寶石能譜成像在胰腺疾病診斷中的應(yīng)用*

田 笑 綜述,殷小平,周 歡,王佳寧,趙 亮 審校

(河北大學(xué)附屬醫(yī)院CT/MRI科，河北保定 071000)

?

·綜 述·

寶石能譜成像在胰腺疾病診斷中的應(yīng)用*

田 笑 綜述,殷小平△,周 歡,王佳寧,趙 亮 審校

(河北大學(xué)附屬醫(yī)院CT/MRI科，河北保定 071000)

寶石能譜成像；胰腺疾病；診斷

寶石能譜成像(gemstone spectral imaging，GSI)是采用寶石作為探測(cè)器材料，利用X線的能量譜(簡(jiǎn)稱為能譜)進(jìn)行的多參數(shù)成像模式，GSI能夠?qū)⑷梭w組織和病變成分對(duì)不同X射線能量譜的差異表達(dá)出來(lái)，從而能夠顯示更加精細(xì)的解剖結(jié)構(gòu)，而且能夠?qū)ξ镔|(zhì)成分進(jìn)行分析和定量分析。胰腺病變隱匿，血供豐富，早期診斷相對(duì)較困難，國(guó)內(nèi)外影像工作人員對(duì)GSI在胰腺疾病的診斷與鑒別診斷、腫瘤的分期與治療效果方面開(kāi)展了許多研究。本文就GSI在胰腺疾病中的應(yīng)用技術(shù)和診斷進(jìn)行了綜述。

1 GSI技術(shù)與原理

寶石CT的主要部件探測(cè)器由石榴石(garnent)構(gòu)成，純度高，通透性高，反應(yīng)速度快，是進(jìn)行能譜成像和高清成像的基礎(chǔ)。同時(shí)寶石CT還具備動(dòng)態(tài)變焦球管、高低壓瞬時(shí)切換高壓發(fā)生器、高低頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、迭代重建算法等硬件和軟件，為能譜解析和重建奠定了基礎(chǔ)。

能譜掃描后，通過(guò)能譜分析平臺(tái)(GSI viewer)將能譜原始數(shù)據(jù)進(jìn)行符合臨床需求的分析，包括單能量圖像、能譜曲線、有效原子序數(shù)、物質(zhì)分離和定量測(cè)量，可以進(jìn)行物質(zhì)組成成分和物質(zhì)分離分析，特別是對(duì)特定的基物質(zhì)的圖像進(jìn)行分析和比較，實(shí)現(xiàn)能譜的臨床應(yīng)用。

1.1 單能量圖像 寶石能譜CT能夠在瞬時(shí)實(shí)現(xiàn)雙能量數(shù)據(jù)同時(shí)采樣，采用原始數(shù)據(jù)投影的模式對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行單能量重建，得到因keV的變化而X線衰減系數(shù)跟隨變化所產(chǎn)生的40～140 keV共101個(gè)單能量圖像，其中最佳keV的單能量圖像，可獲得最佳對(duì)比噪聲比(CNR),即在這個(gè)能量水平病灶與實(shí)質(zhì)臟器之間的衰減差異達(dá)到最大，噪聲值降到最低，從而更有利于病灶的顯示[1]，滿足在不同能量水平下進(jìn)行診斷疾病的需要[2]。

1.2 有效原子序數(shù)(Eff-Z) Eff-Z指如果某元素對(duì)X射線的質(zhì)量衰減系數(shù)與某化合物或混合物的質(zhì)量衰減系數(shù)相同，該元素的原子序數(shù)稱為某化合物或混合物的有效原子序數(shù)。CT能譜成像可以顯示不同病變和人體組織隨著X線能量水平的變化而變化的X射線衰減系數(shù)，從而產(chǎn)生反應(yīng)不同病變和人體組織對(duì)X射線的特征性能曲線。同時(shí)根據(jù)所得的能譜曲線能夠計(jì)算出該病變或組織的有效原子序數(shù)(Eff-Z)。

1.3 基物質(zhì)圖像 寶石能譜CT在實(shí)現(xiàn)高低能量瞬時(shí)切換數(shù)據(jù)采樣的同時(shí)，在投影數(shù)據(jù)空間，在提供水、鈣、碘基不同成像條件下實(shí)現(xiàn)初步的基物質(zhì)分析[3]。利用不同能量(keV)下的衰減曲線與其他組織衰減曲線的明顯差異，將碘從圖像中單獨(dú)提取出來(lái)。碘圖中脂肪SD值明顯低于其他序列，故CNR明顯提高，病變顯示更加清晰。由于CT對(duì)比劑中主要含有碘，因此碘基圖可見(jiàn)間接反映腫瘤的血供情況。另外還有水基圖，在增強(qiáng)掃描的條件下實(shí)現(xiàn)模擬平掃，從而實(shí)現(xiàn)一次增強(qiáng)掃描可同時(shí)獲得平掃和強(qiáng)化圖像[4]。

