CT扫描在泌尿外科的应用

CT Scan

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Bottari, A. et al. (2021). CT Scan. In: Huri, E., Veneziano, D. (eds) Anatomy for Urologic Surgeons in the Digital Era. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-59479-4_7

CT扫描在泌尿外科的应用

     放射成像对于补充临床数据和支持泌尿科医师以建立适当的患者管理至关重要。在不同的成像方式中，计算机断层扫描 (CT) 由于其广泛的可用性、快速的扫描时间和全面的评估，目前被认为是评估泌尿系统疾病的参考标准。特别是，CT 尿路造影” (CTU) 是，其中包含专门针对集合系统（排泄期）成像的采集。然而，CTU 协议不是唯一的，可以根据患者的特征和临床怀疑在扫描时间、辐射剂量和静脉内造影剂用量方面进行调整。此外，众所周知的 CT 局限性主要表现为辐射暴露和造影剂的肾毒性。然而，技术调整和最近开发的技术对于克服这些限制非常有帮助。

7.1历史

      放射技术一直在肾脏疾病的研究中发挥着举足轻重的作用。过去，静脉尿路造影 (IVU)，也称为“排泄性尿路造影”和/或“静脉肾盂造影”，主要用于评估泌尿道。该技术包括第一张 X 光平片，然后静脉注射水溶性造影剂（1.5 ml/kg 体重）。之后，在特定时间点获得一系列图像：1-2 分钟用于肾实质可视化，3 分钟用于肾盂系统，10-15 分钟用于输尿管和膀胱 [   1   ]。此外，可以获得在斜平面、俯卧位、延迟或膀胱排空后获得的附加图像，以便进行更准确的评估 [   1   ]。该技术的主要局限性包括二维评估和相邻解剖结构的缺失评估。

在引入计算机断层扫描后，IVU 已广泛不用。

     然而，仅在 90 年代，随着螺旋技术的引入，扫描时间大大加快，因此可以在几秒钟内完成对身体大面积（例如腹部）的研究。随着 2000 年代多探测器技术的出现，空间分辨率得到了升级，从而可以识别上尿路和膀胱的尿路上皮。此外，各向同性体素能够在任何平面上创建相等的空间分辨率图像，从而进行三维重建，有助于更准确地评估解剖关系。因此，静脉内造影剂的给药也得到了改进，从而建立了尿路评估的特定方案。  建立“CT-Urography”（CTU）的目的是同时评估肾脏、输尿管和膀胱的形态和功能，因此包括皮质髓质、肾造影和排泄阶段。

如今，CTU 广泛用于评估泌尿系统疾病的万花筒场景，从尿石症检测到恶性肿瘤分期。

自 CT 诞生之初，人们就知道不同能量的 X 射线光谱能够区分不同原子序数的材料。直到 2006 年，这一原理才成功应用于人体组织研究，并最终将第一台双能 CT（DECT）系统引入日常临床实践。  DECT 已立即证明其适用  于评估泌尿道病理状况，从泌尿结石的物质分解到泌尿恶性肿瘤的碘摄取。

7.2技术背景

动态研究产生的全球可用性、解剖细节分辨率和功能信息使 CTU 成为泌尿系统成像的首选技术。  CTU 性能的临床适应症包括尿石症（无造影剂）、创伤、手术计划或移植、血管损伤和医源性并发症、恶性肿瘤良性病变的表征  。

CTU 研究必须包括整个腹腔，最好使用具有高准直 X 射线束的薄片，以提高空间分辨率，避免部分体积伪影并获得多平面重建 [   7   ]。

2007 年欧洲泌尿生殖放射学会 (ESUR) 小组会议强调了 CTU 在日常临床实践中的作用，并导致制定了基于专家的官方研究方案标准化指南 [   8   ]。然而，该文件并未特别关注 CTU 并解决了腹盆 CT 的所有适应症。

     2018 年 10 月，法国泌尿生殖影像学会决定召开一次会议，旨在就不同适应症的患者准备和 CTU 成像协议达成共识 [   9   ,   10  ]。首先，在患者准备方面达成了强烈共识，建议在使用对比剂之前仅静脉注射 20 mg 速尿。事实上，呋塞米在注射后几分钟内会引起多尿，这会加速尿道的混浊并改善中段和远端输尿管的扩张和可视化。它还诱导排泄的造影剂稀释，从而减少条纹伪影并改善输尿管壁的可视化和填充缺陷的检测。其使用的唯一禁忌症是脱水和急性尿路梗阻。也可以通过口服或静脉内水化获得超利尿。达成共识反对系统性患者水化，因为它似乎不太有效和可重复。

    造影剂 (CM) 静脉注射应根据患者体重和碘浓度进行调整，通常为 300 mgI/ml 的 1.7-2.0 ml/kg 和 370 mgI/ml 的 1.4-1.6 ml/kg  。常规使用的注射速率范围为 2 至 3.5 ml/s。

