CT泌尿系造影（computed tomography urography，CTU）可清晰显示输尿管形态，评估肾脏的结构功能及泌尿系肿瘤，帮助外科医师进行手术规划，是泌尿系疾病常用的检查手段，也是肉眼血尿患者的首选检查方法^[1]，对明确疾病诊断、指导治疗策略制订及预后评估至关重要。常规CTU检查在平扫后，注射对比剂依次行皮质期、髓质期、排泄期扫描，需在同一成像范围重复扫描4次，患者接受辐射剂量较大，对比剂用量较多。传统能谱设备单能量无法行低能级成像，图像对比度差，双层探测器光谱CT有上下两层探测器分别吸收低能、高能光子，高能及低能数据集在空间和时间上完全配准，在原始数据域空间经过反相关噪声抑制，可降低噪声，显著提升低能级图像的质量^[2]。虚拟单能量成像（virtual monoenergetic image，VMI）可在较低能级水平时提升图像对比度，在肾动静脉及其他腹部血管成像中效果良好^[3-5]，其在CTU的临床意义值得探讨，目前相关报道较少。本研究旨在通过比较双层探测器光谱CT VMI结合对比剂分段注射技术与常规CTU排泄期成像的图像质量、对比剂用量、辐射剂量，以期得到显示泌尿系的最佳VMI能级，从而降低辐射剂量和对比剂用量。

收集2023年10月至2024年8月在西北大学附属医院接受光谱CTU成像的血尿患者。纳入标准：①无肾炎及肾功能不全者；②无碘对比剂及其他药物过敏史者；③BMI在18.5~25.5 kg/m²。排除标准：严重心、肺、肝、肾功能不全者及孕妇等。共纳入92例，采用随机数字表法分为实验组和对照组各46例。本研究经医院伦理委员会审批通过（批号：SYLL-2024-179），患者均签署知情同意书。

使用Philips Healthcare Hawk Spectral CT 7500进行扫描。扫描范围：双侧肾上腺至耻骨联合水平。检查前30 min喝水800 mL，适当憋尿。扫描参数：120 kV，采用自动管电流控制技术（50~300 mAs），螺距0.985，准直器宽度128×0.625 mm，球管转速0.4 s/r，矩阵512×512，重建层厚1 mm，重建层距1 mm。对比剂采用碘海醇（碘浓度300 mg/mL）。

实验组：在静脉穿刺时推注对比剂25 mL（30 s内），15 min后，使用高压注射器依次注射对比剂20 mL（流率1.5 mL/s）和生理盐水30 mL（流率2.5 mL/s），皮质- 排泄期扫描采用主动脉CT阈值（100 HU）自动触发。

对照组：平扫后使用高压注射器依次注射对比剂100 mL（流率4 mL/s）和生理盐水30 mL（流率4 mL/s），分别于主动脉CT阈值（120 HU）触发后延迟6 s、32 s、15 min行皮质期、髓质期、排泄期扫描。

数据以光谱图像基数据包的形式存储在星云工作站（IntelliSpace Portal，ISP）。实验组皮质-排泄期图像行混合能量迭代重组（iDose⁴）和投影空间光谱重组，分别获得混合能量图像和VMI图像（40、50、60、70 keV）（图 1）。对照组排泄期图像重建为混合能量图像（iDose⁴）（图 2）。并将上述图像导入ISP工作站。

图 1

注：患者，男，52岁，因血尿行双次注射对比剂、皮质-排泄期扫描。采用虚拟单能级成像（VMI）40、50、60、70 keV不同能级和混合能量（iDose4）重建MPR、MIP图（窗宽700 HU，窗位400 HU） 图 1 实验组皮质-排泄期图像

图 2

注：患者，男，60岁，因血尿行单次注射对比剂、常规CTU扫描，排泄期图像采用混合能量（iDose4）重建MPR、MIP图（窗宽700 HU，窗位400 HU）。输尿管局部显影欠佳处多为跨髂血管处，或因蠕动阶段性不显影 图 2 对照组排泄期图像

由2位具有10年以上工作经验的副主任医师1、2采用双盲法进行分析及测量。将泌尿系分割为5个节段：肾盂为S1，输尿管上段为S2，输尿管中段为S3，输尿管下段为S4，膀胱为S5。在双侧尿路每个节段的近端、中部和远端分别放置ROI，大小均为5.45 mm²，以获得平均CT值及噪声（standard deviation，SD），双侧泌尿系共10个节段的CT值及SD取平均值，作为泌尿系的最终CT值及SD。测量脐水平腰大肌CT值及皮下脂肪SD，ROI均为13.50 mm²，尽量保证ROI形状、大小一致，所有ROI均测量3次取平均值（图 3）。计算SNR及CNR，其中 。