1.4 動(dòng)態(tài)500排成像 寶石能譜CT利用精確的控制系統(tǒng)，在低劑量的條件下，進(jìn)行螺旋往復(fù)穿梭掃描技術(shù)，使得灌注范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)探測(cè)器寬度的限制，在保證灌注時(shí)間分辨率和避免錐形束偽影的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了32 cm四維動(dòng)脈CTA和大范圍灌注成像[5]，可以達(dá)到500排CT的覆蓋范圍，只需要一次掃描，一次對(duì)比劑注射，就能得到完整臟器的灌注參數(shù)和動(dòng)態(tài)CTA圖像，能夠進(jìn)行功能學(xué)和形態(tài)學(xué)的診斷。

2 GSI在胰腺疾病診斷中的臨床應(yīng)用

2.1 GSI發(fā)現(xiàn)微小病變與低劑量成像病變篩查 寶石CT通過(guò)選擇合適的基物質(zhì)和調(diào)整不同的能量水平，CT能譜基物質(zhì)圖像和單能量圖像能夠特征的顯示胰腺的微小病灶，避免對(duì)比劑硬化偽影和容積效應(yīng)造成的小病灶的遺漏。如碘基圖對(duì)碘劑分布的敏感性高，輕微的碘劑分布即可引起肉眼可辨的灰度改變，提高了微小病灶的檢出率[6]。特別是當(dāng)病灶小、存在多發(fā)病灶時(shí)及當(dāng)病灶類似血管影需要鑒別時(shí)，CT能譜檢測(cè)具有較大的優(yōu)勢(shì)。

寶石CT應(yīng)用迭代重建算法，所需的投影數(shù)少，具有可以在數(shù)據(jù)不完全條件下成像的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低劑量成像[7]，Singh等[8]研究指出，即使在腹部CT掃描100 mAs條件下(CTDIvol8.4Gy)采用30%ASIR重建圖像仍然能夠達(dá)到滿意的圖像質(zhì)量。崔湧等[9]認(rèn)為能譜CT在保證胰管胰腺組織顯示高清的模式下進(jìn)行低劑量掃描，故寶石CT能夠明顯減低患者輻射，從而可以進(jìn)行低劑量的篩查胰腺疾病。

2.2 GSI對(duì)胰腺非腫瘤性病變的研究 胰腺非腫瘤性病變主要是局限性胰腺炎、假腫瘤性胰腺炎、自身免疫性胰腺炎以及胰腺囊腫等疾病，其中對(duì)假囊腫的判斷診斷胰腺炎的重要依據(jù)。急慢性胰腺炎和胰腺損傷是胰腺假囊腫形成的主要因素，假囊腫內(nèi)不含有非液化的實(shí)性成分，董海鵬等[10]研究認(rèn)為假囊腫內(nèi)含有一定高密度物質(zhì)，而非純粹的水樣液體，其能譜曲線為逐漸下降型的對(duì)數(shù)曲線，動(dòng)脈晚期與門靜脈期的能譜曲線一致，提示假囊腫在動(dòng)態(tài)增強(qiáng)過(guò)程中沒(méi)有強(qiáng)化，其有效原子序數(shù)、碘-水濃度在兩期間無(wú)明顯差異；增強(qiáng)后的能譜曲線較平掃有整體上升，但是曲線的形態(tài)基本保持不變。CT能譜成像提供了更多的定量指標(biāo)和分析工具，能夠從多方面反反映被檢物體的物質(zhì)。

2.3 GSI對(duì)胰腺腫瘤的研究

2.3.1 胰島素瘤的診斷 胰島素瘤為胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌功能性腫瘤，一般體積非常小，在1～2 cm，腫瘤雖然為良性，發(fā)病率并不高，但是很小的腫瘤就能引發(fā)明顯的低血糖，手術(shù)是惟一可以治愈的方法。傳統(tǒng)CT因?yàn)槟[瘤體積小，動(dòng)脈早期強(qiáng)化顯著等特點(diǎn)， 定位較為困難，GSI利用混合能量雙期掃描，結(jié)合單能量圖像及碘基圖的聯(lián)合診斷能夠明顯的提高病變的檢出率，張靜等[11]研究認(rèn)為能譜CT對(duì)胰島素瘤的檢出率達(dá)到96.7%，高于傳統(tǒng)混合能量CT檢出率68.8%。

