鄭 巖 張 進(jìn) 鄭 潔

1.山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院(山西 太原 030001)

2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院影像科(山西 太原 030001)

電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)技術(shù)自20世紀(jì)中晚期發(fā)明并應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以來(lái)，經(jīng)歷近幾十年不斷的發(fā)展、進(jìn)步與技術(shù)更新，逐漸成為疾病診斷、治療中高度依賴的設(shè)備。常規(guī)CT的成像原理是X線穿透人體不同密度的器官及組織，其衰減信息被探測(cè)器所接收并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最終轉(zhuǎn)換形成灰階圖像，但是這種灰階圖像在進(jìn)行精確的物質(zhì)組成成分鑒別和定量分析等方面有一定的短板[1-2]。能譜技術(shù)成為克服這一缺點(diǎn)的有效方法，已在臨床實(shí)現(xiàn)的有兩種，一是雙源雙能量成像技術(shù)，二是單源快速管電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)，這兩種技術(shù)各有其優(yōu)勢(shì)，但也有不足之處，比如需要預(yù)選專門(mén)的掃描方案、不能完全做到同時(shí)同源導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降和偽影產(chǎn)生、以及輻射劑量增加的可能性等。而SDCT由于其特殊的硬件結(jié)構(gòu)和掃描技術(shù)，能夠一次掃描中獲得常規(guī)圖像和能譜數(shù)據(jù)，并且在此過(guò)程中不需要增加額外的操作流程，也不增加對(duì)患者的輻射劑量，其配套的后處理工作站具備多種全面、精準(zhǔn)的的數(shù)據(jù)分析軟件，這就為SDCT的廣泛應(yīng)用提供了充分的現(xiàn)實(shí)可行性[3-5]。本文就SDCT的基本原理及其在肺部、乳腺、心臟大血管等疾病中的研究現(xiàn)狀作一系統(tǒng)介紹。

1 SDCT的成像原理及分析工具

SDCT采用立體式結(jié)構(gòu)，上下兩層由不同材料構(gòu)成的閃爍晶體可以收集不同能級(jí)的X射線[6]，通過(guò)二極管和數(shù)據(jù)處理元件最終轉(zhuǎn)換出數(shù)字信號(hào)，可以進(jìn)行進(jìn)一步的圖像處理[4]。SDCT能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)鑒別與分析的原理是X射線穿過(guò)人體組織時(shí)被吸收程度不同，也就是衰減情況不同，根據(jù)其衰減情況可以判斷出相應(yīng)的組織成分，以上提到的雙源雙能和單源快速管電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)均是通過(guò)改變管電壓來(lái)輸出不同能級(jí)的X射線，而SDCT是利用探測(cè)器對(duì)X射線吸收和轉(zhuǎn)化程度的差別，實(shí)現(xiàn)高低能譜的區(qū)分[3,7-8]。

SDCT的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：(1)探測(cè)器可以“同空間”、“同時(shí)間”內(nèi)接收不同能級(jí)X射線，利于保持圖像數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確，同時(shí)有效縮短檢查時(shí)間；(2)SDCT能在一次掃描中獲得常規(guī)數(shù)據(jù)和光譜數(shù)據(jù)，不需要在掃描前選擇專門(mén)的序列，可以進(jìn)行回顧性分析；(3)可以有效降低圖像噪聲及偽影，保證圖像質(zhì)量[9-10]。

2 SDCT在胸部疾病診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 肺部結(jié)節(jié)及腫瘤肺良惡性病變的鑒別、轉(zhuǎn)移性肺腫瘤原發(fā)病灶的定位等均是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。傳統(tǒng)上鑒別良惡性肺結(jié)節(jié)主要通過(guò)觀察病灶特點(diǎn)，比如病灶的大小及生長(zhǎng)速度、密度高低及是否均勻、形態(tài)是否規(guī)則、邊緣是否清晰光整、有無(wú)分葉毛刺征、病灶與鄰近結(jié)構(gòu)的毗鄰和侵犯情況、增強(qiáng)后強(qiáng)化方式及程度等[11]，但仍有一些患者表現(xiàn)不具備特征性，診斷較困難[12]，光譜CT的碘密度圖可以通過(guò)偽彩圖及定量參數(shù)等為其鑒別提供幫助[13,14]。

