丹雅璐 張進

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

X射線計算機斷層掃描(X-ray computed tomography,CT)自半個世紀(jì)前作為一種新興非侵入性的診斷工具被引入以來，一直在不斷發(fā)展，傳統(tǒng)CT主要根據(jù)物質(zhì)的CT值差異進行診斷，但對于CT值差異小的病變通常難以鑒別，且CT值會受到硬化效應(yīng)、金屬偽影等諸多問題的影響。雙能CT(dual-energy CT,DECT)使用多參數(shù)成像原理，獲得虛擬單能量圖像、虛擬平掃圖像、碘密度圖像、有效原子序數(shù)圖像及鈣抑制圖像等，這些多參數(shù)成像相較于傳統(tǒng)CT可以在疾病影像診斷過程中提供更多有價值的信息[1]。

目前所有能夠進行雙能采集的臨床CT掃描儀可以分為兩大類：基于源的和基于探測器的，主要包括雙源CT、快速kVp切換CT、序列掃描CT以及雙層探測器光譜CT(detector-based spectral CT，SDCT)[2]。雙源CT擁有兩套完整的X線系統(tǒng)，在機架內(nèi)以約90°的角度偏移，兩套X線系統(tǒng)的掃描參數(shù)可以單獨調(diào)整；快速kVp切換CT通過使用單一球管高低雙能的瞬時切換，在機架旋轉(zhuǎn)過程中采集兩套信息，該技術(shù)可以實現(xiàn)投影數(shù)據(jù)域解析；序列掃描CT通過一套球管-探測器，采用不同電壓連續(xù)掃描兩次，兩次成像數(shù)據(jù)在圖像數(shù)據(jù)空間匹配，進行雙能減影[3]；SDCT具有上下兩層探測器，且由于基于探測器的技術(shù)，無需提前設(shè)定在雙能模式下操作掃描儀，即可獲得雙能或光譜數(shù)據(jù)[4]，實現(xiàn)“同源、同時、同向、同步”。

DECT在骨骼肌肉系統(tǒng)成像中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在關(guān)節(jié)疾病、骨髓疾病、技術(shù)應(yīng)用及軟組織病變等方面，本文將詳細介紹DECT在各方面的應(yīng)用。

1 關(guān)節(jié)疾病

1.1 痛風(fēng)痛風(fēng)是由于單鈉尿酸鹽(monosodium urate,MSU) 晶體在關(guān)節(jié)內(nèi)、外的軟骨及周圍軟組織沉積而引起的一系列關(guān)節(jié)炎性反應(yīng)。目前臨床常用的診斷痛風(fēng)的影像學(xué)檢查方法主要有傳統(tǒng)CT、X線、MRI與超聲，然而傳統(tǒng)CT及X線檢查對檢出痛風(fēng)患者早期的非特異性軟組織腫脹敏感度較低，只能在痛風(fēng)患者晚期評估骨質(zhì)破壞情況；MRI檢查掃描時間長，檢查禁忌癥相對較多；超聲檢查對于痛風(fēng)的診斷主觀性較強，對診斷醫(yī)師要求較高，因此這些檢查方法在臨床應(yīng)用中有較大的局限性，近年來DECT已成為痛風(fēng)診治過程中一項十分有價值的技術(shù)[5]，其主要原因是低原子序數(shù)的MSU晶體與高原子序數(shù)的鈣在不同能量級的衰減不同，DECT可以準(zhǔn)確區(qū)分并顯示尿酸、鈣、軟組織這三種物質(zhì)，且通過彩色編碼技術(shù)可以有效顯示MSU沉積的解剖和定位[6]。

李文娟等[7]對24例痛風(fēng)患者進行DECT掃描，分別獲得140、80kvp單能量圖像和混合能量圖，并經(jīng)過后處理得到偽彩色編碼圖，結(jié)果顯示相對于常規(guī)混合能量圖，DECT彩色編碼圖顯示了更多數(shù)目的痛風(fēng)石，表明后者具有更強的顯示MSU的能力。李兆勇等[8]對不同臨床分期的高尿酸血癥患者進行DECT檢查，結(jié)果表明不同臨床分期的患者MSU結(jié)晶的檢出率不同，并且提示在痛風(fēng)發(fā)作之前就可以出現(xiàn)MSU沉積。此外，DECT掃描中的關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)周圍MSU晶體陽性現(xiàn)已成為2015年美國放射學(xué)會和歐洲抗風(fēng)濕病聯(lián)盟痛風(fēng)分類標(biāo)準(zhǔn)的一部分[9]。DECT可以將痛風(fēng)與其他關(guān)節(jié)病和腫塊區(qū)分開來，例如化膿性關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎、假痛風(fēng)或腫瘤[10-12]，特別是在難以進行關(guān)節(jié)液抽吸的部位，如恥骨聯(lián)合、寰樞關(guān)節(jié)、指間關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)等。DECT相較于傳統(tǒng)CT可以提高對MSU晶體檢出敏感度，并進行解剖定位，從而評估疾病的嚴(yán)重程度[13]、進行預(yù)后判斷及監(jiān)測靶向治療反應(yīng)[14]。

