孙 杰 田兆荣 沈 云 倪亚博 杨建平 石晓萌 董 磊 王志军

CT 尿路成像（CTU）作为泌尿系统疾病重要的影像学评估手段，在很大程度上取代了其前身静脉尿路造影（intravenous urography，IVU）。随着CT 技术的优化和完善，能谱成像受到了广泛关注，能够提供多参数成像和多种定量分析［1］，在泌尿系检查中可提高阴性结石的检出，不同种类结石的定量分析和鉴别，为临床治疗提供依据。而与非能谱CT 相比，能谱CT 大信息量成像优势能否平衡其辐射剂量代价尚未得知。Revolution CT 的剂量控制新功能前置多模型迭代重建算法 （adaptive statistical iterative reconstruction-V，ASiR-V）通过预设噪声指数保证图像质量，利用自动调节管电流大小降低辐射剂量，为解决高辐射剂量的危害提供了新途径。而有关剂量控制新功能前置ASiR-V 的研究并不多，特别是有关能谱扫描的研究更加少见［2-3］。因此本研究通过体模预试验，和CTU 成像联合ASiR-V，对比能谱扫描与非能谱扫描在图像质量及辐射剂量的差异，探究能谱CTU成像应用于临床的价值及ASiR-V的有效性。

方 法

1.体模预试验

1.1 研究对象及配置

采用QSP Phantom 体模作为研究对象，体模内放置9 支试管，分别装有不同碘浓度溶液［碘浓度2.5、5、10 mg/mL）和20 mg/mL（3 支）］、未加碘盐溶液、加碘盐溶液及水，通过这4 种不同稀释浓度液体的CT 值模拟不同期相的实质脏器和血管的CT 值）。以300 mg/mL碘海醇作为目标溶液，按照1∶119、1∶59、1∶29、1∶14 的碘水比例配制不同碘浓度溶液，普通加碘食盐、无碘食盐及纯净水配制其他溶液。碘浓度为20 mg/mL 的3 支试管置于体模中间一排，其余试管依次排列于体模周边。

1.2 扫描参数

采用美国GE Revolution CT 扫描仪。扫描参数：探测器宽度为80 mm，螺距为0.922∶1、转速0.6 s/r，层厚与层间距均为1.25 mm，重建方法采用标准算法的滤波反投影算法（filtered back projection，FBP）。能谱成像扫描模式（80/140 kV，0.5 ms）切换，重建70 keV 用于客观评估），打开GSI assist 并设置噪声指数（noise index， NI）为5，自动匹配最佳参数，记作A-1 组；非能谱扫描采用120 kV、自动毫安技术（NI=5），记作A-2 组；固定毫安为365 mA，能谱扫描记作B-1 组，非能谱扫描（120 kV）记作B-2 组。详见图1。

图1 QSP phantom体模

2.临床研究及研究对象

收集宁夏医科大学总医院因泌尿系疾病行泌尿系CTU 检查的患者，本项研究经过本院伦理委员会的认可，检查前患者均签署知情同意书。排除标准：①对碘造影剂使用有禁忌证；②孕妇；③心肺功能不全而无法耐受CT 检查；④患者检查依从性差等。最终入选45 例，男15 例，女30 例，年龄范围26～69 岁，平 均 年 龄（54±11） 岁， 体 重 指 数（BMI） 为（22.92±23.57）kg/m2。

同一批患者使用Revolution CT 进行检查。对照组：平扫使用常规螺旋扫描（非能谱扫描）。扫描参数：探测器宽度为80 mm，螺距为0.922∶1，转速0.6 s/r，管电压120 kV，采用自动毫安技术，层厚与层间距均为1.25 mm，NI为11。图像重建算法均为标准算法，采用前置ASiR-V40%（并重建与前置一致的后置40%ASiR-V）。实验组：三期增强均采用GSI成像模式（单源瞬时80 kV/140 kV 切换扫描，重建70 keV，打开GSI assist，NI 设定为11，自动选择相应的GSI mode 扫描，动脉期、静脉期及延迟期的前置ASiR-V 分别预设为30%、40%、50%，其他扫描参数同平扫。患者取仰卧位，扫描范围膈顶部至耻骨联合，对比剂碘海醇（300 mg/mL）约80～100 mL，流率3.0～3.5 mL/s，获得平扫图像后，注射对比剂30、60、90 s 后采集增强图像。同时使用不同权重的前置ASiR-V 控制能谱检查的辐射剂量。本研究中检查结束后，重建与前置一致的后置ASiR-V 以保证图像质量。将各组图像原始数据传至GE ADW4.7 后处理工作站。