根据临床怀疑和所需信息，CTU 可主要通过两种不同的方案获得：传统的多相单丸研究和双相分离丸技术  。    前者包括作为第一步的未增强阶段，作为对比增强评估的基线，这对于结石检测和肿块评估中的高密度或低密度成分至关重要。  之后，皮质-髓质期（在 35-40 秒获得）允许增强肾皮质和血管，可用于创伤病例的出血检测、高血管病变评估、手术或移植前评估。  在肾造影阶段（90-120 秒），肾实质的皮质和髓质成分均匀增强，有助于显示低密度结节。  最后，排泄期（7-8 分钟）允许收集系统的混浊，允许识别填充缺陷，如结石或尿路上皮恶性肿瘤。

    为了最好地识别这些发现，必须在冠状位上进行排泄期的多平面重建。

由于传统研究预计至少要进行四次扫描，因此会给患者带来相当大的辐射剂量，这对年轻患者来说尤其重要。根据临床情况，可能不需要多阶段成像，并且可以省略一些阶段以减少传递给患者的辐射量。从这个意义上说，进一步降低辐射剂量的努力导致了所谓的“分丸”技术的发展。

该协议要求 CM 分两次单独注射：在未增强扫描后，第一次 CM 推注后，延迟 8-9 分钟后进行第二次注射。

目前，尚未就第一次和第二次注射造影剂的用量达成一致意见。然而，达成的共识是首先注射三分之二的推注，然后将剩余的三分之一用于第二次注射 [   10   ]。皮质-髓质期可在第一次推注后 30 秒进行，而合并肾图-排泄期可在第二次对比剂推注后延迟 90 秒后进行 [   8   ,   12   ]。

尽管不同的研究已经证明收集系统和膀胱肿瘤检测的高灵敏度和特异性，但这种技术似乎对检测较小的肾细胞癌 (RCC) 不太敏感  。  一些作者还提出了三重推注技术  ，使用 30 毫升的小推注用于排泄系统的混浊，随后 7 分钟延迟第二次推注 50 毫升用于实质和静脉增强，第三次 20 秒延迟65 毫升的丸剂用于动脉增强。  不同技术方法之间的选择应取决于上下文。  事实上，如果减少辐射暴露量对于患有良性疾病的年轻患者至关重要，那么对于患有严重疾病或恶性肿瘤的患者来说则不那么重要。

总之，Renard-Penna 等人的研究。   带来了 CTU 技术的共识，并加强了皮质髓质期的作用。他们表明，尿路上皮肿瘤会迅速增强，事实上有时在正常尿路上皮和非混浊尿液背景下进行早期成像可以更好地观察到（图  7.1  和图  7.2  ）。此外，小的或“斑块”尿路上皮病变可能在排泄期成像时被掩盖，而在皮质髓质期或肾造影期成像时可以更好地检测到。

图 7.1  

速尿注射后的四相 CTU。( a ) 基线采集显示输尿管内有轻微的高密度物质（箭头）；( b ) 皮质-髓质期显示病理组织强强化（箭头），在肾造影期 ( c ) 中也可见；( d ) 延迟期显示无尿  

图 7.2  

速尿注射后的四相 CTU。( a ) 基线采集；( b ) 皮质-髓质期显示病理组织强强化（箭头），在肾造影期 ( c ) 中也可见；( d ) 排泄期显示输尿管远端充盈缺损（箭头）  

7.2.1 双能CT（DECT）

    在过去十年中，双能技术已广泛应用于泌尿外科成像  。简而言之，DECT 技术利用两种不同能量辐射水平的身体组织曝光，在辐射束产生和传递时（即“双源”或“快速切换”扫描仪）或在光子吸收期间（“双层”技术）。因此，DECT 能够区分具有不同原子序数的材料，即所谓的“材料分解”，这具有几个优点。  第一个是通过线性/非线性混合图像和虚拟单能重建实现具有噪声校正和更好的碘评估的图像数据集。改进的碘可视化带来了减少注射 CM 体积的机会，从而降低了肾损伤的风险  。

此外，虚拟非对比 (VNC) 重建的可能性，即从增强扫描创建非增强扫描，允许避免基线采集以及随之而来的剂量减少  。  然而，病变内的碘量化可以通过定量（每个感兴趣区域的 mg/mL，ROI）或定性（彩色编码碘叠加图）评估来获得。这对于评估复杂囊肿或低衰减肿块以及伪增强现象识别特别有帮助[   20   ]（图  7.3  ）。

图 7.3  

URO-CT 中的双能量应用采用“分丸”技术进行。( a ) 增强型 (VNC) 的非增强扫描重建 ( b ) 合并肾图-排泄期显示右肾收集系统内的大量生长 ( c ) 彩色碘叠加图更好地显示病变的碘摄取  

