双能CT 评估肺部血管性病变的研究进展

郭庆伟 刘继华 张智猷 朱晓珉

双能CT（dual-energy CT，DECT）成像主要包括单源X 线管瞬时双能量快速切换技术、双X 线管的双套探测器技术以及单X 线管的双套探测器技术[1]。DECT 成像的对比噪声比更优、噪声更低、硬化伪影修正后线性衰减系数更加准确。 与常规CT、有创性数字减影血管造影（DSA）、无形态信息的核素通气-灌注（ventilation-perfusion，V/Q）显像及时间成本较高的MRI 相比，DECT 的安全性能、时间效率及诊断效能均有不同程度提高[2]，尤其在血管相关性病变中的应用具有一定优势。 肺部血管性病变是临床常见的一类疾病，主要包括肺动脉栓塞、肺动脉高压、先天性血管发育异常、血管相关肿瘤及血管炎等[3]。 因此，进行准确的早期诊断、客观的疗效和风险评估对于改善病人预后及生活质量至关重要。 本文就DECT 后处理技术原理及在肺部血管性病变中的应用进展予以综述。

1 原理及后处理技术

DECT 利用体内物质与高、 低能量2 种光子相互作用，X 线与物质的相互作用主要依靠光电吸收效应及康普顿散射效应，光电吸收程度与X 线自身能量密切相关， 软组织衰减主要依靠康普顿效应完成。 因此， 人体内物质衰减系数取决于物质自身密度、物质原子序数及X 线光子能量分布。 不同能量下物质衰减程度不同， 但对于某种特定物质其衰减值是唯一的。 DECT 正是利用物质间衰减值不同的特性对物质进行区分和量化， 同时通过后处理技术可以一次性得到形态及功能特有的影像集，包括CT肺动脉血管成像（CT pulmonary angiography，CTPA）、碘图、虚拟平扫（virtual non-contrast，VNC）、双能灌注成像（dual energy perfusion imaging,DEPI）及虚拟单能谱成像（virtual monoenergetic image，VMI）等影像[4]。

1.1 CTPA CTPA 通过多方位、多角度分析，可以清晰显示肺动脉各级分支， 但对于亚段或更远末梢的血管病变仍有一定限度，仅能提供解剖信息，难以评价肺实质的血流灌注情况。

1.2 碘图与VNC 影像 碘图和VNC 影像是利用两物质（碘、水）或三物质（肺泡组织、空气、碘对比剂） 解析分离算法辅以特殊后处理软件而获得的影像。 碘图主要通过基物质分解的空间影像识别含碘像素，利用彩色编码技术显示碘分布信息，进而对物质进行定量测量。 VNC 影像则删除含碘的像素，模仿真实的平扫影像[4-5]。

1.3 DEPI DEPI 是一种新的肺灌注成像方法，通过分析2 种不同能量状态下组织内碘剂的分布特点来反映肺实质的血流动力学变化[6]。 DEPI 虽然反映的是某一时间点对比剂的分布信息， 但对比剂首过期间局部的强化特征即可代表局部的血流量， 从而间接显示肺血流灌注情况。DEPI 是由相应分析软件自动生成的彩色编码影像，以血管碘浓度为标准，可计算出肺野每个区域的灌注量及百分数， 当出现灌注缺损病变时，相应彩色区域变得稀疏、暗淡，甚至缺失。

1.4 VMI VMI 模拟了真实单能谱X 线束下物质的特性，可以优化高、低能量的最佳特性，也被称为“分频”技术[7]。 低能量影像由于吸收了更多的低能量光子，使碘衰减增加，故信噪比相对较高，可以更清晰地显示血管，而高能量影像碘衰减明显减低，因此可减少线束硬化伪影。

