雙能量CT 在肝實質(zhì)彌漫性疾病中的應(yīng)用進展

呂敏 肖恩華

肝實質(zhì)彌漫性疾病為一組彌漫性肝細胞變性、壞死的疾病。常見的肝實質(zhì)彌漫性疾病主要有肝炎、脂肪肝、肝鐵沉積、肝膽汁淤積等。持續(xù)存在的炎癥、脂肪變性、鐵沉積和膽汁淤積會不斷刺激肝星形細胞導(dǎo)致肝纖維化，在無任何干預(yù)的情況下，肝纖維化可以進展為肝硬化及肝癌，后者是中國第四大常見腫瘤，第二大致死腫瘤[1]。然而，上述疾病轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維化的病理過程具有可逆性，早期評估病變程度有助于疾病的完全治愈。目前明確肝實質(zhì)彌漫性疾病病變程度的金標(biāo)準(zhǔn)是肝活檢，但其具有一定的創(chuàng)傷性，并且不適合長期隨訪觀察及評估藥物治療反應(yīng)，因此臨床醫(yī)生在診療中一般更傾向于無創(chuàng)的影像檢查，如 B 超、MRI 及 CT。B 超及 MRI 彈性成像可以精確檢測及評估肝纖維化及肝硬化，但均對肥胖病人穿透力差、成像時間長，且不適用于體內(nèi)有金屬植入物的病人[2-3]。CT 可以彌補這些不足，然而其只能對出現(xiàn)明顯影像學(xué)變化的疾病進行診斷。近年來，隨著雙能量CT（dual-energy computed tomography，DECT）的發(fā)展，其物質(zhì)分離技術(shù)可以對肝內(nèi)碘、脂肪和鐵等多種物質(zhì)進行準(zhǔn)確識別和定量，進而可以對肝纖維化、脂肪肝、肝鐵沉積、肝硬化及其并發(fā)癥進行評估，這就使CT 早期診斷及評估肝實質(zhì)彌漫性疾病的嚴(yán)重程度成為可能。

1 DECT 成像原理

DECT 成像是在2 種不同能量下對物體進行CT 掃描的成像技術(shù)。根據(jù)同種物質(zhì)在不同能量下的線性衰減系數(shù)（X 線衰減值）不同，DECT 可以通過獲取不同能量下所得的附加衰減值進行物質(zhì)鑒別。由于任何一種物質(zhì)的線性衰減系數(shù)可以由2 種或3種基物質(zhì)的線性衰減系數(shù)以不同比例構(gòu)成，因此DECT 可以通過基物質(zhì)分離算法實現(xiàn)物質(zhì)分離，即物質(zhì)分離技術(shù)。DECT 還具有強大的后處理能力，包括虛擬單能成像、虛擬平掃成像、虛擬去鈣成像、能譜曲線及有效原子序數(shù)圖等后處理技術(shù)[4]。這些技術(shù)在臨床上的使用擴大了CT 的應(yīng)用范圍，也提高了CT 在診斷疾病方面的性能[5]。

2 DECT 成像方法

目前有許多技術(shù)可用于獲取雙能量數(shù)據(jù)[6]，如雙源雙能量CT 技術(shù)、單源螺旋雙能量CT 技術(shù)、同源雙光束雙能量CT 技術(shù)、單源序列采集雙能量CT技術(shù)、單源快速管電壓切換雙能量CT 技術(shù)、雙層探測器雙能量CT 技術(shù)。每種技術(shù)采集數(shù)據(jù)的方式不同，并且各自都存在不足，本文主要介紹在肝臟方面研究及應(yīng)用較多的單源快速管電壓切換雙能量CT 技術(shù)及雙源雙能量CT 技術(shù)。①單源快速管電壓切換雙能量CT 技術(shù)：在該技術(shù)中X 線管能迅速切換管電壓，從而收集交錯的能量投影數(shù)據(jù)。該技術(shù)對CT 設(shè)備的要求較高，因為收集的雙能量數(shù)據(jù)幾乎是同時獲取的，管電壓需要在短時間內(nèi)快速調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)時間過長都會導(dǎo)致2 種能量分離不佳；且與其他單源CT 相比，每臺機架旋轉(zhuǎn)采集的視圖數(shù)需要增加1 倍以上才能夠維持影像質(zhì)量及減少混雜偽影。②雙源雙能量CT 技術(shù)：雙源CT 內(nèi)有2組相互垂直的X 線球管系統(tǒng)及探測器系統(tǒng)，在掃描過程中，2 組系統(tǒng)分別在高能量與低能量下同時、同平面互不干擾地采集數(shù)據(jù)。雙源CT 的最大優(yōu)勢是管電壓、管電流及過濾器均可調(diào)節(jié)，并且2 個球管相互獨立，充分實現(xiàn)了能量最小重疊及光譜優(yōu)化。第3 代雙源CT 高能量X 線球管的前方還安裝了一個錫過濾片，有助于衰減低能量光子，增加光譜能量的差異，促進能譜分離。雙源CT 存在的不足主要是掃描視野較小及存在散射交叉輻射。

