能譜CT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷中的應(yīng)用

呂及晟

（天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科， 天津 300052）

能譜CT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷中的應(yīng)用

呂及晟

（天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科， 天津 300052）

能譜CT作為CT的一項新技術(shù)，具有多參數(shù)、定量分析的能力。它不僅能夠獲得基物質(zhì)密度及其分布的圖像還能生成40～140keV的101個單能量圖像，而且能根據(jù)所得到的能譜曲線進(jìn)行物質(zhì)分離，并以最小的輻射劑量得到更多的信息量，在臨床及科研應(yīng)用中擁有巨大潛力。本文就該技術(shù)的基本原理及其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷中的臨床應(yīng)用予以綜述。

計算機斷層攝影技術(shù)；X線；能譜成像；中樞神經(jīng)系統(tǒng)

2008年GE公司推出第一臺能譜CT。它創(chuàng)造性地將寶石作為探測器的材料，并將球管、高壓發(fā)生器、探測器等硬件設(shè)備及后期重建算法等CT影像的核心技術(shù)進(jìn)行了一系列改革，通過引入能譜柵成像的新技術(shù)，把CT成像推向了前所未有的5維空間（x軸、y軸、z軸、時間和能量）成像，不但能夠分析人體組織的化學(xué)組成，而且能夠使用能譜柵成像觀察和分析解剖和病理信息，被稱為“顯微CT”、“病理CT”和“綠色CT”。自能譜CT問世以來，國內(nèi)外學(xué)者對其在各領(lǐng)域的應(yīng)用價值做了大量研究，本文就能譜CT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病影像診斷中的應(yīng)用做一綜述。

1 能譜成像的基本原理

能譜成像的物理基礎(chǔ)包括：①X線通過物質(zhì)的衰減能夠客觀反映X線的能量；②X線經(jīng)過物質(zhì)后產(chǎn)生的光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)共同決定了物質(zhì)的衰減曲線；③物質(zhì)的衰減曲線呈線性關(guān)系（不包括 K 峰區(qū)域），可以選擇兩種物質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)分離[1]。能譜CT基于人體同一組織對不同光子能量及不同組織對同一光子能量吸收能力的差異進(jìn)行成像，即根據(jù)能量水平差異和組織特異性兩個參數(shù)成像。X線的衰減具有能量依賴性，光子能量越強，X線波長就越短，其物質(zhì)穿透力就越強，穿透過程中的衰減就越少，反之亦然。因此，利用不同能量水平的單能X線，可得到相應(yīng)能量水平的X線衰減系數(shù)，從而重建CT圖像，即能譜成像[2]。

2 能譜CT的優(yōu)越性

首先，與常規(guī)CT相比，能譜CT具有多參數(shù)、定量分析的能力。它不僅能夠獲得基物質(zhì)密度及其分布的圖像還能獲得不同keV水平的單能量圖像，而且能根據(jù)所得到的能譜曲線計算出該病變或組織的有效原子序數(shù)，從而進(jìn)行物質(zhì)分離[3]。其次，能譜CT較傳統(tǒng)CT圖像質(zhì)量更高，并能夠以最小的輻射劑量得到更多的信息量。隨著最新的球管系統(tǒng)，瞬時切換的高壓發(fā)生器，探測器，DAS系統(tǒng)及最新的迭代重建技術(shù)的應(yīng)用，使得能譜成像的單能量成像及基物質(zhì)圖像均具有很高的圖像質(zhì)量，從而實現(xiàn)了用最小劑量來得到更多信息量的愿景。另外，寶石能譜CT能夠有效抑制射線硬化偽影，因此對于傳統(tǒng)CT劣勢的顱底顯影、冠狀動脈支架內(nèi)部結(jié)構(gòu)的顯影等具有明顯的優(yōu)越性。 這使得能譜CT在臨床工作及科學(xué)研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 能譜CT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷中的應(yīng)用