3.图像分析和辐射剂量评估

3.1 图像质量客观评价

体模图像：选取试管中间11 层进行感兴趣区（ROI）勾画（面积为试管截面1/2）、CT 值及标准差（SD）测量。选取2.5 mg/mL、5 mg/mL、10 mg/mL、20 mg/mL 试管作为目标试管，测量ROI的平均CT 值及SD。临床图像：在肝脏第一肝门水平、脾门水平、右肾门水平（右肾存在疾病时测量左肾门水平）、腹主动脉（肾动脉水平）对应的同层前壁下脂肪勾画ROI（面积40～60 mm²，采用Compare 联动方式确保ROI 位于所有图像同一层面，大小一致），测量ROI的平均CT 值及SD，以前壁下脂肪的SD 值作为图像噪声值。ROI应放置在脂肪密度较均匀的位置。

3.2 图像质量主观评分

采用双盲法由2 名经验丰富的放射科医师对临床4 组图像进行主观评分（窗宽、窗位分别为400 HU、40 HU）。评分标准采用5 分制：5 分，解剖细节显示清楚，图像分辨率高，锐利度好，无明显噪声和伪影；4 分，解剖细节显示较清晰，分辨率及锐利度下降，噪声和伪影增多；3 分，解剖细节欠清晰，分辨率尚可，噪声和伪影较明显但可接受；2 分，解剖细节辨识困难，分辨率及锐利度明显下降，噪声和伪影很明显；1 分，解剖细节无法辨识，噪声和伪影极明显。3分以上者可满足诊断要求。

3.3 辐射剂量评估

记录每次能谱CT 扫描的容积CT 剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）和剂量长度乘积（dose lenght product，DLP）。有 效 剂 量（effective dose，ED）计算：ED（mSv）=DLP（mGy/cm）×k，其中k 为换算因子，采用欧洲CT 质量标椎提出的腹部平均值［k=0.015 mSv/（mGy·cm）］。

4.统计学分析

采用SPSS21.0 软件进行统计学分析。正态分布的定量资料用±s表示，采用配对样本t检验比较非能谱与能谱扫描辐射剂量及客观指标（SD）；2 位医师对图像质量的主观质量评分为非正态分布计量资料，用M（Q1，Q3）表示，比较采用Wilcoxon 秩和检验。两位观察者间的一致性采用Kappa 检验：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为差异有统计学意义。

结 果

1.预试验的体模研究

自动毫安（NI=5）条件下，10 mg/mL、2.5 mg/mL 及水试管在A-1 组图像的SD 值与A-2 组无显著差异（P＞0.05），20 mg/mL、5 mg/mL 试管在A-1 组图像的SD 值稍高于A-2 组，提示能谱的图像质量与非能谱图像质量相当；A-1组、A-2组的CTDIvol、DLP及ED：能谱A-1 组分别为12.25 mGy、196.87 mGy·cm、2.95 mSv；非能谱组A-2 组分别为11.97 mGy、187.49 mGy·cm、 2.81 mSv， A-1 组 较A-2 组 的CTDIvol升高了2.3%。详见表1、图2。

固定毫安=365 mA 条件下，各目标试管在能谱B-1 组图像中的SD 值稍高于非能谱B-2 组图像（P＞0.05）；B-1 组、B-2 组的CTDIvol、DLP 及ED：B-1组 分 别 为10.1 mGy、162.36 mGy·cm、2.43 mSv；B-2 组 分 别 为13.77 mGy、221.90 mGy·cm、3.32 mSv），能谱B-1 组较非能谱B-2 组的CTDIvol 降低了36.3%。详见表1、图2。

