雙能量CT評價克羅恩病活動性的研究進展

周璇璇，周長圣，黃 偉*

(1.徐州醫科大學醫學影像學院，江蘇 徐州 221004；2.南京總醫院醫學影像科，江蘇 南京 210002)

克羅恩病(Crohn disease, CD)是以胃腸道疾病加重、緩解交替出現為臨床表現，穿透性腸壁炎癥、跳躍征為特點的慢性炎癥性疾病。CD的臨床發病年齡呈雙峰特征(15～35歲和55～80歲高發)，我國南方較北方多見。近年CD在全球發病率不斷增長，嚴重影響患者生活質量。目前診斷CD活動性的方法主要有內鏡(結腸鏡、小腸鏡和小腸膠囊內鏡)、CT小腸造影、MRI小腸造影以及生化標記物等，但尚缺乏金標準。內鏡是評價CD活動性的重要指標，但具有一定局限性，如具有侵襲性，不易被患者接受；僅能檢查腸內表現，而不包含腸壁其他層面，易遺漏疾病腸外的并發癥等[1]。CT小腸造影及MRI小腸造影均可評估CD黏膜及黏膜下層情況以及腸外并發癥，但CT小腸造影具有一定輻射性；MRI小腸造影檢查時間和吸氣、屏氣時間較長，呼吸指令次數多，患者依從性較差。作為一種輔助檢查手段，生化標記物檢測對于證實炎癥是否加重具有意義；其中鈣衛蛋白與CD活動性有關，但需排除僅累及回腸末段者[2]。雙能量CT成像是近年出現的一種新型檢查技術，可在降低輻射劑量的同時優化圖像質量，實現多參數定量成像。本文就雙能量CT的成像原理以及多參數分析在評價CD活動性中的應用進行綜述。

1 CD的病因及病理表現

CD的病因和發病機制尚不清楚，目前認為是遺傳因素和免疫因素共同參與并相互關聯、相互制約所致。腸道菌群失調和腸屏障受損也是CD病因之一。CD可發生于整個腸道，好發于回腸末段和升結腸，內鏡下表現為節段性分布的裂隙狀、縱行潰瘍和鵝卵石樣改變；其病理改變主要包括結節樣肉芽腫、裂隙狀潰瘍以及腸壁各層的炎癥病變。結節樣肉芽腫約占CD的60%，主要由類上皮細胞和多核巨細胞構成；裂隙狀潰瘍可累及黏膜下層，甚至肌層，是CD發生穿孔和瘺管的病理基礎；腸壁各層炎癥病變是CD普遍的組織學改變。CD早期炎癥僅累及淋巴濾泡表面的被覆上皮，導致局部組織壞死和潰瘍形成；隨著炎癥進展，固有膜淋巴組織增生，黏膜下各種慢性炎細胞浸潤；最終腸壁各層受累，以黏膜下層和漿膜層更為明顯，多表現為水腫、淋巴管擴張、淋巴組織增生以及纖維組織增生。

2 雙能量CT成像概述

不同物體對不同能量的X射線衰減差值各不相同。雙源雙能量CT成像使用2套獨立的球管-探測器系統，同時獲取物質在高、低能量X線下的衰減數據，并利用相應的后處理分析方法進行定性和定量雙能量分析。基于不同的后處理和分析算法，雙能量CT可以提供多種參數，但目前尚未廣泛應用于臨床，很多應用還處于研究階段。

3 雙能量CT多參數分析在評價CD活動性中的進展

3.1虛擬平掃(virtual non-contrast， VNC)與碘圖評價CD活動性 VNC是通過2套對應探測器和2個相隔約90°球管的雙源CT獲得2組不同能量數據、1組融合數據圖像，并通過1個二維線性方程的調整獲得1組去除碘劑后的VNC圖像。VNC可產生類似于真正平掃的圖像，且可清晰顯示各部位主要解剖結構，但其SNR及CNR均高于真實的常規平掃[3]。此外，VNC可有效降低輻射劑量。Mileto等[4]指出，應用VNC時可省略常規平掃，故可減少(26.7±9.7)%的輻射劑量。Chen等[5]發現，基于VNC圖像的雙能量CT對提高結直腸癌T分期的準確率和降低輻射劑量具有重要價值。