最后，肾结石的材料特异性分析，以及尿酸结石与其他类型的区别，可以为后续的患者管理提供有用的信息。

7.3  好处

     虽然超声通常作为一线成像方式进行，并且通过注射静脉造影剂 (CEUS) 可以显着提高其诊断潜力，但由于其广泛的可用性、快速的扫描时间和综合评价。专门的诊断性肾脏成像有助于制定适当的肾肿瘤治疗计划，并可避免不必要的手术。  传统的 CT 协议通常包括预对比和多相对比后图像。  现代 CT 扫描仪提供的体积数据集可以在多个平面上重建，并且具有可变切片厚度，从而保持出色的图像质量。  CT 尿路造影 (CTU) 还依赖于多相原理，在造影剂过滤到收集系统和膀胱后聚焦于“排泄”阶段，从本质上创建了具有极大改善组织对比度的 IV 尿路造影。

7.4 限制

      即使强硬的对比增强计算机断层扫描是泌尿道初步成像的参考标准，也应解决内在局限性。  辐射暴露和造影剂肾毒性被认为是主要的。  在一项幻象研究中，Vrtiska 等人。表明使用 4、16 和 64 台 MDCT 扫描仪评估的 CT 尿路造影方案的有效剂量范围为 20.1-66.3 mSv。阶段数、每个阶段的解剖覆盖率和扫描参数都促成了剂量的这种变化。体内报告的与四期 CT 扫描相关的平均有效辐射剂量范围为  15 至 35 mSv  ]。

减少辐射剂量尤其对年轻患者极为重要。

      在这些情况下，首先，必须始终考虑使用超声和 MRI 等替代成像方式。如果这些技术不能提供所请求的信息，则必须按照 CT 协议采取行动。  在上一节中已经描述了如何通过使用双能 CT 或分割推注技术限制相数来减少辐射剂量。使用低剂量非增强扫描作为 CTU 的第一步也可以减少辐射剂量，因为由于结石和周围软组织之间衰减的显着差异，增加的图像噪声在结石检测中不是问题  。由于与机器相关的剂量减少算法允许较低的辐射暴露而不会显着降低图像质量，低剂量协议也可以应用于对比后阶段。  对放射造影剂过敏的患者和肾功能受损的患者禁用增强 CT 检查。  为尽量减少造影剂引起的肾病，肾小球滤过率 (GFR) 低于 30 ml/min 的患者不应在未仔细权衡风险和益处的情况下给予造影剂，并且应谨慎用于 GFR 范围为 30 至 60 的患者毫升/分钟  。

      除了技术限制之外，其他问题可能来自图像解释。  例如，检测较小的肿瘤尤其具有挑战性，并且由于不同组织学亚型的异质表现，实体病灶之间的区分经常不清楚[  。  由于 CT 对薄隔膜评估的准确性低，区分简单和复杂的囊性病变也可能很困难。  在这种情况下，通过超声和 MRI 的不同成像方法有助于获得有关病变特征的更详细信息。

    消融疗法、抗血管生成和免疫疗法后的反应评估仍然具有挑战性，因为肿瘤大小可能不会减小。  CT 上的增强模式可能是治疗成功的更可靠指标。  然而，已经研究了许多新兴技术。  已提出使用图像处理算法评估肿瘤形态异质性的 CT 纹理分析作为反应的标志。已经研究了功能成像，包括动态对比增强 (DCE) CT、DCE-MRI、DCE-超声和 PET。DCE 成像遵循静脉注射造影剂的生物分布，然后吸收到肿瘤微循环中，提供有关抗血管生成治疗前后的肿瘤微环境和血管分布的信息  。

7.5未来

   在精准医学的新时代 ，从放射图像推断定量数据的能力是现在和未来的挑战。这一过程被称为放射组学，最早由兰宾于 2012 年发明，它基于临床图像包含定量特征的概念，这些特征可能反映组织的潜在病理生理学  。  机器学习 (ML) 算法是可能支持放射组学的新兴工具。  它们导致选择可以通过专用软件进行分析的适当功能。  使用这些检测方法可以改善医疗决策，并特别在肿瘤学中找到空间，例如，允许评估癌症微环境并影响治疗选择。  在过去的几年里，甚至在尿路上皮癌的评估中，已经对这种方法的应用进行了许多研究，但这仍然是研究的特权。  在一篇评论中，张等人。  总结他们关于放射组学应用于尿路上皮癌的研究和文献，以预测病理分级、临床分期、淋巴结转移和治疗反应。  这些研究证明了放射组学能够帮助对尿路上皮癌患者进行更精确的表征和分层。

       特别是 Zhang 等人、Mammen 等人、Wang 等人在他们的论文中揭示，从 CT 或 MRI 图像中提取的纹理特征可以反映低级别和高级别尿路上皮癌之间的差异  。  尽管潜力巨大，但  放射组学仍需要改进，例如标准化的数据收集和评估标准，才能应用于临床实践。