任海燕，甄艷華，鄭加賀

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

CT廣泛用于臨床，臨床需求推動(dòng)其硬件和軟件不斷更新與改進(jìn)，自20世紀(jì)70年代至今，已由傳統(tǒng)CT發(fā)展到能譜CT，從單純解剖成像到可實(shí)現(xiàn)功能成像。2005年出現(xiàn)的雙源CT具有兩套管電壓(80 kVp和120 kVp)X線球管發(fā)生裝置和兩套互相垂直的探測(cè)器系統(tǒng)，可同時(shí)發(fā)射相同電壓，以獲得更高質(zhì)量圖像；或同時(shí)發(fā)射不同電壓，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離與整合。2009年首發(fā)的寶石能譜CT采用單球管和單探測(cè)器，其高壓發(fā)生器可在0.5 ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)80 kVp和140 kVp高低能瞬時(shí)切換，獲得混合能量傳統(tǒng)圖像(conventional image, CI)、101幅范圍在40～140 keV的虛擬單能量圖像(virtual monoenergetic images, VMI)和其他能譜圖像[1-3]。2018年正式用于臨床的單源雙層光譜探測(cè)器CT采用不同于常規(guī)的雙Z軸探測(cè)器，從探測(cè)器角度實(shí)現(xiàn)高低能X線轉(zhuǎn)化，并采用立體式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并行傳輸高低能量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了同源、同時(shí)、同向和同步能量分離掃描。

1 成像原理及技術(shù)應(yīng)用

探測(cè)器是雙層光譜探測(cè)器CT核心構(gòu)件，主要由閃爍體、薄層前照式光電二極管和專用數(shù)據(jù)處理軟件組成。閃爍體為雙層模式，上層采用納米釔合金吸收低能X線，并保證X線中高能光子無(wú)損穿透到達(dá)下層探測(cè)器；下層采用高分子氧化釓和專屬稀土陶瓷感光材料，可降低探測(cè)器串?dāng)_和余暉效應(yīng)[4-5]。薄層前照式光電二極管位于濾柵下，與探測(cè)器表面垂直，以保持探測(cè)器的高幾何效率；光電二極管將探測(cè)器吸收的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，探測(cè)器數(shù)據(jù)處理軟件將獲得的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行圖像重建[4-5]。雙層光譜探測(cè)器CT可生成用于常規(guī)診斷的CI；雙層探測(cè)器類似于單層探測(cè)器，生成的CI類似于常規(guī)CT生成的混合能量圖像；此外，雙層光譜探測(cè)器CT還可生成反映康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)不同組成的能譜圖像，包括范圍40～200 keV的VMI和物質(zhì)分離圖像如碘密度圖、虛擬平掃圖(virtual non-contrast, VNC)、尿酸對(duì)圖及有效原子序數(shù)圖等，一次掃描即可獲得3～4倍于常規(guī)CT掃描的信息，為診斷疾病提供更多信息[1,4-7]。

2 臨床應(yīng)用進(jìn)展

2.1 降低噪聲和優(yōu)化圖像質(zhì)量 雙層光譜探測(cè)器CT基于探測(cè)器水平獲得具有相同時(shí)間和空間分辨率的雙能投影數(shù)據(jù)，在投影數(shù)據(jù)域應(yīng)用反相關(guān)噪聲算法于圖像重建過(guò)程中降低噪聲[4,8]。KALISZ等[8]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用雙層光譜探測(cè)器CT獲得的40～200 keV 的VMI均保持較低噪聲水平，體模研究中40 keV VMI噪聲最大，高于CI[(5.3±0.2)HU vs(4.6±0.2)HU，P<0.001]，能量水平高于50 keV時(shí)圖像噪聲均顯著低于CI，對(duì)比噪聲比(contrast to noise ratio, CNR)顯著高于CI；肝、脾、胰腺、腹主動(dòng)脈、門靜脈和肌肉等處所有能級(jí)水平VMI噪聲均低于CI，40～80 keV VMI的信噪比(signal to noise ratio, SNR)和CNR均高于CI。SELLERER等[9]針對(duì)腹部體模比較雙源雙能CT、寶石能譜CT和雙層光譜探測(cè)器CT圖像，發(fā)現(xiàn)不同尺寸體模在3種設(shè)備上均以最高能級(jí)VMI噪聲最小，而能量水平較低時(shí)噪聲會(huì)逐漸增加并在40 keV達(dá)到最大值；3種掃描儀中，雙層光譜探測(cè)器CT在所有能量范圍內(nèi)均保持低噪聲水平，40～140 keV范圍內(nèi)低能水平圖像噪聲增加，但其平均噪聲升高比例最低。

