雙能CT 評(píng)估肺部血管性病變的研究進(jìn)展

郭慶偉 劉繼華 張智猷 朱曉珉

雙能CT（dual-energy CT，DECT）成像主要包括單源X 線管瞬時(shí)雙能量快速切換技術(shù)、雙X 線管的雙套探測(cè)器技術(shù)以及單X 線管的雙套探測(cè)器技術(shù)[1]。DECT 成像的對(duì)比噪聲比更優(yōu)、噪聲更低、硬化偽影修正后線性衰減系數(shù)更加準(zhǔn)確。 與常規(guī)CT、有創(chuàng)性數(shù)字減影血管造影（DSA）、無形態(tài)信息的核素通氣-灌注（ventilation-perfusion，V/Q）顯像及時(shí)間成本較高的MRI 相比，DECT 的安全性能、時(shí)間效率及診斷效能均有不同程度提高[2]，尤其在血管相關(guān)性病變中的應(yīng)用具有一定優(yōu)勢(shì)。 肺部血管性病變是臨床常見的一類疾病，主要包括肺動(dòng)脈栓塞、肺動(dòng)脈高壓、先天性血管發(fā)育異常、血管相關(guān)腫瘤及血管炎等[3]。 因此，進(jìn)行準(zhǔn)確的早期診斷、客觀的療效和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于改善病人預(yù)后及生活質(zhì)量至關(guān)重要。 本文就DECT 后處理技術(shù)原理及在肺部血管性病變中的應(yīng)用進(jìn)展予以綜述。

1 原理及后處理技術(shù)

DECT 利用體內(nèi)物質(zhì)與高、 低能量2 種光子相互作用，X 線與物質(zhì)的相互作用主要依靠光電吸收效應(yīng)及康普頓散射效應(yīng)，光電吸收程度與X 線自身能量密切相關(guān)， 軟組織衰減主要依靠康普頓效應(yīng)完成。 因此， 人體內(nèi)物質(zhì)衰減系數(shù)取決于物質(zhì)自身密度、物質(zhì)原子序數(shù)及X 線光子能量分布。 不同能量下物質(zhì)衰減程度不同， 但對(duì)于某種特定物質(zhì)其衰減值是唯一的。 DECT 正是利用物質(zhì)間衰減值不同的特性對(duì)物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分和量化， 同時(shí)通過后處理技術(shù)可以一次性得到形態(tài)及功能特有的影像集，包括CT肺動(dòng)脈血管成像（CT pulmonary angiography，CTPA）、碘圖、虛擬平掃（virtual non-contrast，VNC）、雙能灌注成像（dual energy perfusion imaging,DEPI）及虛擬單能譜成像（virtual monoenergetic image，VMI）等影像[4]。

1.1 CTPA CTPA 通過多方位、多角度分析，可以清晰顯示肺動(dòng)脈各級(jí)分支， 但對(duì)于亞段或更遠(yuǎn)末梢的血管病變?nèi)杂幸欢ㄏ薅?，僅能提供解剖信息，難以評(píng)價(jià)肺實(shí)質(zhì)的血流灌注情況。

1.2 碘圖與VNC 影像 碘圖和VNC 影像是利用兩物質(zhì)（碘、水）或三物質(zhì)（肺泡組織、空氣、碘對(duì)比劑） 解析分離算法輔以特殊后處理軟件而獲得的影像。 碘圖主要通過基物質(zhì)分解的空間影像識(shí)別含碘像素，利用彩色編碼技術(shù)顯示碘分布信息，進(jìn)而對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定量測(cè)量。 VNC 影像則刪除含碘的像素，模仿真實(shí)的平掃影像[4-5]。

1.3 DEPI DEPI 是一種新的肺灌注成像方法，通過分析2 種不同能量狀態(tài)下組織內(nèi)碘劑的分布特點(diǎn)來反映肺實(shí)質(zhì)的血流動(dòng)力學(xué)變化[6]。 DEPI 雖然反映的是某一時(shí)間點(diǎn)對(duì)比劑的分布信息， 但對(duì)比劑首過期間局部的強(qiáng)化特征即可代表局部的血流量， 從而間接顯示肺血流灌注情況。DEPI 是由相應(yīng)分析軟件自動(dòng)生成的彩色編碼影像，以血管碘濃度為標(biāo)準(zhǔn)，可計(jì)算出肺野每個(gè)區(qū)域的灌注量及百分?jǐn)?shù)， 當(dāng)出現(xiàn)灌注缺損病變時(shí)，相應(yīng)彩色區(qū)域變得稀疏、暗淡，甚至缺失。

