雙能量CT成像技術在肺血管疾病中的應用進展

丁兆慧 奚群英

(中國醫學科學院阜外醫院深圳醫院肺血管病房,廣東 深圳 518057)

雙能量CT(dual-energy CT,DECT)成像常用技術有雙峰值管電壓法和單管雙層探測器法,是利用兩種不同能量的射線進行同步掃描,通過探測器接受后對不同能量下所采集的各種密度物質的衰減信息進行分析的一種相對新型的CT成像方法,不受呼吸及運動偽影的影響,在血管相關性病變中的應用具有一定優勢。肺血管疾病是臨床常見的一類疾病,主要包括肺栓塞(pulmonary embolism,PE)、慢性血栓栓塞性肺動脈高壓(chronic thromboembolic pulmonary hypertension,CTEPH)、動脈型肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PAH)、肺靜脈閉塞性疾病/肺毛細血管瘤(pulmonary venous occlusive disease/pulmonary capillary hemangiomatosis,PVOD/PCH)等。與CT肺動脈造影(computed tomographic pulmonary angiography,CTPA)相比,DECT在顯示肺動脈解剖信息的同時,也能顯示肺動脈的血流灌注狀態,提高了亞段PE的檢出率。許多研究[1-2]表明DECT與肺通氣/灌注(V/Q)顯像在診斷CTEPH上具有相近的診斷效能,進行早期診斷、危險程度分層等對改善患者預后及提高生活質量至關重要。現從DECT成像技術的原理及其在肺血管疾病中的應用進展予以綜述。

1 DECT成像技術的原理

DECT是由兩組球管-探測器組成,一組在高能量X射線下完成圖像的掃描與采集,另一組在低能量X射線下完成圖像的掃描與采集,兩組球管獨立運行,具有較高能譜對比度[3]。DECT常用的方法有雙峰值管電壓法和單管雙層探測器法,根據其使用材料不同分為:碘圖和虛擬平掃圖;按照能量選擇不同分為:虛擬單能重建、有效原子序數圖和有效電子云密度圖[4]。DECT通常使用140 kVp和80 kVp管電壓同時采集兩組數據,將得到的數據以碘圖和虛擬平掃圖等方式,通過后處理軟件得到量化數據。在胸部成像中,碘圖可評估PE的灌注缺損,包括急性和慢性的灌注缺損?，F重點討論DECT碘圖技術在肺血管疾病中的應用進展。

不同能量下的物質衰減速度不同,X射線的衰減主要遵循Beer-Lambert定律,低能量X射線下碘衰減系數最大,高能量X射線下碘衰減系數下降一半,而肺內空氣與軟組織的衰減系數不受影響[5]。通過對比兩種CT能量下肺實質內碘對比劑的分布差異,可反映出肺實質的灌注情況。因此進行一次DECT顯影可同時獲得肺動脈解剖成像及全肺灌注結果[6]。

DECT碘圖技術通過顯示肺中碘分布、比較病變組織與周圍組織的相對增強程度,以百分比形式量化表達,可檢測肺動脈亞段及以下PE,同時提供肺血流灌注相關信息[7]。DECT三維灌注圖在軟組織、空氣和碘三種材料分解的基礎上得出肺組織的碘含量,將獲取的數據集載入特定的處理軟件計算肺灌注血容量(perfused blood volume,PBV),最終得出量化的灌注指標,用于判斷疾病嚴重程度以及評估預后[8]。

2 DECT在PE中的應用

PE是全球第三大最常見的心血管死亡原因,是指由血塊、腫瘤、脂肪或空氣等造成肺動脈阻塞,誘發多種病理生理紊亂,進而引起一系列臨床表現,常危及生命[9]。準確判斷栓塞部位、栓子大小、性質及肺灌注區域面積,對PE的診斷、危險分層及治療具有重要意義。DECT可顯示肺動脈阻塞引起的肺實質灌注缺損,同時應用碘圖技術能定量分析肺灌注缺損面積。

常規CTPA僅能顯示肺血管解剖結構,難以檢測出肺微小血栓,對于血栓導致的肺灌注缺損的嚴重程度無法顯示,而DECT肺灌注碘圖技術可彌補這一缺陷。2018年一項大規模回顧性研究[10]納入2014年1—9月共1 035例確診PE的患者,記錄CTPA上血栓的位置、水平和類型(閉塞與非閉塞),利用DECT碘圖技術檢測肺灌注缺損。結果顯示DECT在1%的患者中檢測到小的(節段性或亞節段性)PE,具有增量效益,證實了DECT可發現PE中更小部位的栓塞,DECT碘圖技術對PE的診斷價值超過了目前常規CTPA。