3 DECT 成像在肝實質(zhì)彌漫性病變中的應(yīng)用

3.1 脂肪定量 一般情況下，常規(guī)CT 可以通過CT衰減值檢測及診斷脂肪肝，但這種方法只能粗略估計脂肪肝程度，而不能對肝內(nèi)脂肪定量；DECT 可以利用多物質(zhì)分離技術(shù)能區(qū)分脂肪并量化肝組織中的脂肪含量，從而對脂肪肝病人進行早期準(zhǔn)確評估。Hyodo 等[7]對33 例疑似肝臟脂肪變性的病人依次進行了 DECT（80、140 keV）、單體素質(zhì)子磁共振波譜（MRS）分析、肝活檢，然后在 DECT 及 MRS 上根據(jù)肝活檢范圍選取了3 個興趣區(qū)，并分別測得所選區(qū)域的脂肪含量，即肝脂肪體積分數(shù)（fat volume fraction，F(xiàn)VF）和脂肪分數(shù)（fat fraction，F(xiàn)F），研究發(fā)現(xiàn)FVF 與FF 的曲線下面積（AUC）分別為0.88、0.89，表明DECT 與MRS 在定量肝內(nèi)脂肪含量上具有相似的準(zhǔn)確性，研究還進一步分析了不同增強掃描期的FVF 值與平掃期的FVF 值的一致性，結(jié)果顯示增強掃描期獲取的FVF 值會高估肝內(nèi)脂肪含量，但是高估值在可接受的范圍內(nèi)（≤2%）。因此，總的來說增強掃描期虛擬影像與平掃期影像具有一致性，這為減少病人的掃描次數(shù)與輻射暴露提供了可能。孫等[8]還使用DECT 能譜曲線對不同程度的脂肪肝恒河猴模型進行了評估，結(jié)果表明DECT 與病理活檢非酒精性脂肪肝活動性評分具有良好相關(guān)性。DECT 在定量評估肝臟脂肪沉積的異質(zhì)性方面也有一定價值，Cao 等[9]采用70 keV 虛擬單色圖像測得的不同脂肪肝模型大鼠左肝葉及右肝葉的脂肪含量、肝脾密度比、肝脾密度差的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，提示DECT 單色圖像CT 值能敏感地反映大鼠肝臟脂肪沉積的異質(zhì)性。

然而，有些研究者得到了不同的結(jié)果。Guo 等[10]應(yīng)用常規(guī)CT 對400 名健康志愿者進行了肝內(nèi)脂肪含量定量分析，結(jié)果顯示常規(guī)CT 原始及校正的定量CT 值與MRI 測得的FF 值均有良好的相關(guān)性（r2均為0.79）。Kramer 等[11]比較不同影像方法檢測肝內(nèi)脂肪含量差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單能CT 與MRS 具有較高的相關(guān)性（r2=0.856），而 DECT 與 MRS 僅具有中等相關(guān)性（r2=0.423）?？赡苁怯捎贒ECT 在評估不同程度脂肪肝上的敏感性不同所致，即DECT 對重度脂肪肝的敏感性高于輕度脂肪肝。

3.2 鐵定量 在肝鐵沉積癥的診斷中，MRI 常作為檢測肝內(nèi)鐵沉積含量的輔助方法[12]。近年來，隨著DECT 物質(zhì)分離技術(shù)的發(fā)展，許多研究都證明了DECT具有評估肝內(nèi)鐵沉積含量的準(zhǔn)確性。Luo 等[13-14]先后在動物實驗及臨床試驗中驗證了DECT 定量肝內(nèi)鐵含量的可行性，動物實驗主要將DECT 從兔載鐵模型獲取的虛擬鐵濃度（virtual iron concentration，VIC）與兔活檢獲取的肝鐵含量（liver iron content，LIC）進行相關(guān)性分析；臨床試驗主要對疑似肝鐵沉積病人進行分析，將DECT 獲取的VIC 與MRI 獲取的LIC 進行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示動物實驗和臨床試驗中VIC 與LIC 的相關(guān)系數(shù)分別為0.977、0.885，表明DECT 測得的VIC 與病理活檢及MRI 測得的LIC 明顯相關(guān)，且發(fā)現(xiàn)DECT 獲取的VIC 對肝鐵沉積程度的分級具有很高的敏感度和特異度，在疑似肝鐵沉積病人中，當(dāng)LIC 閾值為含鐵7.0 mg/g 或更高時，VIC 的敏感度和特異度均為100%。Werner等[15]研究還發(fā)現(xiàn)DECT 獲取的肝VIC 與血清鐵蛋白水平和輸血鐵估計量密切相關(guān)，可用于輸血性鐵沉積癥的常規(guī)診斷和補充評估。因此，DECT 在評估肝臟鐵沉積及其程度分級方面非常有價值，這為不能選擇MRI 檢查的病人提供了一種有效并準(zhǔn)確的替代方法。