1.4 VMI VMI 模擬了真實(shí)單能譜X 線束下物質(zhì)的特性，可以優(yōu)化高、低能量的最佳特性，也被稱為“分頻”技術(shù)[7]。 低能量影像由于吸收了更多的低能量光子，使碘衰減增加，故信噪比相對(duì)較高，可以更清晰地顯示血管，而高能量影像碘衰減明顯減低，因此可減少線束硬化偽影。

2 DECT 在肺血管性病變中的應(yīng)用

2.1 急性肺栓塞（acute pulmonary embolism，APE）APE 是我國(guó)較常見的心血管系統(tǒng)疾病，是由外源性或內(nèi)源性栓子阻塞肺動(dòng)脈引起肺循環(huán)障礙的臨床和病生理障礙綜合征，發(fā)病較突然，常危及生命。 APE的最終診斷需要依靠影像檢查， 準(zhǔn)確判定栓子特征并定量評(píng)估其繼發(fā)相應(yīng)功能區(qū)肺組織灌注情況，對(duì)指導(dǎo)臨床治療具有重要意義。

2.1.1 CTPA 根據(jù)APE 的栓子與管腔位置的關(guān)系可分為中心型、偏心型或完全型，CTPA 上主要表現(xiàn)為肺動(dòng)脈管腔內(nèi)出現(xiàn)完全或不完全性充盈缺損區(qū)[8]。 CTPA 較易識(shí)別較粗肺動(dòng)脈管腔內(nèi)的栓子，但如果栓子位于亞段或外周時(shí)， 由于受未被強(qiáng)化的肺靜脈及鄰近細(xì)支氣管干擾， 有時(shí)較難確定栓子存在與否。有研究[9]對(duì)家兔模擬肺栓塞后行DECT 檢查發(fā)現(xiàn)，單一CTPA 診斷亞段水平栓子準(zhǔn)確度僅為67%，并且可能遺漏小栓子和外周肺栓塞， 此時(shí)DECT 其他后處理技術(shù)就顯得尤為重要。

2.1.2 碘圖與VNC 碘圖能夠明顯提高APE 栓子的檢出率， 二維或三維彩色編碼圖像可以清晰識(shí)別出含碘血管區(qū)與無碘濃聚的栓子區(qū)， 同時(shí)測(cè)定興趣區(qū)碘值對(duì)診斷也有提示意義。 Okada 等[10]對(duì)83 例可疑APE 病人行DECT 研究發(fā)現(xiàn)，CTPA 聯(lián)合碘圖檢測(cè)疑似外周栓子的敏感度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值和準(zhǔn)確度均分別由84.5%、89.8%、81.8%、87.95%提高至93.1%、98.2%、96.6%、96.35%，認(rèn)為單獨(dú)CTPA 檢查無法識(shí)別小栓子的原因可能是因?yàn)樗ㄈ蠓味渭?jí)血管重新再灌注或周圍血管的殘余血栓體積過小，尤其對(duì)于直徑＜2 mm 的栓子。 一項(xiàng)犬模型DECT 實(shí)驗(yàn)研究[11]也發(fā)現(xiàn)，碘圖在診斷亞段及外周水平栓子的敏感度、 準(zhǔn)確度分別可達(dá)到95.9%和88.2%， 單獨(dú)CTPA 影像的敏感度、 準(zhǔn)確度僅為23.8%和50.4%，由此表明碘圖能明顯提高外周水平栓子的檢出能力。Weidman 等[12]回顧分析1 144 例APE 病人CTPA結(jié)合碘圖的影像表現(xiàn)，在約2.3%的病人中又發(fā)現(xiàn)了新的栓子。 因此，CTPA 影像即使表現(xiàn)正常，如果碘圖上出現(xiàn)興趣區(qū)碘濃度減低， 則提示閱片醫(yī)生需要仔細(xì)檢查是否存在小血栓。 VNC 影像可以評(píng)估血管壁的鈣化或鈣化型血栓， 而CTPA 影像有時(shí)無法顯示鈣化。

