程曉光 閆東 周鳳云

CT 檢查是骨科常用的檢查之一，在各種骨科疾病的診療中具有重要作用。近年來(lái) CT 機(jī)的掃描速度更快，探測(cè)器更寬，劑量更低，使得 CT 的臨床應(yīng)用更加普及。多數(shù) CT 使用的球管產(chǎn)生的是混合能量的射線，當(dāng) X 線穿過(guò)被檢組織時(shí)會(huì)被組織吸收而發(fā)生衰減，測(cè)量 CT 值可以反映組織的密度。但人體組織的組成成分是復(fù)雜的和混合的，所以常規(guī)的 CT 就不能區(qū)分人體物質(zhì)的組成和成分?，F(xiàn)在 CT 發(fā)展的一個(gè)進(jìn)展是能譜 CT 或雙能量 CT。

能譜 CT 是利用物質(zhì)在不同 X 射線能量下產(chǎn)生的不同的吸收來(lái)提供比常規(guī) CT 更多的影像信息的 CT 技術(shù)[1]。能譜 CT 的成像技術(shù)使 CT 設(shè)備從形態(tài)學(xué)檢查設(shè)備逐漸演變成為形態(tài)結(jié)合功能和組織成分分析的儀器設(shè)備。能譜 CT 自 2010 年應(yīng)用于臨床以來(lái)，就引來(lái)很多學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)研究，目前能譜 CT 在腫瘤及血管方面研究的最多，而骨與肌、肝腎相關(guān)的研究相對(duì)較少。關(guān)于骨與肌方面的研究主要是金屬植入物后去除金屬偽影、評(píng)估骨密度、骨腫瘤的相關(guān)鑒別與診斷、痛風(fēng)結(jié)節(jié)的檢出與定性以及軟組織病變相關(guān)的診斷等。能譜 CT 的多參數(shù)成像更加全面地反映被檢組織的特性以及功能狀態(tài)，從而在診斷骨與肌相關(guān)疾病中提供了更加準(zhǔn)確、全面的診斷。另外，能譜 CT 由于是單球管瞬時(shí)切換技術(shù)以及迭代重建技術(shù)，所以照射患者的輻射劑量相對(duì)于常規(guī) CT 也會(huì)更少[2]。因此，越來(lái)越多的醫(yī)院將能譜 CT 應(yīng)用于臨床中。筆者從能譜 CT 的物理基礎(chǔ)，總結(jié)其在骨與肌系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并基于能譜 CT 成像優(yōu)勢(shì)展望其在骨與肌系統(tǒng)中的前景和潛力。

一、能譜 CT 的介紹

1. 能譜 CT 的發(fā)展及原理：1895 年倫琴發(fā)現(xiàn) X 線以來(lái)，CT 的發(fā)展大致分成 5 代。每一代的出現(xiàn)，都為臨床帶來(lái)了技術(shù)進(jìn)步，而發(fā)展到能譜 CT 的時(shí)候，更是為臨床帶來(lái)了新的體驗(yàn)以及解決了更多的問(wèn)題。

在 CT 成像的系統(tǒng)中，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電子流撞擊靶物質(zhì)發(fā)生韌致輻射而產(chǎn)生 X 射線，不同能級(jí)的 X 射線穿過(guò)物體時(shí)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的衰減，根據(jù)物質(zhì)對(duì) X 線的吸收便可進(jìn)行成像。

能譜 CT 早在 20 世紀(jì) 70 年代，就已經(jīng)提及，只是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的條件并不支持該理論[3]，直到 20 世紀(jì) 80 年代，開始進(jìn)行相關(guān)的物理研究，2009 年能譜 CT 技術(shù)成熟，2010 年初步投入使用[4]。目前實(shí)現(xiàn)能譜 CT 不同能量的方式有以下幾種：一是以飛利浦的 IQON CT 為代表的采用雙層探測(cè)器的方式獲得高低能量的射線；二是以西門子雙源 CT 為代表的采用不同 kVp 的二個(gè) X 線球管實(shí)現(xiàn)；再就是以 GE Revolution CT 為代表的采用單源瞬時(shí) kVp 切換技術(shù)。這些 CT 都可以同時(shí)采集到高低能量的信息，可以后處理得到不同 keV 的多個(gè)單能量圖像，并進(jìn)行各種分析處理。