CT增強掃描時，碘是對比劑的主要成分，通過檢測組織內碘的密度可反映組織的血供情況。利用三物質分離后處理算法(如肝臟VNC)對雙能量高低kV的數據進行處理即可獲得具有不同碘濃度(mgI/ml)分布信息的碘圖和去除碘后的VNC圖像。Mileto等[6]發現運用碘濃度值可鑒別透明細胞癌與乳頭狀細胞癌，原理是通過碘值的微小變化更準確地鑒別不同亞型腫瘤的血供[7-8]。楊雪君等[9]發現雙源CT雙能量掃描動脈期碘含量對鑒別診斷結直腸癌轉移性淋巴結與反應性增生淋巴結具有一定價值。在CT及MRI小腸造影中，黏膜明顯強化是處于活動期CD最敏感的特征之一[10]，可通過檢測腸壁碘濃度值判斷CD的活動性。

VNC可減少輻射劑量而有望代替CT平掃，而碘圖則可提供組織或病變的強化信息，其應用尚在初級階段，但可為評價CD活動性的研究提供新方向。

3.2脂肪含量 基于三物質分離技術的雙能量CT，除碘物質的提取外，對其他物質也能進行量化。臨床常用的肝臟VNC三物質分離算法系以碘、脂肪和軟組織為基礎，可定量分析碘濃度和脂肪百分比。慢性CD患者常出現黏膜下脂肪沉積，而腸道周圍沿擴張的腸系膜動脈分布的脂肪浸潤是活動性CD的特異性表現[11]。Morgan等[12-13]指出，具有物質分離分析功能的雙能量CT可區別高脂含量和低脂含量，進而區分腎上腺腺瘤與非腎上腺損害。Martin等[14]指出，碘濃度值和脂肪含量鑒別診斷腎上腺腺瘤與腎上腺轉移瘤具有較高準確率。由此可假設，運用雙能量CT對腸道腸壁以及周圍脂肪含量進行量化分析，或可有效評價CD的活動性。

3.3有效原子序數(effective atomic number， Zeff)和電子密度 Zeff被認作混合物質或組織的某種原子組成數量，其獨立于各種化合物(如碘)，且在不同混合物中發生變化，但與某些確定的物質數量有關(如惡性細胞)。電子密度是單位體積內的電子數目與水的電子密度比值。物質CT值的大小依賴于光子能量、物質密度和原子數量3種因素，因此，兩種光子能量CT值的變化取決于與水的原子數量(Zwater)比較的Zeff，如Zeff高于Zwater，則物質CT值隨光子能量減低而升高；當Zeff低于Zwater，則CT值隨光子能量減低而減低。由此可認為CT值大小與原子數量有關。Al-Najami等[15]認為Zeff代表化合物或混合物的某種原子組成的數量，如碘的Zeff為33.20，如某種物質掃描后Zeff的數值接近于碘，則可以認為此種物質中含有碘；并且以此為基礎，發現Zeff可以區別良惡性淋巴結。

雙能量后處理程序可以獲得Zeff圖和電子密度圖，適用于自然的人體物質，如脂肪、軟組織和骨。多種軟組織和病變在密度和化學組成方面僅有微小差別，其CT值非常接近，CT增強掃描有助于鑒別一些物質，但尚無有效方法可鑒別各種液體的來源[16]。Mahnken等[17]據此提出利用電子密度評價物質密度和有效質子數，進而區別液體來源的可行性。

此外，如果測量范圍中有對比劑或其他大原子序數物質，或圖像中有明顯金屬偽影等，則Zeff或電子密度的計算不準確。Zeff和電子密度是CT診斷的全新參數，通過測量病變腸壁得到的Zeff和電子密度對診斷CD活動性的價值還需更多研究加以證實。