多項研究已證實DECT在診斷急性肺栓塞(acute pulmonary embolism,APE)中的準確性。一項納入17項研究的薈萃分析[11]評估了DECT后處理技術,包括線性混合、碘圖和虛擬單能重建在診斷APE中的準確性。該薈萃分析顯示,DECT中單獨線性混合診斷APE的靈敏度和特異度分別為87%和93%,線性混合聯合碘圖的靈敏度和特異度分別為89%和90%,碘圖聯合虛擬單能重建的靈敏度和特異度分別為90%和90%。2021年發表的一項系統綜述[12]也評估了DECT對APE的診斷準確度,共納入15篇文章、7項研究進行薈萃分析,觀察到DECT診斷APE的綜合靈敏度為88.9%,綜合特異度為94.6%。DECT在APE中的診斷價值有充分的證據支持。

DECT同時有助于評估PE的嚴重程度和預測預后。通過碘圖等后處理技術及軟件計算出的PBV已被證實可反映肺灌注,評估PE患者的肺血流情況[13]。研究顯示,在DECT上灌注缺損程度更大的APE患者中,右心應變率更高,提示DECT上灌注缺損的程度與PE患者的不良臨床結局相關。Sakamoto等[14]回顧性分析了72例PE患者和168例非PE患者的DECT結果,探討肺PBV與臨床嚴重程度之間的相關性,同時評估全肺PBV的定量與CT圖像上右心室-左心室直徑比值之間的關系。研究表明在PE患者中,全肺PBV值與右心室-左心室直徑比值呈負相關(r=-0.567,P<0.001)。用DECT定量計算肺PBV有助于評估PE的臨床嚴重程度,并可作為右心室功能不全的指標。

使用DECT計算的肺灌注缺損評分已被建議作為PE患者嚴重程度評估的一種新的影像學標志物[15]。一項涉及60例PE患者的研究報告[16]顯示,DECT碘圖上測量的灌注缺損程度是不良臨床結果(60 d內死亡或重癥監護治療)的預測因子。一項研究[17]納入了2018—2020年連續接受DECT檢查的疑似APE患者共136例,使用DECT后處理技術計算肺灌注缺損容積,19例(14%)在平均住院7.5 d期間發生了不良事件(<30 d住院全因死亡或入住重癥監護病房),其中7例為CT無可見栓子但有灌注缺損的患者。對于疑似APE患者,肺灌注缺損容積可能是一種獨立的預后標志物,相比傳統臨床和影像學參數具有增量的鑒別價值,可用于疾病的風險分層,改善患者預后。

3 DECT在CTEPH中的應用

CTEPH是由慢性血栓機化后形成的肺動脈高壓,是肺血栓栓塞癥的長期并發癥。CTEPH一般由近端血栓栓塞或遠端血管重構導致的肺動脈和肺小動脈阻塞引起,臨床表現為右心負荷和肺血管阻力增加。目前研究[18]認為,CTEPH的病理機制涉及異常凝血與纖溶機制、炎癥機制、遺傳易感因素、原位血栓形成、血管重構等方面。有數據[19]統計,APE幸存者中CTEPH的發生率約為4%。另一項連續隊列研究[20]顯示,中國APE患者CTEPH的發生率第1年為0.8%,第2年為1.3%,第3年為1.7%。未經及時干預的CTEPH預后不佳,其不良結局與平均肺動脈壓呈正相關[21]。

目前V/Q掃描仍是診斷CTEPH患者血流灌注缺損的金標準,但未得到充分應用,43%的患者在登記時未接受過V/Q掃描[22],DECT可彌補這一不足。許多研究表明,DECT肺灌注與V/Q掃描在診斷CTEPH方面具有良好的一致性,CTEPH的影像學標準依賴于DECT肺灌注中的至少一個節段性三角形灌注缺損,V/Q掃描中則顯示相應部位的肺組織存在V/Q不匹配。