3.1 后顱窩病變

傳統(tǒng)CT顱骨內(nèi)板下方的射線硬化偽影往往會影響顱底及后顱窩病變的診斷。CT能譜成像基于單源雙能量技術(shù)，可以消除硬化偽影帶來的CT值的“漂移”，從而明顯改善圖像質(zhì)量，使CT值的測量具有更高的準(zhǔn)確性和可信度。Lin等[4]對100名受試者進(jìn)行能譜CT掃描，對混合能量和單能量圖像在平掃時的背景噪聲以及延髓、小腦、腦橋、大腦額葉下部四個不同部位的射線硬化偽影進(jìn)行對比研究，以獲得非強化頭顱CT中圖像噪聲和射線硬化偽影最小的情況下能譜成像的最佳的單能量水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)應(yīng)用寶石能譜成像模式，最佳的單能量水平是在70keV，可以減少大約11%的圖像噪聲和射線硬化偽影。此結(jié)論也得到了國內(nèi)其他學(xué)者的研究證實[5]。

3.2 顱內(nèi)腫瘤性病變及顱內(nèi)出血

大量研究證實：能譜CT多參數(shù)成像有利于顯示和鑒別顱內(nèi)病灶。根據(jù)能譜分析，可以在疾病早期敏感發(fā)現(xiàn)小的隱匿性病灶的存在，鑒別腫瘤性病變的良惡性，實現(xiàn)腫瘤組織的定性、定級分析[6]。Pomerantz[7]等學(xué)者的研究結(jié)果顯示：顱腦能譜CT掃描65～75 keV為最優(yōu)的單能量水平，此時灰質(zhì)信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、白質(zhì)SNR及灰白質(zhì)的對比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR）最高，腦實質(zhì)圖像質(zhì)量最優(yōu)。

傳統(tǒng)CT的增強檢查時，對于可能存在顱內(nèi)腫瘤性病變的患者，當(dāng)其發(fā)生原因不明的急性腦內(nèi)出血時，診斷可能是十分困難的，因為顱內(nèi)高密度出血灶很可能會掩蓋強化的顱內(nèi)腫瘤。Kim等[8]對能譜CT在區(qū)分單純顱內(nèi)出血和腫瘤內(nèi)出血中的作用做了研究。他們將能譜CT碘基物質(zhì)密度圖像和虛擬平掃圖像相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)能譜CT能夠清晰顯示顱內(nèi)出血灶和腫瘤性病變，其敏感性和特異性均較高。Gupta等[9]的研究還指出能譜CT能夠識別顱內(nèi)小出血灶與沉積的碘對比劑。Ferda[10]等學(xué)者也證實了應(yīng)用雙能CT的對比增強檢查對診斷顱內(nèi)出血的敏感性、特異性及準(zhǔn)確度均較高。

3.3 顱內(nèi)血管性病變

DSA雖然是診斷血管性病變的金標(biāo)準(zhǔn)，但其創(chuàng)傷性大、耗時長、并發(fā)癥多；傳統(tǒng)的CTA雖然成像速度快、操作簡便、創(chuàng)傷性小，但對于臨近顱骨的血管性結(jié)構(gòu)常會受到骨骼干擾因而顯影不佳，而CT減影技術(shù)雖然可以有效減少骨性結(jié)構(gòu)對血管顯示的干擾，但總的輻射劑量較大。能譜CT可自動將骨組織或鈣化組織從頸動脈或腦內(nèi)動脈的CTA中去除[11-20]，實現(xiàn)直接血管減影成像，且能譜CT的輻射劑量比傳統(tǒng)的數(shù)字減影CTA要減少很多[11，12，16，21]。而且它可以提供101個單光子下的圖像信息，通過最佳CNR分析，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，即組織對比度達(dá)到最大而噪聲值相對較小，且對血管的細(xì)小分支顯影更佳。

Wang等學(xué)者[22]應(yīng)用能譜CT結(jié)合先進(jìn)的金屬偽影減小序列（metal artifact reduction sequence，MARS）對顱內(nèi)動脈瘤金屬彈簧圈治療術(shù)后的患者進(jìn)行CTA檢查，分析混合能量介于40～140keV水平下各單能量圖像，發(fā)現(xiàn)100keV單能量圖像能清晰顯示顱內(nèi)動脈栓塞術(shù)后的血管結(jié)構(gòu)而不受金屬彈簧圈高密度金屬偽影的影響，且減少了射線硬化偽影，對病變的顯示極佳。因此，他們認(rèn)為能譜CT可以部分替代DSA檢查對動脈瘤內(nèi)金屬圈治療后患者術(shù)后進(jìn)行復(fù)查、評估。

