雙能CT 在腸道疾病中的應用

馬燕輝，孫宏亮

（中日友好醫院 放射診斷科，北京 100029）

雙能CT（dual-energy computed tomography，DECT）也稱“多光譜CT”，是基于不同能量設置下數據采集的成像技術。X 射線光子在不同能量設置下與物質進行相互作用從而產生不同衰減值，通過分析X 線光子與物質的相關作用可以區分和量化組織成分[1]。DECT 數據能夠重建生成具有較高對比噪聲比的虛擬單色能量圖像，回顧性獲取虛擬未增強圖像，組織成分圖（如碘圖）并減輕金屬偽影，改善圖像對比度[1，2]。隨著技術和設備更新，DECT 在腸道疾病中的應用日益廣泛，本文主要就DECT 在腸道病變中研究應用現狀做一綜述。

1 DECT 成像基本原理

CT 圖像組織對比度取決于設備的管電壓，后者決定了管球發射的X 線光子能譜的上限。 傳統的單源CT 成像電壓設置范圍在80～120kVp，以獲得良好圖像對比度與噪聲之間的平衡。 而DECT 同時采用高 （140kVp）、低（80kVp）2 種電壓水平進行圖像采集。 根據設備制造商不同，目前雙能數據采集通過改良管球（如：雙源CT，管電壓快速切換的單源CT，連續掃描或射線分束的單源CT）或探測器（多層光譜探測器CT，光子計數探測器CT）硬件來獲取兩種不同的光子光譜[1，2]。

當2 種不同的X 射線光譜與不同原子序數的組織相互作用時，根據組織的不同X 線吸收特性，可選擇性顯示和量化組織成分。對于CT，物質衰減與X 射線和物質之間相互作用直接相關，物質衰減系數取決于物質的成分以及入射X 線光子的能量[3]。 在診斷成像所使用X 射線能級中，X 射線光子通過光電效應或康普頓散射與物質相互作用。在較低的電壓下，光電效應占主導，衰減主要與組織密度（即原子序數）相關，圖像對比度與噪聲都很高；而在較高的電壓條件下，康普頓效應占優勢，衰減較小，導致圖像對比度與噪聲都較低。

2 DECT 后處理方法

通常將高能數據與低能數據按照不同的比例組合，產生混合圖像，外觀類似于常規的單能CT。 如若臨床需要，也可溯回查看單獨的高能或低能數據圖像。在腸道疾病方面有助于診斷的主要后處理技術是選擇性碘成像、虛擬未增強圖像和虛擬單色成像。

2.1 選擇性碘成像和虛擬未增強成像

低能量X 射線（40～50KeV）接近碘原子內側軌道（kshell）電子的結合能（33KeV），更易發生光電效應，凸顯碘素的存在，增加圖像組織對比度，同時增加圖像噪聲；高能量X 射線（140KeV）則極大降低了組織中碘素的存在感，同時也減少了散射和光束硬化偽影。基于碘素在2 種能量射線下不同的衰減表現，可以將對比增強圖像上每一個體素的衰減值分解為碘素和虛擬未增強成分 （無碘成分）2部分。 利用雙能CT 后處理技術可以創建去除碘成分的虛擬未增強圖像，僅含碘的純碘圖，或者前兩者疊加形成的碘覆蓋圖像。 既往研究以及體模實驗發現[4～7]，虛擬未增強圖像與平掃圖像兩者CT 衰減值具有良好的一致性，基本可代替后者，在滿足臨床診斷同時，大大降低了患者的輻射劑量。 此外，碘圖和碘覆蓋圖像可用于碘含量的定性或者定量分析，根據相關入射能量以及患者體重還可以計算局部的碘濃度，顯示局部感興趣區組織增強百分比。