2.2 提高病灶檢出率 部分病變與周圍正常組織對(duì)比度不大，可能被漏診。雙層光譜探測(cè)器CT能譜圖像可提升組織對(duì)比度及圖像質(zhì)量，利于檢出病灶。高欽宗等[10]建立兔VX2肝癌模型，從客觀和主觀角度比較CI和VMI圖像質(zhì)量及其對(duì)于30個(gè)病灶的檢出率，結(jié)果顯示單能量水平為40～55 keV時(shí)，VMI的SNR和CNR均顯著高于CI，VMI主觀評(píng)價(jià)結(jié)果顯著優(yōu)于CI；40～65 keV VMI檢測(cè)出全部30個(gè)病灶，CI僅檢出18個(gè)病灶。LENNARTZ等[11]比較雙層光譜探測(cè)器CT的CI、40 keV VMI和碘密度圖的圖像質(zhì)量及其診斷骨骼肌腫瘤轉(zhuǎn)移與非轉(zhuǎn)移病灶的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)40 keV VMI的CNR顯著高于CI(25.8±11.1 vs 10.1±5.3)，40 keV VMI診斷骨骼肌轉(zhuǎn)移灶的敏感度高于CI(54.4% vs 39.8%)，碘密度圖的診斷敏感度和特異度均高于CI(63.2% vs 39.8%和74.2% vs 69.2%)。

2.3 抑制偽影 當(dāng)患者體內(nèi)存在金屬移植物或高密度物質(zhì)如血管支架、瘤夾及鈣化灶等時(shí)，常因金屬偽影和硬化偽影導(dǎo)致CT圖像質(zhì)量降低而影響診斷。雙層光譜探測(cè)器CT可在重建過(guò)程中實(shí)現(xiàn)硬化矯正，通過(guò)重建高能量水平VMI消除或抑制偽影，更清晰地顯示高密度物質(zhì)及其周邊組織特點(diǎn)，提高診斷準(zhǔn)確性。LAUKAMP等[12]觀察全髖關(guān)節(jié)置換患者髖關(guān)節(jié)偽影，發(fā)現(xiàn)200 keV VMI偽影寬度較CI顯著變窄[(17.6±13.6)mm vs(29.9±6.8)mm，P<0.001]；在偽影嚴(yán)重程度方面，CI主觀評(píng)分為4.5±0.7，200 keV VMI主觀評(píng)分為3.4±1.0，提示VMI可明顯減少偽影，改善圖像質(zhì)量(P<0.001)。van HEDENT等[13]分析冠狀動(dòng)脈CT血管造影(CT angiography, CTA)圖像，與CI相比，80 keV VMI冠狀動(dòng)脈鈣化斑塊暈狀偽影顯著減少，鈣化斑塊直徑顯著減小，血管腔可視化直徑增加，整體圖像質(zhì)量顯著優(yōu)于CI。HICKETHIER等[14]評(píng)估不同能級(jí)水平VMI冠狀動(dòng)脈支架可視化狀況，發(fā)現(xiàn)能級(jí)水平≥80 keV時(shí)，支架偽影顯著減少，支架可視化直徑顯著增加。

2.4 物質(zhì)定量及定性分析 雙層光譜探測(cè)器CT重建獲得的能譜數(shù)據(jù)如碘密度圖、有效原子序數(shù)圖和尿酸對(duì)圖等可用于定性定量分析病灶。碘密度圖和有效原子序數(shù)圖可評(píng)估組織器官灌注情況，早期發(fā)現(xiàn)組織灌注異常，從而做到早診斷及早治療，對(duì)于檢測(cè)心肌缺血及肺栓塞具有重要價(jià)值[15]。SUETA等[16]回顧性分析臨床確診肺動(dòng)脈栓塞和下肢深靜脈血栓患者，常規(guī)肺灌注圖未檢出肺灌注缺損區(qū)，但雙層光譜探測(cè)器CTVMI顯示肺動(dòng)脈充盈缺損，同時(shí)碘密度圖發(fā)現(xiàn)肺段灌注異常。雙層光譜探測(cè)器CT有效原子序數(shù)圖及尿酸對(duì)圖等對(duì)于診斷和鑒別尿路結(jié)石及關(guān)節(jié)處痛風(fēng)結(jié)石也有重要價(jià)值。此外，雙層光譜探測(cè)器CT還可提供光譜曲線、散點(diǎn)圖、直方圖和碘密度圖等，比較病灶CT值、SD值和標(biāo)準(zhǔn)化碘含量等指標(biāo)，判斷腫瘤同源性及良惡性病灶，為臨床治療方案確定及疾病預(yù)后評(píng)估提供參考依據(jù)[4,6]。

