CTU检查中根据体质量指数降低管电压的可行性研究

张信起，王 宁，崔 硕

(河北医科大学第二医院医学影像科,河北 石家庄 050000)

·论著·

CTU检查中根据体质量指数降低管电压的可行性研究

张信起，王 宁，崔 硕

(河北医科大学第二医院医学影像科,河北 石家庄 050000)

目的探讨CT尿路成像(computer tomography urography,CTU)检查中根据体质量指数(body mass index,BMI)降低管电压的可行性。方法从82例CTU检查中者选取60例纳入本研究，根据其BMI分为2组，BMI<20的30例为A组，BMI 20～31的30例为B组。A组随机分为A1组(管电压80 kV)、A2组(对照组，管电压100 kV)各15例，B组随机分为B1组(管电压100 kV)、B2组(管电压120 kV)各15例。A1与A2、B1与B2除管电压不同，其余扫描参数均相同。对图像质量、各段尿路CT值及对比噪声比(contrast-to-noise-ratio,CNR)进行评价，并记录扫描辐射剂量。结果A1与A2、B1与B2相比，CT值明显增高，差异有统计学意义(P<0.01)，CNR值呈增高趋势，但有效辐射剂量值明显降低，差异有统计学意义(P<0.01)。2位医师对图像主观评分差异无统计学意义(P>0.05)，2位医师评分一致性较好。结论在CTU检查中，在保证图像质量前提下，根据患者BMI降低管电压可有效降低辐射剂量，该扫描方案具有可行性。

泌尿系疾病；体质量指数；辐射剂量；CT尿路成像

CT尿路成像(computer tomography urography，CTU)在临床已经得到广泛应用，对泌尿系统疾病的诊断有很重要的应用价值[1]。它是一种无创、快速、简便、全面的尿路检查方法，其图像层次清晰，分辨率高，特别对尿路梗阻性疾病的诊断具有独特的优越性 。然而CTU需要大范围、多期扫描，使患者接受较多的辐射剂量。进行一次CTU检查的平均有效剂量为20～30 mSv[2]，与人体其他部位相比，患者接受的辐射剂量成倍增加，相当于受到重度辐射[3]。研究表明，医用电离辐射可能增加癌症的发病率[4]。电离辐射损伤的随机效应发生概率及确定性效应的严重程度与辐射剂量的大小呈正相关。因此，保证图像质量，最大限度减少辐射剂量成为CTU最优化的选择。目前，关于低剂量CTU的相关研究颇多[1,5-7]，但是国内根据患者体质量指数(body mass index，BMI)选择个性化管电压的低剂量CTU的研究尚无报道。本研究根据患者的BMI降低管电压，旨在探讨自身适应管电流调节技术及自适应迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruct，ASIR)在CTU检查中的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2015年1月—2016年4月于我院就诊的泌尿系统疾病患者82例，其中由于疾病本身所致输尿管膀胱未显影12例和过度肥胖(BMI>31)10例未纳入本研究。余60例患者根据BMI分为A、B 2组各30例，A组又随机分为A1组和A2组各15例，B组又随机分为B1组和B2组各15例。A1组15例，男性 9 例，女性6例，年龄18～65 岁，平均(43.13±13.91)岁；A2组男性10 例，女性5例，年龄19～66 岁，平均(41.33±13.71)岁；B1组男性6例，女性9例，年龄18～71岁，平均(46.46±15.54)岁；B2组男性6例，女性9例，年龄19～74岁，平均(45.53±13.75)岁。A1组与A2组，B1组与B2组性别、年龄、体质量差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。A、B 2组BMI分布情况见表1。

本研究经医院伦理委员会批准，检查前所有患者均签署知情同意书。

1.2 检查方法 应用GE optima 128层CT扫描仪。A1管电压为80 kV，A2管电压100 kV，B1管电压为100 kV，B2管电压120 kV，其余扫描参数均相同：准直的宽度4 0 mm，机架旋转时间0.5 s/周，螺距1.375∶1，采用自适应管电流调节技术。对比剂为碘佛醇(300 mgI/mL)注射速率3.5～4.2 mL/s，剂量为0.8 mL/kg(BMI<20)、0.9 mL/kg(BMI≥20)，扫描范围为肾上腺至膀胱，扫描延时时间为实质期90 s、肾盂期180 s。然后停止扫描，嘱咐患者憋尿，第3次扫描前作定位扫描，显示尿路的充盈程度，待尿路充分充盈后，进行第3次延迟扫描。

表1 A、B组BMI分布 (n=15，例数)

