能谱CT 在头及颈部疾病诊断中的应用

朱小珊，彭 娟

（重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆400016）

0 引言

能谱CT 的成像原理基于能量水平差异性及组织特异性2 个参数，即同一物质对不同光子能量及不同组织对同一光子能量吸收的差异进行成像。X 线波长越长其物质穿透力越强，穿透过程中能量衰减越少，故可利用不同能量水平的单能X 线得到相应能量水平的X 线衰减系数，从而重建成CT 图像[1-2]。目前能谱CT 主要有宝石能谱和双能量能谱2 种设备类型，其成像原理如图1 所示[3]。西门子公司2005年推出了具有双能剪影功能的双能量能谱CT，随后GE 公司于2009 年推出的宝石能谱CT 使CT 发生了质的变革，逐渐向多参数及功能成像迈进[4]。目前能谱CT 在全身各个系统病变诊断中均得到了广泛应用。头及颈部疾病鉴于其精细的解剖结构和复杂的影像学表现，常规CT 检查常常不能满足临床诊断要求，因此主要依靠MRI 的补充甚至依赖MRI 及功能MRI 作为首选检查。而能谱CT 凭借其去除金属伪影、物质分离、能谱曲线及有效原子序数等多参数成像与分析在头及颈部疾病中有较好的诊断效能。现对能谱CT 技术支持及其在头及颈部疾病诊断中的应用进行如下综述。

图1 能谱CT 成像原理[3]

1 常用技术支持

1.1 单能量图和能谱曲线

能谱CT 通过2 种高低能量（140 和80 kVp）采集的能量数据确定体素在40～140 kVp 能量范围的衰减系数，可以获得相应的101 组单能量图像。低能级（如40 kVp）的单能量图显示病灶能力更好，可以提高病灶检出率[5]；高能级（高于80 kVp）的单能量图能有效地减少金属伪影[6]。能谱曲线指物质在单能量图像中CT 值随X 线能量等级变化而变化的曲线。能谱衰减曲线可以反映感兴趣区在不同能级下CT 值变化规律，成分不同的病灶有不同的能谱变化曲线，且能谱曲线的差异可通过曲线斜率进行定量评估[7]。

1.2 基物质分离及定量

能谱CT 可将每种物质的X 线吸收系数转换为任意2 种基物质的吸收系数，达到与该物质同样的衰变效应，而这些基物质的吸收系数会随能量变化而变化。因此通过已知能量水平的基物质吸收系数可以得出该基物质的密度和空间分布，从而达到成分分析和物质分离的效果。临床上常用碘作为CT对比剂，因此最常见的基物质对是碘和水，利用碘基图（如图2 所示）可以直接测量过感兴趣区的碘含量，从而间接反映其血供特点。其他常见的基物质对还有水和钙及钙和碘。在基物质分离和定量时，最常用的分析工具为直方图（如图3 所示）及散点图，可以更直观地反映物质和组织结构特性的统计信息。

图2 胰岛细胞瘤影像图

图3 痛风结节影像图

1.3 虚拟平扫

能谱CT 通过碘-水基物质分离去除增强图像的碘从而获取虚拟平扫CT 图像。虽然通过能谱CT碘抑制技术（material suppressed iodine，MSI）得到的虚拟平扫图像与常规平扫图像在CT 值和客观图像质量上有一定差异，但是MSI 图像质量仍在放射科诊断医生接受范围内，且二者诊断效能相近，同时MSI 能显著降低辐射剂量，具有替代常规平扫的潜在能力[8]。

1.4 去除金属伪影

金属伪影消除系统（metal artifacts reduction system，MARs）是宝石能谱CT 上装载的特有去除金属伪影的软件，是在单能量成像基础上对金属伪影进行清除[9]。经关节置换术（如图4 所示）或有金属植入物的患者行宝石能谱CT 检查时，MARs 重建可以获得质量较好的图像，明显减少金属伪影，有助于邻近结构的辨认与诊断。