2.5 降低輻射劑量 雙層光譜探測(cè)器CT可利用VNC圖像代替增強(qiáng)掃描中的非增強(qiáng)期(true-non-contrast, TNC)圖像，使原本需要接受平掃和增強(qiáng)CT檢查者毋須平掃，從而降低輻射劑量。ANANTHAKRISHNAN等[17]比較雙層光譜探測(cè)器增強(qiáng)CT中VNC和TNC圖像的CT值，發(fā)現(xiàn)除脂肪外，VNC與TNC圖像CT值相當(dāng)，92.6% VNC與TNC圖像CT值差<15 HU，75.2%VNC與TNC圖像CT值差<10 HU，44.4%時(shí)<5 HU。在三期掃描中，以VNC圖像代替TNC圖像可減少1/3輻射劑量，二期掃描輻射劑量則可減半。SAUTER等[18]比較三期增強(qiáng)CT掃描VNC和TNC圖像，發(fā)現(xiàn)VNC和TNC圖像CT值差平均值僅為(0.5±8.5)HU，超過(guò)90%的VNC和TNC圖像CT值差<15 HU，利用VNC代替TNC圖像可降低1/3有效輻射劑量。

2.6 減少對(duì)比劑用量 CT增強(qiáng)檢查常規(guī)使用含碘對(duì)比劑，低能量水平時(shí)更接近碘原子K層電子結(jié)合能(33.2 keV)，光電效應(yīng)增加，碘衰減效應(yīng)增加，血管腔增強(qiáng)更明顯，有利于降低對(duì)比劑用量；采用低劑量對(duì)比劑掃描方案，基于雙層光譜探測(cè)器CT降噪的重建算法獲得的圖像質(zhì)量可滿足臨床診斷需求[19-23]。臨床檢查中，遇患者心臟射血分?jǐn)?shù)低、血流速度慢及其他各種原因致增強(qiáng)效果欠佳時(shí)，雙層光譜探測(cè)器CT低能量水平VMI可使血管增強(qiáng)效果較CI更明顯，滿足臨床診斷需要，避免額外重復(fù)增強(qiáng)檢查，減少輻射暴露和對(duì)比劑量。TSANG等[22]對(duì)不同碘濃度體模進(jìn)行掃描，比較CI和VMI的CNR，結(jié)果顯示40 keV VMI僅用 CI對(duì)比劑劑量的1/4、50 keV VMI僅需2/5 CI對(duì)比劑劑量即可達(dá)到相同CNR。van HAMERSVELT等[23]發(fā)現(xiàn)，與CI相比，在不降低圖像質(zhì)量前提下，雙層光譜探測(cè)器CT 40 keV VMI可減少60%對(duì)比劑用量。HUANG等[21]比較常規(guī)劑量和減半對(duì)比劑用量冠狀動(dòng)脈CTA的CI和VMI圖像質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)兩種劑量下所有觀察部位50 keV VMI的CT值、SNR和CNR均顯著高于CI，50 keV VMI主觀評(píng)分顯著優(yōu)于CI。

3 優(yōu)勢(shì)與局限

相比其他雙能CT，如雙源雙能CT和寶石能譜CT，雙層光譜探測(cè)器CT可提供更寬范圍的VMI(40～200 keV)，在抑制高密度物質(zhì)或金屬偽影方面具有更高潛能[4,12,24]；其基于投影空間算法獲得的投影數(shù)據(jù)近乎完美時(shí)空對(duì)準(zhǔn)，可在所有單能量圖像范圍均保持較低噪聲，在降噪方面更具優(yōu)勢(shì)[8-9]。另一方面，雙層光譜探測(cè)器CT存在一些不足，如掃描為達(dá)到充分光譜分離，管電壓至少達(dá)到120 kVp，對(duì)身材瘦小者只能通過(guò)調(diào)節(jié)管電流降低輻射劑量；由于管電壓至少需達(dá)到120 kVp，掃描中獲得的CI與傳統(tǒng)CT相比對(duì)比度略低；一次掃描獲得的信息較傳統(tǒng)掃描增多，圖像重建時(shí)間有所延長(zhǎng)[1,4,7]。

4 小結(jié)與展望

作為一種新型CT掃描儀，隨著臨床應(yīng)用增加，雙層光譜探測(cè)器CT在降低噪聲、優(yōu)化圖像質(zhì)量、提高病灶檢出率、抑制偽影、定量定性分析物質(zhì)、降低輻射劑量及減少對(duì)比劑用量等方面優(yōu)勢(shì)將更加突出。期待雙層光譜探測(cè)器CT在分子成像方面的應(yīng)用，并逐漸完善其不足，在臨床應(yīng)用中發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)。