能谱CT成像的临床应用

能谱CT成像的临床应用

鲍丽君

摘要

综述刘斌审校

能谱CT成像作为CT成像领域的一项崭新技术，已

经在临床和基础研究中获得了广泛应用。着重阐述能谱CT成像的技术原理、临床应用价值及研究进展。关键词

能谱成像；CT；临床应用

R814．42

中图分类号

组数据的重建即可求解出水和碘的密度在空间分布

Dwater（x，y，z）和Diodine（x，y，z）。物理学家提供了水和碘以及许多纯物质和混合物的吸收系数随能量变化的曲线。因此当需要知道感兴趣物质在某单能量下的吸收或CT图像时，只要把该能量下μwater和μiodine代入公式即可。

能谱CT通过单一球管高低双能（80kVp和140kVp）的瞬时切换（＜0.5ms能量时间分辨率）产生时空上完美组合的双能数据，完全冻结了器官的运动；采用原始数据投影的模式对两组数据进行。消除了硬化伪影带来的CT值“漂移”单能量重建，

用于能谱成像的重建/后处理引擎与能谱成像（GSI）浏览器，能够提供包括常规的混合能量图像（kVp）、单能量图像（keV）以及物质分离（MD）图像在内的多参数成像。GSI浏览器还为临床医生提供了诸如直方图、散点图、能谱曲线等可视化的分析工具，为进一步准确定性，快速诊断提供了更多信息。22．1

能谱成像的临床价值伪影的消除

文献标识码A文章编号1000－1492（2012）03－0320－03

能谱CT从球管和探测器等方面进行革新，不

仅实现了在超低剂量的情况下高分辨率、高清晰度的图像质量，而且首次使用了能谱成像技术，从根本上改变了传统CT以单一CT值为标准的成像方式，从而能够进行物质分离，使CT技术提高到一个崭新的水平。现就能谱CT的临床应用价值作一综述。1

能谱成像的原理

CT是通过计算物体对X线的衰减来成像的，而物质对X线的吸收系数是随X线能量变化而变化的，即任何物质都有固定的对X线衰减的特征吸收曲线，并且任何物质的吸收系数可以用两种基物质的吸收系数来表达，这就是能谱成像的基本原理。对于医学影像来说，水和碘是常用的组合。以水和碘作为基物质对，组织在某种单能量下的CT值为：CT（x，y，z，E）=Dwater（x，y，z）μwater（E）+Diodine（x，y，z）μiodine（E），其中μwater（E）和μiodine（E）分别为水和碘的吸收系数。在这个表达式中Dwater和Diodine分别为能够实现物理上所测得的吸收CT（x，y，z，E）所需要的水和碘的密度。这个密度值和X线能量无关。因此在能谱成像中把CT值的求解转化为求解基物质对密度值的工作。以瞬时双kVp为核心技术的能谱CT通过高低电压的瞬时快速切换获取两组吸收投影数据，由于这两组吸收投影数据具有很好的一致性，能够进行数据空间的吸收投影数据到物质密度投影数据的转换。选择任意两个不同能量建立两组物质密度投影数据，通过对这两

2011－08－26接收

合肥230022作者单位：安徽医科大学第一附属医院放射科，作者简介：鲍丽君，男，硕士研究生；

刘

E-斌，男，教授，主任医师，硕士生导师，责任作者，mail：lbhyz321@126．com

伪影是指出现在CT图像上的

可造成病变的不可诊，甚各种非真实的阴影或干扰，

［1］

至造成病变的漏诊及误诊。对图像质量影响最

显著的伪影有金属伪影和射线束硬化伪影。伪影产

生的机制：CT成像中所选择管电压只是一个峰值电压，实际表达为一连续kV值的混合电压，产生的X线光子也是由不同能量的光子构成，在经过密度较高的物质衰减后，低能量的光子比高能量的光子被衰减吸收得更多，因此透过物体的X线光子被“硬，化”最终在致密物体附近产生暗影或条纹影，使图像质量明显减低，甚至无法诊断。金属伪影、致密骨边缘的硬化伪影、高密度对比剂的硬化伪影等伴随着CT的应用多年来都无法全部克服，给临床明确诊断带来一定困难。能谱CT单能量成像以及去伪