2.1.3 DEPI DEPI 診斷APE 的特征性影像表現(xiàn)為灌注減低與灌注缺損[13]。Zhang 等[14]通過家兔模型對(duì)比DEPI 與V/Q 顯像時(shí)發(fā)現(xiàn)，2 種成像方法對(duì)灌注缺損顯示率相當(dāng)，DEPI 診斷APE 的敏感度為100%，特異度為98%，表明DEPI 影像的灌注缺損征象對(duì)診斷APE 有較高的可信度。對(duì)照灌注異常區(qū)與栓塞血管關(guān)系可以提高亞段小栓子診斷的敏感性。 另外， 根據(jù)灌注減低程度可以反映不同類型及大小栓子的肺實(shí)質(zhì)血流情況。 APE 閉塞性栓子的灌注缺損區(qū)多呈段性、亞段或大葉性分布，非閉塞性栓子灌注缺損的發(fā)生率相對(duì)較低，Weidman 等[12]研究一組APE 病人的DEPI 影像發(fā)現(xiàn)， 約74.3%的閉塞性APE 具有匹配的灌注缺損區(qū)， 而非閉塞性APE中僅有11.4%。 APE 出現(xiàn)肺梗死時(shí)外周楔形灌注缺損區(qū)面積往往大于相對(duì)應(yīng)肺窗異常密度區(qū)， 而對(duì)于有栓子而無肺梗死病人， 僅表現(xiàn)為灌注不同程度下降，相對(duì)應(yīng)肺窗區(qū)域未見異常變化。 值得注意的是，CT 衰減值超出預(yù)先設(shè)定閾值的病變、運(yùn)動(dòng)偽影及對(duì)比劑偽影等也會(huì)造成灌注異常， 因此診斷時(shí)還需密切結(jié)合肺窗影像。

氙氣增強(qiáng)DECT 利用肺通氣/血流比值特點(diǎn)從功能水平上評(píng)價(jià)APE，通過物質(zhì)解析算法計(jì)算氙氣吸入量，從而反映整體或局部肺通氣變化，Zhang 等[15]應(yīng)用這一技術(shù)與V/Q 顯像比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肺通氣/血流比值不匹配為APE 病人的主要影像特點(diǎn)，發(fā)生率為80%，且2 種方法的診斷準(zhǔn)確度基本一致。

利用灌注缺損征象也可以量化分析APE 的嚴(yán)重程度、判斷預(yù)后并監(jiān)測(cè)治療反應(yīng)，對(duì)于需要采取介入手術(shù)和溶栓的病人也可評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)分層[16]。 近年有研究者[17]通過應(yīng)用灌注缺損評(píng)分（P 評(píng)分）與整體灌注指數(shù)（OP 指數(shù)）評(píng)價(jià)APE 嚴(yán)重性，發(fā)現(xiàn)兩者可以較準(zhǔn)確地反映肺血流灌注情況。 Zhang 等[18]對(duì)31例APE 病人進(jìn)行DECT 研究發(fā)現(xiàn)，在碘濃度正常及非閉塞性、 閉塞性灌注缺損時(shí)肺野中碘濃度分別為1.89、0.83、0.27 mg/mL，三者間有顯著差異，表明血流灌注情況能夠較敏感地反映疾病嚴(yán)重程度。 需要特別注意的是，在表現(xiàn)為較大面積灌注缺損（大于肺總體積的5%）的APE 病人中，栓塞導(dǎo)致死亡和再入院的發(fā)生率更高[19]。

2.1.4 VMI D’Angelo 等[20]對(duì)肺部DECT 連續(xù)能譜研究發(fā)現(xiàn)，VMI 明顯改善了肺外周細(xì)小動(dòng)脈的顯影，肺動(dòng)脈VMI 的最佳能量水平為70 keV 和40 keV。在掃描方案不佳或?qū)Ρ葎┒虝褐袛鄬?dǎo)致的肺動(dòng)脈血管CT 值降低時(shí)，40 keV 下的單能譜重建可以彌補(bǔ)低對(duì)比度檢查的缺陷， 相對(duì)于線性融合影像，40 keV的VMI 可以提供診斷級(jí)別影像，結(jié)合碘圖診斷肺段水平栓塞的準(zhǔn)確度由72.5%提高至93.8%[21]。 Weiss等[22]將胸部DECT 成像轉(zhuǎn)化為VMI 成像，在40~55 keV 之間進(jìn)行單能譜成像時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了存在肺栓塞的病例，這也表明低能量VMI 也將是提高APE栓子檢出率的重要手段之一。

