【原】泌尿影像学习(2)：计算机断层扫描 (CT)的基础与应用

医学镜界 2022-05-30 发布于江苏

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Imaging the Urinary Tract: Fundamentals of Ultrasound, Computed Tomography, and Magnetic Resonance ImagingCite this chapter

Hines, J., Karajgikar, J.A., Giardina, J.D., Friedman, B. (2021). Imaging the Urinary Tract: Fundamentals of Ultrasound, Computed Tomography, and Magnetic Resonance Imaging. In: Rastinehad, A.R., Siegel, D.N., Wood, B.J., McClure, T. (eds) Interventional Urology . Springer, Cham. https:///10.1007/978-3-030-73565-4_2

泌尿道成像：超声、计算机断层扫描和磁共振成像的基础

计算机断层扫描 (CT)：物理原理和泌尿生殖应用

物理原理

第一台 CT 扫描仪由英国米德尔塞克斯郡的 Godfrey Hounsfield 爵士开发。1973年，CT扫描仪首次应用于临床。Hounsfield 和 Allan Cormak 因开发 CT 技术而获得了 1979 年的诺贝尔医学奖 [ 1 , 28 ]。在接下来的几十年中，随着技术和计算能力的不断进步，横截面成像已经彻底改变了医学实践，因为它能够以非侵入性方式评估整个身体的疾病过程。

CT 有许多泌尿科应用，包括但不限于肾结石病、梗阻性尿路病变、肾上腺、肾脏和上下尿路的良性和恶性肿瘤、外伤、感染及其并发症的检测和表征和肾动脉疾病的评估。多年来的技术进步极大地提高了 CT 的能力，并显着提高了采集速度、解剖覆盖范围和获得动态对比增强图像的能力，所有这些都有助于提高其诊断准确性和图像质量。这也导致了新应用的发展，例如双能 CT、CT 血管造影和 CT 尿路造影。使用 CT 的一个缺点是它使用电离辐射，这导致相对较大的辐射剂量。然而，近年来，剂量减少技术已经在广泛的基础上实施，这有可能显着减少常规 CT 成像的剂量。

平片 X 线摄影的一个基本限制因素是 3 维物体被简化为二维图像，具有不同放射密度的多个结构相互叠加的可能性，感兴趣的解剖结构可能是模糊不清。CT 与平片 X 线摄影相比有两个明显且极其重要的优势：(1) 获取横截面图像并去除任何重叠结构；(2) 几乎完全消除了辐射散射，从而对 x 的差异具有更高的敏感性射线衰减，从而允许软组织结构之间的出色对比度。CT 检查由多幅图像组成，每幅图像都包含从狭窄解剖部分到身体成像部分的视觉信息。。

CT扫描仪由两个主要部件组成：扫描部件和计算机部件。台架由扫描组件组成，扫描组件围绕着扫描患者的中心孔。计算机组件位于 CT 扫描仪控制室中。扫描组件包括发生器或电源、X 射线管、准直器、探测器、数据采集系统计算机组件、图像重建和扫描仪控制台。

每个探测器与 X 射线管的焦点一起定义一条射线。探测器测量其射线内的 X 射线强度。每条射线中的光束强度取决于 X 射线在其通过的组织中的衰减量。衰减是对穿过组织时去除的辐射部分的测量。通过使用在扫描过程中从许多不同角度获取的许多不同射线来测量被扫描平面中每个盒状元素或体素的衰减。材料的线性衰减系数表明它吸收或散射（衰减）X 射线光子的强度。线性衰减系数取决于三个属性——原子序数、物理密度和光子能量。1 , 28 ]。

一旦图像检测器收集了来自每条射线的数据，就会通过分析和迭代方法重建图像。最常用的重建方法称为滤波反投影，在最早的 CT 扫描仪中已经使用，至今仍在使用。滤波反投影本质上是通过收集称为投影的光线集来确定每个像素的平均密度，这些光线在截面平面中以特定方向穿过患者。需要多个投影来确定每个点的平均衰减，使用小于 1° 的旋转间隔 [ 1 , 28 ]。

