嚴(yán)福華 林曉珠

雙能量CT的多參數(shù)成像

1. 雙能量CT概述

能量CT是利用物質(zhì)在不同X線能量下產(chǎn)生的不同的吸收來(lái)提供比常規(guī)CT更多的影像信息。能量CT成像的概念在二十世紀(jì)七十年代CT誕生時(shí)就被提出。1973年，CT的發(fā)明人Hounsfield先生在他對(duì)CT的描述中提到用多個(gè)能量點(diǎn)成像對(duì)物質(zhì)的組成進(jìn)行區(qū)分和定性。在二十世紀(jì)七十年代后期放射學(xué)界開(kāi)始了早期雙能量減影的臨床研究和臨床應(yīng)用，之后由于成像技術(shù)的限制，能量CT成像的臨床應(yīng)用未能廣泛推廣。如今隨著能量CT成像物理基礎(chǔ)的深入研究和CT硬件和軟件的整體發(fā)展和完善，能量CT成像重新成為熱點(diǎn)，并逐步成為CT的主流方向之一。

2. 多參數(shù)成像

能量CT不同于常規(guī)CT的顯著特征在于其實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)成像，使得CT在原有空間分辨率、時(shí)間分辨率的基礎(chǔ)上又增加了能量分辨率及理化性質(zhì)的分辨率。能量CT成像和診斷過(guò)程中涉及的參數(shù)包括單能量圖像、能譜曲線、多種基物質(zhì)圖像及相應(yīng)基物質(zhì)的定量濃度值和有效原子序數(shù)。每個(gè)參數(shù)所側(cè)重反映的特性有所不同。

2.1 單能量圖像和能譜曲線：?jiǎn)文芰繄D像的CT值反映的是特定能量水平下X線穿過(guò)被檢組織后所產(chǎn)生的衰減值，由于目前臨床上所應(yīng)用的能量CT的單能量成像并非真正意義上的物體在單色X線源的情況下獲得的單能量成像，而是通過(guò)能量解析的方法獲得相當(dāng)于物體在單色X線源的情況下的單能量成像。單能量CT值與其所對(duì)應(yīng)的能量水平間的變化關(guān)系在二維坐標(biāo)系內(nèi)構(gòu)成曲線即為能譜曲線。不同的組織由于組織本身的密度、增強(qiáng)后組織內(nèi)對(duì)比劑的含量不同，其能譜曲線表現(xiàn)也不同，從而能夠達(dá)到區(qū)分和鑒別物質(zhì)成分的目的。此外，研究顯示單能量圖像（65～70keV）與常規(guī)CT圖像（120kVp）相比具有更低的圖像噪聲，更高的對(duì)比噪聲比（contrast-to-noise-ratio，CNR）[1-3]。根據(jù)觀察目標(biāo)的不同，雙能量CT可以提供顯示特定病灶的最佳CNR的單能量圖像。最佳單能量圖像提高和優(yōu)化了小病灶的顯示，從而增加了腫瘤早期診斷的信心[4]。

