李能，鄧小毅

隨著成像技術(shù)的不斷進(jìn)步，雙能量CT(DECT)逐步進(jìn)入臨床，成為CT發(fā)展史上又一個(gè)新的里程碑，開辟了臨床應(yīng)用的全新領(lǐng)域[1]。DECT與常規(guī)CT的關(guān)鍵不同點(diǎn)是不僅能顯示形態(tài)學(xué)的改變，而且可以量化反映組織在能量學(xué)范疇的差異，提供諸多反映病灶本質(zhì)特征的、定量的多參數(shù)，拓展了CT的應(yīng)用范圍[1]。DECT多參數(shù)可直觀顯示骨髓的情況，在骨肌系統(tǒng)疾病的診斷中起著越來越重要的作用，其在脊柱病變中也得到了較為廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)DECT原理、技術(shù)參數(shù)及其在脊柱病變中的價(jià)值進(jìn)行歸納總結(jié)。

雙能量CT的原理及主要技術(shù)參數(shù)

1.雙能量CT的原理

DECT通過互相垂直的2套球管發(fā)出高、低2種不同能量射線進(jìn)行同步螺旋掃描，其中低能量光子以光電效應(yīng)為主，高能量光子以康普頓效應(yīng)為主，由探測(cè)器采集數(shù)據(jù)，得到不同物質(zhì)成分在不同能量下的衰減特征，從而對(duì)物質(zhì)進(jìn)行有效的識(shí)別及定性、定量分析[2]。

2.雙能量CT的主要技術(shù)

虛擬去鈣化(VNCa)：根據(jù)2個(gè)不同能級(jí)的CT數(shù)據(jù)集對(duì)物質(zhì)的成分進(jìn)行分解，從而更好的區(qū)分物質(zhì)成分，并通過彩色編碼偽彩圖來提供更好的骨髓評(píng)估圖像[3]。VNCa是一種評(píng)估骨髓水腫的可靠方法，準(zhǔn)確率較高[4]。

痛風(fēng)石成像：根據(jù)物質(zhì)在80 kV和140 kV條件下不同衰減值差異可區(qū)分出所掃描物質(zhì)的不同化學(xué)成分，將尿酸鹽(MSU)結(jié)晶與鈣鹽、骨組織(骨皮質(zhì)、骨松質(zhì))區(qū)分開并自動(dòng)標(biāo)記，多平面重組(MPR)偽彩圖和容積再現(xiàn)(VR)圖中將尿酸鹽結(jié)晶標(biāo)記為綠色偽彩[5]。這是目前在骨肌系統(tǒng)中應(yīng)用最為成熟的雙能量CT技術(shù)，廣泛應(yīng)用于痛風(fēng)患者的MSU結(jié)晶檢測(cè)。

虛擬單能量成像：可以提供不同物質(zhì)在不同能級(jí)下的CT值及特征性能量曲線，當(dāng)物質(zhì)內(nèi)成分發(fā)生改變時(shí)物質(zhì)內(nèi)不同理化、病理成分在虛擬單能量成像上呈現(xiàn)不同的CT值和特征性能量曲線[6]。曲線趨向重合或接近常常提示物質(zhì)組織成分相似，反之則提示物質(zhì)成分存在差異性，這可以用作脊柱良惡性壓縮性骨折的評(píng)估手段。此外金屬物對(duì)不同能量的X線衰減不同，低能量X線衰減更明顯，DECT利用這個(gè)原理可以有效地去除金屬偽影。

電子云密度/等效原子系數(shù)(Rho/Z)：提供的3個(gè)參數(shù)具有不同的含義，Z代表物質(zhì)中原子核中的質(zhì)子數(shù)，Rho代表一個(gè)單位體積內(nèi)電子的數(shù)量，DEI代表某種物質(zhì)的X線衰減系數(shù)在兩種不同光能下的差異[7]。多參數(shù)成像可較準(zhǔn)確地對(duì)物質(zhì)的某些特征進(jìn)行定量分析，為臨床提供更有效的信息[8]。目前應(yīng)用主要包括胸腹部腫瘤鑒別及放射治療、結(jié)石分析、椎間盤變性等。