图4 左髋关节置换术后影像图

2 临床应用

2.1 能谱CT 在头颈血管相关性疾病中的应用

2.1.1 头颈血管成像

能谱CT 应用于头颈血管成像时，有优化血管显像质量、降低辐射剂量、减少对比剂浓度和剂量以及更好的去骨效果等优势，且其去除金属伪影技术也对动脉瘤夹闭术后患者的随访提供了很大的帮助。吕仁锋等[10]通过对比低千伏（80 kV）、低浓度对比剂（270 mgI/ml）的双低能谱与常规120 kV、常规浓度对比剂（350 mgI/ml）扫描的CT 血管造影（CT angiography，CTA）图像质量，发现双低能谱CT 联合CTA 既能保证头颈部诊断图像质量、明显降低辐射剂量，又能降低对比剂的摄入量，一定程度上降低了临床对比剂的使用风险。同时，最佳单能量成像技术可将图像的噪声控制在合适范围内，从而获取最佳对比噪声比（contrast to noise，CNR）的单能量图像；适当地降低keV，可以提高碘对比剂的血管CT 值。廖海等[11]提出50 kVp 单能量图像重建的脑血管图像CNR和质量评分均较高，图像质量最好，且进一步优化了远端细小分支血管的显示。由于颅骨、颈椎、血管壁钙化引起的硬化伪影会降低图像质量和血管强化率，影响血管显示的清晰度、准确度以及对血管狭窄程度的判断。容积CT 数字减影血管造影（volume CT digital subtraction angiography，VCTDSA）采用65 kVp的单能量图像增强后的像素减去增强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，双能量能谱CT 的去除金属伪影技术在合适的单能量范围（90～120 keV）重组后，可以清晰地显示动脉瘤术后有无动脉瘤残留及其他颅内的细微结构[13]；而赵艳娥等[14]却提出双能量CT 成像评估颅内动脉瘤颈夹闭术后患者最佳能量范围是70～80 keV，80 keV 有望成为最佳单能量成像点。但是，值得肯定的是双能量CT 血管成像具有快速、无创、经济等优势，即使尚不能完全替代DSA，却有望成为随访颅内动脉瘤夹闭术后的首选影像学方法。

2.1.2 脑梗死和脑出血

目前，双能CT 的虚拟平扫技术诊断脑梗死和脑出血的研究越来越多，且大多数研究结果显示虚拟平扫基本能达到替代常规头颅CT 诊断脑梗死的需求。Riederer 等[15]认为虚拟平扫较常规CT 平扫更容易发现取栓术后患者的脑梗死情况，与Djurdjevic等[16]的看法一致。对于取栓术后早期脑梗死患者而言，梗死区域由于血脑屏障遭到破坏，血管再通时溢出的对比剂就会掩盖早期梗死区的稍低密度。虚拟平扫图像能有效地去除碘剂，使之呈低密度，从而更容易发现脑梗死灶。双源双能量能谱CT 推出了一项新的类似虚拟平扫的灰质-水图，其原理是由于脑实质由白质、灰质和水构成，而白质和灰质的密度因脂质含量不同而不同，去掉脑白质内的脂肪成分从而得出灰质-水图，即脑水肿图[17]。脑梗死发生、发展过程中梗死区域的含水量会大大增加，因此，脑水肿图使脑梗死病灶更容易显现[17]。Mohammed 等[18]也认为脑水肿图能够准确地检测出水肿区和梗死灶的体积，较常规头颅CT 平扫能更好地评估梗死的程度和范围。

虚拟平扫诊断脑出血目前仍然存在一定的争议。虚拟平扫降低了脑白质和脑灰质的对比度，同时也降低了脑灰质密度，可以更好地显示分布在脑沟、脑裂的蛛网膜下腔出血灶[19]。虽然这种诊断方法可能会存在一定的假阳性，但是仍然可以作为检出蛛网膜下腔出血的一种较为可靠的方法。然而，部分学者[20]认为，尽管虚拟平扫诊断脑出血有一定可靠性，但由于微小出血灶与正常组织的对比度降低，可能会被漏诊，常规CT 平扫仍然是急性脑出血患者首选的检查方法；但是对一些已确诊的脑出血患者行后续CTA，以及一些非紧急的情况行CTA 检查（如非急诊的随访或动静脉畸形栓塞后）可用虚拟平扫代替常规头颅CT 平扫。