2018年的一項研究[1]中,80例患者同時完成DECT及V/Q掃描,其中36例被診斷為CTEPH,DECT組中有35例陽性,6例假陽性,1例假陰性(靈敏度為97%,特異度為86%);在V/Q掃描中,有35例陽性和1例假陰性(靈敏度為97%,特異度為100%),結果表明DECT肺灌注與V/Q掃描對診斷CTEPH具有高度一致性(κ=0.80)。另一項前瞻性研究[2]納入了71例疑似CTEPH患者,同時接受DECT與V/Q掃描,采集DECT數據集重建碘圖,最終DECT可準確篩查出所有CTEPH患者,DECT和V/Q掃描在病理節段的分類上有顯著的一致性。V/Q掃描通常被認為輻射更少,但在此研究中,兩種檢查的輻射劑量無顯著差異,且DECT掃描時間更短。在Dournes等[23]的研究中,與V/Q掃描相比,單獨使用DECT肺灌注掃描診斷CTEPH的靈敏度為100%,特異度為92%。這些研究支持DECT肺灌注技術可能作為V/Q掃描篩查CTEPH的潛在替代手段。

DECT通過肺實質中的碘分布計算肺PBV來評估CTEPH患者的肺灌注情況[24],肺灌注不良的程度可反映CTEPH的嚴重程度。2022年一項研究[25]回顧98例接受DECT檢查的患者,分析肺灌注不良程度與血流動力學之間的相關性,血流動力學指標包括平均肺動脈壓和肺血管阻力,并得出結論:CTEPH患者灌注不良的程度與血流動力學異常相關。

目前對于CTEPH嚴重程度的評估并無統一標準,越來越多的研究通過在CTEPH患者中使用DECT評分系統,將其與功能和血流動力學參數相關聯,進行CTEPH臨床危險分層及預后預測。有研究基于DECT的評分分為灌注缺損評分和血栓負荷評分,發現此評分系統與肺動脈壓力和肺血管阻力數值呈正相關。2016年發表的一項研究[26]通過計算46例CTEPH患者DECT檢查的肺PBV值,進行肺灌注缺損評分,與右心導管數據及臨床血流動力學指標進行對比,發現DECT肺灌注缺損評分與肺動脈壓、肺血管阻力和右心室壓力顯著相關。

DECT對APE事件后CTEPH的發生具有一定的預測價值。2020年的一項回顧性研究[27]發現,APE事件中閉塞性肺中央或大葉凝塊與CTEPH的發生有關,“馬賽克”衰減和肺梗死的存在也可預測CTEPH的發展。

此外,DECT及后處理技術也常用于鑒別PAH和CTEPH,二者在肺灌注上具有顯著差異。有研究[28]比較了DECT中PAH和CTEPH的肺灌注情況,其中PAH組中52.6%的患者CT灌注異常,CTEPH組中100%的患者CT灌注異常;二者在DECT中的肺灌注特征有顯著差異,PAH組中肺灌注損傷相當均勻,96.6%的異常節段出現斑片狀灌注缺損,而CTEPH組多為三角形灌注缺損、斑片狀灌注缺損和彌漫性低灌注區域,與CTEPH患者相比,PAH患者肺灌注改變更少,且更均勻。

4 DECT在其他肺血管疾病中的應用

其他肺血管疾病如肺動脈高壓、PVOD/PCH等的DECT成像研究并不多。一項納入56例確診或高度懷疑PVOD患者的隊列研究[29],報道了4例(7.1%)不匹配灌注缺損,在70例特發性或遺傳性肺動脈高壓患者中有7例具有類似的缺損模式。有學者比較了特發性或遺傳性肺動脈高壓和PVOD/PCH的DECT肺灌注改變,對63例特發性或遺傳性肺動脈高壓和PVOD/PCH患者進行DECT成像,重建形態學和灌注圖像,肺動脈高壓組中有68.6%出現灌注異常,以斑片狀灌注缺損為主,PVOD/PCH組中有50%出現灌注異常,二者之間的DECT灌注異常無統計學差異,同時證實DECT在肺動脈高壓、PVOD/PCH中的診斷價值[30]。

5 小結

DECT在肺血管疾病中的應用有越來越多證據支持,DECT具有高分辨率、易獲得、廣泛普及等優勢,相比常規CTPA能識別更小部位PE,具有增量效益,同時通過碘圖等后處理技術,呈現真實肺灌注成像,可獲取形態和功能學參數。多種證據支持DECT肺灌注技術與V/Q顯像具有較好的一致性。同時,DECT在肺血管疾病的嚴重程度、危險分層及預后等方面提供一定的價值。未來需更多的研究細化影像學數據,為臨床提供更多直觀的量化參數,用于診斷肺血管疾病、評估治療效果及預測預后。