双能量CT成像技术在肺血管疾病中的应用进展

丁兆慧 奚群英

(中国医学科学院阜外医院深圳医院肺血管病房,广东 深圳 518057)

双能量CT(dual-energy CT,DECT)成像常用技术有双峰值管电压法和单管双层探测器法,是利用两种不同能量的射线进行同步扫描,通过探测器接受后对不同能量下所采集的各种密度物质的衰减信息进行分析的一种相对新型的CT成像方法,不受呼吸及运动伪影的影响,在血管相关性病变中的应用具有一定优势。肺血管疾病是临床常见的一类疾病,主要包括肺栓塞(pulmonary embolism,PE)、慢性血栓栓塞性肺动脉高压(chronic thromboembolic pulmonary hypertension,CTEPH)、动脉型肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension,PAH)、肺静脉闭塞性疾病/肺毛细血管瘤(pulmonary venous occlusive disease/pulmonary capillary hemangiomatosis,PVOD/PCH)等。与CT肺动脉造影(computed tomographic pulmonary angiography,CTPA)相比,DECT在显示肺动脉解剖信息的同时,也能显示肺动脉的血流灌注状态,提高了亚段PE的检出率。许多研究[1-2]表明DECT与肺通气/灌注(V/Q)显像在诊断CTEPH上具有相近的诊断效能,进行早期诊断、危险程度分层等对改善患者预后及提高生活质量至关重要。现从DECT成像技术的原理及其在肺血管疾病中的应用进展予以综述。

1 DECT成像技术的原理

DECT是由两组球管-探测器组成,一组在高能量X射线下完成图像的扫描与采集,另一组在低能量X射线下完成图像的扫描与采集,两组球管独立运行,具有较高能谱对比度[3]。DECT常用的方法有双峰值管电压法和单管双层探测器法,根据其使用材料不同分为:碘图和虚拟平扫图;按照能量选择不同分为:虚拟单能重建、有效原子序数图和有效电子云密度图[4]。DECT通常使用140 kVp和80 kVp管电压同时采集两组数据,将得到的数据以碘图和虚拟平扫图等方式,通过后处理软件得到量化数据。在胸部成像中,碘图可评估PE的灌注缺损,包括急性和慢性的灌注缺损。现重点讨论DECT碘图技术在肺血管疾病中的应用进展。

不同能量下的物质衰减速度不同,X射线的衰减主要遵循Beer-Lambert定律,低能量X射线下碘衰减系数最大,高能量X射线下碘衰减系数下降一半,而肺内空气与软组织的衰减系数不受影响[5]。通过对比两种CT能量下肺实质内碘对比剂的分布差异,可反映出肺实质的灌注情况。因此进行一次DECT显影可同时获得肺动脉解剖成像及全肺灌注结果[6]。

DECT碘图技术通过显示肺中碘分布、比较病变组织与周围组织的相对增强程度,以百分比形式量化表达,可检测肺动脉亚段及以下PE,同时提供肺血流灌注相关信息[7]。DECT三维灌注图在软组织、空气和碘三种材料分解的基础上得出肺组织的碘含量,将获取的数据集载入特定的处理软件计算肺灌注血容量(perfused blood volume,PBV),最终得出量化的灌注指标,用于判断疾病严重程度以及评估预后[8]。

2 DECT在PE中的应用

PE是全球第三大最常见的心血管死亡原因,是指由血块、肿瘤、脂肪或空气等造成肺动脉阻塞,诱发多种病理生理紊乱,进而引起一系列临床表现,常危及生命[9]。准确判断栓塞部位、栓子大小、性质及肺灌注区域面积,对PE的诊断、危险分层及治疗具有重要意义。DECT可显示肺动脉阻塞引起的肺实质灌注缺损,同时应用碘图技术能定量分析肺灌注缺损面积。

常规CTPA仅能显示肺血管解剖结构,难以检测出肺微小血栓,对于血栓导致的肺灌注缺损的严重程度无法显示,而DECT肺灌注碘图技术可弥补这一缺陷。2018年一项大规模回顾性研究[10]纳入2014年1—9月共1 035例确诊PE的患者,记录CTPA上血栓的位置、水平和类型(闭塞与非闭塞),利用DECT碘图技术检测肺灌注缺损。结果显示DECT在1%的患者中检测到小的(节段性或亚节段性)PE,具有增量效益,证实了DECT可发现PE中更小部位的栓塞,DECT碘图技术对PE的诊断价值超过了目前常规CTPA。

