能譜CT在中樞神經系統疾病診斷中的應用

呂及晟

（天津醫科大學總醫院放射科， 天津 300052）

能譜CT在中樞神經系統疾病診斷中的應用

呂及晟

（天津醫科大學總醫院放射科， 天津 300052）

能譜CT作為CT的一項新技術，具有多參數、定量分析的能力。它不僅能夠獲得基物質密度及其分布的圖像還能生成40～140keV的101個單能量圖像，而且能根據所得到的能譜曲線進行物質分離，并以最小的輻射劑量得到更多的信息量，在臨床及科研應用中擁有巨大潛力。本文就該技術的基本原理及其在中樞神經系統疾病診斷中的臨床應用予以綜述。

計算機斷層攝影技術；X線；能譜成像；中樞神經系統

2008年GE公司推出第一臺能譜CT。它創造性地將寶石作為探測器的材料，并將球管、高壓發生器、探測器等硬件設備及后期重建算法等CT影像的核心技術進行了一系列改革，通過引入能譜柵成像的新技術，把CT成像推向了前所未有的5維空間（x軸、y軸、z軸、時間和能量）成像，不但能夠分析人體組織的化學組成，而且能夠使用能譜柵成像觀察和分析解剖和病理信息，被稱為“顯微CT”、“病理CT”和“綠色CT”。自能譜CT問世以來，國內外學者對其在各領域的應用價值做了大量研究，本文就能譜CT在中樞神經系統疾病影像診斷中的應用做一綜述。

1 能譜成像的基本原理

能譜成像的物理基礎包括：①X線通過物質的衰減能夠客觀反映X線的能量；②X線經過物質后產生的光電效應與康普頓效應共同決定了物質的衰減曲線；③物質的衰減曲線呈線性關系（不包括 K 峰區域），可以選擇兩種物質進行物質分離[1]。能譜CT基于人體同一組織對不同光子能量及不同組織對同一光子能量吸收能力的差異進行成像，即根據能量水平差異和組織特異性兩個參數成像。X線的衰減具有能量依賴性，光子能量越強，X線波長就越短，其物質穿透力就越強，穿透過程中的衰減就越少，反之亦然。因此，利用不同能量水平的單能X線，可得到相應能量水平的X線衰減系數，從而重建CT圖像，即能譜成像[2]。

2 能譜CT的優越性

首先，與常規CT相比，能譜CT具有多參數、定量分析的能力。它不僅能夠獲得基物質密度及其分布的圖像還能獲得不同keV水平的單能量圖像，而且能根據所得到的能譜曲線計算出該病變或組織的有效原子序數，從而進行物質分離[3]。其次，能譜CT較傳統CT圖像質量更高，并能夠以最小的輻射劑量得到更多的信息量。隨著最新的球管系統，瞬時切換的高壓發生器，探測器，DAS系統及最新的迭代重建技術的應用，使得能譜成像的單能量成像及基物質圖像均具有很高的圖像質量，從而實現了用最小劑量來得到更多信息量的愿景。另外，寶石能譜CT能夠有效抑制射線硬化偽影，因此對于傳統CT劣勢的顱底顯影、冠狀動脈支架內部結構的顯影等具有明顯的優越性。 這使得能譜CT在臨床工作及科學研究中具有廣闊的應用前景。

3 能譜CT在中樞神經系統疾病診斷中的應用

3.1 后顱窩病變

傳統CT顱骨內板下方的射線硬化偽影往往會影響顱底及后顱窩病變的診斷。CT能譜成像基于單源雙能量技術，可以消除硬化偽影帶來的CT值的“漂移”，從而明顯改善圖像質量，使CT值的測量具有更高的準確性和可信度。Lin等[4]對100名受試者進行能譜CT掃描，對混合能量和單能量圖像在平掃時的背景噪聲以及延髓、小腦、腦橋、大腦額葉下部四個不同部位的射線硬化偽影進行對比研究，以獲得非強化頭顱CT中圖像噪聲和射線硬化偽影最小的情況下能譜成像的最佳的單能量水平。結果發現應用寶石能譜成像模式，最佳的單能量水平是在70keV，可以減少大約11%的圖像噪聲和射線硬化偽影。此結論也得到了國內其他學者的研究證實[5]。

3.2 顱內腫瘤性病變及顱內出血

大量研究證實：能譜CT多參數成像有利于顯示和鑒別顱內病灶。根據能譜分析，可以在疾病早期敏感發現小的隱匿性病灶的存在，鑒別腫瘤性病變的良惡性，實現腫瘤組織的定性、定級分析[6]。Pomerantz[7]等學者的研究結果顯示：顱腦能譜CT掃描65～75 keV為最優的單能量水平，此時灰質信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、白質SNR及灰白質的對比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR）最高，腦實質圖像質量最優。