此外，CT能譜成像可以獲得單能量成像、基物質(zhì)圖像及病灶的能譜曲線，多種參數(shù)結(jié)合，可作為一種非侵入性的檢查方式用于動脈粥樣斑塊性質(zhì)的判定及其危險性評估[23]。如Zainon 等[24]對離體的人頸動脈粥樣硬化斑塊進(jìn)行能譜CT掃描，斑塊被成像、斷層并應(yīng)用4種閾值能量（10，16，22，28keV）再成像。CT掃描結(jié)束后將斑塊進(jìn)行染色并進(jìn)行組織學(xué)觀察。結(jié)果顯示：斑塊內(nèi)的脂類物質(zhì)、鈣化、鐵及水樣成分在X射線下是具有不同能量反應(yīng)的，并且能譜CT能夠清晰顯示這種差異。如易損斑塊由于含有脂質(zhì)成分，其能譜曲線較低平或出現(xiàn)類似脂肪的反向上升型曲線，在低能量CT值的直方圖可出現(xiàn)負(fù)值；鈣化斑塊的能譜曲線呈斜率為負(fù)值的下降型曲線，基物質(zhì)鈣的濃度較高。CT圖像對于斑塊表面的顯示與組織學(xué)圖像具有較好的相關(guān)性。且由于能譜CT圖像顯示的能量信息具有較高的空間分辨率，增加了動脈粥樣斑塊中脂類物質(zhì)、鈣化、鐵的內(nèi)在對比，因此對組織分類及動脈粥樣硬化斑塊性質(zhì)的判定及其危險性評估提供了一種全新的視角。通過這種先進(jìn)的影像學(xué)手段可以早期識別斑塊的不同成分及特征，對判斷亞臨床高危人群有積極意義。

綜上所述，能譜CT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病定性、定量診斷及預(yù)后評估方面應(yīng)用越來越廣泛，也為今后的科學(xué)研究提供了一個全新的平臺，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。作為一種新的成像方法，能譜CT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷及科研工作才剛剛起步，某些研究尚無統(tǒng)一性、權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)，且作為一種新技術(shù)仍有一些不足之處，如CTA和灌注掃描仍需應(yīng)用含碘對比劑；對頸內(nèi)動脈C2、C4段的去骨減影有假陽性或高估血管的狹窄程度的可能性[25]；易損斑塊在能譜圖像上，不同成分的斑塊其散點圖、直方圖和能譜曲線均有不同的表現(xiàn)[23]。但總的說來，隨著技術(shù)的進(jìn)步和研究的不斷深人，能譜成像將帶領(lǐng)CT技術(shù)走向多元化及功能成像的新時代，新的研究成果的出現(xiàn)也必將進(jìn)一步豐富影像學(xué)的內(nèi)容。

[1] 林曉珠,沈云,陳克敏.CT能譜成像的基本原理與臨床應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中華放射學(xué)雜志,2011,45(8):798-800.

[2] 任慶國,滑炎卿,李劍穎.CT能譜成像的基本原理及臨床應(yīng)用[J].國際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志,2011,34(6):559-563.

[3] Johnson TR,Krauss B,Sedlmair M,et al.Material differentiation by dual energy CT:initial experience[J].Eur Radiol,2007,17(6):1510-1517.

[4] Lin XZ,Miao F,Li JY,et al.High-definition CT Gemstone spectral imaging of the brain:initial results of selecting optimal monochromatic image for beam-hardening artifacts and image noise reduction[J].J Comput Assist Tomogr,2011,35(2):294-297.

[5] 顧衛(wèi)彬,高培毅,武春雪,等.寶石能譜計算機斷層掃描 70 keV 單能量圖像在后顱窩成像中應(yīng)用的探討[J].中國卒中雜志,2013,8(2):87-92.

[6] 林曉珠,李衛(wèi)俠,朱延波,等.寶石能譜 CT 在腫瘤診斷中的初步應(yīng)用[J].診斷學(xué)理論與實踐,2010,9(2):155-160.