CT 图像由灰度值组成，图像的每个元素（像素）根据其平均衰减分配一个灰度值。更密集的材料会导致光子的更大衰减，并且在 CT 图像上会更亮（更白），而密度较低的图像会更暗（更黑）。密度测量使用 Hounsfield 量表进行标准化，其中水的 Hounsfield 单位为零，其他组织的范围从 -1,000（空气）到 +2,000（骨骼）。衰减大于水的任何体素将具有正的 HU 值，而衰减小于水的体素将具有负的 HU。通过将光标放在工作站的感兴趣区域 (ROI) 上，计算机可以对光标内体素的衰减进行平均，可以很容易地获得特定组织的衰减值。衰减值在组织表征和诊断中非常重要，必须定期精确校准 [1 , 28 ]。

多层扫描仪中的探测器阵列是二维的。z 方向上的检测器数量（在患者从头到脚的方向）决定了可以同时采集的最大切片数量。在单层扫描仪中，切片宽度由准直器的宽度。在多层扫描仪中，切片宽度由单个探测器的宽度决定。例如，在具有 64 个宽度为 0.625 mm 的探测器的系统中，切片厚度为 0.625 mm [ 28 ]。实际在实践中，通常会重建较厚的切片以进行常规解释；但是，超薄切片存储在 CT 工作站中，并在必要时可供查看。

许多成像采集参数决定了图像质量和患者剂量。影响辐射剂量和图像质量的两个重要采集参数是峰值管电压 (kVp) 和有效 mAs。有效 mAs 是管电流（毫安）乘以患者体内给定点在光束中的时间长度（秒）。光束中能量最高的 X 射线光子的能量始终等于 kVp。间距是另一个重要的采集参数——这是指每管旋转的工作台移动除以光束宽度。间距调整会影响扫描时间、z轴分辨率和辐射剂量。

在引入螺旋 CT 技术之前，扫描仪以轴向或增量模式运行。在轴向 CT 扫描仪中，CT 台在图像采集过程中是静止的，管和探测器旋转一整圈。然后关闭 X 射线束，并重新定位工作台。现代 CT 扫描仪的设计已经过修改，因此在发生器和 X 射线源之间以及探测器阵列和计算机之间没有硬连线连接。这是通过滑环技术实现的。滑环技术，以及 X 射线管设计和计算机速度的进步，使螺旋扫描的发展成为可能。螺旋 CT 允许 X 射线源和探测器阵列不间断地运动，它们以完整的 360 度弧形围绕患者旋转。同时，CT 台（和患者）以连续方式和预定速度移动。这两种不同运动的结果是光束以螺旋形路径穿过患者。与增量 CT 扫描仪相比，螺旋扫描仪能够更快地扫描时间和更薄的切片采集。这种改进的时间分辨率使静脉注射碘化对比剂后的动态研究成为可能，从而可以在几秒钟内扫描整个腹部和骨盆，并且可以获得针对特定适应症的各个感兴趣阶段的图像。例如，评估肾脏肿块的典型检查将包括动脉期、肾造影期和有时排泄（肾盂造影）期以及未增强的采集。

双能CT

双能 CT (DECT) 扫描仪由两个 X 射线源/探测器阵列构成。两个源的管电压 (kVp) 设置不同，导致同一物体有两个单独的衰减图，一个处于高能级，一个处于低能级。如上所述，特定材料的线性衰减系数取决于三个属性——原子序数、密度和光子能量。DECT 使用从高能和低能阵列获得的信息来评估被分析结构的线性衰减系数的变化率。由于人体中常见的各种元素和化合物在能量谱上具有独特的线性衰减曲线，因此 DECT 能够提供有关特定化学成分的信息。

有几种方法可以利用从 DECT 获得的数据来提供有用的临床和诊断信息。可以通过针对特定材料的线性衰减曲线并将其从图像中移除来形成材料特定图像。DECT 针对的常见基础材料包括水、碘和钙。由于对 CT 的增强是由含碘造影剂的影响产生的，因此减去碘会产生“虚拟”非造影图像，因此单次双能量扫描可能会取代两次单能量扫描（增强前和增强后）[ 29 ]。这可用于评估肾脏肿块（图2.13和2.14）、结石病、肾上腺结节（图2.15 ）)，以及任何其他情况下，病变特征或可视化需要非对比图像，但在检查时仅获得静脉内对比增强图像。由于消除了单独的非增强采集，虚拟非对比图像的另一个好处是减少了辐射剂量。