2 DECT 在肺血管性病变中的应用

2.1 急性肺栓塞（acute pulmonary embolism，APE）APE 是我国较常见的心血管系统疾病，是由外源性或内源性栓子阻塞肺动脉引起肺循环障碍的临床和病生理障碍综合征，发病较突然，常危及生命。 APE的最终诊断需要依靠影像检查， 准确判定栓子特征并定量评估其继发相应功能区肺组织灌注情况，对指导临床治疗具有重要意义。

2.1.1 CTPA 根据APE 的栓子与管腔位置的关系可分为中心型、偏心型或完全型，CTPA 上主要表现为肺动脉管腔内出现完全或不完全性充盈缺损区[8]。 CTPA 较易识别较粗肺动脉管腔内的栓子，但如果栓子位于亚段或外周时， 由于受未被强化的肺静脉及邻近细支气管干扰， 有时较难确定栓子存在与否。有研究[9]对家兔模拟肺栓塞后行DECT 检查发现，单一CTPA 诊断亚段水平栓子准确度仅为67%，并且可能遗漏小栓子和外周肺栓塞， 此时DECT 其他后处理技术就显得尤为重要。

2.1.2 碘图与VNC 碘图能够明显提高APE 栓子的检出率， 二维或三维彩色编码图像可以清晰识别出含碘血管区与无碘浓聚的栓子区， 同时测定兴趣区碘值对诊断也有提示意义。 Okada 等[10]对83 例可疑APE 病人行DECT 研究发现，CTPA 联合碘图检测疑似外周栓子的敏感度、特异度、阳性预测值和准确度均分别由84.5%、89.8%、81.8%、87.95%提高至93.1%、98.2%、96.6%、96.35%，认为单独CTPA 检查无法识别小栓子的原因可能是因为栓塞后肺段级血管重新再灌注或周围血管的残余血栓体积过小，尤其对于直径＜2 mm 的栓子。 一项犬模型DECT 实验研究[11]也发现，碘图在诊断亚段及外周水平栓子的敏感度、 准确度分别可达到95.9%和88.2%， 单独CTPA 影像的敏感度、 准确度仅为23.8%和50.4%，由此表明碘图能明显提高外周水平栓子的检出能力。Weidman 等[12]回顾分析1 144 例APE 病人CTPA结合碘图的影像表现，在约2.3%的病人中又发现了新的栓子。 因此，CTPA 影像即使表现正常，如果碘图上出现兴趣区碘浓度减低， 则提示阅片医生需要仔细检查是否存在小血栓。 VNC 影像可以评估血管壁的钙化或钙化型血栓， 而CTPA 影像有时无法显示钙化。

2.1.3 DEPI DEPI 诊断APE 的特征性影像表现为灌注减低与灌注缺损[13]。Zhang 等[14]通过家兔模型对比DEPI 与V/Q 显像时发现，2 种成像方法对灌注缺损显示率相当，DEPI 诊断APE 的敏感度为100%，特异度为98%，表明DEPI 影像的灌注缺损征象对诊断APE 有较高的可信度。对照灌注异常区与栓塞血管关系可以提高亚段小栓子诊断的敏感性。 另外， 根据灌注减低程度可以反映不同类型及大小栓子的肺实质血流情况。 APE 闭塞性栓子的灌注缺损区多呈段性、亚段或大叶性分布，非闭塞性栓子灌注缺损的发生率相对较低，Weidman 等[12]研究一组APE 病人的DEPI 影像发现， 约74.3%的闭塞性APE 具有匹配的灌注缺损区， 而非闭塞性APE中仅有11.4%。 APE 出现肺梗死时外周楔形灌注缺损区面积往往大于相对应肺窗异常密度区， 而对于有栓子而无肺梗死病人， 仅表现为灌注不同程度下降，相对应肺窗区域未见异常变化。 值得注意的是，CT 衰减值超出预先设定阈值的病变、运动伪影及对比剂伪影等也会造成灌注异常， 因此诊断时还需密切结合肺窗影像。