2.3.2 寡囊型漿液性囊腺瘤和黏液性囊性腫瘤的鑒別 在胰腺腫瘤中囊性腫瘤是最常見(jiàn)的一類腫瘤，約占胰腺腫瘤的15%，主要包括漿液性囊性腫瘤、黏液性囊性腫瘤(MCNs)和導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀黏液性腫瘤。MCNs偏惡性，侵襲性較強(qiáng)，術(shù)前診斷尤為重要，寡囊型漿液性囊腺瘤(SOA)與其影像學(xué)表現(xiàn)類似，應(yīng)用傳統(tǒng)CT較為難以鑒別。由于MCNs的囊液蛋白較多(包括部分腫瘤標(biāo)記物)，游離水分較少[12]，而兩者在CT能譜成像上卻具有明顯不同的特征[13]，SOA在動(dòng)脈晚期40～60 keV及門脈期40～50 keV的CT值、有效原子序數(shù)、碘濃度、鈣濃度等均低于MCNs，在動(dòng)脈晚期水濃度高于MCNs，MCNs的質(zhì)量高于SOA。

2.3.3 胰腺癌的診斷 胰腺癌是常見(jiàn)的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，起病隱匿，發(fā)展快，預(yù)后差，缺乏有效的早期診斷。由于胰腺本身是富血供器官，低千伏CT掃描碘的信號(hào)強(qiáng)度是高千伏條件下的兩倍[14-16]，富血供和乏血供病變與正常胰腺的對(duì)比更加明顯，能夠提高胰腺實(shí)質(zhì)與腫瘤的CT差值及胰周血管強(qiáng)化效果[17]，能夠明顯的提高病變的檢出率。薛華丹等[18]研究，碘圖圖像噪聲低且圖像對(duì)比度高，是能夠提供胰腺實(shí)質(zhì)-腫瘤對(duì)比噪聲比最大的序列。另外碘圖能夠消除胰腺實(shí)質(zhì)與病灶間平掃CT值的差異，僅僅提供強(qiáng)化差異，胰腺瘤灶在碘圖上的CT值僅為20 HU，腫瘤實(shí)質(zhì)對(duì)比度高，病灶邊緣清晰，有利于發(fā)現(xiàn)小胰腺癌病灶或與胰腺實(shí)質(zhì)強(qiáng)化差異較小的癌灶。

2.3.4 胰腺癌轉(zhuǎn)移的診斷 胰腺癌最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移就是肝轉(zhuǎn)移，能譜CT可以利用能譜成像的散點(diǎn)圖、直方圖和能譜曲線，將胰腺癌患者肝內(nèi)出現(xiàn)囊性低密度病灶與原發(fā)胰腺癌病灶進(jìn)行能譜分析，若發(fā)現(xiàn)兩種病灶的直方圖和曲線圖基本重合，其強(qiáng)化方式接近，能譜特征相似，從而表明肝內(nèi)囊性病灶與胰腺病灶為同源，做出胰腺癌肝轉(zhuǎn)移的診斷；而若胰腺癌患者同時(shí)存在肝內(nèi)小囊腫，兩者的能譜直方圖和曲線圖則完全分開(kāi)，兩者的能譜特征完全不同，表明肝內(nèi)囊性病灶與胰腺病灶非同源，從而做出肝臟非轉(zhuǎn)移的診斷。

2.3.5 GSI能夠評(píng)價(jià)胰腺癌的治療效果 GSI通過(guò)測(cè)定胰腺局部組織的碘水平，進(jìn)而測(cè)得該區(qū)域組織的血流灌注量，從而可以分析局部組織的血流灌注情況[19]，王明亮等[20]研究顯示，GSI能夠在活體內(nèi)進(jìn)行腫瘤碘含量的測(cè)定，評(píng)估腫瘤的微循環(huán)灌注情況，因此GSI可以作為測(cè)評(píng)腫瘤內(nèi)新生血管情況以及判定抗血管生成治療療效的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)栗鴻民等[21]認(rèn)為可以通過(guò)測(cè)量腫瘤內(nèi)碘含量的變化來(lái)評(píng)價(jià)胰腺癌的生物治療的療效，為臨床上判定腫瘤治療效果提供重要的參考。

3 展 望

GSI可以反映組織的能量分辨率和化學(xué)分辨率，將CT診斷從形態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)入功能學(xué)領(lǐng)域的診斷，給臨床應(yīng)用和科研帶來(lái)了諸多前所未有的突破，大大提高了CT影像診斷的準(zhǔn)確性和安全性。相信隨著研究的不斷深入及技術(shù)的逐步開(kāi)發(fā)和完善，GSI在胰腺疾病的早期檢測(cè)、準(zhǔn)確診斷與鑒別診斷、評(píng)估定性和定量以及治療隨訪中發(fā)揮出更多的作用。