2.2 基物質(zhì)圖像和有效原子序數(shù)：基物質(zhì)圖像是CT能量成像中非常重要的圖像模式。理論上來(lái)講任意物質(zhì)的衰減曲線可用另外兩種其他物質(zhì)的衰減來(lái)表達(dá)，這另外兩種其他物質(zhì)亦稱為基物質(zhì)對(duì)。通常情況下基物質(zhì)對(duì)并不代表確定物質(zhì)的真實(shí)物理組成，而是通過(guò)這兩種基物質(zhì)的組合來(lái)產(chǎn)生相同的衰減效應(yīng)，是對(duì)所需檢查物質(zhì)成分的一種相對(duì)的表達(dá)，它更多的是用來(lái)分離不同的物質(zhì)，而不是確定某種物質(zhì)，但是在某些特定的情況下它也能用來(lái)表達(dá)某種物質(zhì)的真實(shí)含量，比如可用碘基圖像來(lái)表示增強(qiáng)掃描時(shí)血管中碘的含量。在臨床診斷過(guò)程中選擇合適的基物質(zhì)是很重要的，原則上要選擇原子序數(shù)相差較大的兩種物質(zhì)進(jìn)行配對(duì)，如水-碘、鈣-水、碘-鈣、尿酸-鈣等；另外，可根據(jù)不同的診斷目的進(jìn)行選擇，如碘（水）基圖主要用于反映增強(qiáng)后組織強(qiáng)化的程度，碘-鈣基物質(zhì)圖主要用于區(qū)分高密度物質(zhì)主要成分是對(duì)比劑還是鈣化，而尿酸（鈣）基圖像主要用于顯示痛風(fēng)患者尿酸鹽結(jié)晶的異常沉積，等等?；镔|(zhì)圖像密度的高低用定量的指標(biāo)來(lái)反映即基物質(zhì)濃度，以mg/ml或100μg/ml來(lái)表示。目前臨床上最為常用的基物質(zhì)對(duì)為水-碘基物質(zhì)，碘是CT對(duì)比劑的主要成分，碘基圖像能夠反映對(duì)比增強(qiáng)后被檢組織內(nèi)碘濃度的含量從而間接反映其組織血供狀況，因此其臨床應(yīng)用的范圍非常廣泛。比如肺栓塞的檢測(cè)，肺動(dòng)脈栓塞早期階段肺實(shí)質(zhì)的密度尚未發(fā)生明顯改變而局部肺組織的血流灌注已經(jīng)下降，尤其當(dāng)栓塞的血管較小或僅部分栓塞時(shí)，常規(guī)CT較難發(fā)現(xiàn)，而碘基圖像能夠顯示栓塞動(dòng)脈所對(duì)應(yīng)的肺實(shí)質(zhì)的低灌注區(qū)域。由于可以進(jìn)行定量測(cè)定，碘濃度值對(duì)于肺栓塞嚴(yán)重程度的判斷以及療效評(píng)估都有指導(dǎo)作用[5]。碘基圖像能夠反映局部組織輕微的強(qiáng)化（少量碘的進(jìn)入），而這種變化在常規(guī)CT上由于硬化偽影和CT值漂移的影響而難以顯示。碘基圖像的這種特征對(duì)于檢測(cè)強(qiáng)化程度相對(duì)較弱的富血供小腫瘤如小肝癌、小胰島細(xì)胞瘤等是非常重要的[6]。

水基圖像在顯示低密度病灶特性方面有著特殊的作用，比如腎臟囊性病變的鑒別，復(fù)雜性囊腫與囊性腎癌在常規(guī)CT上均顯示為稍高密度，而在水基圖像上復(fù)雜性囊腫往往顯示為稍高于腎實(shí)質(zhì)密度改變而囊性腎癌則顯示為近似于腎實(shí)質(zhì)密度[7]。另外一些膽囊結(jié)石在常規(guī)CT上顯示為等密度，而在水基圖像上則表現(xiàn)為高于膽汁密度，容易檢出。水（碘）基物質(zhì)圖像由于基本不顯示碘的成分，也叫做虛擬平掃，可用于結(jié)石、鈣化的檢測(cè)。

利用X線的衰減可以對(duì)未知元素的原子序數(shù)進(jìn)行推算，基于此原理，對(duì)于化合物或混合物如果其衰減的效果等同于某元素，則該元素的原子序數(shù)被稱為該化合物或混合物的有效原子序數(shù)。有效原子序數(shù)是CT診斷中一個(gè)全新的參數(shù)，目前常用于結(jié)石成分的分析，另外也會(huì)作為參數(shù)之一用于多參數(shù)聯(lián)合診斷。對(duì)于有效原子序數(shù)的診斷價(jià)值還需要更多的臨床和亞臨床的研究結(jié)果來(lái)證實(shí)[8-9]。

