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双层探测器光谱CT临床应用中国专家共识
（第一版）
双层探测器光谱CT带来了全新的能量成像模式，其基于双层探测器实现“同源、同时、同向”的能量成像要求，在临床应用中发挥了独到的作用。中华放射学杂志双层探测器光谱CT临床应用协作组组织相关专家多次讨论，在不断积累实践经验的基础上，结合国内外文献，对双层探测器光谱CT的成像原理、技术特点及在心脏、腹部、外周血管等方面的临床应用优势进行阐述，旨在总结应用经验，为提升临床应用水平提供指导性意见。体层摄影术，X线计算机；双能量；专家共识CT能量成像能提供常规CT成像所不具备的多参数信息，在提高病变的检出敏感性和定性准确性、物质成分判定、降低金属伪影等方面具有优势，但由于不同设备的双能量成像方式不同，在临床应用中的价值尚待深入挖掘［1］。双层探测器光谱CT（简称光谱CT）基于双层探测器，在每一次常规扫描中同步进行高、低能量信息的采集，在临床应用中发挥了独到的作用。中华放射学杂志双层探测器光谱CT临床应用协作组在不断积累实践经验的基础上，结合国内外文献，形成了《双层探测器光谱CT临床应用中国专家共识（第一版）》，旨在提高对光谱CT的认识，为提升其临床应用水平提供指导性意见。一、光谱CT能量成像原理
常规CT成像基于衰减系数来分辨密度差异。年，CT发明者Hounsfield采用两种管电压进行序列扫描的方式实现能量成像，用于区分不同原子序数的物质［2］。最早阐释CT双能量成像原理的Alvarez和Macovski［3］指出，具有混合能量的一束X线在同一时间穿透人体，其在不同物质中产生的光电效应和康普顿效应可以用于CT能量成像。CT双能量成像的实现需要有采集、能量解析及后处理3个部分组成的影像链。常用的X线能量解析方式有2种，投影数据域解析和图像域解析。研究表明前者计算更准确并利于去除伪影，尤其是数据在时间和空间上完全匹配时［4］。迄今为止的几种CT能量成像方式中，只有高低kVp瞬时切换和光谱CT是基于原始数据域的能量解析［5］。光谱CT的基本结构和普通CT相似，但有上、下两层空间上对等的探测器。上层采用了稀有金属钇（Ytrrium）为基质的闪烁晶体，下层采用了稀土陶瓷探测器。上层只吸收低能光子，并允许高能光子穿过，低能光子从侧置的数据通道传出；下层吸收高能光子，同样从侧置通道传出，以避免上下层串扰［6］。双层探测器采集的高、低能数据在投影数据域内时间和空间上完全匹配的前提下进行解析，其解析后采用全息光谱图像（spectral?basedimaging，SBI）基数据包的形式［7］，存储于主机、工作站或图像存储与传输系统中。SBI基数据包含有常规CT图像信息及各种能谱信息，可直接调用实现能谱多参数图像的重建，并可供回顾性分析使用。双层探测器技术的优势在于扫描前不用预判是否需要双能量扫描，没有器官和扫描视野的限制，而且高、低能两套数据集在空间和时间上完全配准，有助于大幅度降低能谱图像的噪声。二、光谱CT多参数分析
光谱CT可提供12大类能量参数分析，本共识中只介绍临床常用的几种参数。1.常规CT图像双层探测器分别吸收同一束射线中的高、低能光子，生成高、低能两组数据，两组数据之和等于常规单层探测器的吸收总量，所以每次扫描都可以获得传统的常规CT图像。2.虚拟单能量图像（virtualmonoenergeticimage，VMI或MonoE）相当于单一能量射线成像，包括40~keV共个能级。双层探测器技术能保持全能谱低噪声及显著提高图像质量，40~50keV图像具有良好的软组织密度分辨力且保持较低噪声，可常规用于病灶的检出及观察软组织的细微差异。3.有效原子序数图（Z?effective）原子序数不同于CT值，其特点在于为每个像素加入了物质成分的信息，光谱CT的有效原子序数图用色彩量化的方式呈现。4.