2.2 虛擬單色能量成像

虛擬單色能量成像（也稱單能成像）是基于單一離散的能級水平，利用數學公式計算處理的圖像，一般用KeV表示，如40KeV 圖像就是基于40KeV 水平能量創建的圖像[8]。 由于是基于單能水平創建，圖像不存在光束硬化偽影。 當存在對比劑增強時，可以模擬創建低能圖像改善軟組織對比度。此外單色能量重建還可生成與傳統多色圖像（如120KVp）相匹配圖像，與常規影像檢查相比較。

3 DECT 的輻射劑量

在單一能量掃描模式中1 次掃描的總劑量，是分配至雙能掃描模式中的2 個管球，故雙能掃描模式最后總劑量是個折中值。 有研究報道DECT 的輻射劑量較單能CT 增加20%，但仍低于診斷參考水平限值[9，10]。 單次掃描的輻射劑量取決于設備制造商和具體掃描方案。降噪迭代重建方法，“Q”內核重建等技術已被開發，在保證圖像質量的前提下盡可能降低掃描輻射劑量。 此外，改進掃描方案，DECT輻射劑量可與單一能量CT 劑量相似，甚至更低[11，12]。 雖然虛擬未增強圖像取代真實平掃CT 檢查的研究還在繼續，但其潛在的臨床意義十分重大，省略平掃CT 檢查可大大降低輻射劑量。

4 DECT 在腸道病變的應用

4.1 腸道腫瘤性病變

結直腸癌是發病率和死亡率都很高的腫瘤之一，雖然腸管管壁增厚是其最常見影像表現，但病變大小，腸壁浸潤深度、腸周淋巴結受累程度以及是否有轉移是臨床更為關注的方面。 腸鏡以及CT 結腸氣成像常用于結腸癌的診斷以及篩查，但均檢查前需要進行腸道準備，腸道內注入氣體，必要時進行鎮靜，但對于年老體弱患者有時相對較困難[13]。 EDCT 能夠在沒有腸道準備情況下檢測到結直腸癌[14，15]，并結合碘圖對腺瘤和腺癌進行鑒別診斷[16，17]，提 高診斷準確性。

DECT 數據生成彩色編碼碘覆蓋圖，可顯示組織內碘分布和碘攝取，改善病變的可視性，無需進行CT 值測量即可對病變強化進行可靠的量化。碘覆蓋圖還可疊加到虛擬未增強圖像上，改善病變與周圍組織對比度，有助于腫瘤分期[13，18]。研究報道雙能CT 衍生圖像能夠提高直腸癌細小供血血管顯示率[19]以及較小的同時性肝轉移灶的檢出[20]，幫助臨床進行更全面的術前評估。

DECT 碘濃度定量評估可用于疑似病變與周圍正常組織鑒別，提高診斷可信度。 有研究提25HU 的碘增強值作為閾值，超過該值提示結直腸癌可能性大[13，14]。 王俊等[21]研究發現腸道腫瘤的標準化碘值以及CT 值均高于炎性病變（0.466 ±0.100 vs 0.314 ±0.090，P <0.01；0.841 ±0.165 vs 0.703±0.270，P<0.05），有助于兩者鑒別診斷。 動脈期和/或門靜脈期獲得病變碘濃度定量值可用于評估結直腸癌腫瘤分化程度[22]。

放化療能夠使腫瘤細胞發生變性壞死、 黏膜水腫、間質炎癥和纖維化等改變，導致病灶的血供減少，對碘的攝取減少，故碘值能夠在組織學上反映療效。 Kang 等[23]報道結直腸癌DECT 碘濃度能夠反應病變內血流動力學變化，與CT 灌注參數存在明顯相關性，有可能有助于腫瘤治療或化療反應評估[24]。

此外，利用DECT 評估直腸周圍系膜區淋巴結也是研究的熱點之一。DECT 提供的參數（包括碘濃度、Hounsfield單位曲線斜率、組織有效原子質量）可作為有助良惡性淋巴結鑒別的生物學指標[25，26]。

