能譜CT 在頭及頸部疾病診斷中的應用

朱小珊，彭 娟

（重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，重慶400016）

0 引言

能譜CT 的成像原理基于能量水平差異性及組織特異性2 個參數，即同一物質對不同光子能量及不同組織對同一光子能量吸收的差異進行成像。X 線波長越長其物質穿透力越強，穿透過程中能量衰減越少，故可利用不同能量水平的單能X 線得到相應能量水平的X 線衰減系數，從而重建成CT 圖像[1-2]。目前能譜CT 主要有寶石能譜和雙能量能譜2 種設備類型，其成像原理如圖1 所示[3]。西門子公司2005年推出了具有雙能剪影功能的雙能量能譜CT，隨后GE 公司于2009 年推出的寶石能譜CT 使CT 發(fā)生了質的變革，逐漸向多參數及功能成像邁進[4]。目前能譜CT 在全身各個系統(tǒng)病變診斷中均得到了廣泛應用。頭及頸部疾病鑒于其精細的解剖結構和復雜的影像學表現(xiàn)，常規(guī)CT 檢查常常不能滿足臨床診斷要求，因此主要依靠MRI 的補充甚至依賴MRI 及功能MRI 作為首選檢查。而能譜CT 憑借其去除金屬偽影、物質分離、能譜曲線及有效原子序數等多參數成像與分析在頭及頸部疾病中有較好的診斷效能?，F(xiàn)對能譜CT 技術支持及其在頭及頸部疾病診斷中的應用進行如下綜述。

圖1 能譜CT 成像原理[3]

1 常用技術支持

1.1 單能量圖和能譜曲線

能譜CT 通過2 種高低能量（140 和80 kVp）采集的能量數據確定體素在40～140 kVp 能量范圍的衰減系數，可以獲得相應的101 組單能量圖像。低能級（如40 kVp）的單能量圖顯示病灶能力更好，可以提高病灶檢出率[5]；高能級（高于80 kVp）的單能量圖能有效地減少金屬偽影[6]。能譜曲線指物質在單能量圖像中CT 值隨X 線能量等級變化而變化的曲線。能譜衰減曲線可以反映感興趣區(qū)在不同能級下CT 值變化規(guī)律，成分不同的病灶有不同的能譜變化曲線，且能譜曲線的差異可通過曲線斜率進行定量評估[7]。

1.2 基物質分離及定量

能譜CT 可將每種物質的X 線吸收系數轉換為任意2 種基物質的吸收系數，達到與該物質同樣的衰變效應，而這些基物質的吸收系數會隨能量變化而變化。因此通過已知能量水平的基物質吸收系數可以得出該基物質的密度和空間分布，從而達到成分分析和物質分離的效果。臨床上常用碘作為CT對比劑，因此最常見的基物質對是碘和水，利用碘基圖（如圖2 所示）可以直接測量過感興趣區(qū)的碘含量，從而間接反映其血供特點。其他常見的基物質對還有水和鈣及鈣和碘。在基物質分離和定量時，最常用的分析工具為直方圖（如圖3 所示）及散點圖，可以更直觀地反映物質和組織結構特性的統(tǒng)計信息。

圖2 胰島細胞瘤影像圖

圖3 痛風結節(jié)影像圖

1.3 虛擬平掃

能譜CT 通過碘-水基物質分離去除增強圖像的碘從而獲取虛擬平掃CT 圖像。雖然通過能譜CT碘抑制技術（material suppressed iodine，MSI）得到的虛擬平掃圖像與常規(guī)平掃圖像在CT 值和客觀圖像質量上有一定差異，但是MSI 圖像質量仍在放射科診斷醫(yī)生接受范圍內，且二者診斷效能相近，同時MSI 能顯著降低輻射劑量，具有替代常規(guī)平掃的潛在能力[8]。

1.4 去除金屬偽影

金屬偽影消除系統(tǒng)（metal artifacts reduction system，MARs）是寶石能譜CT 上裝載的特有去除金屬偽影的軟件，是在單能量成像基礎上對金屬偽影進行清除[9]。經關節(jié)置換術（如圖4 所示）或有金屬植入物的患者行寶石能譜CT 檢查時，MARs 重建可以獲得質量較好的圖像，明顯減少金屬偽影，有助于鄰近結構的辨認與診斷。