碘密度图为各体素所含碘浓度的分布图，可用于定量分析强化的程度，除使用黑白图像展示外，可以使用碘融合彩色图像，以提升摄碘组织的可视化程度。5.虚拟平扫（virtualnon?contrast，VNC）对含碘组织进行去碘处理，使其尽可能等于不含碘时的CT值，生成类似于常规平扫的图像，从而代替平扫以减少患者接受的辐射剂量。6.尿酸图基于对尿酸的识别，把所有不含尿酸的组织CT值替换为-HU，图像中显示为黑色，可凸显含尿酸的组织，用于结石成分分析等。7.电子云密度图为各体素所对应的电子云密度的相对值分布图。8.钙抑制图基于对钙物质的识别，对含钙的组织CT值进行修正，使其尽可能等于不含钙时的CT值，可根据目标组织含钙量的多少选择合适的抑钙指数X（范围为25~），含钙少时选择较小的X值，含钙多时选择较大的X值，可用于显示早期骨髓水肿及骨转移等。9.能谱曲线以单能级水平为横坐标，以CT值为纵坐标，获得具有物质特异性的曲线，代表不同物质成分的CT值随着能级的变化特征，根据曲线形态及斜率的不同可对病灶及正常组织的成分差异进行鉴别。三、光谱CT的临床应用
（一）在心血管中的应用
CT是心血管疾病诊断的主要手段之一。近年来，双能量CT技术的持续进步，使CT成像从单一参数成像向多参数成像发展，同时克服了常规CT的一些局限性。光谱CT在心血管成像中的应用也非常普遍，颇具特色。冠状动脉CT血管成像（CTangiography，CTA）（1）优化对比剂用量：低能量X射线可使碘的衰减增加，因此双能量CT低能级MonoE图像可以在减少静脉内对比剂注射量的情况下，获得与常规注射剂量相同的图像质量（图1~6），使血管状况不佳的患者进行低对比剂流速、低对比剂用量（“双低”）的冠状动脉CTA扫描成为可能。已有研究表明，使用对比剂36ml、流速3ml/s的“双低”冠状动脉CTA扫描方案，40~50keVMonoE图像可以获得满意的图像质量，对比剂用量降低了28%~70%［8］。对于肾功能不全的患者，也可以在使用低浓度对比剂的同时，最大限度减少对比剂用量［9］。（2）改善血管强化不佳的图像质量：许多因素可以导致冠状动脉CTA强化效果差，包括对比剂用量、浓度或者流速与患者情况不匹配（如肥胖患者），血管状况不佳，对比剂外渗，扫描时间不佳，循环通路异常等。强化效果差的图像的信噪比（signalnoiseratio，SNR）和对比噪声比（contrasttonoiseratio，CNR）相应下降，导致诊断效能差或者不能诊断［10］。使用光谱CT扫描，通过图像后处理，可获得低能级MonoE图像，低至40keV，可提高CNR和SNR，避免了重复扫描的额外对比剂注射和辐射剂量。（3）降低CT辐射剂量：心脏CT成像降低辐射剂量的技术包括前瞻性心电门控扫描、大螺距扫描、自动调整扫描参数技术、迭代重建技术等［11］。光谱CT进行冠状动脉CTA扫描时，有效辐射剂量可低至1.5mSv以下［8］。另外，双能量CT可以利用增强数据重建出VNC图像，避免了钙化积分平扫，从而进一步降低辐射剂量［12］。但当使用管电压kVp进行低剂量扫描时，光谱CT只能获得常规扫描图像，应用有一定的局限性。（4）冠状动脉钙化积分：钙化积分可以定量评价冠状动脉的钙化程度，从而对冠心病患者发生心血管事件的危险进行分层［13］。光谱CT可利用VNC图像来计算冠状动脉钙化积分，通过VNC图像得到的钙化积分与常规扫描相关性良好（r0.9，P0.）［14］。（5）冠状动脉粥样硬化斑块分析：冠状动脉粥样硬化斑块分为钙化斑块、非钙化斑块和混合斑块。常规CT对钙化斑块和非钙化斑块的鉴别比较直观，但钙化斑块会产生晕状伪影和线束硬化伪影，影响CTA对管腔的准确评估。双能CT可以减轻钙化伪影，提高钙化斑块定量的准确性［15］。此外，通过评估斑块成分的有效原子序数，能提高冠状动脉斑块分析的诊断效能［16］。（6）支架：金属支架在CT上会产生线束硬化伪影而影响观察。光谱CT在投影数据域空间重建双能量数据，可以得到40~keV的MonoE图像，与采用图像数据域空间重建的双能量CT相比，可以达到最佳的减轻线束硬化伪影效果（图7~9）。Hickethier等［17］研究结果表明高能级MonoE图像的支架内管腔可视直径更大，对支架伪影的抑制效果更好，然而管腔的CT值降低，需要进一步研究找到观察支架的最佳keV图像。Qin等［18］的研究显示将光谱CTVNC图像、不同MonoE图像及常规CTA图像相减影，能改善支架内管腔的可视性，并在一定程度上提高冠状动脉支架的评估性能。心肌