1.2 假性痛風(fēng)假性痛風(fēng)是一種代謝性疾病，是由于磷酸鈣雙水化合物晶體(calcium pyrophosphate dihydrate,CPPD)沉著于關(guān)節(jié)軟骨所致，其臨床表現(xiàn)與痛風(fēng)相似。膝關(guān)節(jié)周圍的CPPD晶體可以在關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)周圍組織中觀察到，如軟骨、滑膜和韌帶，但最常見的是關(guān)節(jié)透明軟骨和半月板纖維軟骨[15]。由于DECT揭示了鈣的存在和MSU晶體的缺失，因此可用于診斷假性痛風(fēng)[16-17]。Tanikawa等[18]研究表明DECT對半月板內(nèi)CPPD晶體的檢測具有良好的敏感性(77.8%)和特異性(93.8%)，此外，DECT還為CPPD沉積提供了空間信息。

2 骨髓疾病

2.1 骨髓水腫骨髓水腫是以骨基質(zhì)水腫、纖維組織增生及炎性細胞浸潤為主要病理表現(xiàn)的一種征象，其主要是由病變組織血管過多、灌注過度及水的外滲作用等造成，它是一個基本的、共同的病理現(xiàn)象，多種疾病如感染、外傷或腫瘤等均可合并骨髓水腫[19]。MRI是評估骨髓水腫的首選成像方式，然而在某些情況如急性創(chuàng)傷環(huán)境中，其使用受到限制；而CT在這種情況下成為首選的檢查方式，其檢查速度快，并且可以識別細微的骨折。常規(guī)CT由于骨小梁掩蓋了正常骨髓和骨髓水腫之間的輕微差異，因此無法識別及評估骨髓水腫[20],近年來研究表明DECT可以通過基于三物質(zhì)分離算法(骨礦物質(zhì)、黃骨髓和軟組織)的虛擬去鈣(virtual non-calcium,VNCa)技術(shù)，生成水、鈣物質(zhì)分解圖像，去除骨骼中高度衰減的鈣信號，突出骨髓水腫的顯示，從而更好的評估骨髓水腫[21]。

DECT檢測骨髓水腫可用于股骨頭壞死評估、急慢性椎體壓縮骨折鑒別、隱匿性骨折的診斷及四肢關(guān)節(jié)創(chuàng)傷后骨挫傷的評估。左天姿等[22]對20例非創(chuàng)傷性股骨頭壞死患者行DECT檢查，結(jié)果顯示，VNCa圖對非創(chuàng)傷性股骨頭壞死骨髓水腫具有較高診斷效能，并且可以顯示小的軟骨下骨折和細微的股骨頭外形的改變,從而為臨床治療提供更多的信息。趙承勇[23]等對34例椎體壓縮骨折患者進行DECT檢查，分別采用主觀評估及客觀分析的方法以鑒別急慢性壓縮骨折，結(jié)果表明兩名醫(yī)師通過VNCa圖像診斷骨髓水腫主觀評分一致性較高，并且急性壓縮骨折患者骨髓水腫區(qū)域的CT值、其與相鄰椎體正常區(qū)域骨質(zhì)的CT值差值均較慢性壓縮骨折患者高，因此，VNCa圖像可用于鑒別急、慢性椎體壓縮骨折。蒲學(xué)佳等[24]研究表明VNCa對膝關(guān)節(jié)骨髓損傷主觀評價及CT差值客觀評價分別與MRI成像的一致性較高，DECT對于膝關(guān)節(jié)隱匿性骨折具有良好的診斷效能。

2.2 骨髓腫瘤DECT在骨髓腫瘤中主要用于評估骨轉(zhuǎn)移瘤及多發(fā)性骨髓瘤，傳統(tǒng)CT對骨質(zhì)破壞顯示較好，但對骨髓浸潤性病變的敏感性不高，對一些隱匿性病變漏診率較高，而DECT通過VNCa技術(shù)可以優(yōu)化骨髓腫瘤的顯示，提高診斷效能；虛虛擬單能量成像可以通過不同能級下病變CT值及能量曲線特征，對良、惡性骨腫瘤及其他骨病變進行鑒別[25]。

