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《低剂量ct扫描技术结合图像域迭代重建算法（iris）在诊断泌尿系结石中的应用价值》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
授予单位代码10089学号或申请号13591HebeiMedicalUniversity硕士学位论文在职科学学位低剂量CT扫描技术结合图像域迭代重建算法�IRIS)在诊断泌尿系结石中的应用价值学位申请人：张志坤导师：任庆云教授专业：影像医学与核医学二级学院：第一医院2015年3月 河北医科大学学位论文使用授权及知识产权归属承诺本学位论文在导师(或指导小组)的指导下，由本人独立完成。本学位论文研究所获得的研究成果，其知识产权归河北医科大学所有。河北医科大学有权对本学位论文进行交流、公开和使用。凡发表与学位论文主要内容相关的论文,第一署名为单位河北医科大学，试验材料、原始数据、申报的专利等知识产权均归河北医科大学所有。否则,承担相应法律责任。研究生签名导师签章彳二级学院领导盖章：河北医科大学研究生学位论文独创性声明本论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢等内容外，文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,指导教师对此进行了审定。本论文由本人独立撰写，文责自负。研究生签名!/导师签章：年广月w曰 目录中文摘要··············································································1英文摘要··············································································4英文缩写··············································································7研究论文低剂量CT扫描技术结合图像域迭代重建算法(IRIS)在诊断泌尿系结石中的应用价值前言··············································································8材料与方法·····································································9结果·············································································11附图·············································································14附表·············································································20讨论·············································································21结论·············································································27参考文献·······································································28综述低剂量CT在诊断泌尿系结石中的应用进展························32致谢···················································································42个人简历·············································································43 中文摘要低剂量CT扫描技术结合图像域迭代重建算法(IRIS)在诊断泌尿系结石中的应用价值摘要目的：研究低剂量CT扫描技术与图像域迭代重建算法（IterativeReconstructioninImageSpace,IRIS）相结合在泌尿系结石诊断中的价值。方法：本研究共分两部分，第一部分为体模扫描，第二部为临床研究。第一部分：收集泌尿外科手术取出的离体泌尿系结石，选取其中临床上最常见的6种不同成分的结石：草酸钙结石、尿酸结石、磷酸钙结石、磷酸铵镁结石、胱氨酸结石、草酸钙与磷酸钙混合结石，每种结石各2枚，共计12枚结石。将12枚结石分别植入6个离体的猪肾脏内，每个肾脏内植入同一种结石2块，最大径分别为5mm及2mm。将含有结石的猪肾脏放入一个装有生理盐水的圆柱形玻璃容器中进行CT扫描，扫描时管电压固定为130kV，mAs分别采用250、200、150、100、50、30mAs。有2名医师阅读上述不同mAs扫描所得图像，分析肾结石的有无、大小及位置。第二部分：对临床可疑泌尿系结石的患者50例，分别使用130kV、250mAs的常规剂量及130kV、30mAs低剂量进行扫描，低剂量组扫描条件通过以上体外实验获得。对低剂量扫描分别使用滤波反投影算法（FilteredBack-projection,FBP）和图像域迭代重建算法（IterativeReconstructioninImageSpace,IRIS）进行图像重建。记录每位患者的CT容积剂量指数（CTdoseindexvolume，CTDIvol），图像噪声SD和信噪比SNR。由3名主治医师对常规剂量组、低剂量FBP组、低剂量IRIS组图像进行判读，包括泌尿系结石的位置、大小，肾脏的大小、肾盂、输尿管积水及肾周脂肪囊内条索影。采用SPSS17.0软件进行统计学分析，对常规剂量组、低剂量组的结石检出率使用Fisher确切概率法进行检验。对常规剂量组与低剂量组的CTDIvol，以及低剂量组两种重建图像的噪声、信噪比均进行配对t检验。P<0.05为差异有统计学意义。结果：1 中文摘要1体模扫描时，管电压固定为130kV，mAs分别应用250、200、150、100、50、30mAs进行CT平扫，直径为5mm及2mm大小的12枚肾结石（草酸钙结石、尿酸结石、磷酸钙结石、磷酸铵镁结石、胱氨酸结石、草酸钙与磷酸钙混合结石各2枚）均可被检出，检出率均为100%。238例患者常规剂量检出结石72枚，结石的大小为1mm-25mm，肾结石39枚，输尿管结石33枚。低剂量FBP组与IRIS组的结石检出率相同，均共检出69枚，检出率为95.8%，其中3枚未检出结石均为1mm的肾结石，对肾结石的检出率为92.3%，输尿管结石的检出率为100%。低剂量组与常规剂量组对全部泌尿系结石检出率的差异无统计学意义（P=0.245），对肾结石检出率的差异无统计学意义（P=0.240），对输尿管结石的检出率无差异。以常规剂量组为标准，低剂量FBP组、IRIS足对全部泌尿系结石的诊断敏感性均为95.8%，特异性均为100%。338例泌尿系结石中，常规剂量组发现肾盂、输尿管积水23例，肾周脂肪囊内条索影7例，肾脏增大10例。30mAs低剂量FBP组发现肾盂、输尿管积水23例，肾周脂肪囊内条索影7例，肾脏增大10例。30mAs低剂量IRIS组发现肾盂、输尿管积水23例，肾周脂肪囊内条索影7例，肾脏增大10例。3组间无差异。4250mAs常规剂量组的平均CTDIvol为18.60±3.63mGy，30mAs低剂量组为2.82±0.30mGy，降低了85%，常规剂量组与低剂量组间的差异有统计学差异意义（t=32.396，P=0.000）。530mAs低剂量IRIS组图像与FBP组图像相比，IRIS图像的平均噪声为13.560±0.379，FBP为21.280±0.612，IRIS明显低于FBP，两者间差异有统计学意义（t=17.700，P=0.000）。而平均信噪比IRIS为2.052±0.076，FBP为1.307±0.052，IRIS高于FBP，两者间差异有统计学意义（t=-14.166，P=0.000）。低剂量IRIS算法图像质量在客观上优于FBP算法。结论：130kV、30mAs的低剂量CT平扫与常规剂量CT平扫相比，在明显降低患者的辐射剂量的同时，泌尿系结石的检出率并无显著性差异。低剂量IRIS重建图像与低剂量FBP重建图像相比，在结石检出率及结石梗阻继发征象的显示上无差异，并且低剂量IRIS重建图像质量优于低剂量FBP图像质量。所以低剂量CT扫描与图像域迭代重建算法IRIS2 中文摘要相结合的技术值得在泌尿系结石的诊断中推广应用。