光谱CT可以在一次扫描中同时获得传统图像和多参数图像，实现心脏的“一站式”扫描，在一次扫描中既可以评估冠状动脉解剖，也可以通过不同光谱后处理技术分析心肌信息。高keV的MonoE图像可校正线束硬化伪影以增加心肌检查的特异性，同时也可以通过碘密度图和有效原子序数图增加心肌检查的敏感性。（1）心肌灌注：双能量CT心肌灌注的方案主要有动态心肌灌注和静息态心肌灌注。双能量CT诊断心肌缺血比常规CT有更高的准确性［19］。光谱CT的优势是采用投影数据域空间进行能量分析，可以减少线束硬化伪影，从而有助于减少CT诊断心肌缺血时出现的假阳性，提高诊断准确性［20］。此外，光谱CT可以在一次检查中获得冠状动脉和心肌的信息，对于急性冠状动脉综合征的患者检查中既可以评估冠状动脉情况，同时也可以评估是否存在心肌缺血以及缺血的位置和程度［21］。但由于光谱CT目前探测器覆盖宽度是4cm，因此动态心肌灌注应用有一定的局限性。（2）心肌延迟强化：心肌延迟强化反映心肌纤维化的程度和范围，对于评估心肌梗死和非缺血性心肌病非常重要。Ohta等［22］研究证实，以MRI为金标准，双能量CT碘密度图诊断心肌延迟强化的灵敏度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为97.1%、88.9%、97.1%和88.9%。最近研究表明双能量CT可以通过计算细胞外容积分数（myocardialextracellularvolume，ECV）诊断心肌纤维化，且量化分析得到的ECV与基于MRI计算的ECV有很好的相关性［23］。（二）在腹部的应用
扫描方案腹部不同脏器光谱CT增强检查扫描范围、扫描时相及对比剂注射方案见表1。优化对比剂剂量
和常规CT增强图像相比，光谱CT40~70keV的MonoE图像能够提高血管及强化组织的对比度及图像质量，为增强扫描的对比剂注射方案优化提供了理论与技术基础［24］。光谱CT40~50keV的MonoE图像的噪声仍处于较低水平，使低能级MonoE图像的优势得到进一步发挥。在肝脏多期扫描及胸腹盆增强扫描中对比剂剂量可降低50%~65%［25?26］。此外，对于因为个体化差异及循环障碍等原因导致血管与组织强化不佳的情况下，光谱CT能够回顾性使用低能级MonoE图像提高血管强化CT值，改善图像质量，提高诊断信心，避免二次检查及不必要的辐射［27］。
腹部疾病诊断
（1）实质性脏器（肝脏、胰腺、脾脏、肾脏及肾上腺）：光谱CT可提供MonoE图像、碘密度图及有效原子序数图等多参数图像，可为疾病的诊断提供更多有价值的信息。低能级MonoE图像能够增加异常强化病变与背景组织的对比度，有利于小病灶的检出［24，28］。40keVMonoE图像能够提高肝脏乏血供转移灶的检出率及病灶的对比度，也能够提高胰腺多期增强扫描图像质量，提高胰腺导管腺癌的检出。同时，低能级MonoE图像能够提高肿瘤周边血管显示度及肿瘤?血管对比度，优化肿瘤术前分期的评估。不同组织由于本身密度、增强后组织内对比剂含量的不同，其能谱曲线表现也不同，可作为诊断和鉴别诊断的基础（图10~12）。40keV单能量图像、碘密度图及有效原子序数图能够反映局部组织轻微的异常强化，从而有利于常规增强CT图像上等密度病灶的检出（图13~18）。最佳MonoE图像结合碘密度图能够提高胰腺胰岛细胞瘤的检出率［29］。此外，碘密度图融合伪彩图等工具突破了既往黑白灰色阶传统图像，为病变的检出提供了新的可视化方法，将会给常规CT图像难以诊断或诊断较为困难的病变带来新的机遇。