图 3

图 3 输尿管、腰大肌、皮下脂肪ROI勾画示意图

由医师1、2采用双盲法分别评价泌尿系图像显示效果和对比剂充盈情况，≥3分为满足诊断需求（表 1）。

表 1

表 1 泌尿系图像显示效果和对比剂充盈情况评分标准

表 1 泌尿系图像显示效果和对比剂充盈情况评分标准 评分 等级 显示效果评分标准 对比剂充盈情况评分标准 5分 优 图像无伪影，几乎无噪声；泌尿系显示清楚、边缘光滑柔和 泌尿系全程显示 4分 良 图像少许伪影，无显著噪声；大部分泌尿系显示清楚或部分边缘略微模糊 泌尿系 > 75%以上的对比剂充盈 3分 一般 图像较多伪影，有噪声；部分泌尿系显示欠清或边缘模糊，仍可区分基本结构 泌尿系50%~75%的部分对比剂充盈 2分 较差 图像伪影多，噪声较大；大部分泌尿系显示不清楚、边缘模糊 泌尿系25%~ < 50%的部分对比剂充盈 1分 差 图像伪影很多，噪声大，完全不能诊断；全部泌尿系结构显示不清楚 泌尿系 < 25%的部分对比剂充盈

评价辐射剂量的指标有剂量长度乘积（dose length product，DLP）、容积CT剂量指数（volumeweighted CT dose index，CTDIvol）和有效辐射剂量（effective dose，ED）。记录每例患者各扫描期相的CTDIvol及腹部和盆腔的扫描范围（L1和L2）。ED=CTDIvol×（L1×0.012+L2×0.016），0.012、0.016分别为腹部、盆腔的转换因子^[6]。记录每例患者的对比剂用量。

采用SPSS 27.0软件进行统计学分析。计量资料以 x±s表示。组间客观指标（CT值、SD、SNR及CNR）的比较采用完全随机设计单因素的方差分析，先行Levene方差齐性检验，方差齐时整体的比较行F检验，均数间差别多重比较行LSD-t检验。实验组皮质-排泄期不同能级VMI图像、混合能量图像及对照组排泄期混合能量图像的主观评分比较行Kruskal-Wallis H秩和检验。2位医师对图像质量主观评分的一致性评估行Kappa检验，K＜0.4，一致性差；0.4≤ K＜0.75，一致性一般；K≥ 0.75，一致性较好。2组辐射剂量的比较行独立样本t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2组患者年龄、身高、体质量、BMI差异均无统计学意义（均P＞0.05）；2组性别比例差异有统计学意义（P＜0.05），实验组男性患者占比较高（表 2）。

表 2

表 2 2组基本资料比较

表 2 2组基本资料比较 组别 例数 性别[例（%）] 年龄（岁，x±s） 身高（m，x±s） 体质量（kg，x±s） BMI（kg/m2，x±s） 男 女 实验组 46 37（80.43） 9（19.57） 47.63± 9.43 1.63±0.10 62.76±4.73 24.03±3.37 对照组 46 24（52.17） 22（47.83） 45.93±10.12 1.64±0.08 63.09±5.23 23.49±2.99 P值 0.004 0.408 0.345 0.755 0.422

实验组（皮质-排泄期）混合能量图像、不同能级VMI 40、50、60、70 keV图像，对照组（排泄期）混合能量图像的CT值、SD、SNR、CNR差异均有统计学意义（均P＜0.05）。在实验组VMI图像中，CT值、SD、SNR、CNR均随着能级的升高而减低，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。实验组VMI 40 keV图像的SD高于对照组混合能量图像（P＜0.01），VMI 50、60、70 keV图像及混合能量图像SD均低于对照组混合能量图像（均P＜0.01）。对照组混合能量图像与实验组VMI 50 keV图像的SNR、CNR差异均无统计学意义（P=0.583，0.652）（表 3）。

