能谱CT在中枢神经系统疾病诊断中的应用

吕及晟

（天津医科大学总医院放射科， 天津 300052）

能谱CT在中枢神经系统疾病诊断中的应用

吕及晟

（天津医科大学总医院放射科， 天津 300052）

能谱CT作为CT的一项新技术，具有多参数、定量分析的能力。它不仅能够获得基物质密度及其分布的图像还能生成40～140keV的101个单能量图像，而且能根据所得到的能谱曲线进行物质分离，并以最小的辐射剂量得到更多的信息量，在临床及科研应用中拥有巨大潜力。本文就该技术的基本原理及其在中枢神经系统疾病诊断中的临床应用予以综述。

计算机断层摄影技术；X线；能谱成像；中枢神经系统

2008年GE公司推出第一台能谱CT。它创造性地将宝石作为探测器的材料，并将球管、高压发生器、探测器等硬件设备及后期重建算法等CT影像的核心技术进行了一系列改革，通过引入能谱栅成像的新技术，把CT成像推向了前所未有的5维空间（x轴、y轴、z轴、时间和能量）成像，不但能够分析人体组织的化学组成，而且能够使用能谱栅成像观察和分析解剖和病理信息，被称为“显微CT”、“病理CT”和“绿色CT”。自能谱CT问世以来，国内外学者对其在各领域的应用价值做了大量研究，本文就能谱CT在中枢神经系统疾病影像诊断中的应用做一综述。

1 能谱成像的基本原理

能谱成像的物理基础包括：①X线通过物质的衰减能够客观反映X线的能量；②X线经过物质后产生的光电效应与康普顿效应共同决定了物质的衰减曲线；③物质的衰减曲线呈线性关系（不包括 K 峰区域），可以选择两种物质进行物质分离[1]。能谱CT基于人体同一组织对不同光子能量及不同组织对同一光子能量吸收能力的差异进行成像，即根据能量水平差异和组织特异性两个参数成像。X线的衰减具有能量依赖性，光子能量越强，X线波长就越短，其物质穿透力就越强，穿透过程中的衰减就越少，反之亦然。因此，利用不同能量水平的单能X线，可得到相应能量水平的X线衰减系数，从而重建CT图像，即能谱成像[2]。

2 能谱CT的优越性

首先，与常规CT相比，能谱CT具有多参数、定量分析的能力。它不仅能够获得基物质密度及其分布的图像还能获得不同keV水平的单能量图像，而且能根据所得到的能谱曲线计算出该病变或组织的有效原子序数，从而进行物质分离[3]。其次，能谱CT较传统CT图像质量更高，并能够以最小的辐射剂量得到更多的信息量。随着最新的球管系统，瞬时切换的高压发生器，探测器，DAS系统及最新的迭代重建技术的应用，使得能谱成像的单能量成像及基物质图像均具有很高的图像质量，从而实现了用最小剂量来得到更多信息量的愿景。另外，宝石能谱CT能够有效抑制射线硬化伪影，因此对于传统CT劣势的颅底显影、冠状动脉支架内部结构的显影等具有明显的优越性。 这使得能谱CT在临床工作及科学研究中具有广阔的应用前景。

3 能谱CT在中枢神经系统疾病诊断中的应用

3.1 后颅窝病变

传统CT颅骨内板下方的射线硬化伪影往往会影响颅底及后颅窝病变的诊断。CT能谱成像基于单源双能量技术，可以消除硬化伪影带来的CT值的“漂移”，从而明显改善图像质量，使CT值的测量具有更高的准确性和可信度。Lin等[4]对100名受试者进行能谱CT扫描，对混合能量和单能量图像在平扫时的背景噪声以及延髓、小脑、脑桥、大脑额叶下部四个不同部位的射线硬化伪影进行对比研究，以获得非强化头颅CT中图像噪声和射线硬化伪影最小的情况下能谱成像的最佳的单能量水平。结果发现应用宝石能谱成像模式，最佳的单能量水平是在70keV，可以减少大约11%的图像噪声和射线硬化伪影。此结论也得到了国内其他学者的研究证实[5]。

3.2 颅内肿瘤性病变及颅内出血

大量研究证实：能谱CT多参数成像有利于显示和鉴别颅内病灶。根据能谱分析，可以在疾病早期敏感发现小的隐匿性病灶的存在，鉴别肿瘤性病变的良恶性，实现肿瘤组织的定性、定级分析[6]。Pomerantz[7]等学者的研究结果显示：颅脑能谱CT扫描65～75 keV为最优的单能量水平，此时灰质信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、白质SNR及灰白质的对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR）最高，脑实质图像质量最优。

