能譜CT在胸部檢查的應(yīng)用進(jìn)展

能譜CT在胸部檢查的應(yīng)用進(jìn)展

Summary：簡要介紹了能譜CT成像的基本原理及分析平臺(tái)，通過能譜CT的物質(zhì)分離技術(shù)、單能量曲線、能譜曲線、有效原子序數(shù)技術(shù)在胸部檢查的應(yīng)用，分別闡述了利用能譜CT的技術(shù)分析平臺(tái)在肺部占位性病變的分析、肺動(dòng)脈栓塞成像分析、心臟冠狀動(dòng)脈成像應(yīng)用、胸腔積液成分分析的臨床應(yīng)用。指出了能譜CT作為一種新興的影像檢查技術(shù)，彌補(bǔ)了以常規(guī)CT的檢查局限性，使胸部影像診斷更加全面和精準(zhǔn)。Keys：能譜CT；胸部檢查；影像檢查技術(shù)；定量定性診斷Abstract:thispaperbrieflyintroducesthebasicprincipleofspectralCTimagingandanalysisplatform,throughenergyspectrumCTmaterialseparationtechnology,singleenergycurve,energyspectrumcurve,effectiveatomicnumbertechnologyappliedinthechestexamination,respectivelyexpoundstheadvantageofenergyspectrumCTtechnicalanalysisplatforminthelungsofspace-occupyinglesions,pulmonaryembolismimaginganalysisapplication,pleuraleffusion,heartcoronaryarteryimagingcomponentanalysisofclinicalapplication.PointsouttheenergyspectrumCTasanewimagingtechnology,madeupforbyconventionalCTexaminationlimitations,makingthediagnosisofchestimagingismorecomprehensiveandaccurate.自1972年第一臺(tái)CT機(jī)問世以來，CT技術(shù)迅速發(fā)展，掃描速度從最早的幾百秒縮短到亞秒，層厚從10mm減少到0.625mm，而探測器排數(shù)從單排增加到目前的64排、128排……甚至更多。CT進(jìn)入到后64排時(shí)代之后，為了提高圖像空間分辨率、密度分辨率，更充分地挖掘病灶的性質(zhì)，人們提出了以能譜成像為代表的雙能量技術(shù)[1]。其優(yōu)勢在于實(shí)現(xiàn)多參數(shù)成像，較傳統(tǒng)成像單一的CT值，影像信息得到了極大豐富，并在常規(guī)CT所具備的時(shí)間分辨率和空間分辨率的基礎(chǔ)上，還實(shí)現(xiàn)了能量分辨率，通過單能量成像、物質(zhì)分離技術(shù)及能譜線的繪制，使得能對(duì)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)成分分析，對(duì)組織的性質(zhì)和功能的評(píng)價(jià)提供更多信息和參考。1能譜CT成像的基本原理及分析平臺(tái)1.1成像原理在CT的成像系統(tǒng)中，CT通過計(jì)算物體對(duì)X線的衰減來成像，當(dāng)X線穿透物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)X線的吸收隨X線能量變化而變化，而且不同的物質(zhì)，這種隨能量變化的程度是不一樣的，即任何物質(zhì)都有固定的對(duì)X線衰減的特征吸收曲線，并且任何物質(zhì)的吸收系數(shù)可以用兩種基物質(zhì)的吸收系數(shù)來表達(dá)，這就是能譜成像的基本原理。對(duì)于醫(yī)學(xué)影像成像來說，最常用的基物質(zhì)對(duì)組合為水和碘。目前能譜CT成像方法主要為單源瞬時(shí)kVp切換技術(shù)、雙側(cè)探測器技術(shù)。1.2分析平臺(tái)物質(zhì)分離技術(shù)，從能譜成像原理可知，經(jīng)過高、低兩組電壓掃描的X線衰減圖像可以表達(dá)為兩種物質(zhì)的密度圖，這個(gè)過程就是物質(zhì)分離，分離后的物質(zhì)密度圖像中每一個(gè)體素反映了相應(yīng)的物質(zhì)密度信息。在醫(yī)學(xué)影像學(xué)中，最常用的物質(zhì)對(duì)為碘和水、鈣和水、鈣和碘。