因此，在光谱CT腹部实质性脏器疾病诊断中，推荐使用低能级MonoE图像（40keV）及碘密度图，提高小的富血供肿瘤（如肝细胞肝癌、神经内分泌肿瘤、肾脏透明细胞癌、嗜铬细胞瘤等）、小的隐匿的相对乏血供肿瘤（如胰腺导管腺癌）及小转移瘤的检出率及定位准确性，从而提高术前评估的准确性。（2）胆道系统（胆囊、胰胆管）：低能级MonoE图像能够提高胰胆管显示对比度及边缘锐利度，通过曲面重建能够更好地观察胰胆管走行及异常形态改变，辅助观察胰腺囊性病灶是否与胰管相通等，用于胰腺导管内乳头状肿瘤（intraductalpapillarymucinousneoplasm，IPMN）与胰腺浆液性囊腺瘤等囊性病变的鉴别诊断。此外，低能级MonoE图像结合碘密度图、有效原子序数图能够增加胰胆管及胰腺囊性病变腔内小的附壁结节检出的敏感性，增加如小胆管癌的诊断信心，有利于IPMN、胰腺黏液性囊腺瘤等囊性病变的良恶性鉴别。对于常规CT图像无法显示的阴性结石，有效原子序数图、40keVMonoE图像能够提高检出率，并可进行结石成分分析［30］。（3）胃肠道等空腔脏器：胃肠道等空腔脏器受检查准备及检查技术限制，一直是CT影像诊断的难点。光谱CT多参数能谱成像能够进一步提高软织分辨率，量化组织含碘浓度，为空腔脏器疾病诊断带来了新的方法。如40keVMonoE图像对于胃癌的检出率显著提高，并且提高T分期准确性。小肠CT成像中40keVMonoE图像能提高炎症性肠病与正常肠壁的组织对比度，结合碘密度值及有效原子序数值等定量分析，能够提高炎症性肠病的诊断信心［31］。低能级MonoE图像及碘密度图等也能够提高消化道肿瘤、早期肠壁缺血的显示［32?33］，为炎症性肠病、肠壁缺血等急腹症诊断及胃癌、直肠癌等消化道肿瘤术前分期提供新的手段。4.肿瘤治疗后评价碘密度图能够反映组织碘浓度的动态变化，为评价肿瘤治疗后疗效提供了一种新的量化指标。如原发性肝癌可采用射频消融、经动脉化疗栓塞或靶向药物治疗，以达到杀死肿瘤细胞的目的，这些治疗可以改变肿瘤的灌注，可以通过碘密度图定量测定碘浓度来反映肿瘤组织的灌注改变，为判断疗效及制定下一步治疗方案提供更多的依据［34?35］。5.腹部体内植入物评估胆道和胃肠道支架、血管内支架及弹簧圈及脊柱术后金属内固定植入物等会产生线束硬化伪影，影响图像质量。高能级MonoE图像（keV）能够有效降低金属植入物所产生的伪影，与去金属伪影技术联合应用能够明显减少金属伪影，提高图像质量［36］。（三）外周血管CTA
头颈部CTA
头颈部骨质影响常规头颈部CTA的质量，既往应用的“减影”去骨方法较为繁琐，且在颈内动脉岩段及虹吸段等毗邻颅底的部位去骨效果欠佳。光谱CT可以使用能量血管高级分析软件SAVA（SpectralAVA）进行去骨处理，对头部血管病变显示效果好，特别是对颈内动脉岩段和虹吸段去骨效果更佳，可更好地观察颈内动脉岩段、虹吸段及基底动脉环的小动脉瘤或血管狭窄。光谱CT能够分析3种物质，分别为碘、脑脊液及出血。碘的密度高于新鲜出血。将VNC图像和碘密度图叠加融合，进行彩色编码，可显示出血灶的部位、大小等形态学信息，同时观察脑内原有出血灶基础上有无新的活动性出血。对于怀疑动脉瘤破裂导致蛛网膜下腔出血的患者，可以直接进行增强扫描，VNC图像可准确显示蛛网膜下腔出血［37］，同时有效降低患者的辐射剂量。光谱CT还能有效区分颅底钙化、骨质及充满对比剂的血管。采用MonoE、VNC、碘密度图等多参数分析，能够鉴别颅内出血和对比剂外漏，对于检测脑卒中患者血管再通后是否存在脑出血有重要的临床意义［38］。低能级的MonoE图像较混合能量图像的对比度有显著提高，有助于改善CTA的图像质量［39］。此外，颅内动脉瘤夹闭或介入手术是治疗动脉瘤的常用手段，动脉夹和弹簧圈可产生线束硬化伪影，影响局部血管的显示，利用高能级的MonoE图像可有效减少金属伪影，改善图像质量，利于术后评估。