原创 赵喜同学 XI区

CT尿路造影（CTU）是一种腹部多期CT检查，专门针对肾脏、输尿管和膀胱成像而优化，包括增强后排泄期成像。

在过去十年中，CTU已成为评估尿路的主要成像技术，并被广泛接受为血尿患者常规评估的一部分。

根据2019年美国放射学会适当性标准，CTU被推荐为微血尿和泌尿系统恶性肿瘤风险因素患者的一线成像方法。美国泌尿外科协会建议在治疗后仍有无症状的微血尿的患者中执行，并排除任何良性病因。这些适应症也得到了美国内科医师协会的确认。表1中列出了CTU的主要适应症。

表1 CT尿路造影（CTU）的临床适应症

CTU的临床适应症

怀疑为泌尿系统恶性肿瘤的微量和/或大量血尿

泌尿系恶性肿瘤的分期和随访

医源性或创伤性损伤

先天性畸形

尿路梗阻

盆腔和腹腔肿瘤浸润

肾脏捐献者术前评估

术后尿路解剖学评估

CTU能够作为诊断工具，与它的优化采集技术密切有关。主要目标是在排泄期实现上尿路收集系统、输尿管和膀胱的最佳扩张和强化；另一个目的是符合 "ALARA "原则，在限制辐射的同时获得足够诊断的图像质量。

目前还没有关于标准方案或国家和机构指南的共识，CTU的采集和造影剂的使用方案仍有很大不同。

最广泛使用的技术包括三个造影后期相，包括皮髓质期（CMP）、肾实质期和排泄期。

平扫可以进行结石检测，并有助于肾脏肿块的定性，它可以区分没有强化和有强化的病变（从平扫到增强增加20 HU代表明显强化）。

CMP通常在腹主动脉感兴趣区域达到200HU后25秒获得，对膀胱癌（图1）和肾细胞癌（图2）具有最高的敏感性（95%）和阴性预测值（99%）。

图1 膀胱癌图像。(a) 皮髓质期采集，有一个起源于膀胱后壁的息肉状病变，其特点是高强化（白色箭头）。在排泄期（b）及其矢状面重建（c）中，病变在碘化尿液填充的膀胱中清晰可见（白色箭头），是一个充盈缺陷。

图2 平扫期（a）和动脉期（b）显示右侧透明细胞癌（白色箭头），在平扫期（a）与肾实质期比呈等密度，而在动脉期（b）则以明显增强为特征。

肾实质期和排泄期可分别设定为注射造影剂后100秒和10-15分钟。

一些研究表明，与排泄期相比，肾实质期在鉴别尿路上皮癌方面具有优势，而排泄期历来被认为是鉴别尿路上皮癌的最有价值的阶段。

本文旨在提供所有CTU采集协议、检查实施的辅助技术和重建算法的概述。本文还讨论了主要的可用新技术，如双能量CT采集和人工智能应用。对基本的和先进的采集和后处理技术的充分了解，可以帮助放射科医生确定最佳的采集方案和可用的技术。

采集技术

表2中列出了不同的造影剂使用方案。

表2CTU的不同造影剂使用方案

技术

扫描方案

三期扫描（常规单能量CT）

平扫阶段

单次静脉注射造影剂

皮髓质期（可选）（注射后30-40秒）

肾实质期（注射后80-120秒）

排泄期(注射后5-15分钟)

双期团注双期扫描（常规单能量CT）

平扫阶段

第一次静脉注射造影剂(第一次团注)

5-15分钟后，第二次静脉注射造影剂（第二次团注）

肾实质期和排泄期结合（第二次团注后2-5分钟）

三期团注单期扫描（常规单能CT）

第一次静脉注射造影剂(第一次团注)

5-15分钟后，第二次静脉注射造影剂(第二次团注)

100秒后，第三次静脉注射造影剂（第三次团注）

皮髓质、肾实质和排泄的联合期相（第三次团注后25秒）

单期团注双能CT

单次注射（或分次注射）造影剂

单一排泄期（通常为80和140 kVp）

后期处理以产生虚拟平扫图像

单次注射

传统的扫描技术包括采集平扫，然后注入全剂量的造影剂，并采集肾实质期（80至120秒）和延迟排泄期（5至15分钟）；也可以采集CMP（30至40秒）（可选）（表2）（图3）。

图3 单次注射采集技术的流程图

第一个获取期相是CMP，通常用团注追踪技术获取，将感兴趣区域置于腹主动脉，阈值为200HU，延迟时间设置为25s，在此阶段，肾脏增强与动脉流入有关。然后，当肾脏实质的密度几乎均匀时，获取肾实质期（延迟大约40s）。