3.4雙能量指數(dual energy index, DEI) DEI可用來反映不同物質的頻譜特性。DEI被定義為：DEIi=(HUi80-HUi140)/(HUi80+HUi140+2000)，其中HUi80和HUi140分別為80 kVp和140 kVp時的CT值。水的雙能指數為0，脂肪的雙能指數為-0.0242，軟組織的雙能指數為-0.0039。雙能量指數可以消除物質密度差異對X線衰減值的影響而區分和鑒別物質[18]。Cai等[19]指出結腸腸腔內空氣的DEI高于周圍軟組織和脂肪，為標記腸腔和糞便物質提供了有效方法，證明了DEI的有效性。

DEI目前可用于分析平掃下的物質，用以區分在掃描時間內較為穩定的物質；注入對比劑時，組織的DEI會增大，且與對比劑濃度呈正比。但是，由于對比劑在不同器官不同時間的濃度會一直變化，故無法依靠一個確定數值或閾值進行鑒別。 DEI用于診斷和評價CD活動性時，需要進一步研究和確定期相。

3.5雙能量單能譜成像或雙能量單能譜加成像 常規CT球管發出的并不是單純、單一能量的X線，而是混合有許多不同能量、雙能量的X線，利用高低能量X線進行雙能掃描，可計算出等同于40～190 keV的單能X線圖像，即單能譜圖像。單能譜圖像在臨床中應用廣泛，不同的能量等級會有不同的對比度和噪聲，低keV下，碘相較周圍組織的對比度提高，但圖像噪聲增大。單能譜加技術利用頻域分離原理將keV下碘的對比和最優keV的噪聲結合，從而實現低keV(如40 keV)下碘的對比噪聲比最大。Grant等[19-20]將單能譜加與傳統的單能譜圖像對比顯示肝臟損傷，發現單能譜加改善了SNR和CNR。Meier等[21]也證實單能譜加圖像可以改善雙能量肺動脈CT血管造影的圖像質量，并提出通過該方法減少對比劑用量、從而減少腎病發生率的可能性。這也進一步說明雙能量單能譜加成像可改善雙源小腸CT圖像質量。

物質CT值的衰減曲線即能譜曲線，指不同能量的X線穿過物質后的衰減值，可用組織在不同單能量下的平均CT值來表示。物質的CT衰減值由組成物質的化學分子結構決定，即不同物質的CT值衰減曲線不同，可用于區分不同物質的化學成分。鞠燁等[22]利用能譜曲線分析鑒別漿膜腔積液的良惡性，并證明確實有效，具有較好的應用前景。在增強狀態下，能譜曲線的形態主要受病灶內碘濃度的影響，即可反映增強后組織強化的程度，而黏膜強化是活動期CD最敏感的特征之一[10]。能譜曲線分析為評價CD是否處于活動期提供了一種更加直觀、簡便的方法，具有較好的應用前景。

3.6雙能量體積碘攝取(volume iodine uptake， VIU) 雙能量可獲得具有碘濃度信息的碘圖，以區分不同類型腫瘤，但對于腫瘤療效評估價值有限。在雙能量應用于腫瘤之前，常用的AASLD和Choi標準可反映腫瘤體積或密度的改變。雙能量CT的碘濃度僅能反映腫瘤某一個層面的碘分布，不能反映整個腫瘤的碘攝取量。隨著后處理技術的發展，雙能量VIU可提供腫瘤總的碘攝取量(單位：mg)，更加準確地反映腫瘤的血供情況。Dai等[23]證實雙能量VIU在肝癌療效評估中優于AASLD和Choi標準，可以更準確地反映殘留腫瘤活性。雙能量VIU的容積優勢主要體現在實體腫瘤方面，如肝腫瘤，但是否適用于測量CD活動性腸道體積尚有待研究。

4 展望

雙能量CT作為一種新興的檢查方法，可以運用碘圖、脂肪含量、Zeff、電子密度、雙能量指數、能譜曲線等多種參數進行分析，使得在原有檢查的基礎上對疾病的診斷更加全面，但這些參數用于診斷和評價CD活動性的能力還需要進一步研究。