2. 能譜 CT 的優(yōu)勢(shì)：

( 1) 物質(zhì)分離：在能譜 CT 成像中，任何物質(zhì)或者組織的吸收系數(shù)都可以轉(zhuǎn)換成任意組合(基物質(zhì)對(duì)) 的吸收系數(shù)，并且不影響其衰減效應(yīng)，將高、低兩種能量掃描得到的 X 線衰減圖像表達(dá)為兩種物質(zhì)的密度圖，這個(gè)過(guò)程便是物質(zhì)分離[5]。一般選擇基物質(zhì)對(duì)的原則是選擇衰減差異較大的兩種物質(zhì)，分離出來(lái)的圖像能夠得到特異性的顯示。目前，常用的基物質(zhì)對(duì)為碘和水、鈣和水、鈣和碘等。碘(水) 圖主要反映增強(qiáng)后組織有無(wú)強(qiáng)化和強(qiáng)化的程度，鈣(水) 圖主要反映是否有含鈣的結(jié)節(jié)存在，碘 / 鈣圖主要區(qū)分高密度物質(zhì)的主要成分為對(duì)比劑或者鈣化，尿酸 / 鈣圖主要明確是否有尿酸鹽結(jié)晶的異常沉積以區(qū)分真假痛風(fēng)[6]。臨床上，可根據(jù)診斷目的進(jìn)行選擇合適的基物質(zhì)對(duì)，通過(guò)物質(zhì)分離技術(shù)可以提高病灶的檢出率[5]，鑒別真假痛風(fēng)，去除血管鈣化來(lái)評(píng)估血管的狹窄程度，減少掃描時(shí)的輻射劑量。

( 2) 單能量成像：根據(jù)物質(zhì)分離技術(shù)可以獲得水和碘的圖像，經(jīng)過(guò)計(jì)算后可以得出感興趣區(qū)(region of interest，ROI) 在各個(gè)單能量點(diǎn)中的 CT 值，從而可以實(shí)現(xiàn) CT 單能量成像。通過(guò) 80～140 kVp 高低電壓瞬時(shí)切換技術(shù)可獲得 40～140 keV 間任意一個(gè)連續(xù)的單能量成像，單能量圖像功能等同于實(shí)現(xiàn)了物體在單色 X 線源的情況下可能獲得的圖像[2,7]。單能量成像應(yīng)用于臨床后，可以解決常規(guī) CT 出現(xiàn)的硬化偽影和金屬偽影的問(wèn)題，硬化偽影及金屬偽影經(jīng)過(guò)能譜 CT 獨(dú)有的迭代重建技術(shù)校準(zhǔn)后，偽影可以相對(duì)減少甚至沒(méi)有，從而得到更加清晰的圖像和更加準(zhǔn)確的 CT 值。單能量成像實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)成像，更有助于影像醫(yī)師對(duì)于細(xì)小病灶和相似腫瘤之間的診斷與鑒別。

( 3) 能譜曲線：能譜曲線是物質(zhì)的 CT 值隨 X 線能量變化的曲線，常見的許多物質(zhì)的能譜曲線呈現(xiàn)的是下降的趨勢(shì)，而脂肪呈現(xiàn)的是上升的趨勢(shì)。從能譜曲線上可以獲得 40～140 keV 每個(gè)能量點(diǎn)的平均 CT 值和標(biāo)準(zhǔn)差，能譜曲線反映了物質(zhì)的能量衰減特性，根據(jù)不同能量段 CT 值的差異可以展現(xiàn)病灶之間的差異，也可以用于鑒別組織的來(lái)源以及正常組織上的潛在能力。

( 4) 有效原子序數(shù)：有效是從原子序數(shù)引申發(fā)展而來(lái)的概念。有效原子序數(shù)是能譜分析中對(duì)于無(wú)機(jī)物精確分析的方法，能夠直接反映 ROI 內(nèi)部無(wú)機(jī)物的原子序數(shù)以及確定無(wú)機(jī)物的性質(zhì)。在臨床上，可用于分析和鑒別密度相似、CT 值相近的物質(zhì)，從而達(dá)到物質(zhì)定量化分析。

( 5) 能譜圖像的分析工具：最佳對(duì)比噪聲比、直方圖、散點(diǎn)圖一般是能譜圖像分析常用到的工具。最佳對(duì)比噪聲比通常應(yīng)用于單能量成像，利用其特性可以從單能量圖像中快速找到感性趣組織的最佳單能量點(diǎn)。直方圖主要用于觀察感性趣組織中體素的分布。散點(diǎn)圖可以對(duì)組織結(jié)構(gòu)和疾病進(jìn)行分類，用于觀察病灶內(nèi)是否有強(qiáng)化。這 3 種不同分析技術(shù)的出現(xiàn)，使能譜成像更加嚴(yán)謹(jǐn)。