Nils等[15]的研究顯示，一名患者的常規(guī)胸部CT上發(fā)現(xiàn)的兩枚肺結(jié)節(jié)均有如分葉征等傾向于惡性的表現(xiàn)，但在碘密度圖上二者碘含量差異較大(分別為2.1mg/mL、0.6mg/mL)，而這兩枚結(jié)節(jié)在經(jīng)氟代脫氧葡萄糖注入體內(nèi)并經(jīng)正電子斷層掃描儀掃描后，顯示攝取率分別為7.1和1.7，二者代謝活性差異與碘圖所顯示的差異一致，考慮二者應(yīng)為不同性質(zhì)的病灶，最終證實(shí)碘含量高者病理結(jié)果是腺癌，低者為良性病變。

Bae等[5]的研究顯示，一名胸片檢查而被懷疑肺多發(fā)轉(zhuǎn)移瘤的患者在常規(guī)CT圖像上其中一枚結(jié)節(jié)呈現(xiàn)漸進(jìn)性的延遲強(qiáng)化，而其他結(jié)節(jié)始終無(wú)強(qiáng)化，表現(xiàn)出不同的強(qiáng)化方式和特點(diǎn)，難以診斷。但在碘密度圖中所有結(jié)節(jié)為明顯、持續(xù)強(qiáng)化，其碘濃度為動(dòng)脈期1.9～5.3mg/mL、延遲期2.5～6.1mg/mL，初步診斷肺海綿狀血管瘤，最終經(jīng)活檢證實(shí)。肺海綿狀血管瘤屬于一種罕見(jiàn)的良性腫瘤，在影像診斷中與惡性腫瘤鑒別困難，SDCT的應(yīng)用可以最大限度的減少誤診。

傅奕鋮等[16]對(duì)92名患有肺部結(jié)節(jié)(包括肺癌和炎性結(jié)節(jié))的患者進(jìn)行鑒別診斷，通過(guò)比較常規(guī)CT征象(分葉征、毛刺征、胸膜牽拉征、血管集束征)以及光譜參數(shù)(靜脈期的碘密度值和有效原子序數(shù)值)，結(jié)果表明僅通過(guò)常規(guī)CT征象診斷時(shí)，其鑒別診斷的曲線下面積(AUC)為0.827，僅采用光譜參數(shù)時(shí)AUC為0.899，聯(lián)合以上兩者進(jìn)行鑒別診斷時(shí)，AUC達(dá)到0.925，由此可見(jiàn)，鑒別診斷時(shí)納入光譜參數(shù)可以有效提高診斷準(zhǔn)確率，減少誤診。

鄭小霞等[17]的研究納入187例肺癌患者、101例肺部慢性炎癥患者以及57例肺結(jié)核患者，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師觀察常規(guī)CT征象(病灶的形態(tài)、密度、邊界、暈征、周?chē)l(wèi)星病灶、胸腔積液、淋巴結(jié)腫大等)并測(cè)量光譜參數(shù)(增強(qiáng)掃描動(dòng)靜脈期的有效原子序數(shù)、碘濃度值、光譜曲線斜率等)，最終得出在觀察常規(guī)CT征象的基礎(chǔ)上，疊加使用光譜參數(shù)可以提高對(duì)以上三類疾病的鑒別診斷效能。

中央型肺癌患者由于支氣管阻塞，往往伴隨著相應(yīng)部位的阻塞性肺不張，但在常規(guī)CT上難以準(zhǔn)確區(qū)分腫瘤病灶和肺不張的區(qū)域。戚元?jiǎng)偟萚18]納入51例中央型肺癌合并肺不張的患者，通過(guò)比較常規(guī)CT圖像和光譜圖像，并對(duì)多組光譜參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果顯示靜脈期的40 keV單能量圖像、碘密度圖及二者的融合圖像對(duì)肺癌和肺不張區(qū)域的識(shí)別能力均比常規(guī)CT圖像高，表明其在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的診斷價(jià)值，但要注意，平掃和動(dòng)脈期的相應(yīng)光譜參數(shù)診斷價(jià)值有限，提示在患者SDCT掃描時(shí)應(yīng)至少進(jìn)行增強(qiáng)后的兩期即動(dòng)脈期和靜脈期掃描，方可獲取有價(jià)值的光譜數(shù)據(jù)。

除鑒別肺部腫瘤的良惡性外，準(zhǔn)確定性肺部惡性腫瘤的病理類型對(duì)后期治療方案的選擇起著關(guān)鍵作用。張東升等[19]納入87例肺癌患者，通過(guò)分析不同病理類型所對(duì)應(yīng)的光譜參數(shù)的差異，結(jié)果顯示在鱗癌、腺癌及小細(xì)胞肺癌三種病理類型之間，其相對(duì)應(yīng)的靜脈期光譜參數(shù)(碘密度值、標(biāo)準(zhǔn)化碘密度值及有效原子序數(shù))均有明顯差異，可用來(lái)輔助診斷病理類型，尤其在患者難以完成手術(shù)及穿刺的情況下尤為有用。

