中华放射医学与防护杂志  2020, Vol. 40 Issue (1): 64-70   PDF    
基于不同体质量指数CT尿路成像辐射剂量控制
邱海静1 , 陈勇2 , 任涛1 , 高雨佳1 , 孙文杰1 , 高知玲3     
1. 宁夏医科大学临床医学院, 银川 750004;
2. 宁夏医科大学总医院放射介入科, 银川 750004;
3. 宁夏医科大学总医院放射科, 银川 750004
[摘要] 目的 探讨不同体质量指数患者CT尿路成像扫描参数优化及辐射剂量控制措施。方法 按常规参数(3种体型均120 kV,CARE Dose4D)、低kV[体质量指数(BMI)≤22.9:80 kV、22.9 < BMI < 30:100 kV、BMI≥30:120 kV,CARE Dose4D]、低mAs(120 kV,3种体型均在CARE Dose4D基础上mAs降低40%)3种扫描方式前瞻性收集CT尿路成像检查133例,测量各组图像噪声、信噪比(SNR)及对比噪声比(CNR)作为图像质量客观评价指标,主观评价由两名具有5年以上工作经验医师采用双盲法进行5分制评价。记录各组患者CT剂量报告中的容积CT剂量指数(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP),计算有效剂量(E)。结果 80、100 kV扫描患者的有效剂量下降了77.7%、38.3%,差异有统计学意义(Z=-3.330、-5.595,P < 0.05);80 kV扫描与常规扫描之间肾皮质的噪声、SNR、CNR及输尿管噪声差异有统计学意义(Z=-3.705~-2.392,P < 0.05),但输尿管的SNR、CNR及肾盂的噪声、SNR、CNR差异无统计学意义(P>0.05),100 kV扫描与常规扫描之间肾皮质的噪声、SNR差异有统计学意义(Z=-5.096、-3.566,P < 0.05),但肾皮质的CNR及肾盂、输尿管的噪声、SNR、CNR差异无统计学意义(P>0.05)。3种体型低mAs扫描的有效剂量较常规扫描分别下降了38.3%、32.0%、34.7%,差异有统计学意义(Z=-5.086、-5.912、-2.842,P < 0.05),22.9 < BMI < 30组输尿管的CNR较常规扫描差异有统计学意义(Z=-2.587,P < 0.05),其余肾皮质、肾盂、输尿管的噪声、SNR、CNR差异均无统计学意义(P>0.05);图像主观评价评分均>3分。结论 针对不同体质量指数患者所采用的低kV、低mAs扫描方案可以有效降低患者的辐射剂量,并能达到临床诊断要求。
[关键词] 体质量指数    CT尿路成像    低剂量扫描    泌尿系统疾病    
Radiation dose control for CT urography based on different body mass index
Qiu Haijing1 , Chen Yong2 , Ren Tao1 , Gao Yujia1 , Sun Wenjie1 , Gao Zhiling3     
1. Clinical Medical College of Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China;
2. Department of Radiology and Intervention, The General Hospital of Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China;
3. Department of Radiology, The General Hospital of Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China Qiu Haijing is working in the department of radiology, the Second Affiliate Hospital of Xi′ an Medical College, Xi′an 710038, China
[Abstract] Objective To explore the optimization of CT urography imaging parameters and the control measures of radiation dose to patients with different body mass index. Methods A total of 133 patients who were required to undergo CT urography were prospectively selected in terms of three different types of CT urography scan; firstly, conventional parameter scan (120 kV, CARE Dose4D); secondly, low kV scan (BMI ≤ 22.9:80 kV, 22.9 < BMI < 30:100 kV, BMI ≥ 30:120 kV, CARE Dose4D) and thirdly, low mAs scan (120 kV, 40% reduction in mAs on CARE Dose4D). Noise, signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratio (CNR) of all images were measured as objective evaluation indicators of image quality. The subjective evaluation of the images was performed by two radiologists who had been working for more than five years using a double-blind method and a 5-score system evaluation. The effective dose values (CTDIvol, DLP, E) in each group were measured. Results Patients' effective dose was decreased by 77.7% in 80 kV group and 38.3% in 100 kV group, with a statistical difference between the two groups (Z=-3.330, -5.559, P < 0.05). There was a statistically significant difference in renal cortex noise, SNR, CNR and ureteral noise between the 80 kV scan and the routine scan (Z=-3.705-2.392, P < 0.05), but no significant difference in ureteral SNR, CNR and renal pelvis noise, SNR, CNR (P>0.05). There was a statistically significant difference in renal cortex noise and SNR between the 100 kV scan group and the routine scan group (Z=-5.096, -3.566, P < 0.05), but no statistical difference in renal cortex CNR, renal pelvis and ureteral noise, SNR, CNR(Z=-5.086, -5.912, -2.842, P>0.05). The effective dose from low mAs scan in the three types of patients was decreased by 38.3%, 32.0%, and 34.7%, respectively, with a statistical difference between them (P < 0.05). There was no significant difference in noise, SNR, and CNR between renal cortex, renal pelvis and ureter (P>0.05) besides ureteral CNR in the 22.9 < BMI < 30 group (Z=-2.587, P < 0.05). The subjective evaluation scores of all images were greater than 3 points. Conclusions In this study, the scan method for low kV and low mAs used for patients with different body mass index can effectively reduce the radiation dose to patients and meet the requirements of clinical diagnosis.
[Key words] Body mass index    CT urography    Low-dose scan    Urinary system disease    