4.2 腸道出血及缺血性疾病

急性胃腸道出血是常見急腹癥之一，CT 診斷主要依賴于胃腸道內活動性造影劑外溢。 常規CT 檢查掃描方案包括平掃，動脈期掃描以及靜脈延遲掃描。 而DECT 可以依靠后處理生成碘圖以及虛擬未增強圖像，發現管腔內碘劑聚集，減少平掃步驟和相應的輻射劑量。 在碘圖上存在但在虛擬未增強圖像上消失的高密度影像可以明確診斷為腔內的碘劑，代表活動性出血；而在碘圖上消失但在虛擬未增強圖像上存在的高密度影，則可以排除碘劑可能。王梓等[27]通過模擬試驗模擬不同流率出血，結果顯示60KeV 虛擬單能圖像有助于微量出血的檢出。

腸壁缺血或腸壁血管栓塞，常表現腸壁水腫增厚，增強呈低強化狀態[28]，但有時病變段腸管與正常腸管增強程度差異性較小，可能無法識別。 DECT 可通過碘圖、疊加圖像或者腸壁碘濃度測定擴大這種增強程度差異性，提高病變的可視性。 此外，低能虛擬單色能量成像對碘劑的比較敏感，也能較好的分辨缺血段腸管改變[29]。

4.3 腸道感染和炎性病變

腸道感染和炎性病變CT 表現為腸壁增厚以及腸周脂肪間隙改變[30，31]，各種病變間鑒別點包括病變的位置、長度、腸壁增厚程度以及相鄰軟組織受累情況。DECT 能夠改善軟組織對比度，并為病變診斷提供重要的輔助信息，特別是腸壁的增強情況。

胃炎在CT 上可以有多種表現，有時與腫瘤性病變難以鑒別。 如胃竇部明顯水腫，若在DECT 上定性以及定量分析均不含碘成分，則可排除腫瘤性占位的可能。 十二指腸壁增厚和局部穿孔符合十二指腸炎的診斷，而DECT 可以準確地顯示局部腸壁充血程度以及鄰近軟組織的反應性強化情況。各種原因引起的腸炎可表現為腸壁水腫增厚和鄰近的腸系膜組織充血或灌注減低，DECT 可反應局部碘攝取增加[30]。 同理，DECT 也能顯示Crohn 病活動期腸壁強化增強以及周圍軟組織炎性改變。

闌尾炎和憩室炎是急診科的常見診斷，根據疾病嚴重程度和并發癥有無，影像改變差異很大。DECT 可在闌尾炎早期，在周圍脂肪間隙未出現滲出改變的情況下，觀察到腸壁充血情況。 DECT 也可有助于發現急性憩室炎相關的結腸壁強化[24]。

5 外傷

常規CT 對于腹盆腔臟器損傷、 出血或者積氣均有很好的顯示能力。但有時腸溶性造影劑或患者體內存在金屬植入物時，會造成圖像質量受損，影響病變觀察。 DECT 可根據原子序數區分碘、鈣、水以及尿酸等元素，并創建相應圖譜，幫助區分組織中骨組織與鋇劑，骨組織與碘劑。DECT 可減少關節假體或金屬植入物局部偽影并利用高能水平數據進行虛擬單色能量成像，改善對金屬植入物以及周圍結構的觀察[32]。

6 結論

DECT 利用靶物質在2 種不同能級X 射線下衰減的差異，對組織成分進行定性和定量分析，這超出了常規單能量CT 可獲得的解剖學評估。 目前國內DECT 在腸道病變領域主要集中于腫瘤病變方面（良惡性病變鑒別、腫瘤分化及分期、淋巴結轉移鑒別等）。而且由于圖像噪聲增加以及光子不足會造成圖像質量下降，雙能CT 掃描對體型較大患者有一定限制。 但DECT 衍生虛擬未增強圖像可能會大幅減低患者輻射劑量減少，生成虛擬單色能量圖像可能會減少患者靜脈碘化造影劑的使用量，具有很大臨床應用潛質。 隨著硬件設備以及配套分析軟件的更新完善，DECT 在腸道疾病方面將會有更大的應用前景。