关键词：X线计算机体层摄影,管电流,低剂量,泌尿系结石,图像域迭代重建算法,滤波反投影算法3 英文摘要TheApplicationValueinTheDiagnosisofTheUrinaryCalculibyLow-doseCTScanningTechniqueCombinedwithTheIterativeReconstructioninImageSpaceABSTRACTObjective:Todiscusstheapplicationvalueinthediagnosisoftheurinarycalculibylow-doseCTscanningtechniquecombinedwiththeiterativereconstructioninimagespace.Methods:Thisstudyisdividedintotwoparts,thefirstpartisphantomscanning,andthesecondpartistheclinicalstudy.Thefirstpart:Sixcommonkindsofvitrourinarycalculiwerecollectedinclinicalfromurology:calciumoxalatestones,uricacidstones,calciumphosphatestones,magnesiumammoniumphosphatestones,cystinestones,calciumoxalateandcalciumphosphatestonesmixed.Thoseurinarycalculiwereimplantedintosixpigkidneys,twoforeachkidney;5mmand2mmdiameterofthesamekindofstonewereimplantedintoeachkidneyrespectively.Thekidneywerescannedinacylinder-shapedglasscontainer,whichisfilledwith0.9%NaClsolution,whilethescanningtubevoltageis130kV,decreasedthetubecurrentgradually,mAswas250,200,150,100,50,30respectively.TherearetwodoctorsreadingdifferentmAsscanningimageabove,toanalyzethesizeandlocationofeachkidneystone.Thesecondpart:50casesofsuspectedurinarycalculidiseaseswerestudied.Thepatientswerescannedbynormaldoseandlowdose,low-dosescanconditionswerecarriedoutbytheabovephantomexperiment.ImagereconstructionwasperformedbyusingthemethodsofFBP(FilteredBack-projection)andIRIS(IterativeReconstructioninImageSpace)withthedatagotfromthelow-dosescan.TheCTDIvol(CTdosedindexvolume)wasusedtocalculatethelowerdosesofradiationRecordedAfterthescanforeachpatient,SDandtheSNRwereperformastheimagequalityobjectivecriteria.Threephysiciansreviewontheimagesofconventionaldosegroup,low-dose4 英文摘要FBPgroupandlow-doseIRISgroup,includinglocation,sizeofurinarystone,thesizeofthekidney,hydronephrosis,andtrabsofperirenalfat.StatisticalanalysiswasperformedbySPSS17.0software,thedetectionrateofstoneforconventional-dosegroup,low-dosegroupusedFisherexacttest.ThetestofnormalitywasmadeonCTDIvolofthenormaldoseandlowdose,theimagenoise,andthechangeofSNRofthetwokindsofreconstructionusingthemethodofpaired-samplettest;Differencewasstatisticallysignificant(P<0.05).Results:1Twelvekidneystones(calciumoxalatestones,uricacidcalculi,calciumphosphate,magnesiumammoniumphosphatestones,cystine,calciumoxalateandcalciumphosphatemixedstones,2stonesofeachkind)couldbecheckedout,whenthetubevoltagewas130kV,andthemAswasgraduallyreducedto250,200,150,100,50and30.Thedetectionratewas100%.2Seventy-twostonesof38patientsweredetectedinconventional-dosegroup,1mm~25mmdiametersize,69fromthelow-doseFBPgroupandlow-doseFBPgroup,detectionrateisabout95.8%,3kidneystonesof1mm-diameterwerenotdetected.Therenostatisticallysignificantdifferencebetweentheconventional-dosegroupandlow-dosegroup（P=0.245）.Standardconventionaldosegroup,low-dosescanning’ssensitivityandspecificityforthediagnosisofstoneswas95.8%and100%respectively.3Forthe38casesofurinarycalculi,23casesofhydronephrosis,7casesoftrabsofperirenalfatand10casesofkidneyincreaseswerefoundintheconventional-dosegroup.And23casesofhydronephrosis,7casesoftrabsofperirenalfatand10casesofkidneyincreaseswerefoundinLow-doseFBPgroupof30mAs.23casesofhydronephrosis,7casesoftrabsofperirenalfatand10casesofkidneyincreaseswerefoundinLow-doseIRISgroupof30mAs.4TheaverageCTDIvolwas18.60±3.63mGyinthenormaldosegroup,and2.82±0.30mGyfromthelowdosegroup,reducedby85%,Therewasstatisticallysignificantdifferencebetweenthetwogroup(t=32.396,P=5 英文摘要0.000).5comparedwithFBP,TheimageaveragenoiseofIRIS(13.560±0.379）waslowerthanthatofFBP（21.280±0.612），thedifferencebetweenthemwasstatisticallysignificant(t=-14.166，P=0.000).TheaverageSNR(2.052±0.076)washigherthanthatofFBP(1.307±0.052),thedifferencebetweenthemwasstatisticallysignificant(t=14.166,P=0.000).Conclusion:Comparedwithconventional-doseCTscanby130kV,250mAs,Low-doseCTscanby130kV,30mAssignificantlyreducetheradiationdosetothepatient,andtherewasnosignificantdifferenceinthediagnosisofurinarycalculidetectionrate.TherewasnodifferenceinthedetectionrateofstonesandstoneobstructionsecondarydisplaysignsbetweenLow-doseIRISandlow-doseFBPgroup,andtheimagequalitywasbetterthanthatofthelow-doseFBPgroup.Therefore,low-doseCTscanningtechnologycombineswithIRISworthpromotinginthediagnosisofurinarycalculiinclinicalapplications.Keywords:X-raycomputertomography,Tubecurrent,Lowdose,Urinarycalculi,IterativeReconstructioninImageSpace,FilteredBack-projection6 英文缩写英文缩写CT计算机体层摄影ComputedtomographyIRIS图像域迭代重建算法IterativeReconstructioninImageSpaceIR迭代重建IterativeReconstructionFBP滤波反投影算法FilteredBack-projectionKUB腹平片PlainFilmofKidney,Ureter,andBladderIVP静脉肾盂造影IntravenousPyelographyUS超声UltrasoundMR磁共振MagneticResonanceCTUCT摄影尿路成像CTUrographyMRUMR尿路成像MRUrographyCTDIvolCT容积剂量指数CTDoseIndexVolumeSD标准差StandardDeviationSNR信噪比SignaltoNoiseRatioBMI体重指数BodyMassIndex7 研究论文低剂量CT扫描技术结合图像域迭代重建算法(IRIS)在诊断泌尿系结石中的应用价值前言泌尿系结石是泌尿系统的一种常见疾病，一般人群的发病率约为[1]10-14%，以肾和输尿管常见。