在臨床診斷中，一個(gè)指標(biāo)的診斷價(jià)值有時(shí)是有限的，往往需要聯(lián)合多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合診斷才能取得更好的效能。多參數(shù)成像是雙能量CT的優(yōu)勢(shì)，能夠更加全面地反映被檢組織的特性和功能狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)病灶檢出+定性+血管成像的“一站式”檢查，優(yōu)化了臨床檢查流程，從而獲得更加準(zhǔn)確、全面的診斷信息。

雙能量CT的臨床應(yīng)用

目前，雙能量CT廣泛應(yīng)用于多個(gè)系統(tǒng)和器官的檢查，如最佳單能量技術(shù)能夠以成像血管為目標(biāo)、血管周圍組織為背景獲得目標(biāo)血管最佳的單能量圖像，使得目標(biāo)血管的CNR達(dá)到最高，可獲得更加滿意的CTA圖像[10]。另外，常規(guī)CT血管成像常因血管壁的嚴(yán)重鈣化、血管內(nèi)置入金屬支架或者動(dòng)脈瘤彈簧圈栓塞或金屬夾夾閉后的硬化偽影和（或）金屬偽影而影響局部血管的觀察。而單能量圖像配合MARs技術(shù)能夠有效降低硬化偽影，清楚顯示局部血管情況。碘（鈣）基圖像能夠顯示去除鈣化后的血管，對(duì)于鈣化血管的狹窄評(píng)估的準(zhǔn)確性將會(huì)有所提高。雙能量CT的物質(zhì)分離技術(shù)可對(duì)斑塊進(jìn)行定性、定量診斷，能譜曲線分析可以區(qū)分脂質(zhì)斑塊與纖維斑塊，從而有助于對(duì)心臟病嚴(yán)重事件的發(fā)生起到預(yù)警作用。

雙能量CT在腹部檢查方面也有一定的優(yōu)勢(shì)，如胃腸道腫瘤的術(shù)前評(píng)估、腎臟囊性占位的鑒別、尿路結(jié)石成分的分析、腹主動(dòng)脈瘤修補(bǔ)術(shù)后內(nèi)漏的評(píng)估和腎上腺腺瘤密度的準(zhǔn)確測(cè)定等[11]。在肝臟方面，有文獻(xiàn)報(bào)道，采用虛擬平掃可以代替真實(shí)的CT平掃，以減少患者的輻射劑量[12]。肝臟雙能量掃描時(shí)，動(dòng)脈期的低能量圖像，對(duì)富血供病灶的檢出更加敏感[5]。增強(qiáng)掃描后偽彩的碘圖可直觀顯示碘的分布，并能定量測(cè)定碘含量[13-14]。雙能CT還可以敏感地檢測(cè)少血供病灶的輕微強(qiáng)化，因而有助于鑒別惡性腫瘤和囊性病變[7]。另外，在腫瘤治療后療效的監(jiān)測(cè)方面，雙能CT具有重要價(jià)值。如原發(fā)或轉(zhuǎn)移性肝癌可采用射頻消融或抗血管生成靶向治療達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞的目的，這些治療可以改變腫瘤的灌注，而雙能CT的碘圖可反映出這些變化[15]。雙能CT的物質(zhì)分離技術(shù)可以敏感地區(qū)分病灶內(nèi)部的成分，如鈣、鐵、脂肪和出血等，有利于病灶的定性，如腺瘤和肝細(xì)胞癌內(nèi)部常常伴有脂肪變性，而鈣化常常見(jiàn)于特異性炎癥和黏液腺癌的轉(zhuǎn)移等。

小 結(jié)

雙能量CT的深入研究和發(fā)展為影像診斷提供了更多的信息和工具，在臨床上實(shí)現(xiàn)了綜合診斷和一站式檢查，同時(shí)雙能量CT作為一項(xiàng)新技術(shù)，為影像醫(yī)學(xué)研究提供了開(kāi)放的平臺(tái)和手段。相信隨著CT硬件和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，雙能量CT的臨床應(yīng)用會(huì)逐步深入和完善，也將會(huì)在疾病診斷中發(fā)揮更大的作用。