2.2 慢性肺栓塞（chronic pulmonary embolism，CPE）CPE 是由于機(jī)化血栓阻塞肺動(dòng)脈超過6 個(gè)月而導(dǎo)致肺血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生異常變化的一種疾病，CPE最主要并發(fā)癥是慢性血栓栓塞性肺動(dòng)脈高壓（chronic thromboembolic pulmonary hypertension，CTEPH）。0.6%~9.1%的APE 病人在2 年內(nèi)可出現(xiàn)CTEPH，病理機(jī)制為血栓溶解不完全或機(jī)化伴血管內(nèi)膜瘢痕形成，繼發(fā)血管重塑，進(jìn)而導(dǎo)致慢性肺動(dòng)脈阻塞和狹窄[23]。 因此，早期診斷CPE 和CTEPH 是提高其預(yù)后的關(guān)鍵。

2.2.1 CTPA CTPA 影像上CPE 和CTEPH 的特征性改變?yōu)檠苄螒B(tài)異常， 表現(xiàn)為肺動(dòng)脈突然截?cái)嗷蜃冋皟?nèi)膜網(wǎng)帶狀不規(guī)則增厚等，多角度、多方位觀察可顯示病變血管全貌。

2.2.2 碘圖與VNC CPE 和CTEPH 在碘圖上主要表現(xiàn)為邊界清晰的斑點(diǎn)狀、 斑駁狀或楔形馬賽克樣碘濃度減低區(qū)。 Renapurkar 等[24]以V/Q 顯像作為參考標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)90 例CTEPH 病人研究發(fā)現(xiàn)，碘圖在肺段水平診斷敏感度和特異度分別為100%和92%，表明其與V/Q 顯像具有很好的匹配性。 同時(shí)在栓子較小或血管再通時(shí)，興趣區(qū)碘值減低可能是CPE 和CTEPH 的唯一表現(xiàn)，表明碘圖對(duì)CPE 和CTEPH 的診斷具有較好價(jià)值，國(guó)內(nèi)唐等[25]的犬模型實(shí)驗(yàn)研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。VNC 影像對(duì)評(píng)估CPE 和CTEPH中出現(xiàn)的部分或完全鈣化型血栓可以提供附加信息。

2.2.3 DEPI 灌注減低與灌注缺損同樣也是CPE和CTEPH 的主要影像征象， 結(jié)合肺窗觀察時(shí)常表現(xiàn)為馬賽克樣明暗交替區(qū)。 灌注異常多與馬賽克樣暗區(qū)相一致。 另外， 馬賽克樣明亮區(qū)域中存在較高碘濃度聚集時(shí)， 也高度提示其內(nèi)血管存在異常。 灌注異常在區(qū)分APE 與CPE 和CTEPH 時(shí)有較大價(jià)值， 相比APE，CPE 和CTEPH 灌注缺損區(qū)肺CT 衰減值降低更明顯，肺動(dòng)脈強(qiáng)化峰值/肺衰減值比率增高， 這可能是由于肺動(dòng)脈纖維成分增多或側(cè)支循環(huán)的存在導(dǎo)致延遲強(qiáng)化更明顯。 另外，CPE 和CTEPH肺動(dòng)脈內(nèi)栓子鈣鹽沉積量及血紅蛋白含量增高，使其CT 值相對(duì)增高[26]。 DEPI 上灌注缺損同樣也是CTEPH 手術(shù)的重要參考指標(biāo)之一[27]，CTEPH 是唯一可經(jīng)手術(shù)治愈的肺動(dòng)脈高壓， 尤其是對(duì)于肺動(dòng)脈近端形態(tài)異常的病人。 當(dāng)灌注缺損與病變血管相匹配時(shí)，多提示手術(shù)成功率相對(duì)較高；相反，灌注缺損無相應(yīng)的責(zé)任血管時(shí)， 則表明病灶處于肺外周水平或者為超出CT 空間分辨力極限的微小栓子， 常出現(xiàn)持續(xù)升高的平均肺動(dòng)脈壓和肺血管阻力等不良的術(shù)后結(jié)果，因此多不建議手術(shù)治療。