临床发病比较急骤，主要表现为持续剧烈的腰背部疼痛、血尿，如果形成泌尿系梗阻，还会对肾脏功能造成损伤，因而能够做到早期诊断和治疗对患者的预后就非常重要。目前常见的泌尿系结石的检查方法有很多种，以前的影像学检查均以腹平片（plainfilmofkidney,ureter,andbladder,KUB）、静脉肾盂造影（intravenouspyelography,IVP）和超声(ultrasound,US)检查为主。虽然这些检查方法都有自己的优势，但同时各自又存在着不足之处。近些年来螺旋CT扫描因为具有扫描速度快、分辨率高、重建层厚薄，能够进行三维重建等优势，在泌尿系结石诊断中的应用越来越广泛。螺旋CT检查虽然提高了结石检出的敏感性及准确性，但其对患者造成的辐射危害也不容忽视，特别是那些由于病情需要多次进行CT检查的年轻患者、女性患者。CT检查由于增加了患者的辐射剂量，增大了产生随机效应的风险，随机效应包括遗传效应和致癌效应。如何在能保证结石检出的前提下尽可能降低患者受到的辐射剂量，越来越被更多的学者关注和研究。目前大家主要采用降低管电流的方法，降低管电流在降低辐射剂量的同时会增加图像的量子噪声，降低了图像的密度分辨率，主要使低对比组织的图像质量产生下降，而对高对比组织影响则比较小，如肺脏、颞骨等。近年来,为了进一步改善图像质量和减少CT检查的辐射剂量,迭代重建(IterativeReconstruction,IR）技术开始尝试应[2]用于CT图像的重建之中。与数十年来应用于CT图像重建的标准算法--滤波反投影算法(FilteredBack-projection,FBP)比较,迭代重建技术是一种基于不同CT几何学计算方法的技术。迭代重建算法的主要优势是在低信噪比背景下可以得到比FBP更好的图像质量。本实验将降低管电流的低剂量扫描方法与西门子公司的图像域迭代重建算法（IRIS）相结合，研究在降低患者的辐射剂量后，是否能保证泌8 研究论文尿系结石较高的检出率，以及低剂量迭代算法是否能改善图像质量，给我们提供更多的诊断信息。本研究分以下两个部分来进行：第一部分：进行泌尿系结石的体外模型扫描，将不同成分的泌尿系结石放入离体猪肾脏中进行扫描，通过固定管电压而逐渐降低管电流的方法，最终确定能够保证高检出率的低剂量扫描条件。第二部分：进行临床研究，将第一部分确定的低剂量扫描条件应用于临床怀疑泌尿系结石的患者，观察结石的检出率，并计算出低剂量扫描方法比常规剂量扫描方法所降低的辐射剂量。在低剂量扫描完成后采用FBP及IRIS两种重建方法来进行图像重建，并比较二者在结石检出率及在图像质量上的差异。材料与方法1体模扫描1.1制作体模收集我院2014年1月至5月泌尿外科手术取出的离体泌尿系结石，并使用天津蓝莫德公司LIIR-20结石红外光谱自动分析系统进行成分分析，所收集的结石包含了临床上最常见的6种结石，其中5种单一成分结石及1种混合结石，单一成分结石包括：草酸钙结石、尿酸结石、磷酸钙结石、磷酸铵镁结石、胱氨酸结石；混合结石为草酸钙与磷酸钙混合的结石。本实验对以上6种不同成分的结石各取2块，大小分别为5mm及2mm，共12块。购买猪肾脏6个，大小相近，且表面光滑完整。将每个肾脏切开至肾盂，将同一成分大小分别为5mm、2mm的结石分别植入其中，并用手术线缝合切口。将一直径20cm，高度25cm的有机玻璃圆柱体内倒入0.9%的NaCl溶液（石家庄四药有限公司）7000ml，将植入结石的6个猪肾脏随机分成3组，每组2个，每次将其中一组放入溶液中，并用力挤压肾脏后放手，尽量挤出肾内的气体。将圆柱体封口后放置到CT机扫描床上进行扫描。9 研究论文1.2扫描方法三组肾脏均使用使用德国西门子公司16排螺旋CT机（Emotion16）进行扫描，扫描方法采供固定管电压，逐渐降低管电流的方法来进行。管电压固定为130kV，mAs分别应用250、200、150、100、50、30，球管旋转时间0.5s，螺距0.6，准直器宽度16*1.2mm，FOV:50，FBP法重建出层厚1.5mm的图像。每组肾脏扫描6次，三组共进行18次扫描。见Fig.1。1.3图像分析将每次扫描得到的数据由2位主治医师在不知道结石成分、扫描条件的情况下，共同对图像进行观察，观察每种成分的2块结石在变换不同扫描条件的情况下是否可以顺利检出。2临床研究2.1研究对象2014年6月至12月期间，在我院因“腹痛、血尿”就诊，或腹部超声提示泌尿系结石及可疑泌尿系结石的患者50例。其中男性32例，女性18例，年龄23～79岁，平均年龄52.3岁，身高1.50～1.83m，平均身高1.68m，体重50.0～110.0kg，平均体重74.1kg，体重指数BMI（体重指数22=体重（kg）/身高*身高（m））为19.03～39.06kg/m，平均BMI为25.9722kg/m，其中12例为BMI≥28kg/m的肥胖患者。本研究经过我院的伦理委员会研究讨论并通过，均经过患者本人同意并签订知情同意书。2.2扫描前准备所有患者在检查前60分钟左右饮水800-1500ml，待患者憋尿至膀胱充盈后进行扫描。2.3CT扫描方案50名患者均使用德国西门子公司16排螺旋CT机（Emotion16）进行扫描，扫描前去除患者的体表异物，对未扫描范围进行必要的防护。技师训练患者练习屏气，扫描范围自肾脏上缘到耻骨联合水平，将肾、输尿管和膀胱包括其中，每次扫描在患者一次屏气时间内完成。每位患者均进行两次扫描，包括常规剂量扫描及低剂量扫描各一次。常规剂量扫描参数：管电压130kV，mAs为250，球管旋转时间0.5s，螺距0.6，准直器宽度16*1.2mm，FOV:50。低剂量组扫描参数使用体模研10 研究论文究得出的最低扫描参数，mAs为30，其余扫描条件与常规剂量扫描组相同。2.4图像后处理常规剂量及低剂量扫描完成后，常规剂量采用滤波反投影算法（FBP）进行数据重建，重建图像层厚1.5mm。对低剂量扫描分别采用滤波反投影算法（FBP）和图像域迭代重建算法（IterativeReconstructioninImageSpace,IRIS）对数据进行重建，每种算法重建出1.5mm层厚的图像。然后将所有数据传输至SyngoMMWPVE40B影像工作站进行处理。2.5数据测量X线辐射剂量以扫描完成后设备提供的CT容积剂量指数(CTdoseindexvolume，CTDIvol)为标准，记录每位患者的常规剂量及低剂量数值。2图像噪声的测量是将100mm的圆形兴趣区(RegionofInterest,ROI)放置到腰1椎弓根水平的腹主动脉内，来测定CT值标准差（StandardDeviationSD值），图像噪声用SD值代表。再测量同一层面的左肾实质CT值(HU)并记录。信噪比(SignaltoNoiseRatio,SNR)按照公式：SNR=肾脏实质CT值／噪声值来进行计算。以SD和SNR作为客观标准来评价图像质量。2.6图像分析由3名主治医师对3组图像进行分析，包括：①有无泌尿系结石存在；②如果有泌尿系结石，记录结石的部位、数目、大小；③继发的梗阻性征象包括：肾脏增大、肾盂、输尿管扩张积水及肾周围脂肪间隙内条索影。观察图像的窗宽及窗位选择260HU、40HU。2.7统计方法采用SPSS17.0软件进行统计学分析，对常规剂量组、低剂量组的结石检出率使用Fisher确切概率法进行检验。对常规剂量组与低剂量组的CTDIvol，以及低剂量FBP组、低剂量IRIS组两种重建图像的噪声、信噪比均进行配对t检验。P<0.05为差异有统计学意义。11 研究论文结果1体模扫描中结石的检出在CT平扫管电压为130kV，mAs分别应用250、200、150、100、50、30时，直径为5mm及2mm大小的12枚肾结石（草酸钙结石、尿酸结石、磷酸钙结石、磷酸铵镁结石、胱氨酸结石、草酸钙与磷酸钙混合结石各2枚），均可被检出，检出率均为100%，见Fig.2、Fig.3。2临床研究中的结石检出50例临床可疑泌尿系结石的患者中，常规剂量扫描发现38例72枚泌尿系结石，结石最大径线1～25mm，平均大小5.25±4.10mm，其中1mm结石6枚，2mm结石18枚，最大径3～9mm结石43个，10mm以上的结石5枚。72枚结石中肾结石39枚，结石最大径范围1～25mm，输尿管结石33枚，最大径范围2～11mm。见Fig.4、Fig.6。低剂量FBP组与IRIS组对结石检出情况相同，均共检出结石69枚，检出率为95.8%，其中3枚未检出结石均为1mm的肾结石，对肾结石的检出率为92.3%，输尿管结石的检出率为100%。低剂量组与常规剂量组对全部泌尿系结石检出率的差异无统计学意义（P=0.245），对肾结石检出率的差异无统计学意义（P=0.240），对输尿管结石的检出率相同。