表 3

表 3 泌尿系图像质量客观评价（x±s）

表 3 泌尿系图像质量客观评价（x±s） 组别 图像类型 CT值（HU） SD（HU） SNR CNR 实验组（皮质-排泄期） VMI 40 keV 752.16±48.44 58.56±6.50 12.94±1.14 7.37±0.76 VMI 50 keV 483.88±52.86 43.40±7.13 11.15±1.08 6.00±0.97 VMI 60 keV 354.19±49.40 38.59±7.71 9.19±1.20 4.89±0.79 VMI 70 keV 282.22±51.68 34.74±8.32 8.16±1.35 4.43±0.89 混合能量图像 263.63±51.36 50.53±8.18 5.24±1.05 2.88±0.72 对照组（排泄期） 混合能量图像 505.38±48.61 45.95±6.16 11.00±0.91 5.92±0.83 F值 621.94 62.22 265.54 159.79 P值 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 注：VMI为虚拟单能级成像。

2位医师对图像质量主观评分的一致性较好（K＞0.75）。图像显示效果评分中，对照组排泄期混合能量图像、实验组混合能量图像与VMI 40、50、60、70 keV图像显示效果评分差异均有统计学意义（均P＜0.05）。实验组图像显示效果评分由高到低依次为：VMI 50、40、60、70 keV与混合能量图像。对照组混合能量图像与实验组VMI 50 keV图像的显示效果评分差异无统计学意义（P=0.625）。对比剂充盈程度评分中，对照组排泄期混合能量图像、实验组混合能量图像与VMI 40、50、60、70 keV图像各组间对比剂充盈程度评分差异均有统计学意义（均P＜0.05）。实验组VMI 40 keV图像对比剂充盈程度评分最高，随着VMI能级的升高，评分逐渐减低，评分最低为混合能量图像。对照组混合能量图像与实验组VMI 40 keV图像的评分差异无统计学意义（P= 0.673）（表 4）。

表 4

表 4 图像质量主观评分（分，x±s）

表 4 图像质量主观评分（分，x±s） 组别 图像类型 图像显示效果评分 医师1 医师2 K值 P值 实验组（皮质-排泄期） VMI 40 keV 4.20±0.62 4.33±0.37 0.803 < 0.001 VMI 50 keV 4.84±0.51 4.85±0.31 0.822 < 0.001 VMI 60 keV 3.89±0.43 3.91±0.52 0.790 < 0.001 VMI 70 keV 3.39±0.56 3.40±0.68 0.810 < 0.001 混合能量图像 3.30±0.72 3.28±0.59 0.795 < 0.001 对照组（排泄期） 混合能量图像 4.80±0.39 4.84±0.66 0.872 < 0.001 组别 图像类型 对比剂充盈程度评分 医师1 医师2 K值 P值 实验组（皮质-排泄期） VMI 40 keV 4.80±0.60 4.83±0.54 0.801 < 0.001 VMI 50 keV 4.28±0.53 4.30±0.45 0.831 < 0.001 VMI 60 keV 3.93±0.56 3.87±0.96 0.856 < 0.001 VMI 70 keV 3.67±0.36 3.59±0.28 0.873 < 0.001 混合能量图像 3.38±0.53 3.25±0.55 0.961 < 0.001 对照组（排泄期） 混合能量图像 4.82±0.29 4.81±0.55 0.793 < 0.001

比较对照组多期扫描CTDIvol、DLP、ED的总和与实验组皮质-排泄期扫描的CTDIvol、DLP、ED，其中实验组的CTDIvol约为对照组的22.29%，DLP约为对照组的21.42%，ED约为对照组的21.54%（表 5）。实验组、对照组对比剂用量分别为45、100 mL。

表 5

表 5 2组所受辐射剂量比较（x±s）

表 5 2组所受辐射剂量比较（x±s） 组别 扫描期相 CTDIvol（mGy） 扫描范围（cm） DLP（mGy·cm） ED（mSv） 实验组 皮质-排泄期 8.42±1.76 54.37± 9.03 459.57±35.65 6.64±0.89 对照组 平扫+皮质期+髓质期+排泄期 37.77±7.06 226.00±11.80 2145.47±79.03 30.83±2.94 P值 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 注：CTDIvol为容积CT剂量指数，DLP为剂量长度乘积，ED为有效辐射剂量。