颈动脉粥样硬化斑块与急性缺血性脑卒中的关系密切。颈动脉管腔狭窄的程度及斑块的性质被广泛运用于描述颈动脉粥样硬化性疾病［40］。能谱曲线和有效原子序数图可准确分析斑块成分，早期发现易损斑块，即“不稳定斑块”，定量随访斑块的变化有助于早期合理的治疗。2.肺动脉CTA光谱CT40~65keVMonoE图像的CNR和SNR均高于kVp图像，检测肺栓塞的灵敏度也显著高于kVp图像［27，41］。常规肺动脉CTA对于远端微小栓子的显示存在一定局限性，且仅能提供肺血管的相关形态学信息，无法定量评估栓子对肺实质血流灌注的影响，而光谱CT可以利用大范围扫描结合MonoE、碘密度图及有效原子序数图，清晰显示深静脉血栓、可视化肺动脉栓塞和相关的肺灌注异常（图19~22）、栓子对肺灌注状态的影响，提高肺栓塞的诊断效能。此外，肺栓塞治疗前后光谱CT提供的各项参数及相关图像的变化情况，为准确评估疗效提供了客观的定量指标。当肺动脉内的血栓不能完全溶解时，血栓机化，进而发展成慢性肺栓塞，最终导致慢性血栓栓塞性肺动脉高压。碘密度图和MonoE图像可以提高慢性血栓栓塞性肺动脉高压的诊断灵敏度和特异度，而且碘密度图显示的灌注模式可能有助于区分肺动脉高压的各种病因［42］。3.腹部血管CTA对于腹部CTA而言，动脉期40keV的MonoE图像及静脉期40keV的MonoE图像能显著提高腹部动、静脉血管成像质量，显示更多细小血管分支［43］。这项技术能够极大提高腹部血管病变的检出率，如提高主动脉夹层及腹主动脉瘤腔内支架隔绝术后内漏的检出率；提高主动脉穿透溃疡及壁内血肿病变的图像质量；提高胆囊动脉、胃周动脉、肾动脉等细小动脉的成像质量（图23，24），有利于外科手术前血管的评估。此外，低能级的MonoE图像还能提高门静脉的成像质量，且不额外增加辐射剂量及对比剂用量。高能级的MonoE图像能够有效降低线束硬化伪影，与金属伪影减少算法（O?MAR）联合应用能够更加有效地去除金属伪影，提高诊断效能［36］。但是，去除植入物伪影有一定限度，当存在较明显的金属伪影时，局部会出现不能复原周围组织的情况。应用能谱“魔镜”软件可以“一站式”观察40~keV的低能至高能级图像，便于医师在临床应用过程中根据实际情况综合客观指标（CT值、CNR、SNR）及主观评价，寻找最佳单能量图像。主动脉腔内支架隔绝术后患者往往需要多次CTA随访复查，辐射剂量较高。应用增强的能谱CT数据进行VNC成像替代常规平扫，可有效减低辐射剂量。碘密度图能够高亮显示内漏，鉴别内漏和钙化以及陈旧出血等成分［44］。常规CT对门静脉栓子的性质判断主要依据栓子的CT值，该方法误差较大，容易受到对比剂注射速率及人为测量误差的影响，因此对鉴别门静脉栓子性质的灵敏度和特异度不高，容易造成漏诊和误诊。光谱CT物质成分分析可在测量CT值之外，利用碘密度、有效原子序数及能谱曲线斜率综合判定栓子的成分，有助于癌栓和血栓的鉴别［45］。4.下肢动脉CTA下肢动脉粥样硬化闭塞症患者的血管壁常伴有严重钙化，常规CTA受到线束硬化伪影的影响，使血管结构和远端分支难以显示清楚。光谱CT低能级MonoE图像可以提高图像的组织对比，有助于病变的显示，高能级的MonoE图像虽然会降低图像的对比度，但可以有效抑制伪影，改善图像质量［46］。经皮血管内支架植入术是目前下肢动脉闭塞性疾病的主要治疗方式之一，CTA检查是评价术后管腔通畅性的常用方法。光谱CT的MonoE图像有利于对支架及下肢动脉管腔的情况进行更加准确的评估，提高支架的可视化和诊断准确性［47］。四、小结与展望从年第一台CT的诞生至今，CT的发展在速度和排数（探测器宽度）上有了显著的发展，近十余年来能量CT成为研究的热点并在临床实践中凸显了其优势和特色。双层探测器光谱CT使能谱扫描、能量解析及后处理简单化，并为能量扫描的临床常规化应用奠定了坚实的基础。大数据时代下CT成像技术的未来发展方向必然是探测器宽度、性能及能量分辨率的不断提高。能量CT的应用必将有更广阔的前景。参考文献（略）。