FLASH双源CT双能量扫描在肾脏肿瘤低kV扫描技术中的应用研究

摘要

现如今，多层螺旋CT在临床应用中已经得到了极大的普及及广泛的使用，已经成为临床检查中必不可少的一种检查方法。但是在它给我们带来方便的同时，随之而来的辐射也带给我们很大的危害，其潜在的致癌及致畸风险不容忽视。因此，如何降低CT检查患者所接受到的辐射剂量已经成为当前国内外研究的热点。目前，各种各样的措施和方法被应用的临床中，例如:厂家在硬件方面的改革和软件方面的更新改进，如管电流自动调节技术、智能管电压扫描技术、大螺距扫描、适当减少强化扫描次数、避免敏感器官的照射及敏感器官的屏蔽等等很多很多。但是，很多的研究表明，降低管电压是最直接、最有效的方法。目前，低剂量研究主要集中肺部、鼻窦等，国外在骨骼系统的低剂量研究也较多，这是因为这些部位的自然对比比较高，适当的降低扫描条件后，即使是图像的噪声增加，信噪比较低到一定的程度也不会影响其在临床中的应用。另外，CT血管成像(Computed Tomography angiography，CTA)也是国内外研究的热点，这是由于血管内高浓度的对比剂与周围组织器官的密度对比非常大，略有增加的噪声对图像尤其是疾病诊断的影响并不是很大。而腹部CT检查的低剂量研究较少，这是由于腹部的自然对比较差，各组织器官之间的密度差别不多，尤其是当实质脏器内的病变较小时、与周围正常实质的密度差别不是很大、或者是发现病变而定性困难时，就需要进行多期的动态增强扫描，这在临床中已经成为常规，但这就使得患者所接受的辐射剂量成倍地增加。因此，如何最大程度的降低腹部CT检查的辐射剂量这一问题非常迫切地需要我们解决。对于肾脏来说，肾皮质增强扫描图像强化程度非常强，皮髓质对比鲜明，尤其是肾脏肿瘤，多数是肾细胞癌，富血供，其增强扫描的特点是动脉期明显强化，而实质期或延迟期对比剂快速退出，这些特点为肾脏低kV扫描的研究提供了病理学基础。
　　 另外，双源CT成像技术已经日趋成熟。双源CT有两套可以同时发射的X线球管及其探测器，分别安装于扫描机架上，互成90°。其管电压多数分别采用80kV和140kV。Siemens医疗公司推出的第二代SOMATOM Definition FLASHCT管电压还可以采用100kV和140kV。双能量扫描每次可以获得以下三组图像:纯80kVp图像（或纯100 kVp图像）、纯140kVp图像和融合图像（相当于120kVp的加权图像:是由80kVp图像和140kVp图像采用一定的权重因子产生的，其图像质量类似于120kV管电压条件下得到的图像），所以进行单次的双能量扫描就可从同一患者身上得到不同管电压的三组图像:80（或100）kV、120kV及140kV，并且与单源CT的单次扫描相比辐射剂量还不回增加。另外，利用双能量后处理软件系统，还可以得到虚拟平扫图像、碘图等。因此，双源CT的双能量扫描为我们肾脏低管电压的扫描技术研究提供了便捷的途径。
　　 本研究就是利用双源CT肾脏的双能量扫描采集到的不同管电压的多组图像数据进行比较、分析，旨在证明利用较低的管电压(80kV、100kV)就可以得到肾脏肿瘤足以满足诊断要求的图像，为以后单源CT低管电压扫描提供依据，从而大大地降低辐射剂量。
　　 研究目的：
　　 利用双源CT对肾肿瘤患者增强扫描动脉期进行双能量扫描，对分别获得的三组图像（80kV或100kV图像、140kV图像、相当于120kV的融合图像）的图像质量进行比较、分析，研究不同管电压对肾脏动脉期扫描图像质量的影响，从而探讨肾脏肿瘤的低管电压CT扫描的可行性。
　　 材料与方法：
　　 采用Siemens SOMATOM Definition FLASH双源CT扫描仪。随机选取查体发现肾脏肿瘤或临床怀疑肾脏肿瘤的患者40例作为研究对象。所有的病例均行增强扫描，动脉期均采用双能量扫描。根据高、低管电压采用的数值将研究对象平均分为两组:A组（20例）:管电压采用80kV和140kV;B组（20例）:管电压采用100kV和140kV。每一位患者的动脉期均能获得三组不同管电压的图像:低管电压（80或100kV）的图像、高管电压的图像(140kV)和融合图像（相当于120kV）。对每三组图像的图像质量分别进行评价，评价的方法分为两种:客观评价和主观评价。