[7] Pomerantz SR,Kamalian S,Zhang D,et al.Virtual Monochromatic Reconstruction of Dual-Energy Unenhanced Head CT at 65-75 keV Maximizes Image Quality Compared with Conventional Polychromatic CT[J].Radiology,2013,266(1):318-325.

[8] Kim SJ,Lim HK,Lee HY,et al.Dual-energy CT in the evaluation of intracerebral hemorrhage of unknown origin:differentiation between tumor bleeding and pure hemorrhage[J].Am J Neuroradiol,2012,33(5): 865-872.

[9] Gupta R,Phan CM,Leidecker C,et al.Evaluation of Dual-Energy CT for Differentiating Intracerebral Hemorrhage from Iodinated Contrast Material Staining1[J].Radiology,2010,257(1):205-211.

[10] Ferda J,Novák M,Mírka H,et al.The assessment of intracranial bleeding with virtual unenhanced imaging by means of dualenergy CT angiography[J].Eur Radiol,2009,19(10):2518-2522.

[11] Ma R,Liu C,Deng K,et al.Cerebral artery evaluation of dual energy CT angiography with dual source CT[J].Chin Med J (Engl),2010,123 (9):1139-1144.

[12] Zhang LJ,Wu SY,Niu JB,et al.Dualenergy CT angiography in the evaluation of intracranial aneurysms:image quality,radiation dose,and comparison with 3D rotational digital subtraction angiography[J].AJR Am J Roentgenol,2010,194(1):23-30.

[13] Thomas C,Korn A,Krauss B,et al.Automatic bone and plaque removal using dual energy CT for head and neck angiography:feasibility and initial performance evaluation[J].Eur J Radiol,2010,76(1):61-67.

[14] Thomas C,Korn A,Ketelsen D,et al.Automatic lumen segmentation in calcified plaques:dual-energy CT versus standard reconstructions in comparison with digital subtraction angiography[J].AJR Am J Roentgenol,2010,194(6):1590-1595.

[15] Lell MM,Kramer M,Klotz E,et al.Carotid computed tomography angiography with automated bone suppression:a comparative study between dual energy and bone subtraction techniques[J].Invest Radiol,2009,44(6):322-328.

[16] Deng K,Liu C,Ma R,et al.Clinical evaluation of dual-energy bone removal in CT angiography of the head and neck:comparison with conventional bone-subtraction CT angiography[J].Clin Radiol,2009, 64(5):534-541.

[17] Uotani K,Watanabe Y,Higashi M,et al.Dual-energy CT head bone and hard plaque removal for quantification of calcified carotid stenosis:utility and comparison with digital subtractionangiography[J].Eur Radiol,2009,19(8):2060-2065.

[18] Lell MM,Hinkman F,Nkenke E,et al.Dual energy CTA of the supraaortic arteries:technical improvements with a novel dual source CT system[J].Eur J Radiol,2010,76(2):e6-12.

[19] Watanabe Y,Uotani K,Nakazawa T,et al.Dual-energy direct bone removal CT angiography for evaluation of intracranial aneurysm or stenosis:comparison with conventional digital subtraction angiography[J].Eur Radiol,2009,19(4):1019-1024.

[20] Morhard D,Fink C,Graser A,et al.Cervical and cranial computed tomographic angiography with automated bone removal: dual energy computed tomography versus standard computed tomography[J].Invest Radiol,2009,44(5):293-297.

[21] Deng K,Liu C,Ma R,et al.Clinical evaluation of dual-energy bone removal in CT angiography of the head and neck:comparison with conventional one-subtraction CT angiography[J].Clin Radiol,2009,6 4(5):534-541.

[22] Wang Y,Gao X,Lu A,et al.Residual aneurysm after metal coils treatment detected by spectral CT[J].Quant Imag Med Surg,2012,2(2):137.

[23] Baturin P,Alivov Y,Molloi S.Spectral CT imaging of vulnerable plaque with two independent biomarkers[J].Phys Med Biol,2012,57(13):4117.

[24] Zainon R,Ronaldson JP,Janmale T,et al.Spectral CT of carotid atherosclerotic plaque:comparison with histology[J].European radiology,2012,22(12):2581-2588.

[25] Hegde A,Chan L L,Tan L,et al.Dual Energy CT and its use in neuroangiography[J].Ann Acad Med Singapore,2009,38(9):817-820.

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