传统CT的增强检查时，对于可能存在颅内肿瘤性病变的患者，当其发生原因不明的急性脑内出血时，诊断可能是十分困难的，因为颅内高密度出血灶很可能会掩盖强化的颅内肿瘤。Kim等[8]对能谱CT在区分单纯颅内出血和肿瘤内出血中的作用做了研究。他们将能谱CT碘基物质密度图像和虚拟平扫图像相结合，发现能谱CT能够清晰显示颅内出血灶和肿瘤性病变，其敏感性和特异性均较高。Gupta等[9]的研究还指出能谱CT能够识别颅内小出血灶与沉积的碘对比剂。Ferda[10]等学者也证实了应用双能CT的对比增强检查对诊断颅内出血的敏感性、特异性及准确度均较高。

3.3 颅内血管性病变

DSA虽然是诊断血管性病变的金标准，但其创伤性大、耗时长、并发症多；传统的CTA虽然成像速度快、操作简便、创伤性小，但对于临近颅骨的血管性结构常会受到骨骼干扰因而显影不佳，而CT减影技术虽然可以有效减少骨性结构对血管显示的干扰，但总的辐射剂量较大。能谱CT可自动将骨组织或钙化组织从颈动脉或脑内动脉的CTA中去除[11-20]，实现直接血管减影成像，且能谱CT的辐射剂量比传统的数字减影CTA要减少很多[11，12，16，21]。而且它可以提供101个单光子下的图像信息，通过最佳CNR分析，能够以成像血管为目标、血管周围组织为背景获得目标血管最佳的单能量图像，即组织对比度达到最大而噪声值相对较小，且对血管的细小分支显影更佳。

Wang等学者[22]应用能谱CT结合先进的金属伪影减小序列（metal artifact reduction sequence，MARS）对颅内动脉瘤金属弹簧圈治疗术后的患者进行CTA检查，分析混合能量介于40～140keV水平下各单能量图像，发现100keV单能量图像能清晰显示颅内动脉栓塞术后的血管结构而不受金属弹簧圈高密度金属伪影的影响，且减少了射线硬化伪影，对病变的显示极佳。因此，他们认为能谱CT可以部分替代DSA检查对动脉瘤内金属圈治疗后患者术后进行复查、评估。

此外，CT能谱成像可以获得单能量成像、基物质图像及病灶的能谱曲线，多种参数结合，可作为一种非侵入性的检查方式用于动脉粥样斑块性质的判定及其危险性评估[23]。如Zainon 等[24]对离体的人颈动脉粥样硬化斑块进行能谱CT扫描，斑块被成像、断层并应用4种阈值能量（10，16，22，28keV）再成像。CT扫描结束后将斑块进行染色并进行组织学观察。结果显示：斑块内的脂类物质、钙化、铁及水样成分在X射线下是具有不同能量反应的，并且能谱CT能够清晰显示这种差异。如易损斑块由于含有脂质成分，其能谱曲线较低平或出现类似脂肪的反向上升型曲线，在低能量CT值的直方图可出现负值；钙化斑块的能谱曲线呈斜率为负值的下降型曲线，基物质钙的浓度较高。CT图像对于斑块表面的显示与组织学图像具有较好的相关性。且由于能谱CT图像显示的能量信息具有较高的空间分辨率，增加了动脉粥样斑块中脂类物质、钙化、铁的内在对比，因此对组织分类及动脉粥样硬化斑块性质的判定及其危险性评估提供了一种全新的视角。通过这种先进的影像学手段可以早期识别斑块的不同成分及特征，对判断亚临床高危人群有积极意义。

综上所述，能谱CT在中枢神经系统疾病定性、定量诊断及预后评估方面应用越来越广泛，也为今后的科学研究提供了一个全新的平台，具有非常广阔的应用前景。作为一种新的成像方法，能谱CT在中枢神经系统疾病的诊断及科研工作才刚刚起步，某些研究尚无统一性、权威性的标准，且作为一种新技术仍有一些不足之处，如CTA和灌注扫描仍需应用含碘对比剂；对颈内动脉C2、C4段的去骨减影有假阳性或高估血管的狭窄程度的可能性[25]；易损斑块在能谱图像上，不同成分的斑块其散点图、直方图和能谱曲线均有不同的表现[23]。但总的说来，随着技术的进步和研究的不断深人，能谱成像将带领CT技术走向多元化及功能成像的新时代，新的研究成果的出现也必将进一步丰富影像学的内容。

[1] 林晓珠,沈云,陈克敏.CT能谱成像的基本原理与临床应用研究进展[J].中华放射学杂志,2011,45(8):798-800.

[2] 任庆国,滑炎卿,李剑颖.CT能谱成像的基本原理及临床应用[J].国际医学放射学杂志,2011,34(6):559-563.

[3] Johnson TR,Krauss B,Sedlmair M,et al.Material differentiation by dual energy CT:initial experience[J].Eur Radiol,2007,17(6):1510-1517.

[4] Lin XZ,Miao F,Li JY,et al.High-definition CT Gemstone spectral imaging of the brain:initial results of selecting optimal monochromatic image for beam-hardening artifacts and image noise reduction[J].J Comput Assist Tomogr,2011,35(2):294-297.