氙气增强DECT 利用肺通气/血流比值特点从功能水平上评价APE，通过物质解析算法计算氙气吸入量，从而反映整体或局部肺通气变化，Zhang 等[15]应用这一技术与V/Q 显像比较，结果发现肺通气/血流比值不匹配为APE 病人的主要影像特点，发生率为80%，且2 种方法的诊断准确度基本一致。

利用灌注缺损征象也可以量化分析APE 的严重程度、判断预后并监测治疗反应，对于需要采取介入手术和溶栓的病人也可评估其风险分层[16]。 近年有研究者[17]通过应用灌注缺损评分（P 评分）与整体灌注指数（OP 指数）评价APE 严重性，发现两者可以较准确地反映肺血流灌注情况。 Zhang 等[18]对31例APE 病人进行DECT 研究发现，在碘浓度正常及非闭塞性、 闭塞性灌注缺损时肺野中碘浓度分别为1.89、0.83、0.27 mg/mL，三者间有显著差异，表明血流灌注情况能够较敏感地反映疾病严重程度。 需要特别注意的是，在表现为较大面积灌注缺损（大于肺总体积的5%）的APE 病人中，栓塞导致死亡和再入院的发生率更高[19]。

2.1.4 VMI D’Angelo 等[20]对肺部DECT 连续能谱研究发现，VMI 明显改善了肺外周细小动脉的显影，肺动脉VMI 的最佳能量水平为70 keV 和40 keV。在扫描方案不佳或对比剂短暂中断导致的肺动脉血管CT 值降低时，40 keV 下的单能谱重建可以弥补低对比度检查的缺陷， 相对于线性融合影像，40 keV的VMI 可以提供诊断级别影像，结合碘图诊断肺段水平栓塞的准确度由72.5%提高至93.8%[21]。 Weiss等[22]将胸部DECT 成像转化为VMI 成像，在40~55 keV 之间进行单能谱成像时偶然发现了存在肺栓塞的病例，这也表明低能量VMI 也将是提高APE栓子检出率的重要手段之一。

2.2 慢性肺栓塞（chronic pulmonary embolism，CPE）CPE 是由于机化血栓阻塞肺动脉超过6 个月而导致肺血流动力学发生异常变化的一种疾病，CPE最主要并发症是慢性血栓栓塞性肺动脉高压（chronic thromboembolic pulmonary hypertension，CTEPH）。0.6%~9.1%的APE 病人在2 年内可出现CTEPH，病理机制为血栓溶解不完全或机化伴血管内膜瘢痕形成，继发血管重塑，进而导致慢性肺动脉阻塞和狭窄[23]。 因此，早期诊断CPE 和CTEPH 是提高其预后的关键。

2.2.1 CTPA CTPA 影像上CPE 和CTEPH 的特征性改变为血管形态异常， 表现为肺动脉突然截断或变窄及内膜网带状不规则增厚等，多角度、多方位观察可显示病变血管全貌。

2.2.2 碘图与VNC CPE 和CTEPH 在碘图上主要表现为边界清晰的斑点状、 斑驳状或楔形马赛克样碘浓度减低区。 Renapurkar 等[24]以V/Q 显像作为参考标准，对90 例CTEPH 病人研究发现，碘图在肺段水平诊断敏感度和特异度分别为100%和92%，表明其与V/Q 显像具有很好的匹配性。 同时在栓子较小或血管再通时，兴趣区碘值减低可能是CPE 和CTEPH 的唯一表现，表明碘图对CPE 和CTEPH 的诊断具有较好价值，国内唐等[25]的犬模型实验研究也证实了这一观点。VNC 影像对评估CPE 和CTEPH中出现的部分或完全钙化型血栓可以提供附加信息。