肺部除原發(fā)腫瘤外，轉(zhuǎn)移瘤也不少見(jiàn)。肺轉(zhuǎn)移瘤在影像上的表現(xiàn)和特點(diǎn)與其原發(fā)灶有一定關(guān)系[20]，并且相應(yīng)的治療措施也不同，如卵巢癌、絨毛膜上皮癌、睪丸癌以及一些間葉來(lái)源的肉瘤常用化療；甲狀腺癌合并肺轉(zhuǎn)移的可采取同位素治療；乳腺癌、腎癌的肺轉(zhuǎn)移則可進(jìn)行內(nèi)分泌治療等。故對(duì)于以肺轉(zhuǎn)移瘤為首發(fā)癥狀患者，其診斷和治療的第一步也是關(guān)鍵一步就是準(zhǔn)確地確定其來(lái)源和病理類型。由于臨床上很多肺轉(zhuǎn)移瘤患者不適合手術(shù)及穿刺活檢，所以可以嘗試通過(guò)新的影像技術(shù)來(lái)幫助尋找其來(lái)源。Dominik等[21]分析了130例原發(fā)于全身多個(gè)部位和系統(tǒng)的肺轉(zhuǎn)移瘤患者的碘密度圖，探索了碘密度值與相應(yīng)原發(fā)灶之間的關(guān)系，對(duì)判斷肺轉(zhuǎn)移瘤來(lái)源具有一定意義。

2.2 肺動(dòng)脈血栓栓塞肺動(dòng)脈血栓栓塞癥是常見(jiàn)的急危重癥，主要檢查方法就是CT肺動(dòng)脈造影(CTPA)，表現(xiàn)為肺動(dòng)脈主干及分支內(nèi)的造影劑充盈缺損，但實(shí)際工作中常因患者自身原因(如呼吸偽影、血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定等)和設(shè)備原因(如較老舊的設(shè)備掃描速度慢，難以捕捉到肺動(dòng)脈充盈最佳的時(shí)間)會(huì)影響圖像質(zhì)量，更不好評(píng)估肺灌注情況[22]。SDCT技術(shù)可為以上問(wèn)題提供新的解決思路。Sueta等[23]報(bào)道了一例肺栓塞患者，CTPA顯示右上肺動(dòng)脈栓塞，灌注圖像顯示相應(yīng)肺組織碘分布明顯較左肺降低，分別為右上肺0.9 mg/mL、左上肺 2.5 mg/mL，抗凝治療后右上肺碘密度回升至與左上肺相等(2.6mg/mL)，表明因栓塞導(dǎo)致的缺血肺組織的血流灌注恢復(fù)正常。Iuga等[24]對(duì)50名肺動(dòng)脈栓塞患者進(jìn)行CTPA檢查，兩名影像科醫(yī)師通過(guò)反復(fù)調(diào)整窗寬窗位至圖像顯示最清晰，最終根據(jù)主觀印象推薦了最優(yōu)的窗寬窗位—混合能量時(shí)1020/170HU、40kev單能量時(shí)2070/480HU，這為影像醫(yī)師提供了可借鑒的參考范圍，有助于提高工作效率。

慢性血栓栓塞性肺動(dòng)脈高壓(CTEPH)是臨床常見(jiàn)疾病[25]。Kr?ger等[26]研究發(fā)現(xiàn)，兩位主觀評(píng)估者在SDCT碘圖中對(duì)CTEPH診斷的特異性和敏感性高于采用傳統(tǒng)CTPA，特異性分別為95.1%vs 90.2%和87.8% vs 85.3%、敏感性為100% vs 78.9%。

3 心臟血管疾病

我國(guó)心血管疾病患者越來(lái)越多，心血管疾病成為城鄉(xiāng)居民中高居首位的死亡原因[27-28]。最常用影像檢查是冠脈CT造影(CCTA)。SDCT的應(yīng)用為心臟及大血管疾病提供了更多有價(jià)值的診斷信息[29]，然而，在常規(guī)CCTA檢查中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)輻射劑量、對(duì)比劑腎毒性等問(wèn)題，為解決這一問(wèn)題，有學(xué)者提出可以在檢查時(shí)通過(guò)調(diào)整掃描參數(shù)如mAs來(lái)降低輻射劑量，注射造影劑時(shí)減少注射量。

