雙能量CT評(píng)價(jià)克羅恩病活動(dòng)性的研究進(jìn)展

周璇璇，周長(zhǎng)圣，黃 偉*

(1.徐州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，江蘇 徐州 221004；2.南京總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京 210002)

克羅恩病(Crohn disease, CD)是以胃腸道疾病加重、緩解交替出現(xiàn)為臨床表現(xiàn)，穿透性腸壁炎癥、跳躍征為特點(diǎn)的慢性炎癥性疾病。CD的臨床發(fā)病年齡呈雙峰特征(15～35歲和55～80歲高發(fā))，我國(guó)南方較北方多見(jiàn)。近年CD在全球發(fā)病率不斷增長(zhǎng)，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。目前診斷CD活動(dòng)性的方法主要有內(nèi)鏡(結(jié)腸鏡、小腸鏡和小腸膠囊內(nèi)鏡)、CT小腸造影、MRI小腸造影以及生化標(biāo)記物等，但尚缺乏金標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)鏡是評(píng)價(jià)CD活動(dòng)性的重要指標(biāo)，但具有一定局限性，如具有侵襲性，不易被患者接受；僅能檢查腸內(nèi)表現(xiàn)，而不包含腸壁其他層面，易遺漏疾病腸外的并發(fā)癥等[1]。CT小腸造影及MRI小腸造影均可評(píng)估CD黏膜及黏膜下層情況以及腸外并發(fā)癥，但CT小腸造影具有一定輻射性；MRI小腸造影檢查時(shí)間和吸氣、屏氣時(shí)間較長(zhǎng)，呼吸指令次數(shù)多，患者依從性較差。作為一種輔助檢查手段，生化標(biāo)記物檢測(cè)對(duì)于證實(shí)炎癥是否加重具有意義；其中鈣衛(wèi)蛋白與CD活動(dòng)性有關(guān)，但需排除僅累及回腸末段者[2]。雙能量CT成像是近年出現(xiàn)的一種新型檢查技術(shù)，可在降低輻射劑量的同時(shí)優(yōu)化圖像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)定量成像。本文就雙能量CT的成像原理以及多參數(shù)分析在評(píng)價(jià)CD活動(dòng)性中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 CD的病因及病理表現(xiàn)

CD的病因和發(fā)病機(jī)制尚不清楚，目前認(rèn)為是遺傳因素和免疫因素共同參與并相互關(guān)聯(lián)、相互制約所致。腸道菌群失調(diào)和腸屏障受損也是CD病因之一。CD可發(fā)生于整個(gè)腸道，好發(fā)于回腸末段和升結(jié)腸，內(nèi)鏡下表現(xiàn)為節(jié)段性分布的裂隙狀、縱行潰瘍和鵝卵石樣改變；其病理改變主要包括結(jié)節(jié)樣肉芽腫、裂隙狀潰瘍以及腸壁各層的炎癥病變。結(jié)節(jié)樣肉芽腫約占CD的60%，主要由類上皮細(xì)胞和多核巨細(xì)胞構(gòu)成；裂隙狀潰瘍可累及黏膜下層，甚至肌層，是CD發(fā)生穿孔和瘺管的病理基礎(chǔ)；腸壁各層炎癥病變是CD普遍的組織學(xué)改變。CD早期炎癥僅累及淋巴濾泡表面的被覆上皮，導(dǎo)致局部組織壞死和潰瘍形成；隨著炎癥進(jìn)展，固有膜淋巴組織增生，黏膜下各種慢性炎細(xì)胞浸潤(rùn)；最終腸壁各層受累，以黏膜下層和漿膜層更為明顯，多表現(xiàn)為水腫、淋巴管擴(kuò)張、淋巴組織增生以及纖維組織增生。