　　 客观评价:客观评价的指标采用背景噪声(Background noise，BN)、信号噪声比（Signal-noise ratio，SNR）及对比噪声比(Contrast-noiseratio，CNR)。信号强度(Signal intensity，SI)采用正常肾皮质的CT值来表示。对每一个病人的不同管电压的3组图像选取肿瘤的最大截面或能体现肿瘤动脉期高强化特点的层面1-3层（根据肿瘤的截面大小来决定选取的层面数），分别来测量图像的背景噪声、肿瘤的明显高强化区域的CT值、同层面脊柱旁肌肉的CT值、对侧正常肾脏高强化的肾皮质的CT值及其同层面图像的背景噪声，并计算CNR、SNR。CNR=（肾肿瘤高强化区域的CT值-同层面脊柱旁肌肉的CT值）/背景噪声(BN)，SNR=正常肾皮质的CT值(SI)/背景噪声(BN)。采用SPSS13.0 for Windows统计学软件，对A、B两组研究对象的三组图像所获得的BN、SNR及CNR分别进行统计学分析，统计学方法采用配对T检验进行两两比较，以P＜0.05认为差别具有统计学意义。
　　 主观评价:将A、B两组病例的厚层、薄层图像均传输到工作站，由2位有经验的副主任医师以上的CT诊断医师采用双盲法、在不知扫描条件的情况下单独对两组图像进行软阅片，并使用工作站提供的常规三维后处理方法(主要是MPR、MIP、VR)对图像进行重建、测量等分析，要求观察者对肾脏肿瘤的有无进行记录、计算出肿瘤的检出率，分别对三组横轴位图像及相应的三维后处理图像的图像质量进行综合评价并打分。评分标准采用“5级评分法”:1分:很好;2分:较好;3分:一般，但不影响肾肿瘤诊断和对肿瘤的周围侵犯、转移的评估;4分:较差，对诊断有一定的影响;5分:图像质量差，无法诊断。将A、B两组病人分别获得的三组图像的评分结果进行两两比较，采用威尔科克森(Wilcoxon)符号秩和检验进行统计学分析，P＜0.05时认为差异具有统计学意义。通过Kappa检验对2位CT诊断医师进行一致性检验，当Kappa值≥0.75时认为诊断一致性较好;当0.75＞Kappa值≥0.4时，认为诊断一致性一般;当Kappa值＜0.4时，认为诊断一致性较差。
　　 结果：
　　 1.客观评价
　　 1.1A组
　　 80kV，140kV，融合图像（相当于120kV）共三组图像分别两两比较。
　　 1.1.1背景噪声的比较
　　 80kV，140kV，120kV图像的背景噪声分别为:80kV(11.69±3.35)、140kV(10.84±2.99)、120kV(9.08±2.42)。三者分别两两配对比较的结果:80 kV(t=3.644，P=0.002＜0.05)与140 kV(t=4.264，P=0.001＜0.05)的图像噪声均大于120kV的背景噪声。80kV与140kV图像的噪声相比较，其差异不具有统计学意义(t=1.030，P=0.318＞0.05)。
　　 1.1.2 SNR的比较
　　 80kV,140kV,120kV三组图像的SNR分别为:80kV(23.17±2.07);120kV(19.87±6.53);140kV(13.11±3.67)。三者两两配对比较的结果:其中，80kV(t=4.507, P=0＜0.05)与120kV图像(t=4.810, P=0＜0.05)的SNR与140kV的相比较，均高于140 kV的图像;80kV图像的SNR与120kV图像的相比，80kV的SNR高于120kV的(t=2.226, P=0.040＜0.05)。
　　 1.1.3 CNR的比较
　　 80kV,140kV,120kV三组图像的CNR分别为:80kV(13.53±6.92);140kV(3.58±2.07);120kV(7.46±4.00)。三者两两配对比较的结果:其中，80kV(t=10.202, P=0＜0.05)与120kV图像(t=6.615, P=0＜0.05)的CNR均高于140kV的图像;80kV图像的CNR亦高于120kV的图像(t=5.565, P=0＜0.05)。
　　 1.2B组