以常规剂量组为标准，低剂量组对结石的诊断敏感性为95.8%，特异性为100%。统计学结果见Table1。3结石患者梗阻继发征象的检出38例泌尿系结石中，常规剂量组发现肾盂、输尿管积水23例，肾周脂肪囊内条索影7例，肾脏增大10例。30mAs低剂量FBP组发现肾盂、输尿管积水23例，肾周脂肪囊内条索影7例，肾脏增大10例。30mAs低剂量IRIS组发现肾盂、输尿管积水23例，肾周脂肪囊内条索影7例，肾脏增大10例。3组间无差异。见Fig.5。4常规剂量组与低剂量组的辐射剂量对比常规剂量组的平均CTDIvol为18.60±3.63mGy，低剂量组为2.82±0.30mGy，低剂量组与常规剂量组相比，患者所受到的辐射剂量降低了85%，两组间的差异有统计学意义（t=32.396，P=0.000）。统计学结果见Table2。5低剂量下FBP及IRIS两种重建算法的图像质量评价图像质量评价通过比较图像的噪声（SD）及信噪比（SNR）得出的客观评价。12 研究论文低剂量IRIS组的平均噪声（SD）为13.560±0.379，低剂量FBP组为21.280±0.612，前者明显低于后者，两者间差异有统计学意义（t=17.700，P=0.000）。低剂量IRIS组的平均信噪比（SNR）为2.052±0.076，FBP组为1.307±0.052，前者高于后者，两者间差异有统计学意义（t=-14.166，P=0.000）。在客观上IRIS重建图像的质量优于FBP算法的图像，统计学结果见Table3。并且通过对图像观察发现，在主观上IRIS重建图像的质量优于FBP算法的图像质量，见Fig.4-6。13 研究论文附图Fig.1Phantomscan.(A),Twokidneystonesofthesamecompositionwereembeddedinthecollectingsystemsofonepigkidney,5mmand2mminmaximumdiameter.(B),Akidneyphantomwasmadebyplacingtwokidneysinanellipticalplexiglasphantomfilledwithphysiologicsaline.(C-D),ThephantomwasscannedatSiemens16–detectorrowCT.14 研究论文Fig.2(A-F)Thesixkindsofkidneystoneswith5mmwerescannedby130kV，30mAs,theycouldbedetectedbythislowestscanningcondition.(A),thecalciumoxalatestone.(B),thestruvitestone.(C),theuricacidstone.(D),thecystinestone.(E),thecalciumphosphatestone.(F),thecombinationstoneofcalciumoxalateandcalciumphosphate.15 研究论文Fig.3(A-F)Thesixkindsofkidneystoneswith2mmwerescannedby130kV，30mAs,theycouldbedetectedbythislowestscanningcondition.(A),thecalciumoxalatestone.(B),thestruvitestone.(C),theuricacidstone.(D),thecystinestone.(E),thecalciumphosphatestone.(F),thecombinationstoneofcalciumoxalateandcalciumphosphate.16 研究论文Fig.453-year-oldmanwithrightflankpain.(A),UpperabdomenaxialconventionaldoseCTimage(130kV,250mAs)，righthydronephrosis,leftrenalcalicesstoneof1mminmaximumdiameter。(BandC),Low-doseCTimage(130kV,30mAs),(B)wasreconstructedbyFBP,(C)wasreconstructedbyIRIS.Theyalsocanshowthe1mmstone,butthesubjectiveimagequalityof(C)wasbetterthan(B).17 研究论文Fig.557-year-oldmanwithleftflankpain.(A),UpperabdomenaxialconventionaldoseCTimage(130kV,250mAs)，lefthydronephrosis,leftrenalcalicesstoneof3mminmaximumdiameter,aovalcystoutofleftrenalparenchyma，trabsofperirenalfat。(BandC),Low-doseCTimage(130kV,30mAs),(B)wasreconstructedbyFBP,(C)wasreconstructedbyIRIS.Theyalsocanshowthestoneandthesecondarysigns,butthesubjectiveimagequalityof(C)wasbetterthan(B).18 研究论文Fig.644-year-oldwomanwithleftflankpainandhematuria.(A),AbdomencoronalconventionaldoseCTimage(130kV,250mAs)，leftureterinferiorextremitystone，4mminmaximumdiameter（incircle）。(BandC),Low-doseCTimage(130kV,30mAs),(B)wasreconstructedbyFBP,(C)wasreconstructedbyIRIS.Theyalsocanshowtheureterstone,butthesubjectiveimagequalityof(C)wasbetterthan(B).19 研究论文附表Table1Comparisonofthecalculusdetectionratebetweenconventionaldosegroupandlow-dosegroup全部结石全部结石肾结石肾结石未输尿管结输尿管结石组别检出率未检出率检出率检出率石检出率未检出率常规100%0100%0100%0剂量组（72/72）（0/72）（39/39）（0/72）（33/33）（0/33）低剂量95.8%4.2%92.3%7.7%100%0组（69/72）（3/72）（36/39）（3/39）（33/33）（0/33）P0.2450.240两组间无差异Table2ComparisonoftheCTDIvolbetweenconventionaldoseCTandlow-doseCT常规剂量mGy低剂量mGytP降低程度容积剂量指数CTDIvol18.60±3.632.82±0.3032.3960.00085%Table3ComparisonoftheimagequalitybetweenFBPandIRISlow-doseCT图像质量评价指标噪声SD信噪比SNR低剂量FBP算法图像21.280±0.6121.307±0.052低剂量IRIS算法图像13.560±0.3792.052±0.076t17.700-14.166P0.0000.00020 研究论文讨论1泌尿系结石影像学检查方法的比较泌尿系结石是肾、输尿管、膀胱及尿道等部位结石的统称，是一种泌尿系统常见疾病。根据结石所在位置，可分为肾结石、输尿管结石、膀胱结石和尿道结石。肾和输尿管结石又称为上尿路结石，膀胱和尿道结石称为下尿路结石。泌尿系结石大多数是原发于肾脏和膀胱内，输尿管内的结石往往是继发于肾结石，尿道结石是膀胱内的结石随尿流冲出时梗阻所致。上尿路结石所占比例较大，约为70%以上。据统计，泌尿系结石男性的发病率高于女性。肾与输尿管结石多见于青壮年，膀胱和尿道结石多发生在儿童和老年患者。如果结石引起尿路梗阻或继发感染，会对肾脏功能产生一定的损害，严重者甚至可危及患者的生命。泌尿系结石根据其内不同的无机盐成分可分为：草酸钙结石、磷酸钙结石、尿酸结石、胱氨酸结石、磷酸铵镁结石(又叫鸟粪石)、混合性结[3]石等，其中尿酸和含钙结石约占到90%。目前临床上对泌尿系结石的诊断方法主要包括：腹平片（plainfilmofkidney,ureter,andbladder,KUB）、静脉肾盂造影（intravenouspyelography,IVP）、超声(ultrasound,US)、CT平扫、CT尿路成像（CTurography,CTU）、MR尿路成像（MRurography，MRU）等。超声及腹平片检查虽然简单易行，但超声易受到肠气及肠内容物的干扰，对输尿管中下段显示欠佳。腹平片密度分辨率低而且是重叠影像，不能直接显示结石和周围组织的关系，并且对尿酸结石等阴性结石不能显示。静脉肾盂造影虽然可以显示结石及肾盂、输尿管膀胱形态，并对肾脏的排泄功能进行评估，但需要静脉推注含碘造影剂及进行腹带压迫，碘过敏者及对压迫无法耐受者均不能完成检查。CTU需要静脉注入造影剂，需要在平扫的基础上进行后重建处理，并且造影剂经肾脏排出，有可能会加重患者肾脏负担。MRU虽然不需要注入造影剂，但检查相对费用高、扫描时间长，且对结石不敏感。