[5] 顾卫彬,高培毅,武春雪,等.宝石能谱计算机断层扫描 70 keV 单能量图像在后颅窝成像中应用的探讨[J].中国卒中杂志,2013,8(2):87-92.

[6] 林晓珠,李卫侠,朱延波,等.宝石能谱 CT 在肿瘤诊断中的初步应用[J].诊断学理论与实践,2010,9(2):155-160.

[7] Pomerantz SR,Kamalian S,Zhang D,et al.Virtual Monochromatic Reconstruction of Dual-Energy Unenhanced Head CT at 65-75 keV Maximizes Image Quality Compared with Conventional Polychromatic CT[J].Radiology,2013,266(1):318-325.

[8] Kim SJ,Lim HK,Lee HY,et al.Dual-energy CT in the evaluation of intracerebral hemorrhage of unknown origin:differentiation between tumor bleeding and pure hemorrhage[J].Am J Neuroradiol,2012,33(5): 865-872.

[9] Gupta R,Phan CM,Leidecker C,et al.Evaluation of Dual-Energy CT for Differentiating Intracerebral Hemorrhage from Iodinated Contrast Material Staining1[J].Radiology,2010,257(1):205-211.

[10] Ferda J,Novák M,Mírka H,et al.The assessment of intracranial bleeding with virtual unenhanced imaging by means of dualenergy CT angiography[J].Eur Radiol,2009,19(10):2518-2522.

[11] Ma R,Liu C,Deng K,et al.Cerebral artery evaluation of dual energy CT angiography with dual source CT[J].Chin Med J (Engl),2010,123 (9):1139-1144.

[12] Zhang LJ,Wu SY,Niu JB,et al.Dualenergy CT angiography in the evaluation of intracranial aneurysms:image quality,radiation dose,and comparison with 3D rotational digital subtraction angiography[J].AJR Am J Roentgenol,2010,194(1):23-30.

[13] Thomas C,Korn A,Krauss B,et al.Automatic bone and plaque removal using dual energy CT for head and neck angiography:feasibility and initial performance evaluation[J].Eur J Radiol,2010,76(1):61-67.

[14] Thomas C,Korn A,Ketelsen D,et al.Automatic lumen segmentation in calcified plaques:dual-energy CT versus standard reconstructions in comparison with digital subtraction angiography[J].AJR Am J Roentgenol,2010,194(6):1590-1595.

[15] Lell MM,Kramer M,Klotz E,et al.Carotid computed tomography angiography with automated bone suppression:a comparative study between dual energy and bone subtraction techniques[J].Invest Radiol,2009,44(6):322-328.

[16] Deng K,Liu C,Ma R,et al.Clinical evaluation of dual-energy bone removal in CT angiography of the head and neck:comparison with conventional bone-subtraction CT angiography[J].Clin Radiol,2009, 64(5):534-541.

[17] Uotani K,Watanabe Y,Higashi M,et al.Dual-energy CT head bone and hard plaque removal for quantification of calcified carotid stenosis:utility and comparison with digital subtractionangiography[J].Eur Radiol,2009,19(8):2060-2065.

[18] Lell MM,Hinkman F,Nkenke E,et al.Dual energy CTA of the supraaortic arteries:technical improvements with a novel dual source CT system[J].Eur J Radiol,2010,76(2):e6-12.

[19] Watanabe Y,Uotani K,Nakazawa T,et al.Dual-energy direct bone removal CT angiography for evaluation of intracranial aneurysm or stenosis:comparison with conventional digital subtraction angiography[J].Eur Radiol,2009,19(4):1019-1024.

[20] Morhard D,Fink C,Graser A,et al.Cervical and cranial computed tomographic angiography with automated bone removal: dual energy computed tomography versus standard computed tomography[J].Invest Radiol,2009,44(5):293-297.

[21] Deng K,Liu C,Ma R,et al.Clinical evaluation of dual-energy bone removal in CT angiography of the head and neck:comparison with conventional one-subtraction CT angiography[J].Clin Radiol,2009,6 4(5):534-541.

[22] Wang Y,Gao X,Lu A,et al.Residual aneurysm after metal coils treatment detected by spectral CT[J].Quant Imag Med Surg,2012,2(2):137.

[23] Baturin P,Alivov Y,Molloi S.Spectral CT imaging of vulnerable plaque with two independent biomarkers[J].Phys Med Biol,2012,57(13):4117.

[24] Zainon R,Ronaldson JP,Janmale T,et al.Spectral CT of carotid atherosclerotic plaque:comparison with histology[J].European radiology,2012,22(12):2581-2588.

[25] Hegde A,Chan L L,Tan L,et al.Dual Energy CT and its use in neuroangiography[J].Ann Acad Med Singapore,2009,38(9):817-820.

R445

A

1671-8194（2013）34-0056-03