜前置ASiR-V迭代強度的增加，輻射劑量逐漸降低，相比較低權(quán)重ASiR-V30%，權(quán)重40%、50%的CTDIvol 依次降低22.0%、51.7%。表明前置ASiR-V 迭代強度在保證圖量的同時，降低輻射劑量。詳見表4。

圖3 臨床研究影像

討 論

腹部是能譜CT 應用最廣泛的部位［4-5］，相比傳統(tǒng)CT 掃描，能譜具有多參數(shù)定量分析的優(yōu)勢，在腫瘤定性、定位、分期、分級及治療效果評價具有廣闊的臨床應用前景［6］。但能譜成像多參數(shù)成像的優(yōu)勢能否平衡其劑量代價？早期的研究成果中寶石能譜CT檢查輻射劑量比非能譜高，Li 等［7］研究表明獲得相同圖像質(zhì)量的同時，顱腦能譜檢查的輻射劑量比常規(guī)掃描高22%，體部檢查中高14%，朱鳳婷等［8］研究發(fā)現(xiàn)胸部增強靜脈期能譜圖像的噪聲小于非能譜平掃，但輻射劑量較非能譜平掃高33.9%，輻射劑量高是限制能譜成像在各部位應用的因素之一。在首次研究［9］中GSI assist 掃描模式的輻射劑量與常規(guī)120 kV相當。GSI assist 是能譜成像參數(shù)自動選擇的新輔助技術(shù)，根據(jù)設(shè)定的噪聲指數(shù)，依據(jù)受檢者的體型及掃描部位的組織特性自動選擇最優(yōu)的能譜參數(shù)，保證圖像質(zhì)量（NI）的前提下自動選擇輻射劑量最低的參數(shù)進行掃描。本研究旨在：①在同一NI 時，能譜與非能譜圖像質(zhì)量及輻射劑量的對比分析；②前置ASiR-V 對能譜與非能譜成像的圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響的評估。

1.能譜成像與非能譜成像的對比研究

本研究中體模預試驗初步結(jié)果顯示：NI=5，能譜掃描圖像質(zhì)量與非能譜圖像相差不大，兩者劑量相當，能譜掃描的CTDIvol 較非能譜升高了2.3%。非能譜成像的自動毫安技術(shù)根據(jù)患者體型變化來調(diào)節(jié)每層的曝光量（mA），使每層圖像噪聲水平保持在預設(shè)值，從而獲取預期的圖像，降低輻射劑量［10］。而能譜成像為單源瞬時kV 切換，管電壓不可調(diào)節(jié)，雖然GSI assist 可依據(jù)NI 和受檢者體型等匹配最佳能譜掃描參數(shù)（mA），但與非能譜的自動管電流技術(shù)不同，無法依據(jù)受檢者體型在不同層面改變電流，意味著在掃描過程中無法改變電流，同時所選毫安范圍不如非能譜寬泛，故存在劑量差異。臨床研究中，NI=11，能譜成像的圖像質(zhì)量與非能譜成像相當，能譜成像的檢查輻射劑量僅較非能譜高6.06%（P＞0.05），與體模預試驗結(jié)果吻合。在寶石CT 中能譜掃描的劑量高于非能譜［7-8］，而本研究中Revolution CT 中能譜與非能譜的輻射劑量相當。雖然林曉珠等［11］的研究中采用寶石CT（Discovery CT750HD）手動能譜參數(shù)選擇掃描與常規(guī)120 kV 掃描的輻射劑量相當。但因操作復雜，限制了其推廣應用。此外在固定毫安的條件下，能譜掃描的輻射劑量明顯低于常規(guī)120 kV 的非能譜，雖然噪聲也稍高于非能譜，體模預試驗在固定毫安掃描結(jié)果顯示，在頭頸部CT 檢查具有重要指導意義。

有 研 究［12］通 過 能 譜 成 像 配 合 后 置ASiR-V、ASiR 優(yōu)化圖像質(zhì)量，得到了更好對比度的能譜圖像。以上研究說明Revolution CT 能譜掃描可獲得良好的圖像及進行定量分析，但將能譜掃描常規(guī)應用于臨床，應該使用更低劑量的掃描方法，尤其對于泌尿系檢查范圍長、期相多，且在諸多報道都表明CT 檢查電離輻射與癌癥發(fā)生相關(guān)［13-14］。

2.能譜成像技術(shù)聯(lián)合ASiR-V的有效性

ASiR-V 是納入了噪聲、物理、物體三種模型的多模型迭代重建算法，其中Revolution CT 的劑量控制新功能前置ASiR-V 通過掃描前預設(shè)噪聲指數(shù)保證圖像質(zhì)量，利用自動調(diào)節(jié)管電流大小降低輻射劑量，為解決高輻射劑量的危害提供了新途徑［15］。

在上述體模及臨床研究中能譜掃描圖像的質(zhì)量優(yōu)于非能譜圖像，為保證圖像質(zhì)量獲得更低輻射劑量，本研究將能譜掃描與ASiR-V 聯(lián)合，調(diào)節(jié)能譜掃描的ASiR-V 權(quán)重，觀察能譜掃描聯(lián)用ASiR-V 是否可以獲得低劑量的能譜圖像。30%、50%ASiR-V 能譜成像與40%ASiR-V 非能譜對比分析，較高的迭代水平的權(quán)重，50%ASiR-V 的能譜掃描輻射劑量降低了17.3%，圖像的噪聲未增大，提示能譜掃描聯(lián)用ASiR-V 可以平衡能譜成像的高輻射劑量影響。緊接著本研究對不同權(quán)重ASiR-V 的能譜圖像進行分析，發(fā)現(xiàn)檢查輻射劑量會隨著ASiR-V 迭代強度的增加而逐漸降低，相比權(quán)重30%ASiR-V 的能譜，權(quán)重40%、50%的ED依次降低22.0%、51.7%，但3組圖像的SD值未發(fā)生改變，且均能滿足影像診斷要求。能譜成像技術(shù)與ASiR-V 技術(shù)結(jié)合使用，為提高CT 能譜成像的圖像質(zhì)量和降低輻射劑量提供方法。

在既往研究［3-4］中，多應用非能譜CT 成像聯(lián)合前置ASiR-V 減低輻射劑量。本研究將能譜成像與前置ASiR-V 聯(lián)合降低檢查輻射劑量，相比非能譜低劑量下獲取的單一圖像評價指標CT 值，能譜成像可以獲得更多定量參數(shù)，為臨床提供更多幫助。

本研究的優(yōu)勢：本研究采用體模實驗作為預試驗，其優(yōu)勢在于可定量，可重復掃描及多方位觀察。本臨床研究的不足有二：一是為了在同一病人的一次掃描中進行對比研究，但又不能對患者進行重復檢查，所以本研究中能譜掃描與非能譜掃描為不同時相，因此評價圖像質(zhì)量時受限，僅對SD值進行評價；二是因受臨床研究的限制，未設(shè)置更多ASiR-V 迭代水平進行對比研究。今后計劃對不同權(quán)重的前置ASiR-V利用不同組的患者進行臨床研究。

綜上所述，相同掃描條件下，能譜成像可替代非能譜成像應用于臨床，通過聯(lián)合前置ASiR-V，可獲得更低劑量的能譜圖像，使能譜成像在臨床中應用的效益最大化，具有良好的應用前景。