CT尿路成像(computed tomography urography, CTU)是在计算机技术不断进步、多层螺旋CT不断发展的背景下产生的一项新检查手段。其空间分辨力高,后处理能力强大,能够清楚显示泌尿系统解剖结构及空间关系,同时又具有评价肾脏排泄功能的优势,在临床中被广泛引用[1]。但由于其扫描时相较多、范围较大、检查频次较高,且缺少个性化扫描方案,导致患者接受过多不必要的辐射。根据辐射防护最优化原则(ALARA)[2]以及辐射诱发癌症的潜在风险[3],减少CTU检查患者的辐射剂量显得尤为重要。本研究旨在探讨如何在满足临床诊断要求的前提下,在不同体质量指数(body mass index, BMI)患者之间开展CTU的个性化、低剂量扫描。

资料与方法

1.临床资料:前瞻性收集2018年1月至12月在宁夏医科大学总医院行CTU检查的患者133例,男88例,女45例,年龄19~77岁,平均(48±14)岁,其中结石86例、肿瘤性病变及囊肿22例、畸形9例、阴性5例、其他11例。本研究设常规参数、低kV、低mAs 3种扫描,每项扫描均含不同体质量指数(BMI)患者(正常或偏瘦:BMI≤22.9、超重或偏胖:22.9<BMI<30、重度肥胖:BMI≥30)。本研究同一体质量指数水平下3种扫描间患者的身高、体质量、腹围及BMI差异无统计学意义(P>0.05),患者一般资料状况见表 1。本研究已通过本院伦理委员会审核(伦理编号:2019-181),所有患者及家属检查前均签署知情同意书。

表 1 患者基线资料分布状况 ($\overline{x}\pm s$) Table 1 Distribution for baseline data on patients ($\overline{x}\pm s$)

2.设备与方法:采用德国西门子SOMATOM Definition 64排螺旋CT扫描。患者仰卧位,检查时着便装,脐下3指水平测量腹围,扫描范围自肝顶至耻骨联合水平,相同扫描参数下采集平扫、肾皮质期(35~40 s)、肾髓质期(120 s)、静脉期(180 s)及排泄期(30 min)图像。扫描参数设定为①常规参数:3种体型均采用120 kV,CARE Dose4D(参考mAs:210 mAs)。②低kV:BMI≤22.9 :80 kV、22.9<BMI<30:100 kV、BMI≥30 :同常规参数(120 kV、CARE Dose4D)。③低mAs:120 kV,3种体型均在CARE Dose4D有效mAs基础上降低40%;层厚10 mm,螺距1,其余参数恒定。增强扫描中使用高压注射器(STELLANT Injection System)经静脉留置针(18 G×29 mm /Y-G)向肘/前臂静脉注射碘佛醇注射液(320 mg I/ml 80~90 ml,注射速率2.5~3.0 ml/s。

3.图像评价

(1) 客观评价:测量排泄期肾皮质、肾盂、输尿管、椎旁肌、皮下脂肪噪声、信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)及对比噪声比(contrast-to-noise ratio, CNR),测量时窗宽、窗位设为250、40 HU。输尿管感兴趣区域(area-of-interest, ROI)范围约(5±1)mm2,其余感兴趣区(ROI)范围约(10±2)mm2,ROI放置避开病变区,每个ROI测量3次取其平均值。肾皮质、肾盂、输尿管各ROI的CT值标准差的平均值为其噪声,皮下脂肪3个ROI的CT值标准差的平均值为背景噪声,采用公式SNR=ROIn /SDn、CNR=(ROIn-ROIm)/SD背景[4]计算各感兴趣区SNR及CNR,其中ROIn、SDn代表感兴趣区域CT值的平均值、标准差,ROIm为椎旁肌CT值平均值,SD背景为皮下脂肪CT值标准差。