多层螺旋CT平扫具有较高的密度分辨率及空间分辨率，并且扫描时间短、无痛苦、无需特殊肠道准备、对各种成分的结石的检出率均较高的[4]优点，现在逐渐成为泌尿系结石患者的首选检查。螺旋CT平扫不仅可21 研究论文以发现结石的部位、数目、大小，还可以同时显示由于结石造成的梗阻、感染等继发征象，而且有研究表明通过CT平扫可以预测结石的成分，对患者后期的治疗提供一定的指导和帮助。[5]Tilo等总结文献报道，常规剂量CT在尿路结石的诊断上具有很高的敏感性和特异性，分别能达到94%～100%和97%，腹平片的检出率为50%～70%，敏感性和特异性分别为57%和71%，IVP的结石检出率为[6]70%～90%，超声检查对输尿管结石检出率只有50%～60%。[7]陈志强等通过CT扫描测得在120kV下纯泌尿系结石的CT值由低到高依次为：尿酸结石（148±88）HU、磷酸铵镁结石（671±37）HU、胱氨酸结石（1089±22）HU、磷酸钙结石（1382±71）HU、草酸钙结石（1890±100）HU，经统计纯泌尿系结石成分之间CT值差异有统计学意义，混和泌尿系结石的CT值，在相应纯泌尿系结石成分的CT值之间。而平扫时肾实质的CT值大约为30HU左右，由此可见，无论任何成分的泌尿系结石与周围的软组织之间都有较高的对比度差异，CT平扫对泌尿[8]系结石的检出率几乎是100%。多层螺旋CT平扫虽然在泌尿系结石的检查中具有明显的优势，但X线对人体造成的辐射危害也是不容忽视的，特别是那些由于病情需要多次[9]进行CT检查患者，尤其是年轻患者、女性患者。Katz等研究发现有4%的肾绞痛患者，在6年间进行的非增强螺旋CT检查达到了3次以上，并且泌尿系结石患者的CT扫描范围大，常常将生殖器官包括在内或到达生殖腺器官附近的区域。因此，降低泌尿系结石患者的CT扫描射线剂量有着非常重要的临床意义，如何在能保证结石检出的前提下尽可能降低患者受到的辐射剂量，这一课题正在被越来越多的学者关注和研究。2X线辐射对人体的影响人们很早就发现，X线在给疾病诊断带来好处的同时，也会使人体受到一定的伤害，尤其是长时间或大量接触射线时。当人体接受X线照射时，机体的组织、细胞等物质会与X线产生相互作用，某些大分子结构会被直接破坏，如使核糖核酸、脱氧核糖核酸、蛋白分子链断裂，一些对有关物质代谢的酶也将会被破坏，X线甚至可以对细胞结构造成直接损伤。虽然患者接受CT检查的剂量在安全范围内，但低剂量的辐射也存在产生随机效应的风险。随机效应是指这种效应的发生几率(而非严重程度)22 研究论文与剂量的大小有关，产生这种效应的剂量不存在阈值，可能极微小的剂量就会引起效应，只不过是发生的几率比较微小而已。在辐射防护所涉及的剂量范围内，随机效应包括遗传效应和致癌效应。有时暴露于一个特别小的辐射剂量也可能会导致癌症的发生，特别年轻人，暴露于辐射中会增加[10]他们患癌的几率。在美国,因CT检查数量增长而导致电离辐射相关的[11]患癌风险从0.4%增加到1.5-2.0%。国外有研究表明,每年进行肺部[12][13]CT筛査会增加罹患肺癌及女性乳腺癌的的风险。3如何有效降低辐射剂量在对患者做好放射防护的同时，可以通过改变CT扫描参数来达到降低CT辐射剂量的目的，比如降低管电流（mA）、降低管电压（kV）以及增大螺距（Pitch）、减少管球旋转时间等，这些方法都可以降低患者的辐[14]射剂量。降低管电压的方法虽然能够使辐射剂量降低，但同时会造成X线的穿透力下降，从而增加患者吸收辐射比例，会明显降低图像的质量。增大螺距，会减少扫描同等长度所需的时间，降低患者的辐射剂量，但是会增宽层面敏感性曲线，使图像的Z轴空间分辨率降低，增加了微小病[15]灶的漏诊风险。由于以上方法均存在明显的不足，所以目前低剂量CT扫描降低辐射剂量，主要是通过降低管电流来实现的。那么通过降低管电流来降低辐射剂量的同时会对图像质量造成怎样的影响呢。降低管电流会使图像的量子噪声增加，图像的密度分辨率降低，但主要是影响低对比组织的图像质量，如肝脏、脾脏等；而对高对比组织[16]的图像质量影响较小，如肺脏、鼻窦等。Mayod等通过对肺组织的研究表明，将管电流从400mAs降低到140mAs时，仅使图像质量下降了17%；再将管电流从140mAs降低到20mAs时，也只是使图像质量下降了47%。由此可见，虽然成倍的降低管电流及放射线剂量，却没有使图像质量成倍的下降，而是仍保持在较高水平。降低管电流的方法主要包括固定降低mAs、Z轴自动调整剂量、X-Y轴自动调整剂量以及综合三轴自动调整剂量等多种方法。其中固定mAs最为简单，成为首选的低剂量检查方法。根据以上，本研究选择了采用降低管电流的方法来降低辐射剂量，将mAs降至30，是因为扫描使用的西门子16排螺旋CT机（Emotion16）最低mAs只能降低至30。23 研究论文对于患者受到辐射剂量值，国际放射防护委员会推荐使用CT容积剂量指数(CTDIvo1)来表述，由于CTDIvol代表了某一点在X、Y、Z3个[17]方向上的平均吸收剂量分布，所示这些数值能够间接的反映患者所受到[18]的的相对辐射剂量，为临床提供一种量化标准来对辐射剂量进行评价。[19]对泌尿系结石的低剂量检查，国外文献报道:Spielmann等用猪肾制成局部模型，用多组低剂量分别进行4排螺旋CT扫描，结果最低理想剂[20]量为60mAs。Knoepfle等采用扫描方案为120kV，70mA，研究显示低射剂量CT诊断泌尿系结石的敏感性和特异性分别为97.3%和96.8%，该方案与和标准扫描方案相比，没有诊断价值的区别，但是辐射剂量却可以[21]降低50%。杜中立等研究了65例临床拟诊肾及输尿管结石患者资料，每例在常规标准剂量(120kV，160mAs)扫描后再行低剂量(60mAs，其余参数及扫描范围均保持不变)扫描，低剂量扫描发现结石的敏感性为100%，正确率为97%。在本研究中，通过体模扫描发现30mAs的低剂量CT对2mm及5mm的结石检出率均可达到100%，得出的适宜扫描条件为30mAs，低于Spielmann等研究中得出60mAs，并且本研究在扫描前对结石进行了成分测定，避免了因结石成分对研究结果造成的影响，以保证研究结果可以适用于临床泌尿系结石研究。本研究使用30mAs低剂量CT扫描，根据mAs=管电流mA×球管旋转时间S/螺距，换算得出扫描管电流为25mA，明显低于Knoepfle等的使用的70mA及杜中立等使用的60mAs，而对全部结石的检出率可以达到95.8%，诊断的敏感性和特异性可以达到95.8%及100%，尤其对2mm以上结石的检出率更是可以达到100%。本研究与Knoepfle等的研究相比敏感性稍低，而特异性高于其研究，但差异很小，考虑由于样本量较小所致可能性大。但本研究的辐射剂量CTDIvol降低显著，由常规剂量的18.60mGy降低为2.82±0.30mGy，降低了85%，降低程度明显高于Knoepfle等得出的降低50%的结果。以上表明本实验采用30mAs低剂量CT扫描方法，在保证结石检出率的情况下，能够明显降低患者的辐射剂量，优于Knoepfle等选择的70mA低剂量扫描。本研究低剂量扫描图像中3例1mm的结石的未能检出，分析其原因可能与患者的体重指数、图像的重建层厚、结石成分、位置等有关，本组24 研究论文低剂量组未检出的3例1mm肾结石患者体重指数均未到达本组实验患者的平均体重指数，所以推测可能由于图像的重建层厚或结石成分造成的，但由于本实验设备对图像重建层厚最低只能达到1.5mm，部分容积效应会对1mm结石的检出有一定的影响。另外尿酸盐结石的CT值较低加上结石体积小也可能是结石未检出的原因，而且由于肾锥体的密度较高，也会[22]对相邻微小结石的显示产生影响。由此可见，通过降低管电流的确能够明显减低患者的辐射剂量，但降低辐射剂量，将会使图像的对比度或分辨率降低，使图像的噪声增大，信噪比降低，势必会影响CT图像的质量，且部分文献证明这种影响尤其在[23]肥胖患者身上明显。2在进行临床研究时，本组实验患者的体重指数19.03～39.06kg/m，虽然体重指数会对图像质量造成一定的影响，但30mAs的低剂量扫描条件仍是达到了95.8%的结石检出率，尤其是对2mm及以上的结石检出率更是达到了100%。本研究中2mm结石的患者体重指数范围为19.84～2233.60kg/m，平均值为26.32kg/m，说明该低剂量扫描条件不仅可以应用22于正常体重患者，甚至对体重指数≥24kg/m的超重和≥28kg/m肥胖患者，仍是可以临床应用的。4利用IRIS迭代算法是否能提高图像质量迭代重建算法(IterativeReconstruction,IR)在上世纪70年代就已经产生，但由于计算量特别大，所示限制了其在临床的应用与发展，临床上一直在使用滤波反投影算法（FBP）进行图像重建。近年来,由于计算机技术的迅猛发展，迭代重建算法又重新回到了人们的视线，而且其对于降低[24]辐射剂量、提高图像质量有一定的优势。迭代重建算法是一种精确的统计模型，能够选择性的识别和去除X线在生成和检测过程中产生的噪声，并通过多次迭代不断的减低噪声和伪影，使图像质量不断的得到提高。近年来世界上四大CT设备生产厂家均推出了自己的迭代算法。本研究使用的是西门子公司2009年推出的IRIS迭代重建算法，该技术的是使用模糊影像为基础，而不以原始图像为参考，将探测器从笔形变为锥形，使探测器几何角度的数据的得到更好的整合，能更好的利用潜在数据，这[25]是CT扫描剂量能够降低的物理基础。IRIS算法能够不仅能够减少图像重建时间，还能兼顾图像质量，在重建一次原始数据后，通过在图像空间25 研究论文[26,27]的迭代来减少运算量，在降低噪声的同时不失去图像锐利度。IRIS算法的主要优势是迭代速度快，所需要的时间仅稍长于FBP算法所需的时间。IRIS能够通过不断修正图像的噪声，使图像质量更接近于真实的图像。