圖4 左髖關節(jié)置換術后影像圖

2 臨床應用

2.1 能譜CT 在頭頸血管相關性疾病中的應用

2.1.1 頭頸血管成像

能譜CT 應用于頭頸血管成像時，有優(yōu)化血管顯像質量、降低輻射劑量、減少對比劑濃度和劑量以及更好的去骨效果等優(yōu)勢，且其去除金屬偽影技術也對動脈瘤夾閉術后患者的隨訪提供了很大的幫助。呂仁鋒等[10]通過對比低千伏（80 kV）、低濃度對比劑（270 mgI/ml）的雙低能譜與常規(guī)120 kV、常規(guī)濃度對比劑（350 mgI/ml）掃描的CT 血管造影（CT angiography，CTA）圖像質量，發(fā)現(xiàn)雙低能譜CT 聯(lián)合CTA 既能保證頭頸部診斷圖像質量、明顯降低輻射劑量，又能降低對比劑的攝入量，一定程度上降低了臨床對比劑的使用風險。同時，最佳單能量成像技術可將圖像的噪聲控制在合適范圍內，從而獲取最佳對比噪聲比（contrast to noise，CNR）的單能量圖像；適當地降低keV，可以提高碘對比劑的血管CT 值。廖海等[11]提出50 kVp 單能量圖像重建的腦血管圖像CNR和質量評分均較高，圖像質量最好，且進一步優(yōu)化了遠端細小分支血管的顯示。由于顱骨、頸椎、血管壁鈣化引起的硬化偽影會降低圖像質量和血管強化率，影響血管顯示的清晰度、準確度以及對血管狹窄程度的判斷。容積CT 數字減影血管造影（volume CT digital subtraction angiography，VCTDSA）采用65 kVp的單能量圖像增強后的像素減去增強之前的像素直接得到的血管影像有更好的去骨效果[12]。另外，雙能量能譜CT 的去除金屬偽影技術在合適的單能量范圍（90～120 keV）重組后，可以清晰地顯示動脈瘤術后有無動脈瘤殘留及其他顱內的細微結構[13]；而趙艷娥等[14]卻提出雙能量CT 成像評估顱內動脈瘤頸夾閉術后患者最佳能量范圍是70～80 keV，80 keV 有望成為最佳單能量成像點。但是，值得肯定的是雙能量CT 血管成像具有快速、無創(chuàng)、經濟等優(yōu)勢，即使尚不能完全替代DSA，卻有望成為隨訪顱內動脈瘤夾閉術后的首選影像學方法。

2.1.2 腦梗死和腦出血

目前，雙能CT 的虛擬平掃技術診斷腦梗死和腦出血的研究越來越多，且大多數研究結果顯示虛擬平掃基本能達到替代常規(guī)頭顱CT 診斷腦梗死的需求。Riederer 等[15]認為虛擬平掃較常規(guī)CT 平掃更容易發(fā)現(xiàn)取栓術后患者的腦梗死情況，與Djurdjevic等[16]的看法一致。對于取栓術后早期腦梗死患者而言，梗死區(qū)域由于血腦屏障遭到破壞，血管再通時溢出的對比劑就會掩蓋早期梗死區(qū)的稍低密度。虛擬平掃圖像能有效地去除碘劑，使之呈低密度，從而更容易發(fā)現(xiàn)腦梗死灶。雙源雙能量能譜CT 推出了一項新的類似虛擬平掃的灰質-水圖，其原理是由于腦實質由白質、灰質和水構成，而白質和灰質的密度因脂質含量不同而不同，去掉腦白質內的脂肪成分從而得出灰質-水圖，即腦水腫圖[17]。腦梗死發(fā)生、發(fā)展過程中梗死區(qū)域的含水量會大大增加，因此，腦水腫圖使腦梗死病灶更容易顯現(xiàn)[17]。Mohammed 等[18]也認為腦水腫圖能夠準確地檢測出水腫區(qū)和梗死灶的體積，較常規(guī)頭顱CT 平掃能更好地評估梗死的程度和范圍。

虛擬平掃診斷腦出血目前仍然存在一定的爭議。虛擬平掃降低了腦白質和腦灰質的對比度，同時也降低了腦灰質密度，可以更好地顯示分布在腦溝、腦裂的蛛網膜下腔出血灶[19]。雖然這種診斷方法可能會存在一定的假陽性，但是仍然可以作為檢出蛛網膜下腔出血的一種較為可靠的方法。然而，部分學者[20]認為，盡管虛擬平掃診斷腦出血有一定可靠性，但由于微小出血灶與正常組織的對比度降低，可能會被漏診，常規(guī)CT 平掃仍然是急性腦出血患者首選的檢查方法；但是對一些已確診的腦出血患者行后續(xù)CTA，以及一些非緊急的情況行CTA 檢查（如非急診的隨訪或動靜脈畸形栓塞后）可用虛擬平掃代替常規(guī)頭顱CT 平掃。