綜上所述，能譜 CT 的這些多參數(shù)功彌補(bǔ)了常規(guī) CT 的不足，也為臨床診斷提供了更多的便利與解決 方案。

二、能譜 CT 在骨與肌中的研究現(xiàn)狀

1. 骨密度的測(cè)量：骨密度的測(cè)量值可以用來(lái)評(píng)估和診斷骨質(zhì)疏松，幫助骨質(zhì)減少、骨折風(fēng)險(xiǎn)增高的人提前預(yù)防骨折的發(fā)生。

常規(guī) CT 對(duì)骨質(zhì)疏松的診斷主要依賴診斷醫(yī)師的主觀判斷，并不能客觀反映骨密度的變化。Cheng 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，CT 值并不是評(píng)估骨密度或骨量的良好指標(biāo)，并且不同廠家機(jī)器對(duì)同一密度的純物質(zhì)所測(cè)得的 CT 值差異較大。目前，WHO 將雙能 X 線吸收儀(dual energy X-ray absorptiometry，DXA) 作為骨質(zhì)疏松診斷的金標(biāo)準(zhǔn)[9-10]，但其是二維成像技術(shù)，無(wú)法避免 X 射線沿路組織成分對(duì)結(jié)果的影響。后期又出現(xiàn)了用定量 CT (quantitative computed tomography，QCT) 技術(shù)測(cè)量的體積骨密度(volumetric bone mineral density，vBMD)，其可以解決測(cè)量結(jié)果受到椎體退行性改變、側(cè)凸以及體重的影響[11]，檢測(cè)骨質(zhì)疏松時(shí)較 DXA 更加敏感[12]，但是掃描的輻射較 DXA 大[13-14]。目前，DXA 和 QCT 是測(cè)量骨密度最常用的方法，但是將能譜 CT 的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于骨密度的測(cè)量也將會(huì)是一種值得研究的新方法。

自能譜 CT 應(yīng)用于臨床開始，就有很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究，能譜 CT 的物質(zhì)分離技術(shù)以及單能成像都可以用于骨密度的測(cè)量。在骨密度相關(guān)的研究中，已經(jīng)證明能譜 CT 與 DXA 以及 QCT 在測(cè)量骨密度上有很強(qiáng)的一致性[15]。在能譜 CT 測(cè)量骨密度的研究中，有以半椎體或人工椎體為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行測(cè)量骨密度[9,13,15]，其方法主要是測(cè)量椎體中的 HAP 的含量來(lái)代表 BMD，但是因?yàn)槿梭w椎體的骨密度成分很多，脂肪、血液、紅骨髓等成分都會(huì)影響真實(shí)骨密度，所以用此方法測(cè)量的 BMD 也不能反映人椎體 BMD 的真實(shí)值。雖然目前已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)雙能 CT 和質(zhì)子磁共振光譜一樣可以校準(zhǔn)骨髓脂肪，得到更加精確的骨密度值[16]。張?jiān)吹萚17]提出了能譜 CT 掃描參數(shù)的優(yōu)化有助于提高骨密度測(cè)量的準(zhǔn)確性。能譜 CT 的物質(zhì)分離技術(shù)能評(píng)估骨中鈣含量，能盡早發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松的存在，有助于醫(yī)師盡早做出較合適的治療方案。