Huang等[30]采取常用對(duì)比劑的一半劑量進(jìn)行CCTA檢查時(shí)，評(píng)估圖像質(zhì)量參數(shù)，如CT值、信噪比等客觀指標(biāo)以及對(duì)比度、銳利度等主觀指標(biāo)，結(jié)果顯示單能級(jí)圖像質(zhì)量并無(wú)降低，不影響完成診斷，并且最終對(duì)患者的輻射劑量并無(wú)增加。

Yi等[31]的研究將受試者分組行CCTA檢查，兩組采用不同管電壓，并且其中一組采用40-80kev單能量圖觀察，同時(shí)減少對(duì)比劑劑量，研究結(jié)果表明采用單能量圖的圖像質(zhì)量好于混合能量的圖像質(zhì)量，并且光譜圖像的噪聲也有所降低。

隨著冠脈支架手術(shù)的增多，其術(shù)后的評(píng)估也逐漸成為臨床的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。Hickethier 等[32]通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)CT與多個(gè)級(jí)別的單能keV的圖像質(zhì)量，結(jié)果顯示單能級(jí)的圖像質(zhì)量均較高，并且在較高能級(jí)的單能量圖像中，對(duì)支架內(nèi)通暢情況觀察的效果最好。

心力衰竭患者的一個(gè)重要病理學(xué)改變是心肌纖維化，目前主要依賴心臟MRI來(lái)評(píng)估心肌纖維化的程度，劉珮君等[33]將27名心衰患者進(jìn)行MRI掃描和SDCT掃描，依據(jù)MRI結(jié)果劃分出432個(gè)心臟節(jié)段，對(duì)相應(yīng)心肌節(jié)段的細(xì)胞外容積進(jìn)行定量評(píng)估，結(jié)果表明SDCT的細(xì)胞外容積隨著心肌延遲強(qiáng)化占比的增加逐漸趨于與MRI結(jié)果一致，這表明SDCT在評(píng)估心衰患者的心肌病理學(xué)特征方面可作為MRI的替代方法。

4 乳腺癌

乳腺癌是我國(guó)最為常見(jiàn)的成年女性的惡性腫瘤，即使在世界范圍內(nèi)，乳腺癌相關(guān)疾病導(dǎo)致的死亡也居各種類型的惡性腫瘤之首[34]。乳腺占位或結(jié)節(jié)的傳統(tǒng)診斷方法有軟X線攝影和乳腺超聲，傳統(tǒng)CT對(duì)乳腺本身的檢查意義不大，主要用于診斷其他部位有無(wú)轉(zhuǎn)移，如肺部、腋窩淋巴結(jié)以及骨頭[35]。

Inoue等[36]對(duì)28名乳腺癌患者行SDCT掃描后，對(duì)比傳統(tǒng)CT與40-200keV范圍內(nèi)多個(gè)單能級(jí)的圖像質(zhì)量，結(jié)果是低keV的圖像質(zhì)量均高于傳統(tǒng)圖像，而且低keV時(shí)乳腺腫塊與乳腺腺體間的對(duì)比更加突出，容易發(fā)現(xiàn)病灶，減少漏診。

Moon等[37]的研究共納入79例乳腺良性腫瘤(14例)和乳腺癌(65例)患者，進(jìn)行SDCT增強(qiáng)掃描，采用各期的40keV圖像，并與相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室檢查指標(biāo)如雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)、和Ki67等進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明采用40keV單能量圖時(shí)，對(duì)乳腺癌診斷效能明顯較高。ER(—)、PR(—)、Ki67(+)的患者的預(yù)后往往較差，而這類患者的腫瘤病灶在增強(qiáng)掃描動(dòng)脈期40keV單能量圖的評(píng)分及CT值明顯升高，表明對(duì)不同類型乳腺癌患者的預(yù)后判斷有一定幫助。

5 其 他

(1)新型冠狀病毒肺炎(以下簡(jiǎn)稱“新冠肺炎”)。新冠肺炎疫情2019年年底以來(lái)在世界范圍內(nèi)的大流行對(duì)人們的日常生活和生命健康以及社會(huì)發(fā)展造成了重大影響。肺部CT檢查是重要的診斷環(huán)節(jié)和步驟，是確立診斷、評(píng)估療效的常規(guī)方法[38]。新冠肺炎的CT表現(xiàn)在病程早期多呈小斑片狀的磨玻璃密度影以及肺間質(zhì)性的改變，繼而可出現(xiàn)肺部浸潤(rùn)影，甚至肺組織實(shí)變[39]。