在排泄期，肾实质强化均匀，但与前几期相比，其特点是密度明显降低，肾盏和肾盂充满了碘化尿液。

这种单次注射技术可以最大限度地提高尿路的增强和充盈度，因为整个造影剂量都有助于肾实质和排泄期显示 。该方案为对肾细胞癌和移行细胞癌最敏感。此外，包括平扫图像使其在检测肾脏和输尿管结石方面的敏感性最大化。然而，由于要进行三或四次不同的采集，这种技术会导致最高的辐射剂量。

由于辐射量的增加，目前对是否需要进行CMP采集还没有达成共识。CMP的优点是精确的血管和灌注信息，能更好地描述肾皮质肿块的特征，并能发现富转移。CMP的特点还在于检测膀胱肿瘤的灵敏度和阴性预测值都高于单纯的肾实质期或排泄期。然而，许多放射科医生省略了这一阶段，因为增加的少量益处并不能证明增加的剂量是合理的。

每个采集阶段的采集时间可以不同，尤其是肾实质期和延迟排泄期。肾实质造影阶段通常在造影剂注射后80-120s之间进行。在皮质和髓质均匀强化之前，过早获得的图像会限制图像解释，而过晚获得的图像可以检测到早期排泄到收集系统的造影剂，隐藏肾盂内的粘膜增强。

排泄期从造影剂给药后3分钟开始，文献报道时间延迟做多达15分钟。

对于肾功能受损和已知排泄系统扩张的患者，应考虑时间延迟：在这些情况下，以俯卧位进行排泄期有助于尿路的扩张和强化。

为避免过早获取图像，一些作者提出在输尿管中段水平使用单层低剂量监测图像，以验证强化并确认排泄期成像的时间，但这增加了方案的复杂性。

过度延迟会增加收集系统内造影剂的密度，导致难以通过密集的造影剂识别细微的充盈缺损，并导致膀胱内出现线束硬化伪影。

一些作者提出在注射造影剂后60-70s时，采集介于CMP和肾实质期之间的阶段，称为尿道期，该阶段对上尿道病变的检出率很高，敏感性和特异性分别为95%和97%，对膀胱肿瘤的检出敏感性高于单纯排泄期（89.3% vs. 70.5%）。然而，这一阶段尚未被证明优于肾实质期或单独使用肾实质期和排泄期的组合，在没有支持证据表明有明显的额外好处的情况下，将其加入现有期相会导致辐射剂量不合理的增加。

单次注射技术对技术员来说最简单，因为只需要单次注射造影剂，至少可以部分说明这种技术的普及性。

双期团注

为了降低辐射暴露，推荐采用双期团注方案。

在双期团注技术中，肾实质期（用于检测肾脏肿块）和排泄期（用于检测尿路上皮肿瘤）同时采集，避免了一次采集，从而减少了约三分之一的辐射剂量（图4）。

图4 在双期团注技术中，在平扫阶段后，先注射全部造影剂总量的第一部分（通常是三分之一或一半）；然后，利用团注跟踪技术和25秒的延迟，获取皮髓质期。在一个可变的时间（延迟5-10分钟）注入第二次造影剂，然后进行第三次CT采集，此时肾脏处于肾实质期，肾盏和骨盆充满碘化尿液。

在这一方案中，造影剂分两次注射给药。在平扫阶段后，注入第一部分（通常是三分之一或一半）的造影剂，获得可选的CMP，然后在大约5-10分钟后注入第二部分造影剂（通常是大于或等于第一部分的剂量），当肾脏显示肾实质增强和收集系统发生强化时，在2-5分钟获得肾实质-排泄期联合图像（表2）。

在不同的研究中，造影剂的使用有很大差异，分次注射的第一和第二部分的比例不同，最佳延迟时间也不同。

一些作者建议使用较大的剂量作为第二次注射，以改善肾脏实质的强化，并将第一次注射的延迟时间定为8分钟，以使输尿管扩张和强化最大化。还有人倾向于在第一次注射后10分钟进行第二次剂量注射，在第一次注射造影剂开始后700秒进行肾实质和排泄期的联合采集。

这种技术的优点是将两个独立的造影期相（肾实质期和排泄期）合并为一次采集，从而减少了采集的图像总数，并相应地减少了总的辐射量，这对年轻患者很重要。

主要缺点是造影剂对肾脏增强的贡献较小，对尿液收集系统的扩张和强化的贡献较小，这可能会降低图像质量和检测小肾细胞癌和细小的移行细胞癌的敏感性。

三次团注

三次团注技术仅在少数机构进行，它是基于将总的造影剂量分成三次注射。可以获得一个可选的平扫阶段，然后注射第一部分团注，接着是延迟时间，然后注射第二部分团注，延迟时间过后，然后注射第三部分团注，最后获得增强后图像。所得的采集结果结合了CMP、肾实质期和排泄期，可以同时进行动脉、实质和收集系统的增强（图5）。