相反，可以获得碘特定数据集（碘图）。这些仅由碘对图像的贡献组成，并且在肾脏质量表征和其他情况下也可能有效 [ 30 ]。通过使碘信号更好地可视化，可以更容易地在碘特异性图像上诊断肿块内的增强。迄今为止的研究表明，使用虚拟非对比和碘特异性图像区分囊性和实性肾肿块 [ 30 , 31 , 32 ] 的结果令人鼓舞。但是，它们将需要进一步的研究和验证。双能技术的未来进步和改进甚至可能超过传统单源 CT 的诊断能力。

虚拟非对比图像也显示出在表征肾上腺结节方面的前景 [ 33 , 34 ]。鉴于在对比增强 CT 扫描中发现肾上腺结节的频率很高，这是一个令人兴奋的发展，其中经常需要对未增强图像进行重复 CT 检查以更好地表征。

DECT 的另一个活跃研究领域是肾结石表征。DECT 利用各种石头成分在高能和低能水平上的独特吸收模式来识别特定的化学成分 [ 30 ]。这可以加快肾结石病的检查，这通常涉及冗长的实验室和影像学检查。结石成分的知识有助于改善治疗，因为不同结石类型的管理方式不同。DECT 已被证明在区分尿酸结石和非尿酸结石方面是可靠的 [ 30 ]。并在其他结石（胱氨酸、鸟粪石、草酸钙一水合物/草酸钙二水合物/刷石和羟基磷灰石/碳酸盐磷灰石结石）的分化中显示出希望。

CT在泌尿道的应用

肾脏

在评估肾脏病理学方面有许多使用 CT 的适应症。一些更常见的原因包括肾脏肿块表征、肾癌分期、结石病、创伤、炎症/感染过程、阻塞性尿路病、血管疾病、先天性尿路异常和术后评估。

CT 是一种高度准确的肾脏肿块评估方式。由于鉴别诊断通常围绕区分囊性和实性肿块，因此此类评估的关键要素是对比增强的存在与否 [ 37]。由于存在出血性或蛋白质性碎片，肾囊肿在 CT 上通常表现为高密度病变。由于这些病灶的密度（大于 20 HU）与实性结节重叠，因此仅通过 CT 平扫或增强 CT 无法区分它们。更确切地说，必须在同一个坐姿中获取未增强和增强的图像，并从两个系列中获得 HU 测量值。目前，对于什么是显着增强还没有真正的共识；然而，一些专家使用 >20 HU 的阈值，10-20 HU 的差异被认为是模棱两可的 [ 37]。在没有可见脂肪的增强软组织肿块的情况下，没有可靠的 CT 发现来帮助区分良性软组织肿块，例如嗜酸细胞瘤或低脂性血管平滑肌脂肪瘤和肾细胞癌 (RCC)。淋巴瘤和转移性疾病的表现也可能与 RCC 相似，必须注意病史和肾外检查结果才能做出准确诊断。肾细胞癌的非肿瘤性类似物包括局灶性肾盂肾炎、由肾脏轮廓的先天性分叶或与瘢痕皮质相邻的正常实质引起的“假瘤”，以及 IgG-4 疾病 [ 38 ]。

伪影，例如来自无法将他/她的手臂远离身体两侧的患者或来自伪增强的光束硬化，可能会产生虚假的结果。假性增强是众所周知的 CT 伪影，它会导致静脉对比增强 CT 上肾脏病变的衰减测量值增加。这是由于在与高衰减结构（在这种情况下为强烈增强的肾实质）相邻的区域中的图像重建算法不正确，最有可能影响的是小的实质内病变 [ 39 , 40 ]。