根據(jù)不同的診斷目的，選擇使用不同的物質(zhì)對(duì)。臨床常用于識(shí)別強(qiáng)化、虛擬平掃、去除鈣化的CTA、真假痛風(fēng)石的鑒別、良惡性病變的鑒別、放化療療效的評(píng)估。[2]單能量曲線圖像，在使用水和碘的質(zhì)量吸收函數(shù)隨能量變化的關(guān)系和通過物質(zhì)分離技術(shù)獲得的物質(zhì)對(duì)的密度值，就能計(jì)算出所感興趣物質(zhì)在各個(gè)單能量點(diǎn)鐘對(duì)X線的吸收，從而實(shí)現(xiàn)CT單能量成像。不同組織隨著X線束能量的變化，其衰減特性會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，較低的單能量水平可以提高圖像的密度分辨率，有助于病灶的顯示；較高的單能量水平會(huì)降低圖像的對(duì)比度，但是可以去除金屬偽影。臨床常用于去除顱后窩硬化偽影、優(yōu)化低對(duì)比結(jié)構(gòu)的顯示或提高小腫瘤的檢出、去除金屬偽影。能譜曲線，是物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的衰減（即CT值）隨X線能量變化的曲線，從能譜曲線上可以得到40~140keV每個(gè)能量點(diǎn)的平均CT值和標(biāo)準(zhǔn)差。每一種物質(zhì)都有特有的能譜曲線，由此可推斷出醫(yī)學(xué)上不同的能譜曲線代表不同的結(jié)構(gòu)和病理類型，類似能譜曲線提示同樣或類似的結(jié)構(gòu)和病理類型。臨床常用于腫瘤來源的鑒別、良惡性腫瘤的鑒別、惡性腫瘤的分級(jí)等方面。有效原子序數(shù)，是從原子序數(shù)引申發(fā)展而來的一個(gè)概念，如果某元素對(duì)X線的吸收衰減系數(shù)與某化合物或混合物的吸收衰減系數(shù)相同，該元素的原子序數(shù)就是某化合物或混合物的有效原子序數(shù)。從而用于進(jìn)行物質(zhì)的檢測、鑒別或物質(zhì)分離等技術(shù)應(yīng)用。臨床上比較成熟的應(yīng)用于腎結(jié)石的成分分析、進(jìn)行腫瘤的鑒別診斷等應(yīng)用。2.能譜CT在胸部成像的應(yīng)用2.1肺部占位性病變的分析肺部占位性病變多種多樣，肺部占位同時(shí)也是臨床常見的胸部疾病之一，其中惡行病變最常見的是肺癌，如何對(duì)肺部占位性病變進(jìn)行有效鑒別，是人們長期關(guān)注的重點(diǎn)。傳統(tǒng)CT主要依據(jù)形態(tài)學(xué)（如病灶的毛刺征、分葉征、胸膜凹陷征、支氣管截?cái)嗾骷把芗鞯龋┘霸鰪?qiáng)后腫物強(qiáng)化程度進(jìn)行鑒別，但在實(shí)際工作中，部分病變存在異病同影等不典型表現(xiàn)，造成部分病變的誤診。能譜CT相較于傳統(tǒng)CT，可以進(jìn)行多參數(shù)成像，利用各種分析平臺(tái)對(duì)病變進(jìn)行分析，可以在功能學(xué)上對(duì)病變進(jìn)行定量定性診斷。對(duì)于肺部良惡性病灶，其中心病灶含有的成分不同，因此通過物質(zhì)分離技術(shù)，對(duì)病灶組織鈣（水）濃度、脂（水）濃度等成分進(jìn)行分析，能夠?qū)Ψ尾苛紣盒圆≡钸M(jìn)行鑒別。臨床常見的肺癌病理類型有腺癌、鱗癌、小細(xì)胞肺癌等，對(duì)于早期明確肺癌類型，對(duì)制定針對(duì)性的治療方案，提供臨床治療效果尤其重要，傳統(tǒng)CT僅靠形態(tài)學(xué)很難進(jìn)行定量分析。不同的肺癌病理類型在發(fā)生、發(fā)展過程中，有明顯的差異，每種物質(zhì)都有代表其組織成分的特征性能譜曲線，通過能譜CT檢查的能譜曲線技術(shù)，以不同keV水平下的CT值連線呈現(xiàn)。研究表面，腺癌、鱗癌曲線斜率明顯高于小細(xì)胞肺癌，腺癌曲線斜率較鱗癌高[3]，同時(shí)，有研究表明，炎性占位曲線斜率高于肺癌[4]。在肺癌患者中，對(duì)于肺門和縱隔增大淋巴結(jié)的鑒別是否為反應(yīng)性增生或癌性轉(zhuǎn)移，能譜CT不但可以測量淋巴結(jié)大小，還可以在低keV能譜圖上定量測定碘濃度值進(jìn)行鑒別[5]，從而精準(zhǔn)的判斷肺癌的TNM分期。2.2肺動(dòng)脈栓塞成像分析肺栓塞是心血管疾病最常見的死亡原因之一，肺栓塞患者的病死率高達(dá)30%，及時(shí)有效的診治可以大大降低肺栓塞的病死率。