表1 体模图像质量客观评价指标（SD值）

2.临床研究

2.1 NI=11、ASiR-V 权重均为40%时能谱与非能谱成像比较

在第一肝门水平、脾门水平、右肾门水平及腹主动脉（双肾动脉水平），能谱与非能谱的SD 值无显著差异（P＞0.05），且图像主观评分均大于4 分，能谱的主观评分略高于非能谱（P＞0.05），提示能谱与非能谱图像质量相当。能谱扫描的CTDIvol 为（7.35±0.75） mGy，较非能谱的（6.93±0.92） mGy只升高了6.06%（P＞0.05），提示能谱与非能谱辐射剂量相当。详见表2、表3 和图3。

表2 不同测量水平能谱扫描及非能谱扫描的客观指标评价

表3 不同测量水平能谱扫描及非能谱扫描的辐射剂量对比

表4 能谱与非能谱成像图像解剖细节、噪声整体主观评分

图2 预试验的体模研究影像

2.2 NI=11，不同权重ASiR-V的能谱与非能谱比较

30%、50%ASiR-V 能谱图像与40%非能谱图像的SD 值两两比较无显著差异（P＞0.05），3 组图像主观评分大于4 分，均可满足影像诊断要求；权重30%、 50% 能 谱 扫 描 的CTDIvol 为（8.97±0.99）mGy、（5.91±0.57） mGy，与 权 重40% 非 能 谱 的（6.93±0.92）mGy 相比，30%ASiR-V 的能谱图像的CTDIvol 升高了29.4%，50%ASiR-V 的CTDIvol 降低了17.3%（P＜0.05），提示能谱扫描可联合ASiR-V 使能谱技术在临床应用中的效益最大化：即更低辐射剂量，丰富的图像信息。详见表2、3和图3。

2.3 能谱成像技术联合不同权重前置ASiR-V 的有效性评价

前置ASiR-V30%、40%、50%的能谱图像SD 值无显著差异，3 组能谱图像的主观评分均≥4 分（P＞0.05），其中2 名医师一致认为40%能谱图像质量评分相对较高；随着能谱前置ASiR-V迭代强度的增加，辐射剂量逐渐降低，相比较低权重ASiR-V30%，权重40%、50%的CTDIvol 依次降低22.0%、51.7%。表明前置ASiR-V 迭代强度在保证图量的同时，降低辐射剂量。详见表4。

图3 临床研究影像

讨 论

腹部是能谱CT 应用最广泛的部位［4-5］，相比传统CT 扫描，能谱具有多参数定量分析的优势，在肿瘤定性、定位、分期、分级及治疗效果评价具有广阔的临床应用前景［6］。但能谱成像多参数成像的优势能否平衡其剂量代价？早期的研究成果中宝石能谱CT检查辐射剂量比非能谱高，Li 等［7］研究表明获得相同图像质量的同时，颅脑能谱检查的辐射剂量比常规扫描高22%，体部检查中高14%，朱凤婷等［8］研究发现胸部增强静脉期能谱图像的噪声小于非能谱平扫，但辐射剂量较非能谱平扫高33.9%，辐射剂量高是限制能谱成像在各部位应用的因素之一。在首次研究［9］中GSI assist 扫描模式的辐射剂量与常规120 kV相当。GSI assist 是能谱成像参数自动选择的新辅助技术，根据设定的噪声指数，依据受检者的体型及扫描部位的组织特性自动选择最优的能谱参数，保证图像质量（NI）的前提下自动选择辐射剂量最低的参数进行扫描。本研究旨在：①在同一NI 时，能谱与非能谱图像质量及辐射剂量的对比分析；②前置ASiR-V 对能谱与非能谱成像的图像质量及辐射剂量的影响的评估。