囊性肾损害在成年人群中普遍存在，单纯囊肿占这些肿块的绝大多数。然而，囊性肿瘤确实出现在肾脏中。因此，必须仔细评估所有囊性肾肿块的密度 (HU) 测量值和内部成分。增强的分隔和结节的存在增加了囊性肿瘤的可能性。囊性肾肿块的 Bosniak 分类根据其形态对病变进行分类。Bosniak 标准包括分隔的密度、数量和厚度、壁厚和软组织结节（图2.16）[ 37 ]。

血管平滑肌脂肪瘤 (AML) 在 CT 上得到很好的评估，当肾脏肿块含有肉眼可见的脂肪时可以诊断出来。这是肾肿块表征的关键要素，因为肾细胞癌中含有脂肪的情况极为罕见。平扫薄层 CT 是检测脂肪最敏感的检查，如果怀疑肾脏肿块中有脂肪，则应进行检查。一小部分 AML（3-4%）要么不含脂肪，要么脂肪含量不足，无法在 CT 上检测到。尽管这些病变在 CT 上可能具有其他可能提示诊断的特征，例如在未增强 CT 上类似于肌肉的衰减，但在没有病理证实的情况下，无法可靠地区分低脂 AML 与肾细胞癌 [ 37 ]。

在已知肾脏恶性肿瘤的情况下，CT 是一种准确的分期方式。可以评估肾静脉和 IVC 的肿瘤侵袭的存在和程度。肿瘤可通过前者的强化与轻度血栓区分开来；然而，CT 和 MRI 在评估 IVC 壁的侵袭方面存在局限性，这会显着影响预后 [ 41 ]。淋巴结状态主要根据淋巴结大小进行评估，短轴直径以 1 cm 为限。这不可避免地会导致一些假阳性（扩大但良性节点）和假阴性（小但恶性节点）的情况。Johnson 等人报道，在肾细胞癌的情况下，淋巴结评估的敏感性为 83%，特异性为 88% [ 42]。肺、肝、骨和其他部位的远处转移在 CT 上得到了很好的描述。

在大多数急性肾盂肾炎病例中，诊断或治疗不需要影像学检查；然而，CT 确实在某些患者亚组中发挥作用。这些包括并发症高风险的患者，例如免疫功能低下的患者，包括糖尿病患者、对标准治疗方案反应不佳的患者，以及临床怀疑有并发症的患者，例如肾脓肿、肾积脓或肺气肿肾盂肾炎（图2.17）[ 43、44 ]。静脉增强 CT 的典型表现是一个或多个楔形皮质低增强区域，反映肾实质受累区域（图2.18 ））。放射线性带交替减弱和正常增强，可能是由于正常肾小管受阻，可能导致“横纹肾图”。次要发现包括全球肾肿大、Gerota 筋膜增厚，以及肾盂和输尿管的尿路上皮增厚 [ 43 , 44 ]。CT 还可以显示不常见感染的肾脏表现，例如肺结核、真菌生物、棘球蚴和黄色肉芽肿性肾盂肾炎 (XGP) [ 43]。XGP 是一种以不完全免疫反应为特征的慢性感染。CT 发现包括扩大且无功能的肾脏，通常是单侧的，集合系统扩张与肾盂不成比例，以及肾盏内的低密度病灶，反映富含脂质的巨噬细胞，这是该疾病的组织学标志。大多数患者存在鹿角状结石。并发症包括肾周和腹膜后脓肿（图2.19）以及不太常见的瘘管形成。

由于其可用性、快速的患者吞吐量和诊断肾损伤的准确性，CT 是评估钝性或穿透性肾损伤的一线方式，包括手术和经皮肾手术引起的医源性损伤。CT 发现可以结合肾损伤分级系统进行分级，例如美国创伤外科协会 (AAST) ]。当 CT 用于肾外伤评估时，静脉内造影剂是必不可少的，以准确显示肾实质和脉管系统的损伤以及肾周和腹膜后出血（图2.20) 和流体集合。排泄（延迟）相图像对于评估收集系统损伤（AAST IV 级或 V 级）是必要的，这是通过收集系统受损部分的造影剂不透明尿液外渗来诊断的（图2.21）。

