双能CT 在肠道疾病中的应用

马燕辉，孙宏亮

（中日友好医院 放射诊断科，北京 100029）

双能CT（dual-energy computed tomography，DECT）也称“多光谱CT”，是基于不同能量设置下数据采集的成像技术。X 射线光子在不同能量设置下与物质进行相互作用从而产生不同衰减值，通过分析X 线光子与物质的相关作用可以区分和量化组织成分[1]。DECT 数据能够重建生成具有较高对比噪声比的虚拟单色能量图像，回顾性获取虚拟未增强图像，组织成分图（如碘图）并减轻金属伪影，改善图像对比度[1，2]。随着技术和设备更新，DECT 在肠道疾病中的应用日益广泛，本文主要就DECT 在肠道病变中研究应用现状做一综述。

1 DECT 成像基本原理

CT 图像组织对比度取决于设备的管电压，后者决定了管球发射的X 线光子能谱的上限。 传统的单源CT 成像电压设置范围在80～120kVp，以获得良好图像对比度与噪声之间的平衡。 而DECT 同时采用高 （140kVp）、低（80kVp）2 种电压水平进行图像采集。 根据设备制造商不同，目前双能数据采集通过改良管球（如：双源CT，管电压快速切换的单源CT，连续扫描或射线分束的单源CT）或探测器（多层光谱探测器CT，光子计数探测器CT）硬件来获取两种不同的光子光谱[1，2]。

当2 种不同的X 射线光谱与不同原子序数的组织相互作用时，根据组织的不同X 线吸收特性，可选择性显示和量化组织成分。对于CT，物质衰减与X 射线和物质之间相互作用直接相关，物质衰减系数取决于物质的成分以及入射X 线光子的能量[3]。 在诊断成像所使用X 射线能级中，X 射线光子通过光电效应或康普顿散射与物质相互作用。在较低的电压下，光电效应占主导，衰减主要与组织密度（即原子序数）相关，图像对比度与噪声都很高；而在较高的电压条件下，康普顿效应占优势，衰减较小，导致图像对比度与噪声都较低。

2 DECT 后处理方法

通常将高能数据与低能数据按照不同的比例组合，产生混合图像，外观类似于常规的单能CT。 如若临床需要，也可溯回查看单独的高能或低能数据图像。在肠道疾病方面有助于诊断的主要后处理技术是选择性碘成像、虚拟未增强图像和虚拟单色成像。

2.1 选择性碘成像和虚拟未增强成像

低能量X 射线（40～50KeV）接近碘原子内侧轨道（kshell）电子的结合能（33KeV），更易发生光电效应，凸显碘素的存在，增加图像组织对比度，同时增加图像噪声；高能量X 射线（140KeV）则极大降低了组织中碘素的存在感，同时也减少了散射和光束硬化伪影。基于碘素在2 种能量射线下不同的衰减表现，可以将对比增强图像上每一个体素的衰减值分解为碘素和虚拟未增强成分 （无碘成分）2部分。 利用双能CT 后处理技术可以创建去除碘成分的虚拟未增强图像，仅含碘的纯碘图，或者前两者叠加形成的碘覆盖图像。 既往研究以及体模实验发现[4～7]，虚拟未增强图像与平扫图像两者CT 衰减值具有良好的一致性，基本可代替后者，在满足临床诊断同时，大大降低了患者的辐射剂量。 此外，碘图和碘覆盖图像可用于碘含量的定性或者定量分析，根据相关入射能量以及患者体重还可以计算局部的碘浓度，显示局部感兴趣区组织增强百分比。

2.2 虚拟单色能量成像

虚拟单色能量成像（也称单能成像）是基于单一离散的能级水平，利用数学公式计算处理的图像，一般用KeV表示，如40KeV 图像就是基于40KeV 水平能量创建的图像[8]。 由于是基于单能水平创建，图像不存在光束硬化伪影。 当存在对比剂增强时，可以模拟创建低能图像改善软组织对比度。此外单色能量重建还可生成与传统多色图像（如120KVp）相匹配图像，与常规影像检查相比较。

3 DECT 的辐射剂量

在单一能量扫描模式中1 次扫描的总剂量，是分配至双能扫描模式中的2 个管球，故双能扫描模式最后总剂量是个折中值。 有研究报道DECT 的辐射剂量较单能CT 增加20%，但仍低于诊断参考水平限值[9，10]。 单次扫描的辐射剂量取决于设备制造商和具体扫描方案。降噪迭代重建方法，“Q”内核重建等技术已被开发，在保证图像质量的前提下尽可能降低扫描辐射剂量。 此外，改进扫描方案，DECT辐射剂量可与单一能量CT 剂量相似，甚至更低[11，12]。 虽然虚拟未增强图像取代真实平扫CT 检查的研究还在继续，但其潜在的临床意义十分重大，省略平扫CT 检查可大大降低辐射剂量。

4 DECT 在肠道病变的应用

4.1 肠道肿瘤性病变

结直肠癌是发病率和死亡率都很高的肿瘤之一，虽然肠管管壁增厚是其最常见影像表现，但病变大小，肠壁浸润深度、肠周淋巴结受累程度以及是否有转移是临床更为关注的方面。 肠镜以及CT 结肠气成像常用于结肠癌的诊断以及筛查，但均检查前需要进行肠道准备，肠道内注入气体，必要时进行镇静，但对于年老体弱患者有时相对较困难[13]。 EDCT 能够在没有肠道准备情况下检测到结直肠癌[14，15]，并结合碘图对腺瘤和腺癌进行鉴别诊断[16，17]，提 高诊断准确性。