(2) 主观评价:由两位具有5年以上阅片经验的放射科医师对各组排泄期图像进行图像质量主观评估,采用5分法评定。5分,图像质量优良,边界锐利,噪声小,基本没有伪影,达到临床诊断要求;4分,图像质量好,边界锐利,噪声小,有少量伪影,达到临床诊断要求;3分,图像质量中等,噪声和伪影情况一般,基本达到临床诊断要求;2分,图像质量较差,噪声和伪影较多,不能达到临床诊断要求;1分,图像质量极差,噪声和伪影情况严重,无法用于临床诊断。图像主观评分≥3分即认为图像可被临床接受[5]

4.辐射剂量:记录每位患者剂量报告中的容积CT剂量指数(volume CT dose index, CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length product, DLP),根据公式E=DLP×k(k=0.015 mSv ·mGy-1·cm-1)[6], 计算有效剂量(E)。

5.统计学处理:采用SPSS 22.0软件进行分析。连续变量符合正态分布用$\overline{x}\pm s$表示,分类变量用频数表示。采用Wilcoxion秩和检验比较常规参数与低kV、常规参数与低mAs扫描组间图像客观评价、辐射剂量的差异,经方差齐性检验后采用单因素方差分析比较同一体质量指数水平下常规参数、低kV、低mAs扫描3组间患者身高、体质量、腹围及BMI差异;采用Pearson相关分析对患者BMI、腹围与mAs进行相关性分析。采用Cohen Kappa检验对两位放射科医师图像质量主观评价的一致性进行分析。P < 0.05为差异有统计学意义。

结果

1.图像质量客观分析:80 kV扫描与常规扫描肾皮质的噪声、SNR、CNR及输尿管噪声差异有统计学意义(Z=-3.705~-2.392,P < 0.05),但输尿管的SNR、CNR及肾盂的噪声、SNR、CNR差异无统计学意义(P>0.05);100 kV扫描与常规扫描肾皮质的噪声、SNR差异有统计学意义(Z=-5.096、-3.566,P < 0.05),但肾皮质的CNR及肾盂、输尿管的噪声、SNR、CNR差异无统计学意义(P>0.05)。3种体型低mAs扫描,22.9 < BMI < 30组低mAs扫描输尿管CNR较常规扫描差异有统计学意义(Z=-2.587,P < 0.05),其余肾皮质、肾盂、输尿管的噪声、SNR、CNR差异均无统计学意义(P>0.05,表 2)。

表 2 不同BMI及不同扫描方式患者图像噪声、SNR、CNR状况 ($\overline{x}\pm s$) Table 2 Noise, SNR and CNR of patients′ images using different BMI and different scanning methods ($\overline{x}\pm s$)

2.图像质量主观分析:两名诊断医师对所有排泄期图像评分均≥3分,满足临床诊断要求(图 1~3)。两位诊断医师对常规扫描组图像主观评分一致性非常好(κ=1),低kV扫描组图像一致性从好到非常好(κ=0.773~0.898),低mAs扫描组图像一致性非常好(κ=0.857~1)。

注:箭头所指为右侧输尿管腹腔段结石、左侧肾盂及输尿管重复畸形 图 1 80 kV优化方案扫描A.常规冠状位;B.多平面重建(MPR)+最大密度投影(MIP) Figure 1 80 kV optimized scan A. Coronal; B. Multiplanar reformation (MPR) + maximum intensiy projection (MIP)

注:箭头所指为左侧肾盂、膀胱内占位 图 2 100 kV优化方案扫描A.常规冠状位;B.多平面重建(MPR)+最大密度投影(MIP) Figure 2 100 kV optimizd scan A. Coronal; B.Multiplanar reformation (MPR) + maximum intensiy projection (MIP)

注:箭头所指为膀胱内占位 图 3 低mAs优化方案扫描A.常规冠状位;B.横轴位+最大密度投影(MIP) Figure 3 Low\|mAs optimized scan A. Coronal; B. Axial+maximum intensiy projection (MIP)

3.辐射剂量:80、100 kV扫描患者的CTDIvol、DLP、E值均低于常规扫描,差异有统计学意义(Z=-5.807~-3.330,P<0.05)。3种体型低mAs扫描患者的CTDIvol、DLP、E值均低于常规扫描,差异有统计学意义(Z=-6.349~-2.842,P<0.05,表 3)。

表 3 本组患者3种扫描方案辐射剂量状况比较 ($\overline{x}\pm s$) Table 3 Comparison of radiation dosse to patients from three scanning methods ($\overline{x}\pm s$)

常规扫描、低mAs扫描患者的BMI、腹围与扫描mAs之间均存在线性相关关系(图 4r=0.478 5、0.687 6,P < 0.05;图 5r=0.759 7、0.756 6,P < 0.05)。