CT 已成为评估肾结石病的金标准，在大多数中心取代了排泄性尿路造影和 X 线平片。CT 已被证明对诊断尿石症具有高度敏感性 (95–98%) 和特异性 (96–100%) [ 48 , 49 , 50]。它在大多数急诊科也很容易获得，执行迅速，不需要口服或静脉注射造影剂，并且可以检测各种大小的结石。CT 还可以帮助提供对泌尿道内（感染、肿瘤、先天性异常）或外（例如胰腺炎、阑尾炎）结石病的替代诊断。输尿管结石最直接的迹象是在输尿管中发现结石。CT 上常见的梗阻性结石的次要体征包括输尿管肾积水和肾周和输尿管周围脂肪绞合 [ 51 ]。

CT 可以为接受结石切除手术的患者提供重要信息，例如经皮肾镜取石术 (PCNL)、输尿管镜检查或体外冲击波碎石术 (ESWL)。术前扫描可以帮助确定针头进入的安全路径和最适合在接受 PCNL 的患者中穿刺的杯状体，并在 ESWL 之前提供结石到皮肤 (SSD) 的距离。介入后 CT 可用于评估任何残余结石或阻塞 [ 52 ]。

先天性泌尿道异常可以通过 CT 得到很好的评估，并且经常在成年人群中偶然发现；然而，由于缺乏电离辐射和进行多参数检查的能力，MRI 是评估儿童已知或疑似异常的首选方式。

肾上腺

CT 既可用于表征肾上腺病变，也可作为监测不确定结节稳定性的工具。最常见的肾上腺结节是腺瘤。他们在普通人群中的频率很高，这些通常是在为其他适应症进行 CT 时偶然发现的 [ 53 , 54 , 55 ]。CT 可用于以两种方式将病变表征为良性腺瘤。第一个也是最简单的方法是进行非增强 CT。大多数腺瘤将含有细胞内脂质，这将减少结节的衰减。根据 Boland 等人的荟萃分析报告，在非增强 CT 上测量小于 10 HU 的肾上腺结节可以诊断为具有 71% 的敏感性和 98% 的特异性的腺瘤。[ 56]。不幸的是，大约 30% 的腺瘤不符合这个标准。这些所谓的低脂腺瘤可以通过结合非增强和对比增强 CT 检查和洗脱分析来评估。腺瘤通常比恶性结节具有更快的对比剂冲洗。其组织病理学基础被认为是恶性结节中血管生成紊乱和血管通透性导致血管外造影剂渗漏。通过比较在检查的所有三个阶段（未增强、动态对比增强和对比剂给药后 15 分钟获得的延迟图像）进行的密度测量来计算洗出。57 ]。在肾上腺冲洗成像中要记住的一个重要警告是，嗜铬细胞瘤可以显示出与腺瘤相似的冲洗水平。嗜铬细胞瘤通常快速增强，并且有文献表明，如果在对比剂给药后其绝对增强超过 110-120 HU，则应怀疑嗜铬细胞瘤 [ 58 ]。

由于存在肉眼可见的脂肪，在大多数情况下可以很容易地诊断出肾上腺骨髓脂肪瘤。肾上腺囊肿是少见的病变，多为慢性血肿所致的假性囊肿。这些病变通常表现出低衰减，并且可能包含壁钙化 [ 53 ]。

其他肾上腺肿块包括出血、神经节神经瘤、转移性疾病、嗜铬细胞瘤、肾上腺皮质癌、淋巴瘤和碰撞肿瘤，以及儿科人群中的神经母细胞瘤。这些病变的 CT 特征存在显着重叠，可能需要通过实验室检查和活检进行进一步调查，以做出准确诊断。与先前的文献表明，静脉注射离子对比剂可能会引发嗜铬细胞瘤患者的高血压危象 [ 59 ] 不同，最近的研究表明，非离子静脉对比剂对嗜铬细胞瘤患者没有不良影响 [ 60 , 61 ]。