目前臨床上最常用的檢測可以肺栓塞患者的方法為CT肺血管成像（computedtomographypulmonaryangiography,CTPA），常規(guī)的CTPA檢查只能告知臨床肺動(dòng)脈是否存在栓子，無法顯示肺組織血流灌注一次情況。而能譜CT成像可以同時(shí)提供形態(tài)學(xué)信息和功能分析，通過一次增強(qiáng)掃描即可獲得反映形態(tài)學(xué)的CTPA圖像，同時(shí)，利用能譜CT定量碘基物質(zhì)圖反映不同類型肺栓塞患者的灌注情況[6]。由于肺栓塞患者栓塞血管所供應(yīng)的肺實(shí)質(zhì)灌注減低，在碘基物質(zhì)圖，通過與同層面對(duì)側(cè)或同側(cè)肺組織碘分布正常區(qū)域?qū)φ?，碘分布缺失或稀疏，從而反映出肺組織低灌注區(qū)，進(jìn)而反應(yīng)栓塞后肺循環(huán)血流動(dòng)力學(xué)的變化[7]。此外，利用這種碘基物質(zhì)圖可以評(píng)估肺栓塞治療后效果。利用能譜CT低能量點(diǎn)的單能量重建，通過尋找低灌注區(qū)更容易找到肺動(dòng)脈細(xì)小分支的血栓，從而提高肺亞段栓塞的診斷。[8]2.3心臟冠狀動(dòng)脈成像應(yīng)用隨著社會(huì)老年化的加劇，人們生活水平的不斷提高，生活中各種不良習(xí)慣的影響，目前冠心病已成為嚴(yán)重威脅人類健康的主要?dú)⑹种?，冠心病的發(fā)病率逐年提高。隨著影像技術(shù)的發(fā)展，多排螺旋CT在冠心病的成像質(zhì)量不斷提高，CT檢查同時(shí)具有無創(chuàng)性，且通過CT心機(jī)灌注成像技術(shù)，對(duì)于冠心病患者，冠狀動(dòng)脈CT成像（coronarycomputedtomographyangiography,CCTA）可以進(jìn)行一站式評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈狹窄的解剖解剖及功能。但是，常規(guī)的CCTA成像檢查存在著較大的局限性，比如射線硬化偽影的存在影響心機(jī)缺血評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性、冠狀動(dòng)脈鈣化斑塊的存在導(dǎo)致狹窄率高估、心臟冠脈支架或心臟起搏器患者產(chǎn)生的偽影影響血管腔的觀察等。能譜CT具備多種技術(shù)算法及強(qiáng)大的后處理系統(tǒng)，大大的提升冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量。利用能譜CT單能量技術(shù)應(yīng)用，處于最佳信噪比的單能量中，圖像硬化偽影的影響最小，有研究表明，60~70KeV水平的能量圖像信噪比和噪聲比最高，圖像噪聲最低[9]。冠脈支架置入術(shù)后的患者，在140keV單能量的能譜CT圖像可以清晰的顯示冠狀動(dòng)脈管腔的情況，消除支架金屬硬化偽影的影響[10]。在嚴(yán)重冠狀動(dòng)脈鈣化的患者，常規(guī)CCTA評(píng)價(jià)管腔狹窄程度非常困難，利用物質(zhì)分離技術(shù)，可以去除鈣化斑塊，提高了對(duì)鈣化斑塊狹窄率的判斷準(zhǔn)確性。在對(duì)斑塊成分的分析中，多以CT值進(jìn)行分析，存在較大局限性，通過能譜CT的能譜曲線、有效原子序數(shù)圖等技術(shù)方法，能夠更加直觀、定量、準(zhǔn)確地分析斑塊的性質(zhì)和成分，有研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)斑塊能譜曲線呈弓背上抬型，鈣化斑塊能譜曲線呈弓背下降型，由此可以對(duì)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性進(jìn)行有效評(píng)估[11]，指導(dǎo)治療。綜上，能譜CT冠狀動(dòng)脈檢查具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。2.4胸腔積液成分分析胸腔積液在臨床疾病中是非常常見的并發(fā)癥之一，根據(jù)胸腔積液的性質(zhì)可分為滲出液和漏出液，其中最為復(fù)雜的為滲出液，多為炎性滲出或惡性胸腔積液。最常見為結(jié)核性胸腔積液，其次為癌性胸腔積液，兩者的主要成分明顯不同。結(jié)核性胸腔積液以乳酸脫氫酶（LDH）、腺苷脫氨酶（ADA）、蛋白含量（TP）增高為主，而癌性胸腔積液的葡萄糖（GLU）、癌胚抗原（CEA）明顯高于結(jié)核性胸腔積液[12]。