1.3 图像处理 将扫描的原始数据传输至ADW4.5工作站，采用50% ASIR，50%滤波反投影(filtered back-projection，FBP)混合重建算法可降低图像的噪声，提高图像质量[6]。故A1与B1采用50% ASIR、50%FBP混合迭代重建算法，A2与B2采用FBP算法重建，重建层厚层间距均为0.625 mm，并对重建的图像进行多平面重组、容积再现及最大密度投影。

1.4 图像分析

1.4.1 图像质量主观评价 为了突出评价者对图像质量评价的一致性不受其工作经验、技术水平等因素的影响，请从事泌尿影像诊断20年及6年的甲乙2位医师对图像质量进行双盲评价。图像主观评价标准采用5分制：1分，图像质量极差,不能用于诊断；2分，图像质量较差，输尿管边缘模糊，不能满足诊断要求；3分，图像质量尚可，有噪声，可满足诊断要求；4分，图像质量较好，存在少许噪声，能满足诊断要求；5分，图像质量良好。评分≥3分可满足诊断要求，否则不符合诊断要求。

1.4.2 客观质量评价 分别测量肾盂、输尿管、膀胱的CT值(CT尿路)，测量腰大肌CT值代表软组织CT值(CT软)，测量腹部脐上3 cm范围内空气CT值的标准差代表背景噪声(CT噪声)。因前两期尿路对比剂充盈欠佳，CT值变异较大，故选取最后一期CT值作为代表值排除非实验因素对测量结果的影像。上述测量由2位医师独立完成，然后取平均值。根据下列公式计算尿路各段CNR，CNR=(CT尿路-CT软)/CT噪声

1.5 辐射剂量计算 根据CT设备记录各期扫描辐射剂量值，采用剂量长度(dosage length product，DLP)记录辐射剂量，根据公式计算患者受辐射的有效剂量(effective dose，ED)。ED=DLP×K，K为腹部剂量权当量，K=0.015。

2 结 果

2.1 A组和B组亚组间辐射剂量比较 A1较A2、 B1较B2组肾实质-延时期扫描的平均辐射剂量明显降低，差异均有统计学意义(P<0.05)，见表1。

组别辐射量DLP(mGy/cm)ED(mSv)组别辐射量DLP(mGy/cm)ED(mSv)A1组774.1±136.911.6±2.0B1组1389.3±162.120.8±2.4A2组1122.8±160.716.8±2.4B2组2071.0±248.231.1±3.7t6.3976.447t8.9069.045P0.0000.000P0.0000.000

2.2 A组和B组亚组间各段尿路CT值比较 A1较A2组各段尿路CT值明显增高，差异有统计学意义(P<0.05)。随管电压进一步降低，B1较B2组各段尿路CT值不同程度增加，差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 A组和B组亚组间各段尿路CT值比较 [n=15，M(Q1～Q3)，Hu]

2.3 A组和B组亚组间CNR值比较 A1较A2各段尿路CNR值有升高趋势，肾盂CNR值升高不明显，其差异无统计学意义(P>0.05)，输尿管、膀胱CNR值升高明显，其差异有统计学意义(P<0.05)。B1 较B2各段尿路CNR值呈增加趋势，但输尿管、膀胱CNR值增加趋势不明显，其差异无统计学意义(P>0.05)，肾盂CNR值升高明显，其差异有统计学意义。见表4。

表4 A组和B组亚组间各段尿路CNR值比较 [n=15，M(Q1～Q3)]

2.4 图像质量评分比较

2.4.1 A组和B组亚组间图像质量评分比较 甲乙2位医师分别对各亚组图像质量评分，甲乙2位医师评分均大于3分，图像质量良好，完全满足诊断要求，甲医师和乙医师对A1与A2、B2与B1组图像质量评分评价差异均无统计学意义(P>0.05)，见表5，图1。

表5 各组图像主观评分比较 (n=15，例数)

2.4.2 甲乙2位医师对图像一致性检验 甲乙2位医师对A组、B组图像质量评分一致性良好(A组Kappa值=0.609，B组Kappa值=0.429)，见表6。

表6 2位医师对图像质量评分的一致性检验 (n=30，例数)