图5 造影剂总量分为三部分：第一部分在平扫采集后进行；第二部分在不同的时间延迟（5-15分钟）后注入；然后在延迟100秒时注入第三部分，接着采集皮髓质和排泄混合期。

这个方案大大降低了总辐射剂量，因为获得的造影剂期相的总数减少；然而，由于造影剂团的分割，只有总造影剂量的一部分有助于排泄物成像，因此导致潜在的有限扩张和输尿管强化。

由于缺乏对透明细胞肾细胞癌最敏感的专用动脉期图像采集，该方案在肾细胞癌检测方面的准确性也有限。

优化排泄期的尝试

为了在单一排泄期实现尿路的充分扩张和整体强化，有人提出了辅助技术，但在实践中都没有被普遍采用。

这些技术包括采集前口服或静脉补液；在静脉注射造影剂前静脉注射呋塞米；使用腹部加压装置（腹带）；病人俯卧位；如果排泄期的图像不理想，还可以增加延迟期成像。

水化在改善排泄系统扩张和造影剂稀释方面有一定作用，通常在检查前静脉注射100-250 mL盐水，或在检查前口服400 mL水。

有报道称，给予利尿剂，通常是静脉注射呋塞米，也能增加尿流率，增强尿路的强化和扩张。此外，利尿剂可促进造影剂在收集系统中的稀释，从而可以通过密集的造影剂检测到细微的尿路上皮增厚。

最近的一项研究支持在CTU中使用5mg呋塞米以达到最佳的膀胱充盈度，以提高肿瘤的识别率。然而，由于需要额外的时间和人员来管理和调查患者的药物过敏和禁忌症，利尿剂的使用并不普遍，导致工作流程更加困难。

其他辅助技术的使用不太受文献支持；特别是没有证据支持使用压迫带或俯卧位采集来改善输尿管扩张和强化，这些技术有可能导致技术的复杂性增加，延长检查时间，以及增加辐射照射的额外采集。

一些机构还修改了造影剂的总量和盐水的使用，以最大限度地提高输尿管扩张；例如，有人提出使用更多的更稀薄的造影剂来增加排泄到收集系统中。

对于这些优化排泄阶段的尝试，目前还没有达成共识。

图像重建和后期处理

迭代重建（IR）

CTU采集阶段的数量在2到4个之间，有效剂量可以达到25-35 mSv，特别是在使用过时的设备时，取决于所执行的阶段和采集参数。由于CTU的多期特性，患者一生中与辐射照射有关的癌症风险会更高，尤其是年轻患者；因此，已经做出了大量努力来减少辐射照射。降低管电压可以显著减少辐射剂量，同时增加排泄期强化的泌尿系统的可视化；过去十年中，CTU排泄期使用了降低的管电压（80kV）。

为了在较低的管电压下产生诊断上的最佳图像，应采用不同于滤波反投影的重建算法。

IR在从原始图像数据进行的图像重建中应用了一个校正回路，由于减少了图像噪声，显示了在不降低图像质量的情况下减少辐射的有效性，同时仍然保持最佳的图像质量。CT扫描仪制造商提供了不同的IR算法（更多内容参见XI区：）。这些算法主要在其重建方法上有所不同。

采用IR的低管电压CT方案可以减少图像噪声，有助于识别增强的尿路细胞，并减少肾脏病变内脂肪的衰减，如血管肌脂瘤。

深度学习图像重建

基于深度卷积神经网络的模型已被应用于低剂量CT检查，以模仿标准剂量滤波反投影（FBP）图像纹理，同时确保低图像噪声、条纹伪影抑制、提高低对比度病变可探测性和高分辨率。

实例研究表明，这些新的重建算法既能降低图像噪声，又能在不增加噪声水平的情况下提高空间分辨率（图6）。

图6 排泄期的标准滤波反投影重建（a）与基于人工智能的重建算法（b）（AiCE-Advanced intelligent Clear-IQ Engine, Canon Medical Solutions）的比较。注意基于人工智能的重建算法（b）的噪声明显减少。

后处理

虽然标准的轴位图像分析可能足以检查腹部和盆腔的其他器官，但应用后处理图像技术有利于评估收集系统和检测细微的尿路肿瘤。

可以进行多平面、最大密度投影（MIP）和三维容积渲染重建，以提高肾脏和尿路上皮的敏感性和可视化。

原始的薄型（0.5-0.75毫米）轴位图像通常提交给冠状和矢状重建，然后进一步进行MIP和三维重建（图7）。

图7 排泄期的不同三维重建

MIP是由数据集中的最高衰减体素构建，并投射到三维格式。这些重建对评估收集系统和输尿管特别有帮助，可以完整而快速地了解收集系统内的高密度对比，并突出细微的充盈缺陷、排泄系统壁的局域增厚、管腔狭窄、肾盏异常、肾积水和输尿管积水。