肾上腺皮质癌有静脉侵犯的倾向，其程度可以通过增强 CT 扫描来表征。侵犯下腔静脉的肾上腺肿块高度提示肾上腺皮质癌 [ 62 ]。非创伤性肾上腺出血的原因有很多，在影像学研究中可能与肾上腺肿瘤相似。肾上腺肿块在非增强成像中具有高密度，可能怀疑有出血，有或没有肾上腺周围脂肪的绞合。还必须考虑潜在的出血性肿瘤的可能性，并且可以使用具有减影成像的对比增强 MRI 进行进一步调查 [ 53 ]。

输尿管和膀胱

除上述结石病外，输尿管 CT 评估通常需要静脉注射造影剂。输尿管疾病影像学检查的常见适应症包括血尿、疑似肿瘤、已知的下尿路或先前治疗过的上尿路或下尿路移行细胞癌、输尿管梗阻检查和尿流改道手术后。用 CT 尿路造影对上下尿路进行综合评估。CT 尿路造影通常作为三相研究进行，包括未增强、肾造影和排泄相系列。利尿剂给药，通常是低剂量静脉内速尿，通过稀释排泄的造影剂和增加输尿管扩张来帮助观察上尿路和下尿路 [ 63]。可以在年轻患者中进行双相研究，以通过使用“分丸”技术降低辐射剂量，从而获得综合肾图和排泄系列。这是通过将造影剂体积分成两剂来实现的——在扫描开始前 8-10 分钟给予 30 至 50 cc 的较小剂量的造影剂，其余的（约 100 cc）在扫描前 2 分钟给予。这种技术使早期剂量有时间循环并被肾脏排泄，而第二次剂量用于提供肾造影阶段 [ 64]。正确执行的 CT 尿路造影可以对肾脏、集合系统、输尿管和膀胱进行详细评估，并且与排泄性尿路造影相比，已被证明在检测移行细胞癌方面具有优势，荟萃分析发现汇总敏感性为 96%和 99% 的综合特异性 [ 65 ]。肿瘤将在造影剂混浊的收集系统/输尿管（图2.22）中表现为充盈缺损或管壁增厚（偏心或环形），伴有或不伴有输尿管肾积水。在阳性病例中，CT 允许同时进行肿瘤分期 [ 63 ]。

输尿管 CT 尿路造影的其他适应症包括创伤，包括手术或内窥镜泌尿外科手术造成的医源性创伤，以及感染性和炎症性疾病（图2.23）。CT 尿路造影可以描绘先天性异常，例如输尿管盆腔交界处梗阻、输尿管网、重复的收集系统和巨大输尿管 [ 63 ]，尽管如上所述，MRI 是儿科人群中此类适应症的首选方式。

膀胱镜检查通常是诊断膀胱肿瘤的一线方法。当进行 CT 评估膀胱肿瘤时，需要 CT 尿路造影，以评估上尿路和下尿路，因为尿路上皮肿瘤倾向于多中心，同时受累和异时尿路受累。某些膀胱肿瘤有可能在 CT 尿路造影的动态对比增强期而不是排泄期更好地显示，因为 (a) 膀胱癌可能在对比剂给药的早期显示出强烈的增强 [ 66 ] 和 ( b) 由于造影剂和尿液混合导致的膀胱不均匀混浊可以掩盖或模仿膀胱结节 [ 67]。萨多等人。据报道，利用 CT 尿路造影技术检测膀胱癌的敏感性为 79%，特异性为 94% [ 68 ]。局限性包括膀胱膨胀不足，使肿瘤变得模糊或可能模仿肿瘤，以及过度膨胀的膀胱使肿瘤变平。CT 可能有助于观察膀胱憩室内的癌症 [ 69 ]，当膀胱镜检查无法进入憩室时，这对泌尿科医生特别有帮助（图2.24）。

CT 可用于检测器官局限肿瘤的宏观膀胱外肿瘤扩散（T3b 疾病），尽管它不能检测显微镜下的膀胱周围脂肪浸润（T3a 疾病）。CT 还可用于检测盆腔和腹膜后淋巴结肿大和远处转移灶。也可以评估局部器官的侵袭，例如前列腺和直肠，尽管下骨盆缺乏清晰的脂肪平面可能是这方面的限制因素。CT（或 MRI）无法分辨膀胱壁的特定层显着限制了其分期的整体准确性，特别是在区分 T1、T2 和 T3 疾病方面，并且大多数 T 分期是使用膀胱镜检查和活检进行的。