可以纠正X线扫描金属后产生的影技术（MARs），

“光子饥饿”现象而导致的低信号，可以对金属及金

属周边的组织提供准确的投射数据，能有效抑制常见的金属伪影及其他射线硬化伪影。有报道对24例含金属植入物患者进行研究，分别比较100keV单能成像组与140kVp混合能量组图像感兴趣

［2］

区（ROI）的SD值测定及图像质量，发现100keV单

更清楚地显示金属能成像技术能够明显减少伪影，

［3］

植入物周围结构及关系。Linetal对一百名受试

一次能谱成像获得6组CT图者进行CT能谱扫描，

其中70声的最低值又低于混合能量的图像噪声值，

keV为CNR值最高和图像质量最好的最佳keV值。由此可见能谱CT单能量成像相对常规扫描在不降

有低图像质量的前提下显著提高了小肝癌的CNR，助于病灶的检出。

2．3物质密度定量分析

甲状腺具有从血液中摄

［11］

取碘的功能，人体内20%的碘存在于甲状腺中，碘的摄入量和甲状腺疾病的关系呈U字形的关系，碘摄入量的过高或过低都会导致甲状腺疾病，测量体内碘浓度可以反映近期的碘摄入量及身体内的碘储存量，以往的测量方法大多是测量尿碘水平、测量甲状腺吸碘率等来间接的反映体内碘浓度，以上方法受饮食影响较大。CT能谱成像利用物质分离的碘基图像可以直接测量甲状腺的碘浓度，并与周围

［12］

组织碘浓度对比评估甲状腺功能。基础实验表明能谱CT成像能准确反映不同浓度溶液的碘含量，测量值与真实值之间无统计学差异。

GSI技术能够生成新的物质密度图像的能力使CT检查实现定量成像成为了可能。常规CT无法显示肺实质血流灌注的分布状态，而CT能谱成像能将CT增强对比剂的碘物质在肺内的分布状态进行定量成像，形成碘基物质图，从而有效反映病理状态下肺实质血流动力学的变化，可同时提供解剖和功能信息。在碘基物质图上，肺栓塞表现为栓子远端的肺实质内灌注减低区、呈扇形或三角形、与叶、段或亚段分布一致，可以进行定量测量，获得正常肺实质和肺栓塞区的碘含量。

孤立性肺结节（SolitaryPulmonaryNodules，SPN）是临床肺部影像学检查常见的病变，依据结节的性质可分为良性结节和恶性结节，结节性质的不同对结节的处理和预后有着明显不同。Siegelmanetal［13］和Godwinetal［14］曾提出根据CT值来区分SPN的良恶性。但影响CT值测量的因素较多：X线X线散射、硬化效应、部分容积效应及重建矩阵效应

［15］等，其中射线束硬化伪影对CT值的测量有着显著的影响。能谱CT单能量图像能够有效去除伪影的干扰，得到比常规CT混合能量成像更准确的CT值，有利于进行鉴别诊断。2．4肿瘤的定位、定性与分级诊断

能谱CT基础

［16］

实验发现，常规CT图像中CT值相同的糖水、盐水，其单能量衰减曲线却不一样，说明单能量衰减曲线有助于鉴别不同成分的物质。不同脏器的肿瘤、同一脏器不同组织起源的肿瘤、同一肿瘤内的不同组织成分，它们的单能量衰减曲线不同，其物质分离