2.2 能谱CT 在颈部常见疾病中的应用

2.2.1 甲状腺疾病

能谱CT 在甲状腺疾病诊断及鉴别诊断中应用较多。能谱CT 由于其去硬化效应及良好的对比度对甲状腺结节的检出具有较大的临床应用价值。既往研究发现，与常规CT 相比，能谱CT 扫描的甲状腺乳头状癌图像噪声低、CNR 高，敏感性更高；与超声相比，敏感性差异无统计学意义[21]。能谱CT 的碘/水浓度分析可直接测定甲状腺的碘（水）浓度，进而反映和评估甲状腺功能和鉴别甲状腺结节性质。大多数研究发现[22-23]，能谱CT 平扫期良性结节的碘浓度明显高于恶性结节，可能是因为甲状腺乳头状癌缺少正常的滤泡上皮细胞，但甲状腺腺瘤和结节性甲状腺肿等良性结节存在正常滤泡结构和摄碘能力。但是能谱CT 增强后通过碘浓度差异鉴别甲状腺结节良恶性，研究结论尚不一致。Li 等[23]提出静脉期恶性甲状腺结节碘浓度、标化碘浓度较良性结节低，在动脉期时二者的差异并无统计学意义。薛蕴菁等[24]提出宝石能谱CT 增强扫描三期的良性甲状腺结节的碘浓度均高于恶性结节，且良恶性结节的碘浓度比（碘浓度比=感兴趣区碘浓度/同期相颈动脉碘浓度）在动脉期和静脉期差异均有统计学意义。而郭锬等[25]却认为良恶性甲状腺结节的血供差异大，通过增强后测量结节碘浓度和标化碘浓度很难对结节进行良恶性质鉴别。

2.2.2 喉癌

喉癌以鳞状细胞癌最常见，借助最佳单能量图像、碘（水）基图等能谱分析工具，可以更清晰地确定病变界限；能谱曲线有助于明确淋巴结及远隔器官有无转移。40 keV 时颈部鳞癌与颈部肌肉的对比度及肿瘤的碘浓度是最高的[26]，有助于评估肿瘤的侵犯范围及分期，既往研究也发现影像医生在评估肿瘤范围时更倾向于采用40 keV 的单能量图[27]。喉癌中有无喉软骨的侵犯以及侵犯程度对指导临床手术切除范围及后期放化疗有很重要的指导意义。但常规CT 对未骨化的软骨及肿瘤组织分辨力有限，而能谱CT 可以根据肿瘤组织存在碘强化现象，而喉软骨、甲状软骨不存在这一特点，在碘基图上对软骨受侵犯情况进行评估[28]，从而帮助早期发现未骨化喉软骨及甲状软骨受侵犯情况。Kuno 等[29]也提出平均加权图像和碘基图对评估喉部鳞癌患者非骨化性软骨的受侵情况具有较高的敏感性和特异性。Forghani等[27]发现颈部鳞癌与正常的甲状软骨有不同的能谱曲线，当能量大于95 kVp 时，鳞癌与正常甲状软骨的能谱曲线完全分离，且鳞癌曲线低于正常甲状软骨曲线。但是目前能谱CT 诊断喉癌的应用不多，还有待更深入的研究。

2.2.3 颈部肿大淋巴结

不同病理类型来源的转移性淋巴结能谱CT 定量参数有一定差异，通过分析单能量图像CT 值、碘含量及曲线斜率，可为淋巴结病变鉴别及诊断提供定量分析信息[30]。Zhao 等[31]发现甲状腺癌患者颈部转移性淋巴结的碘浓度、标化碘浓度较非转移性淋巴结高，分析其原因可能是甲状腺癌细胞异常的碘摄取和转移淋巴结自身血供增加所致。Liang 等[32]在比较甲状腺癌、腮腺恶性肿瘤、颈部鳞癌和淋巴瘤的颈部淋巴结时亦提出，甲状腺癌的转移淋巴结碘浓度最高，腮腺恶性肿瘤次之，且腮腺恶性肿瘤转移淋巴结的能谱曲线斜率均大于颈部鳞癌和淋巴瘤，对鉴别不同类型恶性肿瘤的淋巴结转移有一定的参考价值。因此，通过能谱CT 多参数定量分析特点鉴别肿大淋巴结有一定可行性。

3 展望

除应用于以上头颅相关性疾病外，能谱CT 在腮腺良恶性肿瘤鉴别[33]、鼻咽癌与鼻咽部炎症鉴别[34]以及脑膜瘤病理亚型的分类[35]均有涉及，但目前研究并不多，且均没有大数据支持，仍然有一定的探索空间；另一方面，中枢神经系统良恶性肿瘤影像表现复杂，目前主要依靠MRI 结合fMRI（functional MRI）诊断，但是MRI 检查时间长，空间封闭，很多患者难以坚持，因此，能谱CT 的多参数定性及定量诊断的特点对于神经系统肿瘤的补充诊断有一定的探索价值。