2.3 先天性肺血管發(fā)育異常 DECT 及后處理技術(shù)也常用于診斷和鑒別部分先天性肺血管發(fā)育異常病變。 先天性肺動(dòng)脈缺如（肺動(dòng)脈左主干或右主干缺失）時(shí)，同側(cè)肺野體積顯著縮小。 CTPA 三維影像可清晰顯示患側(cè)肺野代償供血血管形態(tài)特征，DEPI 影像上病灶區(qū)無灌注缺損是區(qū)別先天性肺動(dòng)脈缺如與先天性肺發(fā)育不全的重要征象， 原因在于前者可出現(xiàn)代償性側(cè)支血供，碘對(duì)比劑可順利進(jìn)入病灶區(qū)，而后者患側(cè)肺野內(nèi)通常無正常肺實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)及血供[28]，進(jìn)而表現(xiàn)為顯著灌注缺損征象。 肺動(dòng)靜脈畸形（arteriovenous malformation，AVM）是另一種相對(duì)常見的先天性血管異常，多見于遺傳性出血性毛細(xì)血管擴(kuò)張癥。 CTPA 影像中可見單支擴(kuò)張的肺動(dòng)脈通過瘤樣囊腔直接連接到一個(gè)或多個(gè)引流靜脈。 薄層橫斷面和冠狀面碘圖可提高小型AVM 的檢出率， 與肺出血、纖維瘢痕及炎癥相比，AVM 病灶中的碘濃度輕度增加[29]。 灌注缺損程度對(duì)判斷先天性肺血管疾病的嚴(yán)重程度也有一定的參考價(jià)值，Kim 等[30]對(duì)AVM病人的DEPI 影像研究發(fā)現(xiàn)，約40%病人存在不同程度的灌注缺損，缺損程度與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。低能量VMI 可通過增強(qiáng)血管對(duì)比度來檢出小型AVM。

2.4 肺血管腫瘤性病變 未分化的內(nèi)膜肉瘤是最常見的肺動(dòng)脈肉瘤類型，CTPA 影像上多表現(xiàn)為擴(kuò)張管腔內(nèi)伴腫塊影，充盈缺損邊緣不規(guī)則，脫落腫瘤細(xì)胞可沿血流方向播散， 導(dǎo)致遠(yuǎn)端栓塞。 近年有關(guān)DECT 在評(píng)估腫瘤累及肺血管的研究愈加廣泛，尤其可以通過碘濃度值來鑒別肺動(dòng)脈源性腫瘤與栓子。 Chang 等[31]應(yīng)用碘圖對(duì)比16 例肺動(dòng)脈血栓與9例肺動(dòng)脈肉瘤病人的研究發(fā)現(xiàn)， 腫瘤栓子較血栓栓子的碘濃度和碘衰減值更高。

2.5 血管炎 血管炎在DECT 上除表現(xiàn)為血管壁增厚的形態(tài)變化和對(duì)比劑延遲強(qiáng)化外， 由于肺循環(huán)受累，肺野中也可表現(xiàn)出不同程度的灌注減低。

3 小結(jié)

DECT 胸部掃描具有便捷、 低輻射劑量及低對(duì)比劑用量等特點(diǎn)， 可一次性獲得肺部血管形態(tài)學(xué)特征及多種定量參數(shù)的功能學(xué)信息。 盡管DECT 已應(yīng)用于肺血管性疾病研究， 但大多數(shù)研究處于起步階段，且存在相關(guān)研究空白，如不同疾病基礎(chǔ)上的肺灌注情況以及肺癌治療前后病灶內(nèi)血管特點(diǎn)等都需要進(jìn)一步研究。 此外， 碘劑及灌注相關(guān)參數(shù)的一致性和穩(wěn)定性尚需大樣本、多中心研究的驗(yàn)證。 隨著CT設(shè)備發(fā)展、 掃描序列優(yōu)化以及后處理技術(shù)升級(jí)，DECT 有望成為評(píng)估肺血管性病變的一站式影像檢查技術(shù)。