除了肿瘤检测和分期，膀胱 CT 的其他适应症包括外伤、瘘管疾病以及活检、外科手术或其他器械后的破裂评估。膀胱损伤的明确证据可以通过 CT 膀胱造影获得，这将在膀胱穿孔的情况下显示膀胱外造影剂外渗，并且还可以证明穿孔是在腹膜内还是腹膜外，具体取决于外渗造影剂的解剖位置（图2.25）。在钝性创伤的情况下，CT 膀胱造影已被证明可以准确地显示膀胱破裂，敏感性和特异性均接近 100% 。

CT 中的剂量减少策略

近二十年来，医学成像中的剂量减少一直是深入研究和取得重大进展的主题。1980 年代和 90 年代医学成像呈指数级增长，其中很大一部分可归因于 CT 的使用增加，最终引起放射科医师和医学物理学家对暴露于电离辐射的潜在有害影响的担忧，尤其是风险增加为癌症。几年内一系列令人担忧的文章加剧了这种担忧，这些文章对可能由医疗辐射引起的癌症数量进行了惊人的高估计，表明美国所有成人癌症的 1.5-2.0% 可能是由以下原因引起的暴露于 CT [ 72]。这些估计是基于对原子弹数据的推断和对核工业工人的大规模研究。儿科人群中辐射暴露的癌症风险甚至更高，估计比成人高一个数量级 [ 73 ]。非专业媒体报道了这一信息，提高了公众对医疗辐射照射问题的认识，有时甚至引起了警觉 [ 74 ]。在过去的二十年中，CT 的剂量减少策略一直是主要 CT 供应商和放射学界深入研究的主题，并在多个方面取得了重大成就。

自动曝光控制

CT 的辐射剂量明显高于相应的射线照相检查。CT 的基本特性之一是不会因过度辐射（过度曝光）而受到惩罚。这一事实导致扫描协议倾向于在过度曝光方面出错，以确保诊断质量检查。为了对抗这种趋势，供应商开发了自动曝光控制 (AEC) 和剂量调制功能，根据患者的体型和所执行的研究类型，使用最少量的辐射来获得诊断质量的 CT 扫描。该策略基于 ALARA 的基本放射学概念（A s L ow A s合理地A可实现）用于辐射暴露。扫描仪软件可以根据每个患者的具体体型和体型调整管电流；以这种方式，每次扫描的剂量都是为患者量身定制的。这导致管电流在扫描过程中发生变化（纵向调制）。例如，在胸部 CT 扫描中，与下胸部相比，上胸部的剂量可能更高，以补偿增加的骨结构（肱骨近端、锁骨、肩胛骨），而下胸部用于射束的骨骼较少可能被吸收或分散。管电流也可以在每个单独的机架旋转期间进行调制（角度调制），在组织穿透深度较大的区域增加，例如，与患者的 AP 平面相比，当管沿横向平面定向时。目前的扫描仪同时采用纵向和角管电流调制，允许在所有三个平面上减少剂量。AEC 可导致剂量减少 20-40%。然而，请注意，肥胖患者没有看到这种益处，实际上增加了剂量以确保诊断质量扫描[75 ]。

迭代重建

迭代重建技术是一种常用的剂量减少策略。与使用等效辐射剂量获得的标准图像相比，这些算法在滤波反投影后使用额外的数据处理步骤来创建具有更高信噪比的图像 [ 75 , 76 ]。迭代重建技术需要大量的计算分析，并且由于当今扫描仪的计算能力呈指数级增长，因此直到最近才在日常实践中变得实用。