虽然IRIS算法与GE公司的ASIR、飞利浦公司的iDose、东芝公司的ADIR一样，提高图像质量都是在降低噪声层面上来进行的，但是IRIS算法由于不是基于统计模型的算法，所示在低剂量扫描时能得到更好的图像质量。IRIS在通过降低噪声来保证图像质量时，能够减少10%-50%的辐射[28]剂量。May等的研究中，分析了53例患者的腹部CT，研究发现在将辐射剂量降低50%的情况下，IRIS技术与FBP技术在图像质量、图像锐[29]利度、诊断的可接受性上比较，没有显著性的差异。Schindera等在体模研究中，共对模拟肝脏肿瘤的45个体模进行了扫描，发现IRIS在100kV扫描时与FBP在120kV扫描时相比，空间分辨率和诊断性能未降低，而[30]图像质量有所提高，并且使辐射剂量下降了39.8%。Desai等对69例患者的腹部增强CT扫描进行了研究，IRIS技术的辐射剂量比FBP降低了10%，而且图像噪声比FBP明显降低，在诊断性能方面与FBP基本相似。[31]Lee等研究了92例Crohn病患者，通过使用50%的辐射剂量来进行CT肠管成像发现，在对病变的检出率上，IRIS图像相比较常规剂量的FBP图像，没有显著性的差异。通过本研究笔者也发现将扫描条件由常规的130kV、250mAs降至低剂量时的130kV、30mAs，在这一低剂量扫描条件下，IRIS与FBP比较，IRIS使图像噪声降低了37.8%，信噪比提高了92.8%，从客观上证明了通过使用IRIS重建算法确实可以提高图像质量。5低剂量CT对泌尿系结石梗阻后的继发征象的显示为了降低患者的辐射剂量，在能够满足诊断要求的前提下，我们应该使辐射剂量降低到合理的低剂量水平。我们使用低剂量CT来进行泌尿系结石的诊断，最主要强调的通过制定合理的扫描计划来保证结石的检出率[32,33]，而并非是将所有可能显示的信息都显示出来。但是，低剂量扫描图像在保证泌尿系微小结石检出率的同时，如果能显示更多的梗阻继发性征象以及结石外病变，那将为我们影像诊断医师提供更多的信息。在本临床研究中泌尿系结石与周围组织在CT图像上均可形成良好的26 研究论文对比，肾结石的诊断依据肾盂肾盏内的高密度影，而对输尿管结石的诊断分为直接征象和间接征象。直接征象包括在输尿管行程上的高密度结石影，间接征象有肾积水或输尿管积水、肾周水肿或积液、肾脏增大，多数输尿管结石有1种或几种间接征象。本研究中低剂量组图像质量均较常规剂量明显降低，噪声均有所增加，信噪比低于常规剂量，但对于结石引起的梗阻的继发征象，通过结合多排螺旋CT的MPR、CPR、VR等后处理技术，低剂量IRIS及FBP两种重建算法均可以较好显示。低剂量CT能够比较敏感的发现梗阻的继发征象，将会强烈提示我们存在输尿管结石的可能，有利于影像诊断医师去寻找及发现结石。IRIS重建图像与FBP图像虽然在结石梗阻的继发征象上的显示无差异，但由于IRIS在客观上的确能够降低图像的噪声，所以在主观视觉感受、噪声颗粒大小这两个方面上，IRIS图像还是优于FBP图像的。6本研究的局限性首先本研究的病例数较少，1mm结石仅观察到6枚，低剂量IRIS组及低剂量FBP组只检出3枚，在今后的研究中可以增加患者病例数，以更好的统计该扫描条件对1mm结石的检出率。并通过增加患者数量，观察IRIS及FBP两种重建方法是否对1mm微小结石的检出率以及结石梗阻继发征象的检出情况是否存在差异。其次，本研究未对实验病人取出或排出的结石进行成分分析，对3例未检出的结石无法得知是否是由于其成分原因造成。第三，本研究结果中IRIS算法并未增加1mm结石检出率，在以后的研究中可以通过采用使用多个不同的mAs进行扫描，摸索一个适宜的扫描条件，使IRIS既能提高图像质量、又能提高对微小结石检出率。结论130kV、30mAs的低剂量CT平扫与常规剂量CT平扫相比，在明显降低患者的辐射剂量的同时，泌尿系结石的检出率并无显著性差异。低剂量IRIS重建图像与低剂量FBP重建图像相比，在结石检出率及结石梗阻继发征象的显示上无差异，并且低剂量IRIS重建图像质量优于低剂量FBP27 研究论文图像质量。所以低剂量CT扫描与图像域迭代重建算法IRIS相结合的技术值得在泌尿系结石的诊断中推广应用。参考文献1陈志强,余琥.尿石症病因诊断及预防.临床外科杂志,2008,16(11):7342SilvaAC,LawderHJ,HaraA,etal.InnovationsinCTdosereductionstrategy:applicationoftheadaptivestatisticaliterativereconstructionalgorithm.AJRAmJRoentgenol.2010,194(1):191-1993孙西钊,贺雷,叶章群.正确区分不同性质的尿路结石[J].临床泌尿外科杂志,2009,24(2):854MulkensTH,DaineffeS,DeWijngaertR,etal.Urinarystonedisease:Comparisonofstandard-doseandlow-dosewith4DMDCTtubecurrentmodulation[J].AJR,2007,188(2):5535TiloN,ThiloK,GeorgB.DiagnosticPerformanceofLow-DoseCTfortheDetectionofUrolithiasis:AMeta-Analysis[J].AmJoentgenol,2008,191(8):396-4016陈运洪,邵永富.超声诊断微小肾结石可靠性的实验研究[J].中华超声影像学杂志,2000,9(2):123-1247陈志强,周哲,叶章群.螺旋CT判定尿结石成分的体外研究[J].临床泌尿外科杂志,2005,20(10):614-6168徐勋华,徐文胜,王夏武.低剂量多层螺旋CT平扫在泌尿系结石中的应用和进展[J].数理医药学杂志,2013,269(3):363-3649KatzSI,SalujaS,BrinkJA,etal.RadiationdoseassociatedwithunenhancedCTforsuspectedrenalcolic：impactofrepetitivestudies.AJR,2006,186(4):1120-112410BrennerD,EllistonC,HallE,BerdonW.EstimatedrisksofradiationinducedfatalcancerfrompediatricCT.AJRAmJRoentgenol,2001,176(2):289-29611BrennerDJ,HallEJ.Computedtomography-anincreasingsourceofradiationexposure.NEnglJMed.2007Nov29,357(22):2277-228428 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研究论文24SilvaAC,LawderHJ,HaraA,etal.InnovationsinCTdosereductionstrategy:applicationoftheadaptivestatisticaliterativereconstructionalgorithm.AJRAmJRoentgenol.2010,194(1):191-19925BittencourtMS,SchmidtB,SeltmannM,eta1.IterativereconstructioninImagespace(IRIS)incardiaccomputedtomography:initialexperience[J].IntJCardiovascImaging,2011,27(7):1081-108726HuXH,DingXF,WuRZ,etal.RadiationdoseofnonenhancedchestCTcanbereduced40%byusingiterativereconstructioninimagespace[J].ClinRadiol,2011,66(11):1023-102927GhettiC,OrtenziaO,SerreliG.CTiterativereconstructioninimagespace:Aphantomstudy[J].PhysMed,2011,28(2):161-16528MayMS,WustW,BrandM,etal.Dosereductioninabdominalcomputedtomography:intraindividualcomparisonofimagequalityoffull-dosestandardandhalf-doseiterativereconstructionswithdual-sourcecomputedtomography[J].InvestRadiol,2011.46(7):465-47029SchinderaST,DiedrichsenL,MujllerHC:eta1.IterativereconstructionalgorithmforabdominalmultidetectorCTatdifferenttubevoltages:assessmentofdiagnosticaccuracy,imagequality,andradiationdoesinaphantomstudy[J].Radiology,2011,260(2):454-46230DesaiGS,ThabetA,EliasAY,eta1.ComparativeassessmentofthreeimagereconstructiontechniquesforimagequalityandradiationdoesinpatientsundergoingabdominopelvicmultidetectorCTexaminations[J].BrJRadiol,2013,86(1021):2012016131LeeSJ,ParkSH,KimAY,etal.Aprospectivecomparisonofstandard-doesCTenterographyand50%reduced-doesCTenterographywithandwithoutnoisereductionforevaluatingCrohndisease[J].AmJRoentgenol,2011,197(1):50-5732CiaschiniMW,RemerEM,BakerME.Urinarycalculi:radiationdosereductionof50%and75％atCTeffectonsensitivity[J].Radiology,2009,251(1):105-11133蒋黛蒂,曾蒙苏,虞晓明,等.