2 雙能量CT成像概述

不同物體對(duì)不同能量的X射線衰減差值各不相同。雙源雙能量CT成像使用2套獨(dú)立的球管-探測(cè)器系統(tǒng)，同時(shí)獲取物質(zhì)在高、低能量X線下的衰減數(shù)據(jù)，并利用相應(yīng)的后處理分析方法進(jìn)行定性和定量雙能量分析?；诓煌暮筇幚砗头治鏊惴?，雙能量CT可以提供多種參數(shù)，但目前尚未廣泛應(yīng)用于臨床，很多應(yīng)用還處于研究階段。

3 雙能量CT多參數(shù)分析在評(píng)價(jià)CD活動(dòng)性中的進(jìn)展

3.1虛擬平掃(virtual non-contrast， VNC)與碘圖評(píng)價(jià)CD活動(dòng)性 VNC是通過(guò)2套對(duì)應(yīng)探測(cè)器和2個(gè)相隔約90°球管的雙源CT獲得2組不同能量數(shù)據(jù)、1組融合數(shù)據(jù)圖像，并通過(guò)1個(gè)二維線性方程的調(diào)整獲得1組去除碘劑后的VNC圖像。VNC可產(chǎn)生類似于真正平掃的圖像，且可清晰顯示各部位主要解剖結(jié)構(gòu)，但其SNR及CNR均高于真實(shí)的常規(guī)平掃[3]。此外，VNC可有效降低輻射劑量。Mileto等[4]指出，應(yīng)用VNC時(shí)可省略常規(guī)平掃，故可減少(26.7±9.7)%的輻射劑量。Chen等[5]發(fā)現(xiàn)，基于VNC圖像的雙能量CT對(duì)提高結(jié)直腸癌T分期的準(zhǔn)確率和降低輻射劑量具有重要價(jià)值。

CT增強(qiáng)掃描時(shí)，碘是對(duì)比劑的主要成分，通過(guò)檢測(cè)組織內(nèi)碘的密度可反映組織的血供情況。利用三物質(zhì)分離后處理算法(如肝臟VNC)對(duì)雙能量高低kV的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可獲得具有不同碘濃度(mgI/ml)分布信息的碘圖和去除碘后的VNC圖像。Mileto等[6]發(fā)現(xiàn)運(yùn)用碘濃度值可鑒別透明細(xì)胞癌與乳頭狀細(xì)胞癌，原理是通過(guò)碘值的微小變化更準(zhǔn)確地鑒別不同亞型腫瘤的血供[7-8]。楊雪君等[9]發(fā)現(xiàn)雙源CT雙能量掃描動(dòng)脈期碘含量對(duì)鑒別診斷結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)與反應(yīng)性增生淋巴結(jié)具有一定價(jià)值。在CT及MRI小腸造影中，黏膜明顯強(qiáng)化是處于活動(dòng)期CD最敏感的特征之一[10]，可通過(guò)檢測(cè)腸壁碘濃度值判斷CD的活動(dòng)性。

VNC可減少輻射劑量而有望代替CT平掃，而碘圖則可提供組織或病變的強(qiáng)化信息，其應(yīng)用尚在初級(jí)階段，但可為評(píng)價(jià)CD活動(dòng)性的研究提供新方向。

3.2脂肪含量 基于三物質(zhì)分離技術(shù)的雙能量CT，除碘物質(zhì)的提取外，對(duì)其他物質(zhì)也能進(jìn)行量化。臨床常用的肝臟VNC三物質(zhì)分離算法系以碘、脂肪和軟組織為基礎(chǔ)，可定量分析碘濃度和脂肪百分比。慢性CD患者常出現(xiàn)黏膜下脂肪沉積，而腸道周圍沿?cái)U(kuò)張的腸系膜動(dòng)脈分布的脂肪浸潤(rùn)是活動(dòng)性CD的特異性表現(xiàn)[11]。Morgan等[12-13]指出，具有物質(zhì)分離分析功能的雙能量CT可區(qū)別高脂含量和低脂含量，進(jìn)而區(qū)分腎上腺腺瘤與非腎上腺損害。Martin等[14]指出，碘濃度值和脂肪含量鑒別診斷腎上腺腺瘤與腎上腺轉(zhuǎn)移瘤具有較高準(zhǔn)確率。由此可假設(shè)，運(yùn)用雙能量CT對(duì)腸道腸壁以及周圍脂肪含量進(jìn)行量化分析，或可有效評(píng)價(jià)CD的活動(dòng)性。