3.3 膽汁淤積 最近的一項研究[16]報道，18 歲以下肝硬化病人的最常見病因是先天性膽汁淤積病和發(fā)育障礙。目前尚無研究采用DECT 評估膽汁淤積，但有研究者分析了DECT 對膽汁淤積性肝硬化兒童肝臟血流動力學(xué)的評估價值，如Shang 等[17]對60 例膽汁淤積性肝硬化兒童和15 例肝功能正常的遺傳性代謝疾病兒童進行了DECT 掃描，在DECT碘圖上獲取了2 組的肝動脈碘分數(shù)（arterial iodine fraction，AIF；AIF=動脈期碘濃度/門靜脈期碘濃度），結(jié)果顯示2 組的AIF 差異具有統(tǒng)計學(xué)意義；并且在肝硬化組中，隨著Child-Pugh 分級的增加，膽汁淤積性肝硬化患兒的肝實質(zhì)動脈期碘濃度和AIF 逐漸增加，試驗所顯示的AIF 變化趨勢與既往通過超聲多普勒檢查和動態(tài)增強MR 成像獲得的膽道先天性閉鎖兒童肝臟血流動力學(xué)結(jié)果相似。Dong 等[18]在成人肝硬化的研究中也發(fā)現(xiàn)AIF 及肝實質(zhì)動脈期碘濃度與Child-Pugh 分級呈正相關(guān)（r=0.71，r=0.46）?；贒ECT 碘圖可評估肝硬化病人肝、脾實質(zhì)血流動力學(xué)的變化以及AIF 可作為Child-Pugh分級的一個定量指標(biāo)，因此DECT 可用于評估肝硬化嚴(yán)重程度以及監(jiān)測肝硬化病人疾病進展和治療反應(yīng)。

3.4 肝硬化及其晚期并發(fā)癥 常規(guī)CT 可以利用精確減法運算和平衡期影像計算出肝細胞外體積分數(shù) [extracellular volume fraction，fECV，fECV=（肝 CT值/主動脈 CT 值）×（1-血細胞比容）]，通過 fECV 值可以對早期和晚期肝纖維化進行評估[19]。DECT 在此基礎(chǔ)上量化了肝臟及主動脈的碘濃度，進一步提高了fECV 評估肝纖維化嚴(yán)重程度及分級的準(zhǔn)確性，有研究[20]表明DECT 獲取的fECV 值用于區(qū)分肝纖維化程度（F1-F4）的 AUC 值范圍為 0.795～0.855。Bak 等[21]研究了 DECT 碘圖獲取的fECV 值能否預(yù)測肝硬化病人的肝臟相關(guān)事件，結(jié)果顯示fECV值和血清白蛋白水平為肝臟相關(guān)事件的獨立預(yù)測因子，并且還發(fā)現(xiàn)fECV 和血清白蛋白水平組成的風(fēng)險模型[赤池信息量準(zhǔn)則值（Akaike information criterion，AIC）=173.36，一致性指數(shù)=0.941]相比于單獨的fECV（AIC=183.09，一致性指數(shù)=0.890）及血清白蛋白（AIC＝209.45，一致性指數(shù)＝0.849）對肝臟相關(guān)事件具有更高的預(yù)測性能。另外，對于通過肝與腹主動脈的碘濃度比計算fECV，Ito 等[22]提出脊柱的條紋偽影可能會影響腹主動脈碘濃度的測量，建議測量肝上方上腔靜脈碘濃度替代腹主動脈碘濃度進行fECV 計算。最近，有研究者發(fā)現(xiàn)雙能多相CT 獲取的碘洗脫率也可以對肝纖維化程度進行預(yù)測及評估，并且可能相比fECV 具有更高的準(zhǔn)確性。