2. 骨關(guān)節(jié)術(shù)后檢查：骨折內(nèi)固定術(shù)后使用影像學(xué)檢查有助于醫(yī)師診斷骨折術(shù)后相關(guān)并發(fā)癥，可以作出幫助患者盡早康復(fù)的治療方案。臨床上，骨關(guān)節(jié)術(shù)后置入物的常見材料有金屬螺絲釘、鋼絲、鋼板、骨板、髓內(nèi)針等[18]，但是這些材料的材質(zhì)密度很高，使用常規(guī) CT 掃描會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的金屬偽影，不利于術(shù)后觀察置入物位置和宿主骨之間的關(guān)系。金屬偽影消除的迭代算法(iterative algorithm for metal artifact reduction，iMAR) 能減少金屬偽影的影像響，提高圖像的質(zhì)量，但是也會(huì)引入新的金屬偽影。Hakvoort 等[19]研究表明雙能 CT 成像通常優(yōu)于 iMAR，雙能 CT 金屬植入物圖像在 130～150 keV 間的單能圖像最佳。因此，使用能譜 CT 的單能量成像、物質(zhì)分離技術(shù)、散點(diǎn)圖、直方圖以及去金屬偽影軟件(MARs) 等相關(guān)功能可以有效去除金屬偽影。有研究發(fā)現(xiàn)非 MAR 圖像在 110 keV 圖像的金屬偽影是最少的，而 MAR 圖像在不同能級(jí)下的計(jì)算圖像偽影指數(shù)(AI) 值均低于前者[20]。因此，經(jīng)過(guò)去金屬偽影處理后，能夠得到關(guān)節(jié)以及關(guān)節(jié)周圍組織清晰的解剖結(jié)構(gòu)圖像。將能譜 CT 應(yīng)用于骨關(guān)節(jié)術(shù)后檢查，為診斷醫(yī)師判斷術(shù)后置入物和組織間的關(guān)系提供了很大的便利以及很大程度上減少了誤診。

3. 骨腫瘤的分析、診斷及鑒別：常規(guī) CT 對(duì)于骨腫瘤的診斷缺乏組織密度對(duì)比，對(duì)于腫瘤內(nèi)的細(xì)微病灶不容易顯示。將能譜 CT 應(yīng)用于鑒別和診斷骨腫瘤，可利用其單能量成像發(fā)現(xiàn)不同組織之間的密度差別以及其物質(zhì)分離技術(shù)將細(xì)小的鈣化灶突顯出來(lái)，使用能譜曲線進(jìn)一步可以確定病灶中物質(zhì)的成分。張進(jìn)等[21]研究表明能譜 CT 應(yīng)用于鑒別兩種相似腫瘤或者同源性腫瘤有一定的價(jià)值，袁源等[22]研究表明脊柱的感染性病變以及腫瘤使用能譜 CT 也能很好地鑒別，因此，能譜 CT 的應(yīng)用能為臨床相似的腫瘤疾病提供更加確切的診斷依據(jù)。

4. 痛風(fēng)關(guān)節(jié)的物質(zhì)定性分析、診斷及鑒別：痛風(fēng)主要是由鈉尿酸鹽沉積造成的，多發(fā)于關(guān)節(jié)處。臨床上，主要是靠檢測(cè)血尿酸來(lái)診斷痛風(fēng)，但是這個(gè)方法需要多次檢測(cè)，對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)有一定的影 響[23-24]。隨著影像檢查技術(shù)不斷發(fā)展，將影像學(xué)檢查應(yīng)用于診斷痛風(fēng)是一種常見的手段，通過(guò)測(cè)量病灶的 CT 值進(jìn)行鑒別類別，但是真性痛風(fēng)和假性痛風(fēng)兩者的 CT 值十分相近，但是兩者的成分完全不同，常規(guī) CT 鑒別兩者相對(duì)困難，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)容積效應(yīng)以及硬化偽影影響 CT 值的準(zhǔn)確性，使用能譜 CT 的單能量成像、有效原子序數(shù)、能譜曲線可以將兩者區(qū)分開來(lái)。能譜 CT 也能用于測(cè)量治療前后尿酸鹽沉積的濃度變化，測(cè)量結(jié)果可以用于評(píng)估降尿酸治療后的療效[25]。

5. 軟組織病變的診斷及分析：椎間盤突出是骨科常見的疾病之一，主要是指椎間盤的髓核突破纖維環(huán)突向椎管或周圍組織。常規(guī) CT 一般只能觀察椎間盤的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，不能對(duì)病灶的成分進(jìn)行分析，另外，不典型的椎間盤突出也不容易與腫瘤的 CT 值鑒別，而能譜 CT 可以分析椎間盤突出腫塊的成分，有助于微創(chuàng)手術(shù)定位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、治療后的評(píng)估[26]。能譜 CT 的水(碘) 密度圖可以用于明顯鑒別 CT 值相近的軟組織病灶。軟組織腫瘤在影像學(xué)上缺乏特征表現(xiàn)，使用常規(guī) CT 掃描對(duì)于軟組織病變的范圍顯示不夠理想。另外，常規(guī) CT 成像可能會(huì)出現(xiàn)容積效應(yīng)和硬化偽影造成 CT 值的誤差，但是能譜 CT 的單能量成像便可以提高 CT 值的精確度，能譜曲線也能進(jìn)一步反映病灶的成分以及病灶是否出現(xiàn)真實(shí)的強(qiáng)化。