雙能量CT在脊柱病變中臨床應(yīng)用

1.脊柱骨折

脊柱壓縮性骨折是老年人較為常見骨折類型之一。而骨髓水腫是急性骨折最重要的特征。磁共振是目前檢測(cè)骨髓水腫最主要的手段，但磁共振的使用經(jīng)常會(huì)受到限制，有各種絕對(duì)和相對(duì)禁忌癥。并且椎體壓縮骨折相對(duì)于四肢骨折癥狀相對(duì)輕微，容易忽視，造成漏診[9]。成人骨髓中多為黃骨髓，脂肪成分為主，當(dāng)骨折急性期(圖1)時(shí)骨髓水腫、出血，經(jīng)過VNCa技術(shù)處理后，值較正常骨髓升高，而骨折慢性期(圖2)時(shí)出血已經(jīng)吸收，骨髓水腫好轉(zhuǎn)，值與正常骨髓接近，可通過彩色編碼偽彩圖來顯示CT值的變化，同時(shí)還可以測(cè)量CT值來進(jìn)行定量分析。學(xué)者[10]利用DECT VNCa技術(shù)檢測(cè)椎體骨髓水腫，以MRI為參照，用彩色編碼圖像診斷椎體骨髓水腫，顯示了很好的敏感性、特異性。

圖1 患者，女，66歲，外傷腰背部疼痛。L1椎體急性壓縮骨折。a) CT矢狀面重建圖示L1椎體(箭)輕度楔形變，骨小梁結(jié)構(gòu)扭曲，皮質(zhì)中斷; b) 雙能量彩色編碼矢狀面重建圖示L1椎體(箭)輕度楔形變，并且較其它椎體偽彩顏色異常，髓腔偏綠色; c) MRI矢狀面T2WI脂肪抑制序列圖像示L1椎體(箭)稍變扁伴片狀高信號(hào)提示骨髓水腫，證實(shí)為急性壓縮骨折; d) L1椎體虛擬單能量曲線，顯示在40～100keV區(qū)間曲線坡度相對(duì)平緩。 圖2 患者，女，61歲，間歇性腰腿痛10余年。L2椎體慢性壓縮骨折。a) CT矢狀面重建圖示L2椎體(箭)明顯變扁; b) 雙能量彩色編碼矢狀面重建圖示L2椎體(箭)較其它椎體偽彩顏色大致相似，髓腔偏紫色; c) MRI矢狀面T2WI脂肪抑制序列圖示L2椎體(箭)未見明顯異常高信號(hào)，證實(shí)為慢性壓縮骨折; d) L2椎體虛擬單能量曲線圖示在40～100keV區(qū)間曲線坡度相對(duì)平緩。

脊柱惡性壓縮性骨折與良性壓縮性骨折在發(fā)病機(jī)制上存在不同，前者主要是由于腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)骨髓導(dǎo)致，后者主要是由于骨質(zhì)疏松或外傷引起。當(dāng)患者病史不詳?shù)那闆r下，常規(guī)CT對(duì)于兩者的鑒別診斷存在一定困難，DECT虛擬單能量成像技術(shù)能通過對(duì)不同單能量下物質(zhì)的CT定量值及虛擬單能量曲線可以對(duì)兩者進(jìn)行鑒別診斷。相對(duì)于脊柱良性壓縮性骨折，在40～100 keV區(qū)間內(nèi)脊柱惡性壓縮性骨折(溶骨性轉(zhuǎn)移)的能量曲線坡度更為平緩，衰減程度更低，而脊柱惡性壓縮性骨折(成骨性轉(zhuǎn)移)的能量曲線坡度更為陡直，衰減程度更大(圖3)。

2.脊柱轉(zhuǎn)移瘤

骨骼系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤是骨轉(zhuǎn)移瘤，而脊柱是骨轉(zhuǎn)移瘤最常見的發(fā)病部位[11]。常規(guī)CT掃描可顯示骨質(zhì)破壞，但其對(duì)髓腔內(nèi)腫瘤骨髓浸潤(rùn)的敏感性不高，容易造成漏診。而DECT能有效地識(shí)別脊柱病理狀態(tài)下的異常組織成分(圖4)，提高檢測(cè)脊柱轉(zhuǎn)移瘤的敏感性、特異性及準(zhǔn)確性。Dong等[12]對(duì)肺癌患者成骨性轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行回顧性分析，證實(shí)了DECT能提高不明顯成骨性轉(zhuǎn)移瘤的檢出，幫助診斷成骨性轉(zhuǎn)移瘤。