傳統CT的增強檢查時，對于可能存在顱內腫瘤性病變的患者，當其發生原因不明的急性腦內出血時，診斷可能是十分困難的，因為顱內高密度出血灶很可能會掩蓋強化的顱內腫瘤。Kim等[8]對能譜CT在區分單純顱內出血和腫瘤內出血中的作用做了研究。他們將能譜CT碘基物質密度圖像和虛擬平掃圖像相結合，發現能譜CT能夠清晰顯示顱內出血灶和腫瘤性病變，其敏感性和特異性均較高。Gupta等[9]的研究還指出能譜CT能夠識別顱內小出血灶與沉積的碘對比劑。Ferda[10]等學者也證實了應用雙能CT的對比增強檢查對診斷顱內出血的敏感性、特異性及準確度均較高。

3.3 顱內血管性病變

DSA雖然是診斷血管性病變的金標準，但其創傷性大、耗時長、并發癥多；傳統的CTA雖然成像速度快、操作簡便、創傷性小，但對于臨近顱骨的血管性結構常會受到骨骼干擾因而顯影不佳，而CT減影技術雖然可以有效減少骨性結構對血管顯示的干擾，但總的輻射劑量較大。能譜CT可自動將骨組織或鈣化組織從頸動脈或腦內動脈的CTA中去除[11-20]，實現直接血管減影成像，且能譜CT的輻射劑量比傳統的數字減影CTA要減少很多[11，12，16，21]。而且它可以提供101個單光子下的圖像信息，通過最佳CNR分析，能夠以成像血管為目標、血管周圍組織為背景獲得目標血管最佳的單能量圖像，即組織對比度達到最大而噪聲值相對較小，且對血管的細小分支顯影更佳。

Wang等學者[22]應用能譜CT結合先進的金屬偽影減小序列（metal artifact reduction sequence，MARS）對顱內動脈瘤金屬彈簧圈治療術后的患者進行CTA檢查，分析混合能量介于40～140keV水平下各單能量圖像，發現100keV單能量圖像能清晰顯示顱內動脈栓塞術后的血管結構而不受金屬彈簧圈高密度金屬偽影的影響，且減少了射線硬化偽影，對病變的顯示極佳。因此，他們認為能譜CT可以部分替代DSA檢查對動脈瘤內金屬圈治療后患者術后進行復查、評估。

此外，CT能譜成像可以獲得單能量成像、基物質圖像及病灶的能譜曲線，多種參數結合，可作為一種非侵入性的檢查方式用于動脈粥樣斑塊性質的判定及其危險性評估[23]。如Zainon 等[24]對離體的人頸動脈粥樣硬化斑塊進行能譜CT掃描，斑塊被成像、斷層并應用4種閾值能量（10，16，22，28keV）再成像。CT掃描結束后將斑塊進行染色并進行組織學觀察。結果顯示：斑塊內的脂類物質、鈣化、鐵及水樣成分在X射線下是具有不同能量反應的，并且能譜CT能夠清晰顯示這種差異。如易損斑塊由于含有脂質成分，其能譜曲線較低平或出現類似脂肪的反向上升型曲線，在低能量CT值的直方圖可出現負值；鈣化斑塊的能譜曲線呈斜率為負值的下降型曲線，基物質鈣的濃度較高。CT圖像對于斑塊表面的顯示與組織學圖像具有較好的相關性。且由于能譜CT圖像顯示的能量信息具有較高的空間分辨率，增加了動脈粥樣斑塊中脂類物質、鈣化、鐵的內在對比，因此對組織分類及動脈粥樣硬化斑塊性質的判定及其危險性評估提供了一種全新的視角。通過這種先進的影像學手段可以早期識別斑塊的不同成分及特征，對判斷亞臨床高危人群有積極意義。

綜上所述，能譜CT在中樞神經系統疾病定性、定量診斷及預后評估方面應用越來越廣泛，也為今后的科學研究提供了一個全新的平臺，具有非常廣闊的應用前景。作為一種新的成像方法，能譜CT在中樞神經系統疾病的診斷及科研工作才剛剛起步，某些研究尚無統一性、權威性的標準，且作為一種新技術仍有一些不足之處，如CTA和灌注掃描仍需應用含碘對比劑；對頸內動脈C2、C4段的去骨減影有假陽性或高估血管的狹窄程度的可能性[25]；易損斑塊在能譜圖像上，不同成分的斑塊其散點圖、直方圖和能譜曲線均有不同的表現[23]。但總的說來，隨著技術的進步和研究的不斷深人，能譜成像將帶領CT技術走向多元化及功能成像的新時代，新的研究成果的出現也必將進一步豐富影像學的內容。

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1671-8194（2013）34-0056-03