1.能谱成像与非能谱成像的对比研究

本研究中体模预试验初步结果显示：NI=5，能谱扫描图像质量与非能谱图像相差不大，两者剂量相当，能谱扫描的CTDIvol 较非能谱升高了2.3%。非能谱成像的自动毫安技术根据患者体型变化来调节每层的曝光量（mA），使每层图像噪声水平保持在预设值，从而获取预期的图像，降低辐射剂量［10］。而能谱成像为单源瞬时kV 切换，管电压不可调节，虽然GSI assist 可依据NI 和受检者体型等匹配最佳能谱扫描参数（mA），但与非能谱的自动管电流技术不同，无法依据受检者体型在不同层面改变电流，意味着在扫描过程中无法改变电流，同时所选毫安范围不如非能谱宽泛，故存在剂量差异。临床研究中，NI=11，能谱成像的图像质量与非能谱成像相当，能谱成像的检查辐射剂量仅较非能谱高6.06%（P＞0.05），与体模预试验结果吻合。在宝石CT 中能谱扫描的剂量高于非能谱［7-8］，而本研究中Revolution CT 中能谱与非能谱的辐射剂量相当。虽然林晓珠等［11］的研究中采用宝石CT（Discovery CT750HD）手动能谱参数选择扫描与常规120 kV 扫描的辐射剂量相当。但因操作复杂，限制了其推广应用。此外在固定毫安的条件下，能谱扫描的辐射剂量明显低于常规120 kV 的非能谱，虽然噪声也稍高于非能谱，体模预试验在固定毫安扫描结果显示，在头颈部CT 检查具有重要指导意义。

有 研 究［12］通 过 能 谱 成 像 配 合 后 置ASiR-V、ASiR 优化图像质量，得到了更好对比度的能谱图像。以上研究说明Revolution CT 能谱扫描可获得良好的图像及进行定量分析，但将能谱扫描常规应用于临床，应该使用更低剂量的扫描方法，尤其对于泌尿系检查范围长、期相多，且在诸多报道都表明CT 检查电离辐射与癌症发生相关［13-14］。

2.能谱成像技术联合ASiR-V的有效性

ASiR-V 是纳入了噪声、物理、物体三种模型的多模型迭代重建算法，其中Revolution CT 的剂量控制新功能前置ASiR-V 通过扫描前预设噪声指数保证图像质量，利用自动调节管电流大小降低辐射剂量，为解决高辐射剂量的危害提供了新途径［15］。

在上述体模及临床研究中能谱扫描图像的质量优于非能谱图像，为保证图像质量获得更低辐射剂量，本研究将能谱扫描与ASiR-V 联合，调节能谱扫描的ASiR-V 权重，观察能谱扫描联用ASiR-V 是否可以获得低剂量的能谱图像。30%、50%ASiR-V 能谱成像与40%ASiR-V 非能谱对比分析，较高的迭代水平的权重，50%ASiR-V 的能谱扫描辐射剂量降低了17.3%，图像的噪声未增大，提示能谱扫描联用ASiR-V 可以平衡能谱成像的高辐射剂量影响。紧接着本研究对不同权重ASiR-V 的能谱图像进行分析，发现检查辐射剂量会随着ASiR-V 迭代强度的增加而逐渐降低，相比权重30%ASiR-V 的能谱，权重40%、50%的ED依次降低22.0%、51.7%，但3组图像的SD值未发生改变，且均能满足影像诊断要求。能谱成像技术与ASiR-V 技术结合使用，为提高CT 能谱成像的图像质量和降低辐射剂量提供方法。

在既往研究［3-4］中，多应用非能谱CT 成像联合前置ASiR-V 减低辐射剂量。本研究将能谱成像与前置ASiR-V 联合降低检查辐射剂量，相比非能谱低剂量下获取的单一图像评价指标CT 值，能谱成像可以获得更多定量参数，为临床提供更多帮助。

本研究的优势：本研究采用体模实验作为预试验，其优势在于可定量，可重复扫描及多方位观察。本临床研究的不足有二：一是为了在同一病人的一次扫描中进行对比研究，但又不能对患者进行重复检查，所以本研究中能谱扫描与非能谱扫描为不同时相，因此评价图像质量时受限，仅对SD值进行评价；二是因受临床研究的限制，未设置更多ASiR-V 迭代水平进行对比研究。今后计划对不同权重的前置ASiR-V利用不同组的患者进行临床研究。

综上所述，相同扫描条件下，能谱成像可替代非能谱成像应用于临床，通过联合前置ASiR-V，可获得更低剂量的能谱图像，使能谱成像在临床中应用的效益最大化，具有良好的应用前景。