DECT可以提高骨轉(zhuǎn)移瘤的檢出率。Issa等[26]回顧分析18 例患者共227個骨轉(zhuǎn)移瘤，對其進行DECT骨髓水腫成像，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)CT相比，骨髓水腫成像提高了CT檢測骨轉(zhuǎn)移瘤的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性和置信度，從而減少了對額外成像的需求。Abdullayev等[27]對21例接受SDCT和MRI檢查的患者進行回顧性研究，胸腰椎MRI將357個椎體分為正常骨和轉(zhuǎn)移骨，利用多水平VNCa算法計算低、中、高鈣抑制指數(shù)圖像，并與常規(guī)圖像進行比較，結(jié)果顯示SDCT重建的多水平VNCa可提高正常骨和轉(zhuǎn)移骨的定量分離，并在使用低至中等鈣抑制指數(shù)時可主觀判斷骨轉(zhuǎn)移。

DECT可以幫助區(qū)分溶骨性脊柱轉(zhuǎn)移瘤和Schmorl結(jié)節(jié)，當(dāng)惡性腫瘤轉(zhuǎn)移至骨時，首先侵入骨髓(主要由水和脂肪組成)，正常椎體骨被腫瘤組織替代，其血管通透性顯著高于正常組織中的血管通透性，從而增加細胞外的水密度[28]，因此，與正常椎體相比，溶骨性骨轉(zhuǎn)移瘤的含水量較高，骨含量較低；而Schmorl結(jié)節(jié)長期壓縮周圍的骨質(zhì)，因此不會顯著降低骨含量；Zheng等[29]回顧性研究102例接受DECT的癌癥患者，有110個低密度椎體病變，分別測量其40-140 keV虛擬單能量CT值、能譜曲線斜率(k)、骨(水)和水(骨)密度的平均值，結(jié)果顯示DECT區(qū)分溶骨性脊柱轉(zhuǎn)移瘤和Schmorl 結(jié)節(jié)具有較高的診斷價值。DECT還可用于區(qū)分肺癌患者的成骨性骨轉(zhuǎn)移和骨島。骨島作為一種成熟皮質(zhì)骨組織，其骨質(zhì)含量比成骨性轉(zhuǎn)移的骨組織高，而成骨性轉(zhuǎn)移瘤病灶內(nèi)還含有腫瘤細胞，含水量更高[30]。Dong等[31]研究表明，與骨島相比，成骨性轉(zhuǎn)移瘤在虛擬單能圖像(virtual monoenergetic image,VMI)的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差顯著低于骨島，能譜曲線斜率較低，平均骨衰減較低，水衰減更高，區(qū)分成骨細胞轉(zhuǎn)移與骨島的最佳臨界值是 68.6 HU，此時診斷效能最佳，敏感度為93.0%、特異度為93.3%。。

在多發(fā)性骨髓瘤中，可以用常規(guī)CT評估溶骨性病變，但其對彌漫浸潤性病變的檢出并不敏感，因此，彌漫浸潤性病變通常使用MRI或PET-CT進行評估。Thomas等[32]對32例多發(fā)性骨髓瘤患者分別進行全身DECT及MRI掃描，以MRI為診斷標(biāo)準(zhǔn)，通過VNCa技術(shù)評估多發(fā)性骨髓瘤患者骨髓浸潤性病變，結(jié)果表明DECT區(qū)分正常骨髓和病理性骨髓的靈敏度為89%、特異性為85%，并且DECT檢測中、高度骨髓浸潤病例的靈敏度較傳統(tǒng)CT相比分別提高到40%、75%。但需要注意的是，VNCa圖像由于無法區(qū)分水腫、漿細胞浸潤或重新激活的紅骨髓，可能導(dǎo)致假陽性[33]。

3 技術(shù)應(yīng)用

3.1 減少金屬偽影CT是觀察金屬內(nèi)固定術(shù)后的常用成像方式，主要用以評估內(nèi)固定的狀態(tài)、骨折愈合情況及術(shù)后并發(fā)癥等。然而，傳統(tǒng)CT易受到金屬偽影的影響，這些偽影限制了骨、骨-金屬界面和鄰近軟組織結(jié)構(gòu)的觀察和評估。造成金屬偽影的因素有光束硬化、散射、噪聲、光子饑餓和邊緣效應(yīng)[34]。減輕金屬偽影的常規(guī)技術(shù)包括高管電壓或管電流、縮小準(zhǔn)直寬度、平滑濾波器、迭代重建算法、金屬偽影減少軟件、自適應(yīng)濾波等[35]，然而，這些技術(shù)可能造成輻射劑量增高、空間分辨率降低以及重建誤差[36]。