Beatrice等[40]對(duì)4例新冠肺炎患者進(jìn)行多次SDCT掃描，采用電子密度圖進(jìn)行分析診斷，研究表明4名患者在首次掃描的電子密度圖上，顯示了一些肺部的磨玻璃影，而這些異常表現(xiàn)在同次的常規(guī)CT上卻未顯示，直至2-4天后復(fù)查的常規(guī)CT圖上才得以顯示，并且病灶的位置、形態(tài)、范圍均一致，這表明電子密度圖能比常規(guī)CT更早、更清晰地顯示肺部感染病灶。(2)轉(zhuǎn)移性肺鈣化(Metastatic pulmonary calcification,MPC)MPC是指由于鈣質(zhì)代謝異常，使得鈣質(zhì)在某些部位如腎臟、肺部等處沉積。MPC患者的臨床癥狀及影像學(xué)表現(xiàn)均不典型[41]，而SDCT的鈣抑制技術(shù)可以針對(duì)鈣質(zhì)進(jìn)行特異性識(shí)別，并顯著降低其在圖像上顯示的密度，達(dá)到物質(zhì)分離與鑒別的目的[42-43]。

Ana等[44]報(bào)道了一例慢性腎功能衰竭患者，常規(guī)CT圖像顯示肺部多發(fā)磨玻璃影和高密度鈣化結(jié)節(jié)影，在使用鈣抑制技術(shù)處理后，以上病變均未顯示，從而得出結(jié)論常規(guī)CT顯示的病變均為鈣質(zhì)成分，臨床診斷為MPC。MPC屬少見(jiàn)疾病，常易誤診或漏診，故對(duì)有相關(guān)病史的患者，應(yīng)將MPC納入診斷的考慮范圍之內(nèi)，此時(shí)鈣抑制技術(shù)就是一種可靠的檢查手段。

(3)抑制金屬偽影能譜技術(shù)(高keV圖像)可以有效抑制體內(nèi)外的金屬產(chǎn)生的放射狀偽影[45-46]。Laukamp等[47]研究了30例有胸骨金屬物植入史的患者，對(duì)比常規(guī)CT圖與單能級(jí)圖的主觀印象與定量參數(shù)，結(jié)果顯示原常規(guī)圖像中的低密度偽影在較高能級(jí)keV圖中(170-180keV)基本被完全消除了，而常規(guī)圖像中的高密度偽影在單能級(jí)130keV時(shí)也顯著減少。主觀評(píng)估結(jié)果是200keV單能量時(shí)，抑制偽影的效果最佳，但是keV過(guò)高的話會(huì)影響軟組織顯影，所以作者綜合評(píng)判后認(rèn)為在130-200keV時(shí)可有效抑制偽影、同時(shí)保證軟組織結(jié)構(gòu)清晰顯示。SDCT的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是比其他能譜成像系統(tǒng)的keV范圍更大(40-200keV)，有更多選擇[48]。

(4)常規(guī)體檢中的低劑量掃描。隨著CT設(shè)備的普及和人們健康觀念的改變，在常規(guī)健康體檢中，胸部CT掃描逐漸代替了傳統(tǒng)的胸部平片攝影，提高了肺部疾病的檢出率，但隨之而來(lái)的問(wèn)題—輻射劑量的增加，引發(fā)了新的關(guān)注和擔(dān)憂。歐陽(yáng)佳裕[49]等對(duì)30例常規(guī)體檢者采用SDCT的智能劑量調(diào)控技術(shù)進(jìn)行掃描，另30例體檢者進(jìn)行固定mAs的掃描，通過(guò)對(duì)比部分不同層面的圖像質(zhì)量相關(guān)參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)差、信噪比、容積CT劑量指數(shù)等，結(jié)果表明對(duì)于個(gè)體差異(如胖瘦不同)和掃描部位不同(如肺尖、肺底等)，該技術(shù)可以在掃描過(guò)程中進(jìn)行智能調(diào)控，在保證圖像質(zhì)量的前提下最大限度地減少X線產(chǎn)生的電離輻射，對(duì)健康體檢者實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)。

綜上所述，SDCT具有更多新的、有實(shí)用價(jià)值的技術(shù)，比如單能量圖和碘密度圖在血管成像、抑制偽影、提高圖像質(zhì)量以及定量分析方面具有較高的實(shí)用意義；而鈣抑制圖和電子密度圖在現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道中也初步顯示了其獨(dú)特的診斷價(jià)值，尤其是電子密度圖可謂是首創(chuàng)技術(shù)，應(yīng)用前景非常廣泛?？傊?，SDCT的普及可以更好地提高影像診斷水平、造福患者[50-52]。