常規(guī)的影像學(xué)檢查主要是發(fā)現(xiàn)胸腔積液，評(píng)估積液的量，偶爾可以根據(jù)肺部、縱隔、胸膜等病變間接評(píng)估胸腔積液的性質(zhì)，對(duì)于胸腔積液的定性診斷，臨床上采用的主要方法是胸腔積液穿刺引流實(shí)驗(yàn)室檢查，但這些途徑特異性不高，且具有一定的創(chuàng)傷性。能譜CT多參數(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)良惡性胸腔積液的定性診斷起到很好的作用。由于不同的物質(zhì)其化學(xué)分子結(jié)構(gòu)不同，因此，不同的物質(zhì)對(duì)不同單能量X線的衰減特征不相同，通過能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)，利用高、低兩組X線投影數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到胸腔積液的單能量圖像、能譜吸收曲線、碘（水）基物質(zhì)濃度、水（碘）基物質(zhì)濃度、有效原子序數(shù)，從而對(duì)胸腔積液性質(zhì)實(shí)現(xiàn)定性診斷。有研究表明，滲出液碘（水）濃度高、能譜曲線斜率及70KeV單能量CT值高于漏出液，有效原子序數(shù)直方圖兩者亦存在明顯差異[13]。通過能譜CT多參數(shù)成像，可以對(duì)胸前積液進(jìn)行定性診斷，有效區(qū)分滲出液與漏出液。3.能譜CT未來發(fā)展與展望能譜CT作為一種新興的影像檢查技術(shù)，在臨床應(yīng)用價(jià)值日漸凸顯，應(yīng)用范圍越來越廣泛。能譜CT利用其先進(jìn)的硬件基礎(chǔ)、強(qiáng)大的后處理技術(shù)，采用個(gè)性化的掃描方案，采取較低輻射劑量掃描在胸部的應(yīng)用中發(fā)揮了諸多優(yōu)勢。利用能譜CT對(duì)疾病的診斷、病灶性質(zhì)的鑒別、腫瘤是否同源性、多物質(zhì)定量分析等，彌補(bǔ)了以常規(guī)CT以CT值作為分析參數(shù)的單一性，更全面的反應(yīng)病變的組織來源和生物信息。未來，能譜CT的優(yōu)勢將更加體現(xiàn)，肺癌早期篩查及定性，胸部疾病影像組學(xué)的構(gòu)建及冠狀動(dòng)脈造影同時(shí)心肌灌注一站式成像等，將會(huì)是未來能譜CT研究發(fā)展的主要熱點(diǎn)和方向。綜上，通過利用能譜CT檢查，將使胸部影像診斷更加全面和精準(zhǔn)。Reference[1]任慶國,滑炎卿,李劍穎.CT能譜成像的基本原理及臨床應(yīng)用[J].國際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志,2011,34(6):559-563.[2]張衛(wèi)萍,甘泉,郭化明,歐陽欣子,趙明.Revolution能譜CT技術(shù)原理與臨床應(yīng)用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2018,39(3):99-102.[3]陳婷婷,呂哲昊,管瑩,劉白鷺.CT能譜成像在肺腫塊診斷中的應(yīng)用價(jià)值[J].醫(yī)學(xué)綜述,2018,24(18):3709-3713.[4]HouWS，WuHW，YinY，etal.Differentiationoflungcancersfrominflammatorymasseswithdual-energyspectralCTimaging［J］.AcadRadiol,2015,22(3):337-344.[5]鄺平定,丁信法,許晶晶,等.雙能量CT對(duì)非小細(xì)胞肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷價(jià)值[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版）,2017,10(10)；511-516.[6]艷娥，周長圣，唐春香，等.基于雙能量CT肺灌注成像的相對(duì)強(qiáng)化值評(píng)估肺動(dòng)脈栓塞短期預(yù)后的價(jià)值[J].放射學(xué)實(shí)踐,2016,31:804-807．[7]CaiXR，F(xiàn)engYZ，QiuL，eta1．Iodinedistributionmapindual—energycomputedtomographypulmonaryarteryimagingwithrapidkVpswitchingforthediagnosticanalysisandquantitativeevaluationofacutepulmonar