雙層探測器光譜CT在頭頸部血管相關疾病中的研究進展

賈萍，王曉明

中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004；*通信作者 王曉明 wangxm024@163.com

頭頸部血管疾病是日常生活中危害人們身體健康的常見疾病。鑒于頭頸部復雜的解剖結構和精密度，顱內血管的顯示和頭頸部血管疾病的診斷需要特殊的成像方式以滿足臨床診斷的需求。能譜CT可以同時獲得解剖圖像和高、低雙能量圖像，實現多參數成像。與普通CT相比，能譜CT不但能提高圖像質量、提供更多的信息，而且可以提高CT檢查的安全性，對頭頸部血管疾病具有良好的診斷價值[1-2]。

雙層探測器光譜CT（以下簡稱光譜CT）采用單源雙探測器成像模式，通過上下兩層探測器同步接收不同能量的圖像后，將數據從各自的側置數據通道傳出，實現雙能量成像。與其他類型能譜CT相比，光譜CT在頭頸部血管成像中有更多的優(yōu)點：①一次常規(guī)掃描自動獲得常規(guī)CT信息和雙能量信息，不需專門設置雙能量掃描模式序列；②探測器采集到的數據以基數據包形式存儲，可在回顧性研究中直接調用進行多參數重建；③兩套不同能量的圖像在時間和空間上完全配準，有助于削減偽影。本文擬對光譜CT在頭頸部血管相關疾病中的應用進行綜述。 1

頭頸部血管常用光譜CT 的概述

任何物質的衰減系數可以由其他兩種已知物質的衰減系數表達。用已知的兩種基物質進行線性組合和物質分離可以得到虛擬單能量圖像、碘密度圖、能譜曲線圖、有效原子序數圖、虛擬平掃（virtual non-contrast，VNC）圖等多參數成像[3-4]。上述技術可以優(yōu)化頭頸部血管的顯像質量，消除血管旁硬化偽影，消除動脈夾、彈簧圈引起的金屬偽影，實現物質鑒別與定量、減少對比劑劑量和輻射劑量，為頭頸部血管疾病的臨床診斷提供更有價值的影像信息。

2 頭頸部血管常用光譜CT 的臨床意義

2.1 虛擬單能量成像（virtual monoenergetic image，VMI） 對成像過程中采集到的基數據包進行線性組合可得到40～200 keV能量范圍內的VMI圖像，相當于分別使用161個單能量X線進行掃描得到的圖像。與混合能量成像相比，低能級VMI（40～60 keV）提高了動脈的對比噪聲比（CNR），有助于改善頭頸部CT血管成像（CTA）中小動脈分支的成像質量[5]。高能級VMI（＞90 keV）不僅可以有效減少動脈瘤術后由動脈夾和彈簧圈產生的金屬偽影[6-7]，還可以減少后顱窩硬化偽影[8]，有助于診斷后循環(huán)缺血性腦卒中。

2.2 VNC圖像 通過后處理技術使碘圖中含碘組織的CT值近似等于不含碘時的CT值，生成類似于真正平掃（true-non-contrast，TNC）的VNC圖像。光譜CT VNC圖像的碘消除準確性很高，可以取代TNC圖像，降低約1/3的輻射劑量[9]。在頭頸部血管成像中，VNC圖像可用于顯示顱內出血的位置和范圍、區(qū)分機械血栓切除術后血-腦屏障損傷引起的對比劑外滲和出血，并更早發(fā)現缺血區(qū)域等。

2.3 碘密度圖 光譜CT的碘密度圖可用于測量圖像中某體素的碘濃度，定量分析強化的程度。在分析過程中通常使用直方圖和散點圖反映物質和組織結構的統(tǒng)計信息。光譜CT還可以實現碘融合彩色圖像，更好地查看含碘組織。碘密度圖定量與VNC圖像聯合使用可用于檢測腦出血再通后是否存在腦出血，鑒別出血和對比劑外滲。