2.2 能譜CT 在頸部常見疾病中的應用

2.2.1 甲狀腺疾病

能譜CT 在甲狀腺疾病診斷及鑒別診斷中應用較多。能譜CT 由于其去硬化效應及良好的對比度對甲狀腺結節(jié)的檢出具有較大的臨床應用價值。既往研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)CT 相比，能譜CT 掃描的甲狀腺乳頭狀癌圖像噪聲低、CNR 高，敏感性更高；與超聲相比，敏感性差異無統(tǒng)計學意義[21]。能譜CT 的碘/水濃度分析可直接測定甲狀腺的碘（水）濃度，進而反映和評估甲狀腺功能和鑒別甲狀腺結節(jié)性質。大多數研究發(fā)現(xiàn)[22-23]，能譜CT 平掃期良性結節(jié)的碘濃度明顯高于惡性結節(jié)，可能是因為甲狀腺乳頭狀癌缺少正常的濾泡上皮細胞，但甲狀腺腺瘤和結節(jié)性甲狀腺腫等良性結節(jié)存在正常濾泡結構和攝碘能力。但是能譜CT 增強后通過碘濃度差異鑒別甲狀腺結節(jié)良惡性，研究結論尚不一致。Li 等[23]提出靜脈期惡性甲狀腺結節(jié)碘濃度、標化碘濃度較良性結節(jié)低，在動脈期時二者的差異并無統(tǒng)計學意義。薛蘊菁等[24]提出寶石能譜CT 增強掃描三期的良性甲狀腺結節(jié)的碘濃度均高于惡性結節(jié)，且良惡性結節(jié)的碘濃度比（碘濃度比=感興趣區(qū)碘濃度/同期相頸動脈碘濃度）在動脈期和靜脈期差異均有統(tǒng)計學意義。而郭錟等[25]卻認為良惡性甲狀腺結節(jié)的血供差異大，通過增強后測量結節(jié)碘濃度和標化碘濃度很難對結節(jié)進行良惡性質鑒別。

2.2.2 喉癌

喉癌以鱗狀細胞癌最常見，借助最佳單能量圖像、碘（水）基圖等能譜分析工具，可以更清晰地確定病變界限；能譜曲線有助于明確淋巴結及遠隔器官有無轉移。40 keV 時頸部鱗癌與頸部肌肉的對比度及腫瘤的碘濃度是最高的[26]，有助于評估腫瘤的侵犯范圍及分期，既往研究也發(fā)現(xiàn)影像醫(yī)生在評估腫瘤范圍時更傾向于采用40 keV 的單能量圖[27]。喉癌中有無喉軟骨的侵犯以及侵犯程度對指導臨床手術切除范圍及后期放化療有很重要的指導意義。但常規(guī)CT 對未骨化的軟骨及腫瘤組織分辨力有限，而能譜CT 可以根據腫瘤組織存在碘強化現(xiàn)象，而喉軟骨、甲狀軟骨不存在這一特點，在碘基圖上對軟骨受侵犯情況進行評估[28]，從而幫助早期發(fā)現(xiàn)未骨化喉軟骨及甲狀軟骨受侵犯情況。Kuno 等[29]也提出平均加權圖像和碘基圖對評估喉部鱗癌患者非骨化性軟骨的受侵情況具有較高的敏感性和特異性。Forghani等[27]發(fā)現(xiàn)頸部鱗癌與正常的甲狀軟骨有不同的能譜曲線，當能量大于95 kVp 時，鱗癌與正常甲狀軟骨的能譜曲線完全分離，且鱗癌曲線低于正常甲狀軟骨曲線。但是目前能譜CT 診斷喉癌的應用不多，還有待更深入的研究。

2.2.3 頸部腫大淋巴結

不同病理類型來源的轉移性淋巴結能譜CT 定量參數有一定差異，通過分析單能量圖像CT 值、碘含量及曲線斜率，可為淋巴結病變鑒別及診斷提供定量分析信息[30]。Zhao 等[31]發(fā)現(xiàn)甲狀腺癌患者頸部轉移性淋巴結的碘濃度、標化碘濃度較非轉移性淋巴結高，分析其原因可能是甲狀腺癌細胞異常的碘攝取和轉移淋巴結自身血供增加所致。Liang 等[32]在比較甲狀腺癌、腮腺惡性腫瘤、頸部鱗癌和淋巴瘤的頸部淋巴結時亦提出，甲狀腺癌的轉移淋巴結碘濃度最高，腮腺惡性腫瘤次之，且腮腺惡性腫瘤轉移淋巴結的能譜曲線斜率均大于頸部鱗癌和淋巴瘤，對鑒別不同類型惡性腫瘤的淋巴結轉移有一定的參考價值。因此，通過能譜CT 多參數定量分析特點鑒別腫大淋巴結有一定可行性。

3 展望

除應用于以上頭顱相關性疾病外，能譜CT 在腮腺良惡性腫瘤鑒別[33]、鼻咽癌與鼻咽部炎癥鑒別[34]以及腦膜瘤病理亞型的分類[35]均有涉及，但目前研究并不多，且均沒有大數據支持，仍然有一定的探索空間；另一方面，中樞神經系統(tǒng)良惡性腫瘤影像表現(xiàn)復雜，目前主要依靠MRI 結合fMRI（functional MRI）診斷，但是MRI 檢查時間長，空間封閉，很多患者難以堅持，因此，能譜CT 的多參數定性及定量診斷的特點對于神經系統(tǒng)腫瘤的補充診斷有一定的探索價值。