多项研究已证实DECT在诊断急性肺栓塞(acute pulmonary embolism,APE)中的准确性。一项纳入17项研究的荟萃分析[11]评估了DECT后处理技术,包括线性混合、碘图和虚拟单能重建在诊断APE中的准确性。该荟萃分析显示,DECT中单独线性混合诊断APE的灵敏度和特异度分别为87%和93%,线性混合联合碘图的灵敏度和特异度分别为89%和90%,碘图联合虚拟单能重建的灵敏度和特异度分别为90%和90%。2021年发表的一项系统综述[12]也评估了DECT对APE的诊断准确度,共纳入15篇文章、7项研究进行荟萃分析,观察到DECT诊断APE的综合灵敏度为88.9%,综合特异度为94.6%。DECT在APE中的诊断价值有充分的证据支持。

DECT同时有助于评估PE的严重程度和预测预后。通过碘图等后处理技术及软件计算出的PBV已被证实可反映肺灌注,评估PE患者的肺血流情况[13]。研究显示,在DECT上灌注缺损程度更大的APE患者中,右心应变率更高,提示DECT上灌注缺损的程度与PE患者的不良临床结局相关。Sakamoto等[14]回顾性分析了72例PE患者和168例非PE患者的DECT结果,探讨肺PBV与临床严重程度之间的相关性,同时评估全肺PBV的定量与CT图像上右心室-左心室直径比值之间的关系。研究表明在PE患者中,全肺PBV值与右心室-左心室直径比值呈负相关(r=-0.567,P<0.001)。用DECT定量计算肺PBV有助于评估PE的临床严重程度,并可作为右心室功能不全的指标。

使用DECT计算的肺灌注缺损评分已被建议作为PE患者严重程度评估的一种新的影像学标志物[15]。一项涉及60例PE患者的研究报告[16]显示,DECT碘图上测量的灌注缺损程度是不良临床结果(60 d内死亡或重症监护治疗)的预测因子。一项研究[17]纳入了2018—2020年连续接受DECT检查的疑似APE患者共136例,使用DECT后处理技术计算肺灌注缺损容积,19例(14%)在平均住院7.5 d期间发生了不良事件(<30 d住院全因死亡或入住重症监护病房),其中7例为CT无可见栓子但有灌注缺损的患者。对于疑似APE患者,肺灌注缺损容积可能是一种独立的预后标志物,相比传统临床和影像学参数具有增量的鉴别价值,可用于疾病的风险分层,改善患者预后。

3 DECT在CTEPH中的应用

CTEPH是由慢性血栓机化后形成的肺动脉高压,是肺血栓栓塞症的长期并发症。CTEPH一般由近端血栓栓塞或远端血管重构导致的肺动脉和肺小动脉阻塞引起,临床表现为右心负荷和肺血管阻力增加。目前研究[18]认为,CTEPH的病理机制涉及异常凝血与纤溶机制、炎症机制、遗传易感因素、原位血栓形成、血管重构等方面。有数据[19]统计,APE幸存者中CTEPH的发生率约为4%。另一项连续队列研究[20]显示,中国APE患者CTEPH的发生率第1年为0.8%,第2年为1.3%,第3年为1.7%。未经及时干预的CTEPH预后不佳,其不良结局与平均肺动脉压呈正相关[21]。

目前V/Q扫描仍是诊断CTEPH患者血流灌注缺损的金标准,但未得到充分应用,43%的患者在登记时未接受过V/Q扫描[22],DECT可弥补这一不足。许多研究表明,DECT肺灌注与V/Q扫描在诊断CTEPH方面具有良好的一致性,CTEPH的影像学标准依赖于DECT肺灌注中的至少一个节段性三角形灌注缺损,V/Q扫描中则显示相应部位的肺组织存在V/Q不匹配。