圖3 患者，男，81歲，肺癌病史。Th6椎體病理性骨折。a) CT矢狀面重建圖示Th6椎體(箭)明顯變扁，密度略增高; b) 雙能量彩色編碼矢狀面重建圖示Th6椎體(箭)明顯變扁，并且較其它椎體偽彩顏色不同，髓腔偏綠色及棕色; c) 雙能量彩色編碼軸面重建圖示Th6椎體、椎弓根、椎板相比兩側(cè)橫突偽彩顏色不同，髓腔偏綠色及棕色; d) MRI矢狀面T2WI脂肪抑制序列圖示Th6椎體(箭)變扁呈明顯高信號(hào); e) MRI矢狀面T1WI序列圖示Th6椎體(箭)變扁呈明顯低信號(hào)，并累及椎弓根; f) Th6椎體虛擬單能量曲線圖示在40～100keV區(qū)間曲線坡度較圖1、2更為陡直，衰減程度更大。 圖4 患者，男，75歲，肺小細(xì)胞癌病史。a) CT矢狀面重建圖示Th12椎體(箭)密度稍增高； b) 雙能量彩色編碼矢狀面重建圖示Th12椎體(箭)偽彩顏色異常，髓腔呈棕色; c) 雙能量彩色編碼軸位重建圖示Th12椎體髓腔大部分呈棕色，而椎弓根呈正常的藍(lán)色，提示椎體內(nèi)骨髓被腫瘤組織浸潤(rùn)導(dǎo)致骨髓水腫; d) MRI T1WI矢狀面圖示Th12椎體(箭)呈明顯低信號(hào); e) MRI T2WI壓脂矢狀面圖示Th12椎體(箭)呈明顯高信號(hào); f) MRI T2WI軸面圖示Th12椎體髓腔大部分呈稍高信號(hào)(與周圍肌肉信號(hào)相比)，與c)病灶范圍大致相似。Th12椎體最終證實(shí)為轉(zhuǎn)移瘤。

3.多發(fā)性骨髓瘤

多發(fā)性骨髓瘤是骨髓來源的漿細(xì)胞增殖性腫瘤。腫瘤的分型和分期差異很大，骨髓瘤細(xì)胞的腫瘤負(fù)荷對(duì)治療方案和患者預(yù)后具有重要指導(dǎo)價(jià)值[13]。長(zhǎng)期以來腫瘤負(fù)荷的評(píng)估只能通過血清學(xué)標(biāo)記來完成。隨著CT、MRI、FDGPET等影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，直接評(píng)估骨髓瘤浸潤(rùn)的程度成為可能[14]。脊柱常規(guī)CT掃描時(shí)，由于松質(zhì)骨內(nèi)致密的小梁結(jié)構(gòu)，對(duì)非溶骨性骨髓浸潤(rùn)的顯示敏感性較低[15]。對(duì)于DECT，正常骨髓的富含脂肪，其VNCa CT值偏低，當(dāng)正常骨髓被腫瘤組織取代后該值會(huì)升高(圖5)。主觀圖像評(píng)估中VNCa圖像在檢測(cè)骨髓瘤的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值均較高[16]。因此DECT VNCa技術(shù)成為檢測(cè)浸潤(rùn)性骨髓瘤的有效手段。

4.淋巴瘤骨髓侵潤(rùn)

淋巴瘤起源于淋巴結(jié)和淋巴組織，是免疫系統(tǒng)的惡性腫瘤。一旦出現(xiàn)骨髓浸潤(rùn)表明進(jìn)入疾病廣泛期(Ⅳ期)[17]。因此準(zhǔn)確診斷淋巴瘤的分期，對(duì)于預(yù)后評(píng)估至關(guān)重要。判斷淋巴瘤骨髓的浸潤(rùn)傳統(tǒng)方法包括骨髓活檢、18F-FDGPET-CT和MRI[18]，但由于限制較多，并不適用于所有患者。而DECT作為一項(xiàng)簡(jiǎn)便有效的方法，使用VNCa技術(shù)可對(duì)骨髓浸潤(rùn)的位置及程度進(jìn)行初步的判斷，從而指導(dǎo)臨床的治療及評(píng)估預(yù)后(圖6)。