非增强多层螺旋CT低剂量扫描探查尿路微30 研究论文小结石的研究[J].中国临床医学,2010,l7(5):736-74031 综述综述低剂量CT在诊断泌尿系结石中的应用进展泌尿系结石是泌尿外科中的一种常见疾病，结石可发生于肾、膀胱、[1]输尿管及尿道的任何位置，但多发生于肾和输尿管。据统计，一般人群发病率为10%～14%,且目前呈逐年升高的趋势，其中约1/4的患者需住[2]院进行治疗，且治疗后易复发，10年复发率高达50%。泌尿系结石好发年龄为25～40岁之间，男女发病比例各地区差异较大，但其中男性患泌[3]尿系结石的机会大约是女性的2～3倍。泌尿系结石中含有多种不同的成分，根据其内无机盐成分的不同来进行分类，最常见的为以下几种：草酸钙结石、磷酸钙结石、尿酸类结石、磷酸铵镁结石、胱氨酸类结、草酸钙和磷酸钙混合结石。还有一些结石内不仅含有以上这些主要成分，还同时含有一些含量较低的成分，如黄嘌呤、碳酸钙、磷镁石、尿酸氢钾等；如果长期过多的摄入某些药物，还会使结[4]石中含有相应的药物成分，如比较常见的维生素等。我们还可以根据结石是否能在X线摄影时检出进行分类，其中能够显影的为阳性结石，不显影的为阴性结石，临床上大多数为阳性结石，大约可以占到全部泌尿系结石的90%左右。泌尿系结石临床上虽然很常见，但目前其发病机制尚不清楚，主要考虑可能和感染、体内代谢代紊乱、饮食习惯、地区水质等有关。泌尿系结石的症状比较典型，以肾绞痛和血尿常见，但有的患者还会伴有时不同程度的膀胱刺激症状，如尿频、尿急、尿痛等，临床上无明显[5]症状和体征的患者也不在少数，约占全部患者的一半左右。在临床工作中根据结石患者典型的症状、体征，结合影像学检查和实验室检查能够比较容易做出诊断，但在明确结石部位及有无继发征象上，影像学检查起到了到了越来越重要的作用。1泌尿系结石的影像学检查方法随着科技的发展，影像学检查方法越来越多，目前主要有X线、超声、磁共振等三大类检查方法，而且在设备上和技术上都有了长足的进步。以往泌尿系结石的影像学检查以腹平片（plainfilmofkidney,ureter,andbladder,KUB）、静脉肾盂造影（intravenouspyelography,IVP）和超声32 综述(ultrasound,US)检查为主，但现在CT检查在泌尿系结石的诊断中应用越来越广泛。作为临床医生如何选择合适的检查方法呢，对以上方法进行以下比较。以往临床医师对可疑泌尿系结石的患者最先选择腹平片(KUB)，因为选择KUB方法检查，患者不需要特殊的准备，方法简单、时间短、患者无痛苦，缺点是只能检查出阳性结石，对阴性结石却无能为力，并且容易受到肠气及肠内容的重叠干扰，对结石存在一定的误诊及漏诊情况。有文献指出KUB对泌尿系结石的检查阳性率可以达到90%左右，但在临床工作中并非如此，也有相关资料表明KUB只能检查出60%的泌尿系结石[6]。为了弥补KUB的不足，部分临床医师选择了静脉肾盂造影IVP，静脉推注造影剂后经肾脏排泄，不仅使泌尿系统显影，还可判断肾脏的功能，通过高密度造影剂中的充盈缺损来诊断结石。但是检查前的准备工作复杂，不仅要进行肠道清洁还要对患者进行碘过敏实验，大量的碘剂还会加重患者肾脏的负担，甚至对肾功能造成损害。而且检查过程中需要使用腹带加压，一些患者难以忍受，使检查无法完成。超声学检查由于简单、无辐射，一直受到年轻及女性患者的青睐，且超声下泌尿系结石征象直观。超声对肾脏及输尿管上段的结石比较敏感，但由于结石患者肠胀气较重，会对图像产生干扰，造成部分输尿管结石的[7]漏诊。尤其是一些小结石多位于输尿管的下段，但往往未引起输尿管扩张，此时最容易被漏诊。目前多层螺旋CT已经在我们国家的大部分医院得到了普及，由于其具有扫描速度快、抗干扰性强、定位准确、可迅速进行三维重建等优点，明显缩短了泌尿系结石患者的确诊时间。对于泌尿系结石患者，螺旋CT不仅可以确诊有无结石，同时还可以反映出结石造成的输尿管、肾盂积水情况及其它脏器有无的病变。CT空间分辨率及时间分辨率高，螺旋CT的容积扫描可以很方便的对图像后进行后处理，对各种结石敏感度、特异度均明显高于超声、KUB及IVP，泌尿系结石虽然成分不同，但均能明显地与周围组织形成较高的密度差异，从而明确诊断。由于以上优点，螺旋CT可以很容易对结石的部位、大小、形状、数目进行确诊，所以国外一些医疗机构在诊断泌尿系结石时，已经用多层非增强螺旋CT代替了传33 综述[8]统的腹平片和静脉肾盂造影。随着CT技术的发展，国内外越来越多的医院配备了先进的双源CT，其不仅可以明确诊断有无泌尿系结石存在，还可以利用双能量扫描来分析结石的成分，通过预测结石的脆性，推断体[9]位冲击碎石的成功率和化学溶石的成功率，指导患者的下一步治疗。2泌尿系结石的低剂量CT检查CT检出对腹平片上的阳性结石及阴性结石均可以检出，因为通过测量发现，无论是阳性结石还是阴性结石，他们的CT值都在100HU以上，而肾实质的CT值约为30HU左右，他们会形成明显的对比度差异，所以在非增强螺旋CT扫描时泌尿系结石均可以显示。虽然螺旋CT对泌尿系结石的诊断具有很高的敏感度和特异度，且不使用造影剂、不受肾功能影响，但由于CT辐射量较大，对于患者有一定的危害，尤其是对由于病情需要而多次进行CT检查的年轻患者、女性患者，危害更是不容忽视。X线对人体造成损伤主要是由于X线的电离效应，X线通过任何物质都可产生电离效应。X线进入人体会产生电离作用，使人体产生生物学方面的改变，即生物效应。它是放射防护学和放射治疗学的基础。电离效应对人体的损伤可以分为确定性效应和随机效应，确定性效应主要包括细胞的损伤、坏死，随机效应主要包括基因突变、诱发癌症等。这种随机效应的发生，主要是由于X线照射使水分子电离后产生羟基,产生的羟基对相邻的DNA产生作用,造成DNA链断裂及碱基破坏,并且DNA还可以被X线直接电离。虽然大部分由于辐射造成的损伤可以通过细胞内修复系统来快速修复,但DNA双链断裂后则不容易被修复,在一些偶然的情况下,这些错误的修复能够引起染色体异位、点突变和基因融合,诱导肿瘤的发生。随着螺旋CT的在国内的普及和广泛应用，照射剂量随之出现了明显增加，国际放射防护委员会提出患者每增加1mSv的X射线照射剂量，恶性肿瘤[10]发生机会也会随之增大5/100000。1990年Naidich首先报道了将低剂量CT应用于胸部扫描，从此之后人们越来约重视低剂量CT扫描。因此，在临床工作中我们的不仅要保证CT图像满足临床诊断，还要使患者受到辐射剂量降到最低，这一直是CT研发人员及放射科工作人员不断追求的目标。降低CT辐射剂量的方法有很多，最直接的方法就是改变CT扫描参数，比如降低管电压（kV）、增大螺距（Pitch）减少管球旋转时间、降低34 综述[11]管电流（mA）等都可以减少辐射剂量。降低管电压的方法虽然能够使辐射剂量降低，但同时会造成X线的穿透力下降，从而增加患者吸收辐射比例，会明显降低图像的质量。增大螺距，会减少扫描同等长度所需的时间，降低患者的辐射剂量，但是会增宽层面敏感性曲线，使图像的Z轴空间分辨率降低，增大了微小病灶的漏诊风险。降低管电流会使图像的量子噪声增加，图像的密度分辨率降低，但主要是降低低对比组织的图像质量，如肝脏、脾脏等；而对高对比组织的影响程度较小，如肺脏、鼻窦等，对泌尿系结石与周围组织影响也不太明显。所以目前低剂量螺旋CT扫描主要是通过降低管电流来实现降低辐射剂量的。大部分学者通常都选择采取降低管电流mA至某一固定值的方法来[12]研究泌尿系结石的检出率，Knoeplfe等将低剂量CT的扫描条件降低至120kV、70mA，研究发现诊断结石的敏感性为97.3%，特异性为96.8%；这一条件使辐射剂量降低了50%，而对结石的敏感性和特异性未明显降[13]低。杜中立等对65例泌尿系结石患者进行了研究，管电压不变管电流降至60mA时，诊断结石的敏感性、特异性分别为100％和97%。JoanPH[14]等也认为通过降低管电流的低剂量螺旋CT扫描与常规剂量相比，在明显降低患者辐射剂量的情况下，对泌尿系结石的检出率没有显著性差异。虽然将管电流降低后能够降低辐射剂量，但固定的管电流也存在着一定的缺陷，就是不能满足各种体型的患者。于是大家开始研究更为个体化的降低管电流技术，不久后就研究出了自动管电流调制技术(automatictubecurrentmodulation,ATCM)，该技术可以根据设定的噪声指数(noiseindex,NI)自动调节管电流，通过改变管电流使每一层的图像的噪声保持一致，以达到在降低辐射剂量的同时保持高质量图像的目的。由于这种技术可以有效的控制患者的辐射剂量，所示现在大部分的CT设备都配备了[15]该技术。