2.4 能譜曲線 CT值由物質的密度和X線能量共同決定，有時CT值相同的兩種物質在CT圖像上無法區(qū)分。但能譜曲線以單能級水平為橫坐標、CT值為縱坐標，表示不同成分的CT值隨不同能級變化的特征，具有物質特異性，可根據能譜曲線的斜率和形態(tài)確定組織成分，鑒別不同組織。能譜曲線與有效原子序數圖、碘密度圖聯合可用于鑒別頸動脈粥樣硬化斑塊的成分，評估頸動脈斑塊與發(fā)生腦卒中的關系，從而采取不同的治療方法。

2.5 有效原子序數圖 原子序數為圖像中每個體素加入了物質成分的信息，不同于CT值。光譜CT賦予有效原子序數色彩化，得到有效原子序數圖，與能譜曲線結合可以為鑒別物質成分、實現物質分離提供更加豐富的信息。

3 光譜CT 技術在頭頸部血管相關疾病中的應用

3.1 頭頸部血管性病變 由于人口老齡化不斷加劇，頭頸部血管疾病成為臨床常見的疾病類型。CTA無創(chuàng)、簡便且對動脈病變敏感，已廣泛應用于腦供血動脈的成像，但鄰近顱骨的血管會受到骨骼的干擾而成像不佳。光譜CT特有的血管分析軟件SAVA將骨從頭頸血管CTA中移除，實現了直接血管減影成像。臨床應用中部分頭頸部CTA存在細小動脈成像不佳的缺點，不利于后續(xù)的血管重建，這時可以選擇單能量圖像優(yōu)化血管的顯示。Neuhaus等[10]研究發(fā)現：采用光譜CT進行頭頸部CTA得到的低能級VMI（40～60 keV）中動脈的CNR高于其他類型能譜CT的VMI圖像，使動脈中的碘信號強度提高了2～4倍，有助于改善頭頸部CTA中小動脈分支的成像質量。Tsang等[11]研究得到相同的結論，此外，該研究發(fā)現：80%的患者碘對比劑用量減少50%獲得的50 keV VMI成像質量近似或優(yōu)于混合能量圖像，可以實現對比劑用量的優(yōu)化。

3.2 頸動脈粥樣硬化 頸動脈粥樣硬化是指頸動脈在年齡增長、吸煙、高血壓等因素綜合影響下出現的粥樣硬化斑塊累積的病變，可能會使頸動脈變窄或堵塞，斑塊脫落還可以引起缺血性腦卒中等缺血性腦血管事件的發(fā)生。斑塊中含有較多脂質成分或不完整的纖維帽均易導致斑塊脫落、碎裂，對頸動脈產生血流動力學影響[12]，與缺血性腦卒中的發(fā)生密切相關，因此評價頸動脈粥樣硬化斑塊的性質具有重要的臨床意義。能譜曲線圖和有效原子序數圖等技術在頸動脈粥樣硬化斑塊的檢出和成分分析中得到普遍應用。既往研究顯示[13-14]，不同成分斑塊的能譜曲線形狀不同，結合CT值、能譜曲線斜率、有效原子序數數值、碘密度值可以有效鑒別斑塊的類型。此外，Zopfs等[15]發(fā)現，光譜CT 40 keV VMI圖像評估頸動脈狹窄程度效果最佳，而且沒有產生過多噪聲影響圖像質量，優(yōu)于混合能量成像和雙能CT。因此，能譜CTA相關技術有利于細化分析斑塊類型，評估斑塊的穩(wěn)定性，從而預防缺血性腦卒中的發(fā)生。

3.3 缺血性腦卒中 缺血性腦卒中又稱為急性腦梗死，是指由于腦部血液供應障礙導致腦組織發(fā)生缺血、壞死等一系列癥狀，具有高發(fā)病率、高死亡率、高致殘率的特點。由于腦組織對于缺血的耐受性非常差，早發(fā)現、早治療對于腦梗死患者至關重要[16]。光譜CT成像能夠對缺血性腦卒中的早期定性、定量診斷以及預后評估提供更為準確的影像數據。腦梗死發(fā)生及發(fā)展過程中梗死區(qū)域的含水量不斷增加。Noguchi等[17]通過抑制腦白質的脂肪成分，得到腦灰質-水圖（或稱為腦水腫圖）。該圖中腦灰質和白質之間的對比度低，從而突出了水腫的顯示。與普通CT相比，腦水腫圖對早期缺血檢測的敏感度提高了13%，特異度提高了27.3%，與擴散加權成像相當[18]。