近年來，DECT VMI成為減少金屬偽影的新手段。來自不同DECT的高能VMI(>70 keV)已被證明可以在不增加輻射劑量的同時，改善幾種金屬偽影及其周圍組織的可視化[37]。Dangelmaier等[38]對20例胸腰椎后路融合患者進行DECT掃描，將常規(guī)掃描的圖像質(zhì)量與40-200keV(20keV增量)的VMI進行比較，結(jié)果顯示更高能量的VMI可顯著減少脊柱后路融合產(chǎn)生的金屬偽影，并進一步提出了180keV時整體圖像質(zhì)量最好。Kosmas等[39]使用SDCT對12例有金屬植入的患者進行掃描，并將金屬植入物分為大型和小型，結(jié)果表明在VMI中，隨著能量水平的增加，偽影逐漸減小，并且與大型植入物相比，小型植入物的偽影減少效果更好。

3.2 骨密度測定雙能X線吸收測定法(dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）是目前臨床最常用于骨密度(bone mineral density,BMD)測量的技術(shù)，但由于它是一種2D技術(shù)，可以測量椎體的面積骨密度，無法測量體積骨密度，并且受覆蓋的腸道、主動脈鈣化和退行性改變的影響而存在一定的局限性[40]；van Hamersvelt等[41]應(yīng)用SDCT對標(biāo)準(zhǔn)化歐洲脊柱體模進行掃描，研究結(jié)果表明SDCT測量的BMD與DXA測量的BMD呈 強線性相關(guān)，提示SDCT可以精確量化骨密度，并為接受SDCT掃描的患者進行骨質(zhì)疏松的機會性篩查提供可能性。由此可見，DECT為骨密度測定提供了新的測量方法和思路。

4 軟組織應(yīng)用

韌帶和肌腱通常是用MRI或超聲來評估的，但在急性創(chuàng)傷環(huán)境中，CT可能更有優(yōu)勢。然而，常規(guī)CT受到肌腱和鄰近結(jié)構(gòu)之間衰減差異不足以及射束硬化偽影的限制，對韌帶和肌腱評估不足[35]。由于膠原分子中密集堆積的羥賴氨酸和羥脯氨酸在不同能級水平的衰減不同，DECT可以清晰顯示肌腱、韌帶，同時對其進行顏色編碼，從而評估肌腱和韌帶的連續(xù)性及完整性[42,43]。Deng等[44]對20例手足部疼痛患者進行DECT掃描，所有病例均與手術(shù)或隨訪研究的結(jié)果對比，結(jié)果表明DECT既能清晰顯示手足肌腱的解剖結(jié)構(gòu)，又能顯示其病理變化，為手足肌腱的可視化提供了一種新的方法。孫叢等[45]對12例志愿者行膝關(guān)節(jié)DECT掃描，經(jīng)圖像后處理，膝關(guān)節(jié)前、后交叉韌帶、腓側(cè)副韌帶和髕韌帶可清晰顯示，較薄的韌帶、橫行的韌帶及后方的韌帶顯示欠佳。Peltola等[46]對18例膝關(guān)節(jié)急性損傷患者分別行DECT和MRI檢查，以MRI結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，得出DECT診斷前交叉韌帶斷裂的敏感性為79%，特異性為100%，且40-140keV獲得的VMI比DECT VNCa技術(shù)能更好地評估前交叉韌帶斷裂。

MRI是評估椎間盤和神經(jīng)根病變的參考成像技術(shù)，但DECT 為具有MRI檢查禁忌癥的患者提供了另一種選擇。Booz等[47]對41例腰椎間盤突出癥患者行DECT及MRI檢查，以MRI為參考標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果顯示VNCa圖像診斷腰椎間盤突出癥的敏感性為91%、特異性為92%，其診斷效能高于常規(guī)CT。

綜上所述，隨著CT技術(shù)的發(fā)展，DECT在骨骼肌肉系統(tǒng)成像中有著越來越廣泛的臨床應(yīng)用，在關(guān)節(jié)疾病、骨髓疾病、技術(shù)應(yīng)用及 軟組織病變等 方面的診斷價值也逐漸得到了驗證，為骨骼肌肉系統(tǒng)常見疾病的影像學(xué)診斷提供了更多信息?？傊?，DECT具有廣泛的臨床應(yīng)用前景，其潛在價值有待于進一步深入研究。