西门子CT的自动管电流技术称为CAREDoes4D技术。目前主要的ATCM技术有以下3种类型：(1)角调制,主要是在某一层面管球旋转至不同角度时进行管电流调制；(2)z轴调制,由于不同部位器官不同，所示在扫描方向上进行管电流调制；(3)联合调制,将以上两种[16]调制结合，调制在X、Y、Z这3个方向上同时进行。通过使用该技术可以降低mAs值的10%~50%，而同时保证图像质量无损失。[17]Kalra等进行的体模研究，将充满生理盐水的容器内放入两个牛肾35 综述脏，其内植入16枚结石，然后分别使用300mA的固定管电流和自动管电流调制两种方法进行扫描，两种方法对结石的检出率均为100%，但自动管电流调制技术却降低了77%的辐射剂量。随后22例患者进行了同样的研究，结果显示在结石的检出率上二者没有显著性差异,辐射剂量却减少[18]了43%~66%。Mulkens等研究了300例可疑泌尿系结石的患者，将患者平均分成两组，一组进行常规剂量扫描，另一组进行低剂量扫描，并且均在自动管电流调制下行16排螺旋CT扫描，结果表明该技术使有效管电流降低了约5%~31%,低剂量比常规剂量降低了51.2%~64.3%，而并未降低对泌尿系结石的诊断。单纯降低管电流的检查方法也有一定的局限性，它虽然对泌尿系结石的检查有很高的敏感性及特异性，但其在降低了密度分辨率后，可能会使结石引起的继发征象和其他脏器的病变显示欠佳。目前国外有学者试图通过迭代重建（IterativeReconstruction,IR）这一新的图像重建算法来提高低剂量下的图像质量。3迭代重建算法原理及应用CT图像是把扫描过程中采集的数据通过重建后得到的图像，重建算法包括解析重建算法和迭代重建算法。目前应用较广的是解析重建算法，近几年随着计算机技术的飞速发展，迭代重建方法也在逐渐应用于科研及临床工作之中。近期的许多研究表明，迭代重建方法在CT的临床应用中[19-21]能够有效降低扫描剂量。低剂量的CT扫描应用解析重建算法虽然也可以很好的减少辐射剂量，但由于噪声大、图像质量差等因素导致其不能很好的满足临床诊断要求，而先进的迭代重建技术可以很好地解决与弥补[22-23]解析算法在诊断上的不足。滤波反投影重建技术(FilteredBack-Projection,FBP)属于解析算法，是目前临床工作中主要使用的重建算法。FBP在一次重建内完成，优点是速度快，其原理是通过计算X线衰减值来求出各体素的μ值，以此来完成图像的重建。但其缺点是在低剂量扫描时图像噪声高，条纹状伪影明显[24]和低对比可检测性差。由于对噪声敏感和需要抑制伪影的缺点，使FBP而迭代算法(IterativeReconstruction,IR）利用的是另一种几何算法，它能够选择性的识别和去除X线在生成和检测过程中产生的噪声，并通过多次迭代不断的减低噪声和伪影，使图像质量不断的得到提高。目前的36 综述IR，除了对降低泊松噪声有效，还能在一定范围内抑制运动噪声、射线硬[26]化噪声、散射噪声。理论迭代算法在上世纪70年代就已经出现，但由于运算大量的数据需要时间较长，一直未能在临床应用。所以多年以来,CT的重建一直在运用常规的滤波反投影算法（FBP），这种算法虽然速度快，但抑制噪声的效果差，尤其是低剂量时，图像质量下降更为明显。伴随着计算机技术的迅猛发展，大家又重新投入到迭代算法的研究之中，通过研究发现通过迭代算法能够有效地降低图像噪声，提高图像质量，在相同剂量条件下，图像质量明显优于滤波反投影算法，2008年以来开始逐渐广泛应用于临床[27-30]。目前世界上4家主要的CT生产商均已经推出了自己的迭代重建算法，具体名称见表1。表1CT生产商迭代重建算法一览简称含义厂家年代ASIR自适应统计迭代重建GE2008VEO（MBIR）产品名模型迭代重建GE2009iDose产品名飞利浦2009AIDR低剂量自适应迭代东芝2010IRIS图像域图像重建西门子2009SAFIRE原始数据域迭代重建西门子2010由于不同的IR算法是利用不同的数据空间，所以可以将迭代重建技[31]术分成3类：第一类只在图像的数据空间进行迭代重建，如IRIS。第二类在图像数据空间和投影数据空间都进行迭代重建，包括AIDR、SAFIRE、ASIR和iDose。第三类仅在投影数据空间进行迭代重建，如MBIR。IRIS技术的特点是重建速度相对比较快，能够同时兼顾处理时间和图像质量。ASIR技术能够提高图像的低对比分辨率。SAFIRE重建技术对图像的空间分辨率影响较小。国外学者通过研究发现，使用SAFIRE技[32-33]术迭代3次、50%剂量的图像质量可以和全剂量FBP图像质量相媲美。iDose4技术能够很好地符合医生传统的读片习惯。AIDR技术可以自适应[34]地计算最佳迭代次数以加快重建过程。MBIR具有更强的降噪能力，与前一代迭代算法相比，在提高图像的空间分辨率的同时，能降低67%～37 综述86%的辐射剂量。4迭代重建算法在泌尿系结石CT检查中应用的展望目前迭代重建技术主要应用于冠状动脉CT血管成像、胸部、腹部检[35]查等，国内还没有在泌尿系结石CT检查方面的应用报道。虽然减低管电流的低剂量CT扫描很难克服噪声增大的缺点，但如果在降低管电流的基础上结合迭代重建算法来减小噪声，提高图像质量，能够使该方法更多的应用于泌尿系结石患者的筛查及复查之中。参考文献1付光,吴娟,李东,等.膀胱管理方式对脊髓损伤患者泌尿系结石形成的影响[J].中国脊柱脊髓杂志,2010,20(9):721-7242陈志强,余琥.尿石症病因诊断及预防.临床外科杂志,2008,16:343王志刚,关新义,曹宝国,等.金芪利水排石丸治疗泌尿系结石182例[J].甘肃中医,2010,23(6):43-444邓穗平,陈德志,欧阳健明.泌尿系结石组分分析方法及其研究进展.光谱学与光谱分析,2006,26(4):761-7675黄能文.螺旋CT在泌尿系结石诊断中的价值及意义[J].医学信息,2010,8(23):22806郑文龙,吴爱琴,黄崇权,等.非增强螺旋CT曲面重组诊断输尿管结石的价值[J].医学影像学杂志,2005,15(10):873-8747徐振锋,刘东旭,潘文,等.小剂量与常规剂量16排螺旋CT扫描对泌尿系结石的诊断价值[J].现代中西医结合杂志,2013,22(12):1334-13358KennishSJ,WahTM,IrvingHC.UnenhancedCTfortheevaluationofacuteuretericcolic:theessentialpictorialguide[J].PostgradMedJ,2010,86(1017):428-4369AscentiG,SiragusaC,RacchiusaS,etal.Stone-targeteddual-energyCT:anewdiagnosticapproachtourinarycalculosis[J].AJR,2010,195(4):953-95810DahlmanP,vanderMolenAJ.Howmuchdosecanbesavedinthree-phaseCTurography?Acombinationofnormal-dosecorticomedullaryphase38 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致谢致谢在本论文即将完成之际，我首先向我尊敬的导师任庆云教授致以最衷心的感谢和崇高的敬意！本论文是在任老师的悉心指导下完成的，从开始的论文选题、到后来的资料搜集、再到最后论文写作和修改，任老师都给予了我无微不至的关怀和鼓励。任老师渊博的知识、严谨的治学态度、大胆创新的工作精神都深深的影响了我，并将成为我以后努力工作和科研的榜样。回首近一年多来的课题研究及论文书写过程，我被放射科各位老师、同事的关心和帮助深深的感动了，我向大家表示由衷的感谢。在刚开始的体模扫描阶段，技师长李敬玉主任和技术组的各位同事都给了我很大的帮助，从最初对CT操作的望而却步最后操作起来轻车熟路，这都是各位老师在业余时间不厌其烦、一遍又一遍教导的功劳。到后来病例搜集阶段，技术组的各位同事一旦发现合适的病例都主动地帮我进行登记、扫描、数据上传，帮我完成了第一手资料的搜集，为我的课题能顺利完成打下了良好的基础。在论文书写阶段诊断组的各位老师，尤其是研究生毕业的老师和同事都给与了我无私的帮助。无论我遇到什么样的难题，大家都耐心的听我讲述，认真的帮我分析，开拓我的思路；当我感到迷茫时，大家给我鼓励，并将自己的经验毫无保留的悉数传授，使我感受到了集体大家庭的温暖。最让我感动的是石家庄二六零医院泌尿外科的陈文彬主任和王爱国老师，虽然我们素不相识，但却在结石的成分分析上给予了我莫大的帮助，在此我表示深深的感谢。当然，我更要感谢我最亲爱的家人，他们为我解决了生活上的一切后顾之忧，我的母亲、妻子承担了所有收拾家务和照顾孩子的工作，我那四岁的儿子更是时常为我打气，当我在家里为论文忙碌时从来不去打扰。要是没有家人给我的关怀、理解和支持，我的硕士学业将无法完成。最后，我要感谢所有帮助和鼓励过我的老师与同事，并向百忙之中抽时间对本文进行审阅的各位专家老师表示衷心的感谢。42 个人简历个人简历一、一般情况姓名张志坤性别男民族汉出生日期1981年6月20日籍贯河北省藁城市二、个人经历2000.9-2005.7在河北医科大学医学影像系就读本科2005.7在河北医科大学第一医院放射科工作至今三、发表论文在中国煤炭工业医学杂志2012年第7期上，以第一作者发表论文“胃肠道腺癌组织中HIF-1α、COX-2的表达及意义”。四、获奖情况以第四完成人参与的课题“下肢动脉血管有限元分析的实验研究”获得河北医学科技奖二等奖。43