腦梗死急性期進行血栓切除等介入治療較傳統(tǒng)靜脈溶栓能達到更高的再通率，改善預后。但手術也使血管床發(fā)生相應的損害，因此血管再通后血流壓力導致顱內出血的概率也相應地升高。而出血和手術中注入的對比劑外滲在CT上均表現為高密度影，需要進行鑒別。通常采用CT平掃進行隨訪掃描，持續(xù)數周的高密度為出血，1天內清除者為碘對比劑外滲。然而，Tijssen等[19]研究表明，VNC圖像和碘密度圖可以立即區(qū)分兩者，不需后續(xù)掃描：出血僅在常規(guī)圖像和VNC圖像表現為高密度，在碘圖中表現為低密度；而碘對比劑外滲僅在常規(guī)圖像和碘圖上表現為高密度，在VNC圖像上表現為低密度。Bonatti等[20]研究發(fā)現，術后用1.35 mg/ml碘密度作為臨界值預測是否會發(fā)生顱內出血的效能良好。

急性腦梗死患者血栓切除術后還可以繼發(fā)血管痙攣，從而致使血管狹窄，引發(fā)遠端缺血。缺血范圍越大，后續(xù)發(fā)生腦出血的概率越高，因此應對缺血范圍進行早期評估。Riederer等[21]研究發(fā)現，血栓切除術后VNC圖像可以比普通CT平掃圖像更早地發(fā)現早期缺血區(qū)域，且VNC中缺血區(qū)域較正常腦組織的CNR遠大于普通CT平掃，其原因是VNC圖像可以去除缺血區(qū)域由于血-腦屏障破壞使手術中注入的對比劑外滲引起的高密度，從而顯示缺血區(qū)域。Gariani等[22]采用雙能CT也得出相同的結論，但與雙能CT相比，光譜CT可以在先前病例的基礎上直接得到能譜數據，不需進行預先參數設置再次掃描，降低輻射劑量。Djurdjevic等[23]在動脈再通術后通過測量碘密度圖和VNC圖像上血-腦屏障損傷區(qū)域的密度值預測未來發(fā)生梗死和出血的可能性。碘圖上表現為高密度、VNC表現為低密度的血-腦屏障受損區(qū)域后續(xù)更易發(fā)生腦梗死。

3.4 出血性腦卒中 出血性腦卒中是由于腦血管破裂造成的局部腦組織損傷。常規(guī)CT平掃在腦出血中的診斷價值已得到廣泛的認可，但不利于尋找出血血管。DSA和CTA有助于了解導致腦出血病變的血管和病因，但輻射劑量大。Bonatti等[24]研究發(fā)現：采用頭頸能譜CTA重建出的VNC圖盡管顯示顱內出血的程度比TNC低，但仍能準確顯示顱內出血的位置和范圍，并減少了輻射劑量。既往研究表明[25-27]特定能級的VMI圖像可以提高正常頭顱平掃中灰白質的對比度。但Lennartz等[28]研究發(fā)現，白質內的出血和灰質內的低密度病變在 40 keV能級中顯示良好，而灰質內出血和白質內低密度病變在120 keV中顯示更佳。因此，當存在腦實質出血時，應采用不同的單能級顯示不同實質內的出血和低密度病變。另外，在觀察腦出血時，還應注意與類似病變進行區(qū)分，如腦海綿狀血管瘤與小灶性腦出血的CT表現有一定的相似性，需要進行鑒別。孫重陽等[29]發(fā)現兩者由于病理上存在本質的差別，在40～50 keV和90～140 keV VMI上的CT值有顯著差異；兩者的能譜曲線斜率也有顯著差異：腦海綿狀血管瘤能譜曲線呈遞減型，腦出血能譜曲線呈遞增型。因此，能譜CT可以為這兩種疾病的鑒別提供更有用的影像信息。

綜上所述，能譜CT相關技術已在頭頸部血管相關疾病中得到廣泛應用。與其他能譜CT相比，光譜CT從探測器角度進行革新，帶來新的能譜成像模式。光譜CT憑借其多種技術平臺，引領CT成像走向多元化，為頭頸部血管相關疾病的診斷與鑒別提供更豐富的信息，必將有更廣闊的應用前景。