[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]施婷婷，俞海平，何健，等．放射性骨損傷動(dòng)物模型的建立及其能譜CT表現(xiàn)[J]．實(shí)用放射學(xué)雜志，2012，28(6)：954-958．

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

[5]鄧凱，張成琪，李偉，等．寶石能譜CT的特點(diǎn)及臨床應(yīng)用價(jià)值[J]．中國(guó)醫(yī)藥導(dǎo)報(bào)，2011，8(25)：16-17．

[6]Brown CL,Hartman RP,Dzyubak OP,et al.Dual-energy CT Iodine overlay technique for characterization of renal masses as cyst or solid:a phantom feasibility study[J].Eur Radiol,2009,19(5):1289-1295.

[7]Thibault JB,Sauer KD,Bouman CA,et al.A three-dimensional statistical approach to improved image quality for multislice helical CT[J].Med Phys,2007,34(11):4526-4544.

[8]Singh S,Kalra MK,Hsieh J,et al.Abdominal CT:comparison of adaptive statistical iterative and filtered back projection reconstruction techniques[J].Radiology,2010,257(2):373-383.

[9]崔湧，孫應(yīng)實(shí)，高順禹，等．寶石探測(cè)器CT與常規(guī)探測(cè)器CT對(duì)正常胰管顯示的比較[J]．中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2011，27(11)：2253-2256．

[10]董海鵬，林曉珠，徐學(xué)勤，等．胰腺假性囊腫的CT能譜特征[J]．中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志，2013，19(1)：53-56．

[11]張靜，林曉珠，徐學(xué)勤，等．CT能譜成像在胰島素瘤診斷中的初步研究[J]．放射學(xué)實(shí)踐，2012，27(3)：250-253．

[12]Lin XZ,Wu ZY,Tao R,et al.Dual energy spectral CT imaging of insulinoma-Value in preoperative diagnosis compared with conventional multi-detector CT[J].Eur J Radiol,2012,81(10):2487-2494.

[13]林曉珠，陳克敏，吳志遠(yuǎn)，等．CT能譜成像在鑒別胰腺寡囊型漿液性囊腺瘤與黏液性囊性腫瘤中的價(jià)值[J]．中華放射學(xué)雜志，2011，45(8)：713-717．

[14]Morris-Stiff G,Lentz G,Chalikonda S,et al.Pancreatic cyst aspiration analysis for cystic neoplasms:mucin or carcinoembryonic antigen--which is better?[J].Surgery,2010,148(4):638-644.

[15]Sangwaiya MJ,Kalra MK,Sharma A,et al.Dual-energy computed tomographic pulmonary angiography:a pilot study to assess the effect on image quality and diagnostic confidence[J].J Comput Assist Tomogr,2010,34(1):46-51.

[16]Marin D,Nelson RC,Schindera ST,et al.Low-tube-voltage,high-tube-current multidetector abdominal CT:improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative Reconstruction algorithm--initial clinical experience[J].Radiology,2010,254(1):145-153.

[17]Marin D,Nelson RC,Barnhart H,et al.Detection of pancreatic tumors,image quality,and radiation dose during the pancreatic parenchymal phase:effect of a low-tube-voltage,high-tube-current CT technique--preliminary results[J].Radiology,2010,256(2):450-459.

[18]薛華丹，劉煒，孫昊，等．第二代雙源CT雙能掃描模式對(duì)胰腺癌的影像診斷價(jià)值初探[J]．中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，32(6)：640-644．

[19]楊林．黃小華煒,張小明.胰腺癌的CT灌注成像研究進(jìn)展[J]．程度醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，5(4)：335-338．

[20]王明亮，繆飛，林曉珠，等．CT能譜成像評(píng)價(jià)胰腺癌抗血管生成治療效果的價(jià)值[J]．放射學(xué)實(shí)踐，2012，27(3)：246-249．

[21]栗鴻民，趙衛(wèi)東，蔡琳，等．能譜CT碘基圖對(duì)胰腺癌生物治療療效的分析[J]．中國(guó)當(dāng)代醫(yī)藥，2012，19(10)：13-14,17．

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.32.040

河北省青年科研基金項(xiàng)目 (2015Q001)；河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目(15277740D)。 作者簡(jiǎn)介：田笑(1978-)，副主任醫(yī)師，碩士，主要從事腹部診斷方面的研究。△

R576

A

1671-8348(2016)32-4584-03

2016-04-22

2016-07-15)