DECT 碘圖為評估肝硬化晚期并發(fā)癥也提供了潛在的可能性。食管胃底靜脈破裂出血是肝硬化最常見的并發(fā)癥，早期評估靜脈曲張程度有助于預(yù)測及防止發(fā)生胃腸道大出血。Han 等[23]在DECT 碘圖上獲取了72 例食管靜脈曲張病人及20 名健康志愿者的脾碘量（iodine weight of spleen，IW-S=脾實質(zhì)碘濃度×脾體積），研究顯示食管靜脈曲張病人和健康志愿者的IW-S 差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，并且食管靜脈曲張程度越重，IW-S 越高，研究還進一步分析了IW-S 對高危食管靜脈曲張的診斷效果，結(jié)果測得IW-S 檢測高危食管靜脈曲張的AUC 為0.87，敏感度為84.9%，特異度為84.2%。肝癌是肝硬化晚期的嚴(yán)重并發(fā)癥。DECT 碘圖和DECT 重建虛擬單色成像（virtual monoenergetic imaging，VMI）對早期肝癌的診斷準(zhǔn)確率相對于常規(guī)CT 更高。碘圖提高了肝癌動脈晚期強化的可見性，VMI 提高了肝癌靜脈期或延遲期洗脫的可見性。Matsuda 等[24]研究表明50 keV VMI 最適合早期小肝癌（≤2 cm）的延遲期洗脫檢測。此外，碘圖還有助于評估肝癌射頻消融術(shù)后療效[25]，可以發(fā)現(xiàn)殘留或復(fù)發(fā)的腫瘤。DECT碘圖對術(shù)前預(yù)測肝癌有無微血管浸潤也有一定的價值[26-27]。

3.5 其他 肝糖原貯積癥、肝豆?fàn)詈俗冃浴udd-Chiari 綜合征也是常見的肝實質(zhì)彌漫性疾病，但目前尚未見研究者使用DECT 對以上疾病進行研究的報道。肝糖原貯積癥主要由于糖原代謝酶的缺陷而導(dǎo)致糖原分解或合成障礙，從而產(chǎn)生不同組織器官中糖原過多蓄積，累及肝臟時主要表現(xiàn)為肝臟顯著腫大及肝實質(zhì)密度改變，但肝糖原貯積癥常并發(fā)彌漫性肝脂肪浸潤，可部分或完全抵消糖原對肝密度的影響。肝豆?fàn)詈俗冃灾饕歉毋~濃度的增加，但與肝鐵沉積癥不同的是，肝臟衰減值并無明顯增加。Budd-Chiari 綜合征是由于下腔靜脈肝段和/或肝靜脈狹窄或阻塞所致肝靜脈回流障礙的一種臨床綜合征，其首選檢查方法為超聲。

4 DECT 成像的局限性

目前DECT 在肝實質(zhì)彌漫性疾病及其他疾病診療過程中并沒有得到充分利用，這可能受繁瑣的工作流程[28]和當(dāng)前的技術(shù)限制。工作流程問題主要為處理時間和網(wǎng)絡(luò)傳輸時間過長，重組高、低能量的薄層影像以及額外重組虛擬單能成像、虛擬平掃成像、虛擬去鈣成像等影像需要大量的時間，并且由于影像數(shù)據(jù)過多，在系統(tǒng)中傳輸?shù)臅r間也會相對延長，這兩者都大大增加了病人的相對檢查時間及放射科醫(yī)生的工作時間。在技術(shù)方面，為獲取更高的影像質(zhì)量需要進一步優(yōu)化影像噪聲及開發(fā)更通用的雙能應(yīng)用算法，以進一步擴大DECT 的臨床應(yīng)用范圍。

5 小結(jié)

DECT 碘圖、虛擬單能圖像、多物質(zhì)分離技術(shù)等為肝實質(zhì)彌漫性病變的診斷提供了更高影像質(zhì)量、更低的輻射暴露劑量以及更多有助于評估病變程度及分級的信息，對于監(jiān)測疾病的進展及治療反應(yīng)也有很大的幫助。DECT 可替代MRI 評估肝實質(zhì)彌漫性疾病且具有高準(zhǔn)確性，對不能進行MRI 檢查的病人具有較大的應(yīng)用前景。但是，DECT 對于肝實質(zhì)彌漫性疾病的診斷優(yōu)勢仍然還需要更多、更大樣本量去研究。相信隨著DECT 后處理技術(shù)的不斷發(fā)展，DECT 將為肝實質(zhì)彌漫性疾病診療提供更大的價值。