CTU检查能高效、准确地评估泌尿系统的解剖结构，检测肿瘤、尿路结石、尿路梗阻等异常情况，在泌尿系统疾病的诊断中具有重要的临床意义。CTU图像质量优越，可提供清晰的三维成像，有助于医师评估病变的性质、位置及其对周围结构的影响，因此在肾脏肿瘤、膀胱癌及尿路结石的早期筛查和术前评估中起重要作用，但因其存在辐射危害及对比剂肾毒性受到广泛关注。Yecies等^[7]研究表明，CTU检查时辐射剂量较高，可使部分血尿患者发生继发性恶性肿瘤。因此，探索低对比剂用量、低辐射剂量的CTU扫描方案已成为放射科的重要任务。CTU皮质期对观察肾动脉狭窄、扩张、闭塞等血管病变，以及识别肾实质内占位性病变具有重要意义。本研究选用皮质-排泄期扫描，既能观察肾动脉、肾实质及泌尿系的情况，又能减少扫描次数，从而降低辐射剂量。

有研究应用双能量CT行CTU检查，通过减少扫描期相来降低辐射剂量^[8-9]。胡娟等^[6]对血尿患者分次团注对比剂95 mL行肾实质-肾盂期扫描，发现使用VMI技术重建后的泌尿系对比剂充盈情况优于常规单次团注，ED约17.6 mSv。应用双层探测器光谱CT行CTU成像的研究较少，双层探测器光谱CT可实现探测器层面的能量分离，并通过重组降噪技术进一步降低噪声，从而提高图像质量^[10]。本研究使用双层探测器光谱CT行CTU扫描，并行混合能量图像重建及VMI 40、50、60、70 keV不同能级重建，随着VMI能级的降低，富含碘的肾皮质、泌尿系与周围组织对比度增加，VMI 40 keV图像对强化的肾皮质显示最佳、泌尿系的充盈程度最高，图像的CT值、SD、SNR、CNR均最高，但图像过于锐利、条纹伪影及颗粒感明显，因此图像显示效果评分不是最高；VMI 50 keV既可使图像趋于平滑细腻，又能保证肾皮质、泌尿系的高对比度。本研究显示：实验组VMI 40、50 keV图像的客观评价、主观评分与对照组排泄期混合能量图像差异无统计学意义，因此40~50 keV为显示实验组图像的最佳能级。Shuman等^[11]为患者注射对比剂81 mL，使用双能量CT行双期CTU扫描，重建50和77 keV图像并对比图像质量，发现50 keV图像与120 kV常规采集的图像质量相似^[11]，与本研究结果一致。顾建华等^[12]分次团注对比剂90 mL，使用双能量CT行双期CTU扫描，得出最佳单能级为65~70 keV，该能级范围高于本研究的最佳能级；这可能由于本研究实验组患者首次推注的对比剂在扫描时已排泄至肾脏集合系统、输尿管和膀胱中，而第2次推注的对比剂正在增强肾皮质和肾动脉的显影，相当于仅用25 mL对比剂使泌尿系显影，因此需选择更低的能级重建以提升泌尿系亮度、均匀度和充盈度。对于肾功能受损和已知泌尿系扩张的患者，应考虑延长2次对比剂注射间隔时间，以使泌尿系最大程度充盈。

Chen等^[13]分次团注对比剂120 mL，行门脉期单次CTU扫描，将ED降至6.74 mSv。Liang等^[14]分次团注对比剂90 mL，使用双能量CT行肾实质-排泄混合期扫描，将ED降至13.31 mSv。本研究双次注射对比剂共45 mL，行皮质-排泄期扫描，ED仅（6.64± 0.89）mSv，对比剂用量和ED较之前的研究均有大幅降低。相关文献表明，光谱CT虚拟平扫技术对于泌尿系结石和肿瘤性病变的检出可替代真实平扫^[15]，故本研究实验组未行平扫，以降低辐射剂量。

本研究的局限性：①皮质-排泄期扫描在一定程度上弱化了肾实质显影，降低了检测较小肾细胞癌的敏感度，如明确为泌尿系结石患者，可行此单期扫描，如遇泌尿系肿瘤患者，后续可加扫髓质期，以得到更多的血流灌注信息；②为单中心研究，例数较少，未对不同病因血尿患者的CTU图像进行分析，仍需扩大样本进一步验证研究结果。

综上所述，双层探测器光谱CT单能级成像技术应用于血尿患者CTU检查，可在降低对比剂用量及辐射剂量的同时提升图像质量，其中VMI 40~50 keV为图像显示的最佳能级，临床宜推广使用。