圖5 患者，女，66歲，多發(fā)性骨髓瘤病史。a)雙能量彩色編碼斜冠狀面重建圖示骶椎偽彩顏色異常，呈深褐色; b)雙能量彩色編碼軸面重建圖示骶椎及左側(cè)髂骨偽彩顏色異常，呈深褐色; c) 雙能量彩色編碼矢狀面重建圖示骶椎偽彩顏色異常，呈深褐色，提示骨質(zhì)被腫瘤組織浸潤(rùn)；d) MRI T2WI軸面圖示骶骨骨質(zhì)破壞，呈明顯高信號(hào); e) MRI T1WI矢狀面圖示骶骨骨質(zhì)破壞，呈明顯低信號(hào)，內(nèi)部壞死區(qū)域信號(hào)更低; f) MRI T2WI矢狀面圖示骶椎骨質(zhì)破壞，呈高信號(hào)，內(nèi)部壞死區(qū)域信號(hào)更高。最終經(jīng)穿刺活檢證實(shí)為骨髓瘤。 圖6 患者，男，67歲，套細(xì)胞淋巴瘤病史。a) 雙能量彩色編碼軸面重建圖示Th4椎體、附件及鄰近肋骨偽彩顏色異常; b) 雙能量彩色編碼矢狀面重建圖示多發(fā)胸椎椎體偽彩顏色異常，呈棕色，提示腫瘤浸潤(rùn); c) MRI T2WI矢狀面圖示對(duì)應(yīng)胸椎的骨質(zhì)破壞，呈明顯不均勻高信號(hào); d) PET-CT圖像(CT檢查前3個(gè)月)示多發(fā)椎體骨髓FDG攝取增高。

圖7 患者，男，16歲，強(qiáng)直性脊柱炎病史。a) 雙能量彩色編碼斜冠狀面重建圖示兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)偽彩顏色異常，呈綠色; b) MRI STIR斜冠狀面圖示兩側(cè)骶髂關(guān)節(jié)面可見片狀高信號(hào); c) T1WI壓脂增強(qiáng)斜冠狀面圖示雙側(cè)骶髂關(guān)節(jié)明顯強(qiáng)化，提示炎性改變。 圖8 患者，男，36歲，右側(cè)腿痛加重半年。a) CT矢狀面重建圖示L5/S1椎間盤的突出(箭); b) CT冠狀面重建圖示L5/S1椎間盤突出的髓核(箭)與硬膜囊相比，呈稍高密度; c) CT軸面圖示L5/S1椎間盤突出伴硬膜囊的受壓(箭)，突出的髓核與周圍組織境界顯示欠清晰; d) 雙能量彩色編碼矢狀面重建圖示L5/S1椎間盤的突出(箭)較a更為直觀; e) 雙能量彩色編碼冠狀面重建圖示L5/S1椎間盤突出的髓核(箭)與硬膜囊的對(duì)比較b更顯著; f) 雙能量彩色編碼軸面重建圖示L5/S1椎間盤突出伴硬膜囊的受壓(箭)，突出的髓核與周圍組織境界顯示清晰。

5.脊柱關(guān)節(jié)炎

脊柱關(guān)節(jié)炎是一組主要影響中軸骨的慢性炎癥性疾病[19]。準(zhǔn)確評(píng)估疾病的活性對(duì)治療至關(guān)重要，疾病活性的主要影像學(xué)征象是骶髂關(guān)節(jié)的骨髓水腫[20]。DECT兩種不同的管電壓下，通過對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分解和計(jì)算，得到彩色編碼的VNCa圖像，可以顯示正常骨髓和異常骨髓之間的密度差異[11](圖7)。Wu等[21]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明VNCa圖像結(jié)合定量密度測(cè)量在檢測(cè)脊柱關(guān)節(jié)炎骨髓水腫的準(zhǔn)確性可與MRI相近。