　　 100kV,140kV，融合图像（相当于120kV）共三组图像分别两两比较。
　　 1.2.1背景噪声的比较
　　 100kV,140kV,120kV三组图像的背景噪声分别为:100 kV(9.56±3.99);140 kV(9.05±2.04);120kV(6.66±1.70)。100kV,140kV,120kV三组图像的背景噪声两两比较的结果:其中，100kV(t=3.234,P=0.04＜0.05)与140kV(t=5.178, P=0＜0.05)图像的噪声均高于120kV。100kV与140kV的图像背景噪声比较，其差异不具有统计学意义(t=0.716,P=0.481＞0.05)。
　　 1.2.2 SNR的比较
　　 100kV,140kV,120kV三组图像肾皮质的CT值分别为:100kV(196.25±49.52);140 kV(106.56±21.51);120kV(153.73±33.15)。SNR分别为:100kV(23.58±5.50),140kV(13.51±3.21);120kV(27.29±8.83)。SNR两两比较的结果:100kV和120kV比较，差异无统计学意义(t=1.766,P=0.121＞0.05);120kV和140kV的SNR相比，120kV高于140 kV的SNR(t=5.914，P=0.001＜0.05);100kV和140kV的SNR相比，100kV的SNR高于140kV的(t=6.624, P=0.000＜0.05)。
　　 1.2.3 CNR的比较
　　 100kV，140kV，120kV三组图像的CNR分别为100kV(11.21±6.74);140kV(4.68±3.36);120kV(11.11±7.89)。100kV，140kV，120kV三组图像所获得的CNR分别两两比较的结果:100kV(t=11.701，P=0＜0.05)与120 kv(t=5.565，P=0＜0.05)的CNR都高于140 kV;100kV与120kV比较，二者的CNR差异不具有统计学意义(t=0.262，P=0.795＞0.05)。
　　 2主观评价
　　 2.1A组
　　 两位CT诊断医师对80kV、140kV、融合图像（相当于120kV）三组图像的质量评价一致性较好（Kappa值分别为0.819、0.954，P＜0.05）。对80kV，140kV，融合图像（相当于120kV）三组图像的评分分别两两比较，统计分析比较的结果是:80kV与120kV的图像相比，二者的图像质量无明显差异(P=0.083＞0.05);80kV(P=0＜0.05)与120kV(P=0＜0.05)的图像分别与140kV的图像相比，均比140kV的图像质量好。
　　 2.2B组
　　 两位CT诊断医师对100kV、140kV、融合图像（相当于120kV）三组图像的质量评价一致性较好（Kappa值分别为0.769、0.845，P＜0.05）。对100kV，140kV，融合图像（相当于120kV）三组图像的评分分别两两比较。统计比较的结果是:100kV与120kV的图像相比，二者的图像质量无明显差异(P=0.157＞0.05);100kV(P=0＜0.05)与120kV(P=0＜0.05)的图像与140kV的相比，均比140kV的图像质量好。
　　 结论：
　　 1.肾脏CT增强扫描采用80或100kV的低管电压是可行的，可获得能够清晰地显示双肾实质、肾周及腹膜后解剖结构的、满足临床诊断需要的、优良的图像质量;
　　 2.肾脏肿瘤的CT增强扫描采用80或100kV的低管电压是可行的，肿瘤的检出率均为100％，完全能够获得满足临床诊断需要的优秀图像，能清晰的显示肿瘤的内部结构特征、血供特点、对周围的影响及是否有静脉栓子的形成。

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结果

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结论

附图表

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