3.3有效原子序數(shù)(effective atomic number， Zeff)和電子密度 Zeff被認(rèn)作混合物質(zhì)或組織的某種原子組成數(shù)量，其獨(dú)立于各種化合物(如碘)，且在不同混合物中發(fā)生變化，但與某些確定的物質(zhì)數(shù)量有關(guān)(如惡性細(xì)胞)。電子密度是單位體積內(nèi)的電子數(shù)目與水的電子密度比值。物質(zhì)CT值的大小依賴于光子能量、物質(zhì)密度和原子數(shù)量3種因素，因此，兩種光子能量CT值的變化取決于與水的原子數(shù)量(Zwater)比較的Zeff，如Zeff高于Zwater，則物質(zhì)CT值隨光子能量減低而升高；當(dāng)Zeff低于Zwater，則CT值隨光子能量減低而減低。由此可認(rèn)為CT值大小與原子數(shù)量有關(guān)。Al-Najami等[15]認(rèn)為Zeff代表化合物或混合物的某種原子組成的數(shù)量，如碘的Zeff為33.20，如某種物質(zhì)掃描后Zeff的數(shù)值接近于碘，則可以認(rèn)為此種物質(zhì)中含有碘；并且以此為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)Zeff可以區(qū)別良惡性淋巴結(jié)。

雙能量后處理程序可以獲得Zeff圖和電子密度圖，適用于自然的人體物質(zhì)，如脂肪、軟組織和骨。多種軟組織和病變?cè)诿芏群突瘜W(xué)組成方面僅有微小差別，其CT值非常接近，CT增強(qiáng)掃描有助于鑒別一些物質(zhì)，但尚無(wú)有效方法可鑒別各種液體的來(lái)源[16]。Mahnken等[17]據(jù)此提出利用電子密度評(píng)價(jià)物質(zhì)密度和有效質(zhì)子數(shù)，進(jìn)而區(qū)別液體來(lái)源的可行性。

此外，如果測(cè)量范圍中有對(duì)比劑或其他大原子序數(shù)物質(zhì)，或圖像中有明顯金屬偽影等，則Zeff或電子密度的計(jì)算不準(zhǔn)確。Zeff和電子密度是CT診斷的全新參數(shù)，通過(guò)測(cè)量病變腸壁得到的Zeff和電子密度對(duì)診斷CD活動(dòng)性的價(jià)值還需更多研究加以證實(shí)。

3.4雙能量指數(shù)(dual energy index, DEI) DEI可用來(lái)反映不同物質(zhì)的頻譜特性。DEI被定義為：DEIi=(HUi80-HUi140)/(HUi80+HUi140+2000)，其中HUi80和HUi140分別為80 kVp和140 kVp時(shí)的CT值。水的雙能指數(shù)為0，脂肪的雙能指數(shù)為-0.0242，軟組織的雙能指數(shù)為-0.0039。雙能量指數(shù)可以消除物質(zhì)密度差異對(duì)X線衰減值的影響而區(qū)分和鑒別物質(zhì)[18]。Cai等[19]指出結(jié)腸腸腔內(nèi)空氣的DEI高于周圍軟組織和脂肪，為標(biāo)記腸腔和糞便物質(zhì)提供了有效方法，證明了DEI的有效性。

DEI目前可用于分析平掃下的物質(zhì)，用以區(qū)分在掃描時(shí)間內(nèi)較為穩(wěn)定的物質(zhì)；注入對(duì)比劑時(shí)，組織的DEI會(huì)增大，且與對(duì)比劑濃度呈正比。但是，由于對(duì)比劑在不同器官不同時(shí)間的濃度會(huì)一直變化，故無(wú)法依靠一個(gè)確定數(shù)值或閾值進(jìn)行鑒別。 DEI用于診斷和評(píng)價(jià)CD活動(dòng)性時(shí)，需要進(jìn)一步研究和確定期相。