三维重建根据数据集中每个体素的衰减和与其他相邻体素的关系为其提供特定的颜色，使整个强化的排泄系统得以可视化。一些作者支持他们在识别轻微的尿路上皮增厚方面的作用，特别是在造影剂排泄到收集系统中减少的情况下，此时MIP重建的作用有限。

双能量CT（DECT）

DECT的基本概念

DECT技术是基于对材料在不同能量下的衰减光谱的分析，从而实现材料的表征。

有不同的DECT技术，参见XI区：通过检查同一解剖区在多种能量下的衰减光谱，DECT提供了结构的衰减特征。X射线和被扫描材料之间的相互作用，与材料的物理特征如密度和原子序数有关，决定了低能和高能光谱之间的衰减变化程度。

高衰减的低能量光子和低衰减的高能量光子是X射线束强度的特征。衰减随着材料的密度和原子数的增加而增加，而X射线束的能量则减少。

因此，不同的材料有不同的衰减曲线，这与材料的固有特性和所使用的光束能量有关。

由于低能量水平的碘衰减系数较大，低能量图片通常表现出更强的对比度，并在对比后的采集中增强病变检测；但是，它们的特点是图像噪声较高。

低能量图像强调的是碘，当光束电压下降时，碘的密度增加，导致与背景组织的对比度更大，提高了增强病变的检测。

DECT协议的主要目的是通过单能量成像将低kV较强的碘衰减与高kV较低的图像噪声相结合，通过后处理噪声优化算法实现高对比低噪声的图像。

DECT采集的高能和低能数据可用于创建类似CT的单能图像，包括衰减值和结构信息，或进行其他特定材料的重建。

DECT虚拟平扫图像

DECT有大量的好处。首先，由于分解分析和虚拟平扫CT图像的生成，即从软组织和水中分离出碘，DECT减少了辐射暴露。

虚拟平扫图像（图8）能够省略真正的平扫扫描，当应用于分次给药的造影剂技术时，可减少高达50%的剂量，同时保持检查的诊断价值。

图8 (a) 移植肾脏的肾实质阶段。(b,c) 在100(b)和150(c)KeV下的两个虚拟平扫图像。

虚拟平扫图像可以识别结石和出血性改变，并有助于肾脏肿块的定性，但不需要获取平扫期图像，从而降低了辐射剂量。

虚拟平扫图像的结石检测灵敏度达到95%；假阴性是被密集对比度尿液包围的小的、低衰减的结石被意外减去的结果。

假阳性的产生可能是由于尿路内积聚的密集造影剂尿液病灶，在虚拟平扫重建中被错误地识别为尿路结石。通过口服水合剂、呋塞米稀释造影剂尿液，并在第一次注射时降低造影剂量，以及使用100-140 kV而不是80-140 kV对，可以提高虚拟平扫图像上碘去除的准确性。

DECT造影剂的减少

DECT还可以通过使用低能量的单能谱图来减少造影剂的剂量。这对于原先就有肾功能损伤、有较高的造影剂诱发肾病风险的患者，以及老年患者和接受常规随访的患者尤其有用。DECT允许在更接近碘的K边界的单能量水平上进行合成图像重建，与传统的120 kV的采集相比，碘的衰减要高得多；与标准的单能量技术相比，这种较高的衰减使得DECT尿路造影的给药碘剂量减少了30%，而不会影响衰减和图像质量。事实证明，50keV的DECT平均衰减量与120kV的标准采集方法获得的肾脏血管和尿路衰减量相似或更高，图像质量也相似。

DECT结石成分分析

结石的治疗策略不仅取决于梗阻的大小和程度，还取决于其化学成分；例如，尿酸结石可以在较高的pH值下溶解于尿液中，因此尿液碱化发挥了重要作用，而体外冲击波碎石等非侵入性治疗在处理草酸结石方面效果较差。因此，对输尿管结石的化学成分进行定性有助于其管理。在这方面，DECT的准确性不仅有助于形态学和解剖学的评估，也有助于化学成分的评估。

衰减模式和低、高能级有助于光谱分离，从而了解材料的化学成分，因为较轻的材料在低、高能级之间的衰减差异很小。相反，那些较重的材料在低能级和高能级之间显示出较大的衰减差异。

DECT在区分尿酸性结石和非尿酸性结石方面表现出很高的准确性，并为评估结石的脆弱性提供了信息（图9）。

更多内容参见XI区：；。

图9 双能量平扫肾脏采集的后处理分析。根据与两种材料的直线相关的点的位置，可以分析出不同结石的特征，即尿酸、氧化钙或混合成分。此外，还可以自动计算体积和平均HU单位。

根据衰减水平，结石的组成也可以分为羟基磷灰石、尿酸、半胱氨酸、草酸和混合结石。由于难以获得准确的衰减值，评估