2.2.3 DEPI 灌注减低与灌注缺损同样也是CPE和CTEPH 的主要影像征象， 结合肺窗观察时常表现为马赛克样明暗交替区。 灌注异常多与马赛克样暗区相一致。 另外， 马赛克样明亮区域中存在较高碘浓度聚集时， 也高度提示其内血管存在异常。 灌注异常在区分APE 与CPE 和CTEPH 时有较大价值， 相比APE，CPE 和CTEPH 灌注缺损区肺CT 衰减值降低更明显，肺动脉强化峰值/肺衰减值比率增高， 这可能是由于肺动脉纤维成分增多或侧支循环的存在导致延迟强化更明显。 另外，CPE 和CTEPH肺动脉内栓子钙盐沉积量及血红蛋白含量增高，使其CT 值相对增高[26]。 DEPI 上灌注缺损同样也是CTEPH 手术的重要参考指标之一[27]，CTEPH 是唯一可经手术治愈的肺动脉高压， 尤其是对于肺动脉近端形态异常的病人。 当灌注缺损与病变血管相匹配时，多提示手术成功率相对较高；相反，灌注缺损无相应的责任血管时， 则表明病灶处于肺外周水平或者为超出CT 空间分辨力极限的微小栓子， 常出现持续升高的平均肺动脉压和肺血管阻力等不良的术后结果，因此多不建议手术治疗。

2.3 先天性肺血管发育异常 DECT 及后处理技术也常用于诊断和鉴别部分先天性肺血管发育异常病变。 先天性肺动脉缺如（肺动脉左主干或右主干缺失）时，同侧肺野体积显著缩小。 CTPA 三维影像可清晰显示患侧肺野代偿供血血管形态特征，DEPI 影像上病灶区无灌注缺损是区别先天性肺动脉缺如与先天性肺发育不全的重要征象， 原因在于前者可出现代偿性侧支血供，碘对比剂可顺利进入病灶区，而后者患侧肺野内通常无正常肺实质结构及血供[28]，进而表现为显著灌注缺损征象。 肺动静脉畸形（arteriovenous malformation，AVM）是另一种相对常见的先天性血管异常，多见于遗传性出血性毛细血管扩张症。 CTPA 影像中可见单支扩张的肺动脉通过瘤样囊腔直接连接到一个或多个引流静脉。 薄层横断面和冠状面碘图可提高小型AVM 的检出率， 与肺出血、纤维瘢痕及炎症相比，AVM 病灶中的碘浓度轻度增加[29]。 灌注缺损程度对判断先天性肺血管疾病的严重程度也有一定的参考价值，Kim 等[30]对AVM病人的DEPI 影像研究发现，约40%病人存在不同程度的灌注缺损，缺损程度与疾病严重程度相关。低能量VMI 可通过增强血管对比度来检出小型AVM。

2.4 肺血管肿瘤性病变 未分化的内膜肉瘤是最常见的肺动脉肉瘤类型，CTPA 影像上多表现为扩张管腔内伴肿块影，充盈缺损边缘不规则，脱落肿瘤细胞可沿血流方向播散， 导致远端栓塞。 近年有关DECT 在评估肿瘤累及肺血管的研究愈加广泛，尤其可以通过碘浓度值来鉴别肺动脉源性肿瘤与栓子。 Chang 等[31]应用碘图对比16 例肺动脉血栓与9例肺动脉肉瘤病人的研究发现， 肿瘤栓子较血栓栓子的碘浓度和碘衰减值更高。

2.5 血管炎 血管炎在DECT 上除表现为血管壁增厚的形态变化和对比剂延迟强化外， 由于肺循环受累，肺野中也可表现出不同程度的灌注减低。

3 小结

DECT 胸部扫描具有便捷、 低辐射剂量及低对比剂用量等特点， 可一次性获得肺部血管形态学特征及多种定量参数的功能学信息。 尽管DECT 已应用于肺血管性疾病研究， 但大多数研究处于起步阶段，且存在相关研究空白，如不同疾病基础上的肺灌注情况以及肺癌治疗前后病灶内血管特点等都需要进一步研究。 此外， 碘剂及灌注相关参数的一致性和稳定性尚需大样本、多中心研究的验证。 随着CT设备发展、 扫描序列优化以及后处理技术升级，DECT 有望成为评估肺血管性病变的一站式影像检查技术。