三、展望

能譜 CT 相對(duì)于 DXA 和 QCT 來(lái)說(shuō)有校準(zhǔn)骨髓脂肪的功能，但是目前對(duì)于骨密度的相關(guān)研究中仍然沒(méi)有解決其它成分對(duì)于骨密度的影響，研究表明紅骨髓對(duì)骨密度也有一定的影響，但是并沒(méi)有找到去除紅骨髓對(duì)骨密度影響的相關(guān)方案。因此，除了脂肪，骨中其它成分造成的影響如何去除還有待進(jìn)一步研究。

選取能譜 CT 的最佳單能量成像能夠優(yōu)化圖像的質(zhì)量，減少金屬偽影，但是能譜 CT 在去除金屬偽影方面還存在欠缺，并不是所有參數(shù)下能譜 CT 成像都能很好地去除金屬偽影，目前的研究只發(fā)現(xiàn)能譜 CT 在特定參數(shù)下相比常規(guī) CT 能更好地去除金屬偽影。因此，可進(jìn)一步了解未來(lái)能譜 CT 在任何參數(shù)下去除金屬偽影的相關(guān)研究。

能譜 CT 的多參數(shù)成像能進(jìn)行腫瘤分級(jí)和分期以及腫瘤早期的治療和評(píng)估，但是對(duì)于鑒別腫瘤和正常軟組織并沒(méi)有權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，尚待進(jìn)一步解決。另外，研究腫瘤分子探針對(duì)比劑使用前后能譜 CT 顯示病灶的最優(yōu)參數(shù)也將是一個(gè)值得探究的話題。

肌少癥是一種隨著年齡增加，骨骼肌質(zhì)量下降，骨骼肌力量和功能減退為特征的綜合性退行性病癥。肌少癥的出現(xiàn)會(huì)造成骨質(zhì)疏松加重，也成為許多疾病的誘因，使老年人的生活危險(xiǎn)性增高，是一個(gè)亟待解決的疾病，但是現(xiàn)在臨床上并沒(méi)有找到適合治療肌少癥的藥物以及肌少癥相關(guān)的發(fā)病機(jī)制也尚未可知[27-28]，肌少癥相關(guān)的問(wèn)題將成為廣大學(xué)者深入研究的一個(gè)方向。目前對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估肌量仍然存在爭(zhēng)議，純肌肉量(純瘦肉組織) 仍然是目前難以準(zhǔn)確測(cè)量的指標(biāo)。常規(guī) CT 以及 MRI 都不能對(duì)肌肉脂肪含量進(jìn)行準(zhǔn)確定量和有效校正。因此，對(duì)于測(cè)量肌少癥都有一定的局限。目前對(duì)于肌少癥常見的評(píng)估工具有 CT、MRI、DXA 以及生物阻抗(BIA)。CT 和 MRI 能較好地鑒別脂肪和軟組織之間的差別，但是 MRI 成本較高，CT 對(duì)患者的輻射較大，而后兩者雖然造價(jià)相對(duì)便宜以及輻射劑量小，但是不能區(qū)分細(xì)胞內(nèi)外的水，容易造成水合狀態(tài)下的誤差[29]。因此，目前評(píng)估肌少癥的相關(guān)技術(shù)都存在一定的局限性。能譜 CT 相比常規(guī) CT 輻射較低，具有功能性和定量性評(píng)估功能，能譜 CT 也具有校準(zhǔn)骨密度脂肪的功能，因此，將能譜 CT 應(yīng)用于測(cè)量肌少癥的價(jià)值有待深入 研究。

目前，能譜 CT 在臨床上的應(yīng)用還未達(dá)到最優(yōu)化，在骨與肌方面的疾病待深入研究，能譜 CT 的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)用于探究肌肉脂肪校正，將有助于肌少癥的評(píng)估。未來(lái)幾年對(duì)能譜 CT 的深入研究能進(jìn)一步解決骨與肌相關(guān)問(wèn)題并為臨床帶來(lái)更大的便利和驚喜。

總之，能譜 CT 的多功能在臨床中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用并解決了疾病影像診斷的相關(guān)問(wèn)題。但是能譜 CT 的研究，還需要用更多的學(xué)者進(jìn)行重復(fù)研究證實(shí)，關(guān)于能譜 CT 的功能更進(jìn)一步深入研究。