3.5雙能量單能譜成像或雙能量單能譜加成像 常規(guī)CT球管發(fā)出的并不是單純、單一能量的X線，而是混合有許多不同能量、雙能量的X線，利用高低能量X線進(jìn)行雙能掃描，可計(jì)算出等同于40～190 keV的單能X線圖像，即單能譜圖像。單能譜圖像在臨床中應(yīng)用廣泛，不同的能量等級(jí)會(huì)有不同的對(duì)比度和噪聲，低keV下，碘相較周圍組織的對(duì)比度提高，但圖像噪聲增大。單能譜加技術(shù)利用頻域分離原理將keV下碘的對(duì)比和最優(yōu)keV的噪聲結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)低keV(如40 keV)下碘的對(duì)比噪聲比最大。Grant等[19-20]將單能譜加與傳統(tǒng)的單能譜圖像對(duì)比顯示肝臟損傷，發(fā)現(xiàn)單能譜加改善了SNR和CNR。Meier等[21]也證實(shí)單能譜加圖像可以改善雙能量肺動(dòng)脈CT血管造影的圖像質(zhì)量，并提出通過(guò)該方法減少對(duì)比劑用量、從而減少腎病發(fā)生率的可能性。這也進(jìn)一步說(shuō)明雙能量單能譜加成像可改善雙源小腸CT圖像質(zhì)量。

物質(zhì)CT值的衰減曲線即能譜曲線，指不同能量的X線穿過(guò)物質(zhì)后的衰減值，可用組織在不同單能量下的平均CT值來(lái)表示。物質(zhì)的CT衰減值由組成物質(zhì)的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)決定，即不同物質(zhì)的CT值衰減曲線不同，可用于區(qū)分不同物質(zhì)的化學(xué)成分。鞠燁等[22]利用能譜曲線分析鑒別漿膜腔積液的良惡性，并證明確實(shí)有效，具有較好的應(yīng)用前景。在增強(qiáng)狀態(tài)下，能譜曲線的形態(tài)主要受病灶內(nèi)碘濃度的影響，即可反映增強(qiáng)后組織強(qiáng)化的程度，而黏膜強(qiáng)化是活動(dòng)期CD最敏感的特征之一[10]。能譜曲線分析為評(píng)價(jià)CD是否處于活動(dòng)期提供了一種更加直觀、簡(jiǎn)便的方法，具有較好的應(yīng)用前景。

3.6雙能量體積碘攝取(volume iodine uptake， VIU) 雙能量可獲得具有碘濃度信息的碘圖，以區(qū)分不同類型腫瘤，但對(duì)于腫瘤療效評(píng)估價(jià)值有限。在雙能量應(yīng)用于腫瘤之前，常用的AASLD和Choi標(biāo)準(zhǔn)可反映腫瘤體積或密度的改變。雙能量CT的碘濃度僅能反映腫瘤某一個(gè)層面的碘分布，不能反映整個(gè)腫瘤的碘攝取量。隨著后處理技術(shù)的發(fā)展，雙能量VIU可提供腫瘤總的碘攝取量(單位：mg)，更加準(zhǔn)確地反映腫瘤的血供情況。Dai等[23]證實(shí)雙能量VIU在肝癌療效評(píng)估中優(yōu)于AASLD和Choi標(biāo)準(zhǔn)，可以更準(zhǔn)確地反映殘留腫瘤活性。雙能量VIU的容積優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在實(shí)體腫瘤方面，如肝腫瘤，但是否適用于測(cè)量CD活動(dòng)性腸道體積尚有待研究。

4 展望

雙能量CT作為一種新興的檢查方法，可以運(yùn)用碘圖、脂肪含量、Zeff、電子密度、雙能量指數(shù)、能譜曲線等多種參數(shù)進(jìn)行分析，使得在原有檢查的基礎(chǔ)上對(duì)疾病的診斷更加全面，但這些參數(shù)用于診斷和評(píng)價(jià)CD活動(dòng)性的能力還需要進(jìn)一步研究。