DECT 数据生成彩色编码碘覆盖图，可显示组织内碘分布和碘摄取，改善病变的可视性，无需进行CT 值测量即可对病变强化进行可靠的量化。碘覆盖图还可叠加到虚拟未增强图像上，改善病变与周围组织对比度，有助于肿瘤分期[13，18]。研究报道双能CT 衍生图像能够提高直肠癌细小供血血管显示率[19]以及较小的同时性肝转移灶的检出[20]，帮助临床进行更全面的术前评估。

DECT 碘浓度定量评估可用于疑似病变与周围正常组织鉴别，提高诊断可信度。 有研究提25HU 的碘增强值作为阈值，超过该值提示结直肠癌可能性大[13，14]。 王俊等[21]研究发现肠道肿瘤的标准化碘值以及CT 值均高于炎性病变（0.466 ±0.100 vs 0.314 ±0.090，P <0.01；0.841 ±0.165 vs 0.703±0.270，P<0.05），有助于两者鉴别诊断。 动脉期和/或门静脉期获得病变碘浓度定量值可用于评估结直肠癌肿瘤分化程度[22]。

放化疗能够使肿瘤细胞发生变性坏死、 黏膜水肿、间质炎症和纤维化等改变，导致病灶的血供减少，对碘的摄取减少，故碘值能够在组织学上反映疗效。 Kang 等[23]报道结直肠癌DECT 碘浓度能够反应病变内血流动力学变化，与CT 灌注参数存在明显相关性，有可能有助于肿瘤治疗或化疗反应评估[24]。

此外，利用DECT 评估直肠周围系膜区淋巴结也是研究的热点之一。DECT 提供的参数（包括碘浓度、Hounsfield单位曲线斜率、组织有效原子质量）可作为有助良恶性淋巴结鉴别的生物学指标[25，26]。

4.2 肠道出血及缺血性疾病

急性胃肠道出血是常见急腹症之一，CT 诊断主要依赖于胃肠道内活动性造影剂外溢。 常规CT 检查扫描方案包括平扫，动脉期扫描以及静脉延迟扫描。 而DECT 可以依靠后处理生成碘图以及虚拟未增强图像，发现管腔内碘剂聚集，减少平扫步骤和相应的辐射剂量。 在碘图上存在但在虚拟未增强图像上消失的高密度影像可以明确诊断为腔内的碘剂，代表活动性出血；而在碘图上消失但在虚拟未增强图像上存在的高密度影，则可以排除碘剂可能。王梓等[27]通过模拟试验模拟不同流率出血，结果显示60KeV 虚拟单能图像有助于微量出血的检出。

肠壁缺血或肠壁血管栓塞，常表现肠壁水肿增厚，增强呈低强化状态[28]，但有时病变段肠管与正常肠管增强程度差异性较小，可能无法识别。 DECT 可通过碘图、叠加图像或者肠壁碘浓度测定扩大这种增强程度差异性，提高病变的可视性。 此外，低能虚拟单色能量成像对碘剂的比较敏感，也能较好的分辨缺血段肠管改变[29]。

4.3 肠道感染和炎性病变

肠道感染和炎性病变CT 表现为肠壁增厚以及肠周脂肪间隙改变[30，31]，各种病变间鉴别点包括病变的位置、长度、肠壁增厚程度以及相邻软组织受累情况。DECT 能够改善软组织对比度，并为病变诊断提供重要的辅助信息，特别是肠壁的增强情况。

胃炎在CT 上可以有多种表现，有时与肿瘤性病变难以鉴别。 如胃窦部明显水肿，若在DECT 上定性以及定量分析均不含碘成分，则可排除肿瘤性占位的可能。 十二指肠壁增厚和局部穿孔符合十二指肠炎的诊断，而DECT 可以准确地显示局部肠壁充血程度以及邻近软组织的反应性强化情况。各种原因引起的肠炎可表现为肠壁水肿增厚和邻近的肠系膜组织充血或灌注减低，DECT 可反应局部碘摄取增加[30]。 同理，DECT 也能显示Crohn 病活动期肠壁强化增强以及周围软组织炎性改变。

阑尾炎和憩室炎是急诊科的常见诊断，根据疾病严重程度和并发症有无，影像改变差异很大。DECT 可在阑尾炎早期，在周围脂肪间隙未出现渗出改变的情况下，观察到肠壁充血情况。 DECT 也可有助于发现急性憩室炎相关的结肠壁强化[24]。

5 外伤

常规CT 对于腹盆腔脏器损伤、 出血或者积气均有很好的显示能力。但有时肠溶性造影剂或患者体内存在金属植入物时，会造成图像质量受损，影响病变观察。 DECT 可根据原子序数区分碘、钙、水以及尿酸等元素，并创建相应图谱，帮助区分组织中骨组织与钡剂，骨组织与碘剂。DECT 可减少关节假体或金属植入物局部伪影并利用高能水平数据进行虚拟单色能量成像，改善对金属植入物以及周围结构的观察[32]。

6 结论

DECT 利用靶物质在2 种不同能级X 射线下衰减的差异，对组织成分进行定性和定量分析，这超出了常规单能量CT 可获得的解剖学评估。 目前国内DECT 在肠道病变领域主要集中于肿瘤病变方面（良恶性病变鉴别、肿瘤分化及分期、淋巴结转移鉴别等）。而且由于图像噪声增加以及光子不足会造成图像质量下降，双能CT 扫描对体型较大患者有一定限制。 但DECT 衍生虚拟未增强图像可能会大幅减低患者辐射剂量减少，生成虚拟单色能量图像可能会减少患者静脉碘化造影剂的使用量，具有很大临床应用潜质。 随着硬件设备以及配套分析软件的更新完善，DECT 在肠道疾病方面将会有更大的应用前景。