3 讨 论

CTU相对传统的泌尿系成像技术有明显优势。它能够多平面多角度立体地观察泌尿系统的结构，同时还保留了静脉尿路造影对肾脏的排泄功能成像的优势。CTU能客观地评价双肾的排泄功能，指导临床手术方案的制定，而且不需肠道准备及腹部加压，诊断准确率较高，是一种显示肾脏、输尿管和膀胱的最优化的影像学诊断检查[8-10]，但因其辐射剂量较大，使其应用受到一定限制。因而低剂量CTU的应用具有重要意义。相关研究表明，降低管电压，应用迭代重建算法的CTU具有可行性[6-7]。本研究根据患者的BMI降低管电压，应用50%FBP与50%ASIR混合重建算法，结果显示不仅辐射剂量大幅度地减低，且图像质量评分差异无统计学意义，保证了图像质量 。表明根据BMI降低管电压，结合ASIR算法，在CTU检查中具有可行性。

CT辐射剂量与管电压的平方成正比，与管电压流呈线性相关。降低管电压更有效地降低辐射剂量。本研究结果显示，管电压从传统的120 kV降至100 kV，再降到80 kV，辐射剂量明显减低，同时尿路的CT值增加。其原因主要有2种：①管电压从120kV降到100 kV，再降到80 kV，康普顿效应减少，光电效应增加，获得组织间对比度增加，80 kV较100 kV碘对比剂CT值高，100 kV较120 kV碘对比剂CT值高，软组织CT值变化不大，CTU图像中尿路与背景软组织的对比度增加[11]；②随着管电压的进一步降低(100 kV降80 kV)使得X线束的能量更加接近碘k缘，光电效应更加显著，使得尿路CT值更高，更有利于显示尿路。有关研究也证明了上述结论。如王慧慧等[7]研究显示，100 kV条件下的CTU检查，100 kV组较120 kV组CT值高，辐射剂量明显减低。

ASIR为一种正投影像技术。利用迭代方法对噪声加以校正和抑制，对实际测量数据进行融合和比较，在FBP基础上进一步应用迭代重建技术，消除了图像中统计误差，噪声和条纹状伪影显著减少，改善了图像质量[12]；与FBP图像比较，剂量降低40%～50%的情况下，不降低图像质量[13]。降低管电压使X线质下降，人体会吸收相对较多的软射线，图像噪声增加。图像噪声与辐射剂量的平方根成反比，降低50%噪声需要增加4倍剂量[14]。因此，降低噪声是低管电压CTU检查的技术关键点。本研究根据BMI，分层次降低管电压，从120 kV降至100 kV,100 kV降至80 kV, 使得图像噪声增大。但是采用FBP结合ASIR重建的技术，有效弥补了降低管电压所致噪声的增加，同时由于降低管电压CT值升高，使CNR值呈增高趋势，保证了图像质量。本研究结果显示，A1较A2、B1较B2图像CNR值呈不同程度增高趋势。A1与A2、B1与B2图像质量评分差异无统计学意义(P>0.05)。表明图像质量并没有随减低管电压而降低，而辐射剂量却大幅度地减低，A1较A2、B1较B2分别减低30%、33%。这与相关研究一致[6-7]，证实ASIR可在较低辐射剂量条件下，保证图像质量。

江一峰等[15]认为低剂量扫描噪声与患者肥胖程度有关，即与BMI有关。BMI综合了受检者身高、体质量因素，与受检部位的厚度有关[1]，可根据其BMI调整kV。对BMI<20的患者，体型瘦，腹部厚度较小，需X线的穿透力相对减低，当管电压进一步降低(从100 kV降至80 kV)不会使图像噪声进一步加大。在传统的CTU检查中，不论BMI的高低，管电压通常应用120 kV。对BMI<20的患者 ，管电压从传统的管电压120 kV降至80 kV，有效剂量从31.1 mSv降至11.6 mSv，降低了约63%，而图像质量完全保证，这是CTU检查最优化的选择。 本研究还存在一些不足：①本研究为单中心小样本研究，尚需多中心大样本资料进一步对实验结果进行验证; ②对低浓度对比剂应用与相对高浓度对比剂缺乏比较;③未考虑不同泌尿系病变对尿路结构的影响，需要进一步细化研究。

总之，在CTU检查中，采用50%FBP 与50%ASIR混合重建图像的方法，根据患者BMI，降低扫描管电压，可在完全保证图像质量前提下，有效减低辐射剂量，该扫描方案具有可行性。 (本文图见封三)

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(本文编辑：许卓文)

2017-05-02；

2017-06-08

河北省医学科学研究重点课题(20160570)

张信起(1966-)，男，河北无极人，河北医科大学第二医院副主任技师，医学学士，从事医学影像技术研究。

R69

B

1007-3205(2017)09-1089-05

10.3969/j.issn.1007-3205.2017.09.024