使用迭代重建的目标是创建具有降低噪声的图像，使其理论上更易于阅读。虽然这在一定程度上是有效的，但它会导致图像过于“平滑”，分辨率、对比度下降和图像纹理改变，可能会掩盖病理结果 [ 77]。因此，在实践中，大多数放射科医生使用混合图像，主要由过滤后的反投影和规定百分比的迭代重建组成。这可以显着降低辐射剂量，通常比使用标准技术获得的图像少 25-40%。迭代重建技术可用于所有主要供应商的 CT 扫描仪，并使用不同的商品名称。基于模型的迭代重建技术是迭代重建的一种高级形式，可以提供强大的降噪功能，并且比迭代重建更能降低辐射剂量；然而，较长的后处理时间限制了它在繁忙的临床环境中的使用，并且由此产生的图像因图像纹理的改变而受到批评[ 76 ]。

管千伏降

在 CT 中产生电离辐射束的两个主要变量是管电流（以 mAs [毫安 × 秒] 为单位测量）和管千伏 (kV)。调整 kV 对辐射剂量有很大的影响，因为剂量与 kV 2成正比. 降低 CT 扫描中的 kV 可以产生与图像对比度相关的有益效果，这与在较低 kV 设置下碘密度的急剧增加有关。这可以产生更高质量的对比增强血管研究，并增加多血管肿瘤、血管肿块和急性炎症区域的可见性，并具有减少辐射剂量的额外好处。低 kV 研究的主要缺点是噪声增加导致图像退化，这在较大的患者中变得更糟。因此，必须有选择地使用低 kV 技术，主要用于瘦弱或体型正常的患者。此外，通常避免在非对比研究中使用低 kV 技术，因为软组织不会显示出与 kV 降低的碘相同的密度变化 [ 75 ]。

泌尿科特异性低剂量 CT 策略

肾结石病

关于使用低剂量 CT 评估肾结石病的文献可能比任何其他泌尿道应用都要多。这源于结石和软组织之间的高先天对比度差异，这使得即使在低辐射剂量下也可以看到大多数结石，其中存在更大的图像噪声和降低的对比度分辨率。

Drake 等人对关于尿石症的低剂量 CT 文献进行的荟萃分析显示，与标准剂量 CT 相比，结石检测具有出色的敏感性 (90-97%) 和特异性 (86-100%)。在这项研究中，低剂量定义为每次检查 <3 毫希弗 (mSv)。将这个数字放在上下文中，典型的腹部 CT 扫描导致暴露在 8-10 msV 范围内。低剂量技术的局限性包括可能遗漏一些小的（<3 毫米）结石，尤其是在骨盆中，以及肥胖患者的图像退化 [ 78 ]。

CT尿路造影

CT尿路造影的辐射剂量明显高于常规腹部CT；标准的 3 相 CT 尿路造影（未增强和对比增强的肾造影和排泄相）可以使患者接受的辐射量大约是典型单相扫描的三倍。如上文“输尿管和膀胱”部分所述，通过使用分丸技术将肾造影和排泄阶段合并为一个对比增强采集，可以将检查减少到两个阶段。通过消除第三次扫描，辐射剂量可以显着降低，在一项研究中降低了 31% [ 79 ]。已发现分丸技术对上尿路（肾脏、集合系统、输尿管）肿瘤的检测既敏感又特异[ 64]。较长的延迟时间可能会改善输尿管混浊 [ 79 ]。分割推注技术的局限性在于检测细微增强的输尿管病变，因此它可能最适合年轻、低风险的患者，在老年和高风险患者中进行三期尿路造影 [ 79 ]。具有尿路造影指征的儿科患者通常采用超声和 MR 尿路造影相结合的方式进行成像。

双能CT

双能 CT 提供虚拟非增强图像的能力使人们希望在不久的将来获得非增强 CT 图像可能变得不必要，因为比较虚拟非增强图像与真实非增强图像的研究变得可用。消除使用非增强采集将使双能 CT 在肾脏肿块表征和 CT 尿路造影中有用，因为非增强图像对于充分评估肾脏肿块和尿路病变是必不可少的。在撰写本文时，通过虚拟未增强图像获得的衰减测量显示出在准确评估非增强肾脏病变方面的前景，然而，对于增强病变的表征，其诊断性能降低。因此，根据最新公布的数据，虚拟平扫图像不被认为是肾脏质量评估标准平扫图像的可靠替代品。随着双能 CT 扫描仪的不断发展和扫描技术的改进，该建议可能会随着时间的推移而改变。80 ]。