2018年的一项研究[1]中,80例患者同时完成DECT及V/Q扫描,其中36例被诊断为CTEPH,DECT组中有35例阳性,6例假阳性,1例假阴性(灵敏度为97%,特异度为86%);在V/Q扫描中,有35例阳性和1例假阴性(灵敏度为97%,特异度为100%),结果表明DECT肺灌注与V/Q扫描对诊断CTEPH具有高度一致性(κ=0.80)。另一项前瞻性研究[2]纳入了71例疑似CTEPH患者,同时接受DECT与V/Q扫描,采集DECT数据集重建碘图,最终DECT可准确筛查出所有CTEPH患者,DECT和V/Q扫描在病理节段的分类上有显著的一致性。V/Q扫描通常被认为辐射更少,但在此研究中,两种检查的辐射剂量无显著差异,且DECT扫描时间更短。在Dournes等[23]的研究中,与V/Q扫描相比,单独使用DECT肺灌注扫描诊断CTEPH的灵敏度为100%,特异度为92%。这些研究支持DECT肺灌注技术可能作为V/Q扫描筛查CTEPH的潜在替代手段。

DECT通过肺实质中的碘分布计算肺PBV来评估CTEPH患者的肺灌注情况[24],肺灌注不良的程度可反映CTEPH的严重程度。2022年一项研究[25]回顾98例接受DECT检查的患者,分析肺灌注不良程度与血流动力学之间的相关性,血流动力学指标包括平均肺动脉压和肺血管阻力,并得出结论:CTEPH患者灌注不良的程度与血流动力学异常相关。

目前对于CTEPH严重程度的评估并无统一标准,越来越多的研究通过在CTEPH患者中使用DECT评分系统,将其与功能和血流动力学参数相关联,进行CTEPH临床危险分层及预后预测。有研究基于DECT的评分分为灌注缺损评分和血栓负荷评分,发现此评分系统与肺动脉压力和肺血管阻力数值呈正相关。2016年发表的一项研究[26]通过计算46例CTEPH患者DECT检查的肺PBV值,进行肺灌注缺损评分,与右心导管数据及临床血流动力学指标进行对比,发现DECT肺灌注缺损评分与肺动脉压、肺血管阻力和右心室压力显著相关。

DECT对APE事件后CTEPH的发生具有一定的预测价值。2020年的一项回顾性研究[27]发现,APE事件中闭塞性肺中央或大叶凝块与CTEPH的发生有关,“马赛克”衰减和肺梗死的存在也可预测CTEPH的发展。

此外,DECT及后处理技术也常用于鉴别PAH和CTEPH,二者在肺灌注上具有显著差异。有研究[28]比较了DECT中PAH和CTEPH的肺灌注情况,其中PAH组中52.6%的患者CT灌注异常,CTEPH组中100%的患者CT灌注异常;二者在DECT中的肺灌注特征有显著差异,PAH组中肺灌注损伤相当均匀,96.6%的异常节段出现斑片状灌注缺损,而CTEPH组多为三角形灌注缺损、斑片状灌注缺损和弥漫性低灌注区域,与CTEPH患者相比,PAH患者肺灌注改变更少,且更均匀。

4 DECT在其他肺血管疾病中的应用

其他肺血管疾病如肺动脉高压、PVOD/PCH等的DECT成像研究并不多。一项纳入56例确诊或高度怀疑PVOD患者的队列研究[29],报道了4例(7.1%)不匹配灌注缺损,在70例特发性或遗传性肺动脉高压患者中有7例具有类似的缺损模式。有学者比较了特发性或遗传性肺动脉高压和PVOD/PCH的DECT肺灌注改变,对63例特发性或遗传性肺动脉高压和PVOD/PCH患者进行DECT成像,重建形态学和灌注图像,肺动脉高压组中有68.6%出现灌注异常,以斑片状灌注缺损为主,PVOD/PCH组中有50%出现灌注异常,二者之间的DECT灌注异常无统计学差异,同时证实DECT在肺动脉高压、PVOD/PCH中的诊断价值[30]。

5 小结

DECT在肺血管疾病中的应用有越来越多证据支持,DECT具有高分辨率、易获得、广泛普及等优势,相比常规CTPA能识别更小部位PE,具有增量效益,同时通过碘图等后处理技术,呈现真实肺灌注成像,可获取形态和功能学参数。多种证据支持DECT肺灌注技术与V/Q显像具有较好的一致性。同时,DECT在肺血管疾病的严重程度、危险分层及预后等方面提供一定的价值。未来需更多的研究细化影像学数据,为临床提供更多直观的量化参数,用于诊断肺血管疾病、评估治疗效果及预测预后。