像：传统140kVp混合能量图像和5组单能量图像

（80、75、70、65、60keV）。测量、比较混合能量和单能量图像在颅脑CT的背景噪声和4个不同解剖部位（延髓、小脑、脑桥、大脑额叶下部）的线束硬化伪

BHAs）。与混合能量影（beam－hardeningartifacts，

70keV和65keV单能量组显示背景噪声图像相比，

降低，而70keV时BHA明显减少。由此可见与传

统140kVp混合能量相比，最佳的70keV单能量图像能够降低不同脑组织解剖部位的图像噪声和线束

［4］

硬化伪影。Tanamietal通过冠脉支架模具实验发能谱CT对不同类型现与传统64排螺旋CT比较，

冠脉支架腔内的测量准确性可不同程度提高。双源CT双球管高低电压不同向扫描的双能减影成像模式由于不具备足够的能量时间分辨力，双能量数据不具有一致性，这样就会产生硬化伪影和能量时间分辨力不足所引起的运动伪影。但双源CT具有两套数据采集系统，且呈垂直状态分布于机架内，机架只需旋转90°就能完成数据采集，实现了83ms的恒定时间分辨率，可对不同心率的患者在不行任何心率干预的情况下，获得高质量的冠状动脉血管成像。2．2小病灶检出率提高能谱成像能够同时获得40～140keV共101个不同keV的单能量图像和物质分离图像。由于物质在不同能量水平的衰减不同，在某一能量水平病灶与实质脏器之间的衰减差

这一能量水平就是异可以达到最大而噪声值最低，

该病灶的最佳keV值，最佳keV单能量图像具有最

佳对比噪声比（CNR），有利于实质脏器病灶的检出

。结合物质分离图像（如碘基图像）可以明

［9］

显提高病灶检出率。文献报道在混合能量图像

［5－8］

（140kVp）、单能量图像（70keV）和碘基图像上分

70keV图像别观察肝脏病变：与140kVp图像比较，

13.3%和碘基图像病灶检出率分别提高19.3%、

（动脉期），15.0%、30.0%（门脉期），27.5%、45.0%（静脉期）。吕培杰［10］回顾性分析23例经CT能谱成像双期扫描检测出的26个（瘤径≤3cm）小肝癌的影响学表现，测定常规混合能量（140kVp）的图像和单能量（40～140keV，间隔10keV）CNR）和图像的对比噪声比（CarriertoNoiseRatio，图像噪声，结果显示单能量的最佳CNR在动脉期及门脉期均显著高于混合能量的CNR值，同时图像噪

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图像、物质含量分布图（散点图、直方图）的表现也

对这些能谱特征进行综合分析，有助于肿瘤不一样，

的定位、定性及分级的诊断。肿瘤TNM分期对于临

但手术前床处理方案的制定及预后是非常重要的，CT能谱成像综合做到准确的TNM分期并不容易，

分析有望在肿瘤的浸润程度、肿瘤的病理类型、恶性程度、淋巴结的转移及远处转移灶的诊断方面提供有效信息，在肿瘤诊断与治疗中发挥其作用。Linet通过测量规范化碘浓度（NIC）和病灶－正常组织比例（LNR）发现，小血管瘤患者（21例）与小肝癌al

患者（合并肝硬化9例，未合并肝硬化19例）之间存在显著差异，提示能谱CT能够提高小血管瘤与小肝癌鉴别诊断的敏感性。CT能谱技术通过水基图像和碘基图像，可以判断病灶是否有碘摄入，判断囊性病灶内是否含水物质。林晓珠等研究发现能谱CT对于常规CT和磁共振成像不能检测的小胰岛细胞瘤能作出准确的术前定位和诊断，并认为能一定程度上预测性分析肝肾间隙肿瘤的性质及肾癌Fuhrman核分级。由此可见能谱CT可以提高富血供小肿瘤的检出率，并能对不同组织类型的肿瘤、肿瘤分级进行鉴别。但目前类似的研究文献较少，有待于更多的文献支持。3

结语与展望

CT能谱成像技术能够同时获得混合能量图像、单能量图像和物质分离图像等，实现了从单参数成像到多参数成像诊断模式的转变。能谱CT成像作为一项新兴的技术，目前国内外对其相关报道还较

且主要集中于临床前研究，相信随着研究的不断少，

深入，技术的逐步推广，能谱CT成像将在临床和科研中发挥越来越大的作用，引领CT从传统单一形态学走向多元化的时代。

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