图 4 常规扫描中患者腹围(A)、体质量指数(B)与mAs散点图 Figure 4 Scatter plot of patients′ abdominal circumference (A) and mAs, BMI (B) and mAs in conventional scan

图 5 低mAs扫描中患者腹围(A)、体质量指数(B)与mAs散点图 Figure 5 Scatter plot of patients′ abdominal circumference (A), BMI (B) and mAs in low-mAs scan

讨论

泌尿系统疾病种类繁多,且输尿管位于腹膜后,走行多迂曲。CTU以其高灵敏度、特异性,优良的对比度和多平面成像而成为首选检查[1],但是,随着公众对辐射危害的关注,CTU的高剂量同时成为焦点,降低CTU检查的辐射剂量具有重要的临床意义。Juri等[7]报道了低管电压、低管电流、迭代重建算法和使用分裂推注技术减少扫描时相等多种技术可以减少CTU检查的剂量。

CT扫描中降低管电压是一种常用的降低辐射的方法,Lee等[8]提出采用100和120 kV管电压进行的CTU检查的图像质量差异无统计学意义,80 kV管电压也被证实可以用于腹部成像[9],但李玲玲和张铎[10]提出80 kV虽然剂量降低很可观,但在临床实践中未必成功。低管电压,尤其80 kV,到底能否应用于CTU患者体型应该是被考虑的主要因素。本组正常或偏瘦体型80 kV、超重体型100 kV扫描患者的辐射剂量指标较常规扫描均有明显减低,对于重度肥胖患者仍采用常规参数。虽然80 kV扫描对肾脏的显示有所减低,但对肾盂、输尿管的显示没有明显影响。手动80 kV可以用于CT血管成像检查[11],同样CTU作为一种静脉注射碘对比剂、排泄期成像的检查手段,高密度造影剂增大了其与周围组织的对比分辨力[9, 12],尿路良好的对比信噪比增加了放射科医师对图像噪声的包容,80 kV被认为是同时减少辐射暴露和改善组织对比度的有效方法[13]

自动mAs技术与被检者体质量有很大关系,但对于体质量较大的受检者并不是最优的[14],泌尿系CTU的低剂量研究多为50~100 mAs[1],本组采用在不同体质量指数患者CARE Dose4D effmAs基准上降低40%的方法,3组患者的辐射剂量指标均明显减低。CT扫描中管电流与辐射剂量之间呈线性相关,管电流降低主要影响低对比分辨率,而对高对比组织分辨率影响甚小[15],本组低mAs扫描对CTU图像质量无明显影响。传统剂量的优化是基于患者的体质量或体质量指数,更准确的优化应该是基于患者体型的横截面积[16],本组mAs值与患者BMI、腹围相关,且优化之后的mAs值低于自动mAs值。曾有文献建议对于BMI≥30的患者不应使用低剂量扫描[17-18],但本研究中肥胖患者因其皮下、腹腔内丰富的脂肪反而更适合100 kV和低mAs的检查,脂肪成为实质性脏器及结石良好的对比背景。

对于CTU检查,剂量的优化不仅是扫描参数,扫描期相与扫描范围也是关键因素,对于结石未梗阻患者,完全可以省略其增强期相,对于CTU检查患者可选择关键期相以满足诊断,有学者就利用分裂推注技术(造影剂分3次推注,单次扫描采集图像,首次推注延迟510 s,第2次推注延迟75 s,第3次推注延迟22 s)减少扫描时相,有效降低了CTU患者的辐射剂量[19]

综上,合理降低管电压、管电流可以有效降低CTU检查剂量。偏瘦、正常患者采用80 kV;超重、偏胖患者采用100 kV;重度肥胖患者采用120 kV。根据患者的体型(BMI、腹围)选择适合、最优的mAs,正常体型患者65~80 mAs,超重患者83~110 mAs,肥胖患者115~150 mAs。减少扫描期相,严格控制检查的扫描范围也能实现辐射剂量的优化。除技术因素外,更重要的是行为因素,有意识地执行低剂量扫描,努力寻求辐射剂量与图像质量之间的平衡点。

本研究尚存在不足之处:CT尿路成像的常规扫描范围是双肾上极至耻骨联合水平,但本次研究所有患者(应临床需求)均自肝顶扫描至耻骨联合水平,无法真实反映患者的DLP及有效剂量;此外,本组研究CTU扫描期相过多,需要进一步优化改进。

利益冲突  所有研究者,未因进行该研究而接受任何不正当的职务或财务利益,在此对研究的独立性和科学性予以保证

作者贡献声明  邱海静负责文章设计方案、文章的撰写,数据的采集、分析;陈勇负责文章设计方案的提出,协助数据的分析和论文校正;高知玲负责数据采集及结果分析;任涛、高雨佳、孙文杰负责数据采集及整理

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