圖9 患者，男，82歲，外傷至腰背部疼痛，有痛風(fēng)史。a) 雙能量彩色編碼軸面重建圖示腰5椎小關(guān)節(jié)內(nèi)(箭)一枚點(diǎn)狀綠色偽彩; b) 雙能量彩色編碼冠狀面重建圖示腰5椎小關(guān)節(jié)內(nèi)(箭)多枚點(diǎn)狀綠色偽彩; c) 雙能量彩色編碼VR重建圖像，腰骶椎小關(guān)節(jié)內(nèi)(箭)多枚點(diǎn)狀綠色偽彩，提示尿酸鹽結(jié)晶沉積。 圖10 患者，男，72歲腰1椎體骨折術(shù)后。a) CT平均加權(quán)圖示內(nèi)固定偽影明顯; b) 通過后處理調(diào)整為110keV后，圖像偽影明顯減少; c) VR重建圖像; d) CT矢狀面重建圖像; e) CT冠狀面重建圖像; f) MIP重建圖像清晰顯示內(nèi)固定的走行、位置、牢固及愈合程度。

6.椎間盤突出與變性

腰椎間盤退行性變及其繼發(fā)的突出改變與腰背痛有明顯相關(guān)性[22]，因此快速并準(zhǔn)確的診斷很重要。多項(xiàng)研究表明與常規(guī)灰階CT相比，DECT可提供更詳細(xì)的腰椎椎體和椎間盤的病理信息[23]。Christian Booz等[24]的研究表明雙能量彩色編碼重建圖像對(duì)腰椎間盤突出癥的診斷準(zhǔn)確率要高得多。由于腰椎間盤雙能量顏色編碼重建圖像中腰椎間盤和腦脊液之間有清晰分界，檢測(cè)腰椎間盤突出癥的效果好，尤其用于檢測(cè)輕微的腰椎間盤突出癥的效果最好[25](圖8)。Yuki Shinohara等[26]的研究顯示椎間盤髓核的VNCa CT值與椎間盤退行性變的嚴(yán)重程度有顯著的相關(guān)性，VNCa CT值可以直接反映腰椎間盤退行性變的程度。

7.痛風(fēng)尿酸鹽結(jié)晶沉積

痛風(fēng)在我國(guó)的發(fā)病率逐年升高，已成為我國(guó)第二大代謝性疾病。痛風(fēng)的特征是MSU晶體在細(xì)胞外組織沉積。其中約15%的痛風(fēng)患者發(fā)生在脊柱，當(dāng)出現(xiàn)MSU沉積時(shí)，其累及腰椎(38.0%)、頸椎(24.8%)、胸椎(17.8%)和骶髂關(guān)節(jié)(9%)[27]。脊柱MSU沉積物(圖9)可在椎體、椎弓根、椎板、黃韌帶、脊間軟骨、椎間盤或椎管內(nèi)發(fā)現(xiàn)。DECT能有效識(shí)別不同組織的雙能量指數(shù)，MSU結(jié)晶的雙能量指數(shù)較低，而鈣鹽的雙能量指數(shù)較高[28]，因而對(duì)痛風(fēng)具有較高的診斷敏感性、特異性及診斷符合率[29]。

8.去金屬偽影

由于偽影的存在，MR和傳統(tǒng)CT在金屬內(nèi)固定患者中很難獲得高質(zhì)量的成像[30]，影響附近組織的顯示。因此，對(duì)脊柱金屬內(nèi)固定物可能引起的并發(fā)癥評(píng)估有限。DECT是一個(gè)非常實(shí)用的工具，可以有效減少金屬植入物偽影，得到高質(zhì)量的圖像，從而清晰顯示鄰近的骨骼、關(guān)節(jié)、軟組織及血管等(圖10)。

DECT在脊柱成像中發(fā)揮著越來越重要的作用，能提供傳統(tǒng)CT無法實(shí)現(xiàn)的后處理及定量分析技術(shù)，充分利用這些多參數(shù)雙能量技術(shù)，可為急慢性骨折、脊柱轉(zhuǎn)移瘤、椎間盤變性突出、脊柱關(guān)節(jié)炎等常見病變的診療過程中提供更多的診斷信息；另外對(duì)于脊柱MSU沉積、多發(fā)性骨髓瘤、淋巴瘤骨髓侵潤(rùn)等少見病變亦可進(jìn)行有效識(shí)別；再者對(duì)于骨折術(shù)后去金屬偽影，更好的進(jìn)行術(shù)后評(píng)估。