引用本文： 袁元, 黄子星, 宋彬. 双能量 CT 在胰腺成像中的应用进展. 中国普外基础与临床杂志, 2017, 24(6): 756-759. doi: 10.7507/1007-9424.201705022 复制
CT 是评价胰腺病变的重要手段，为胰腺疾病的诊断提供了全面、清晰及直观的影像学依据。双能量 CT（dual-energy computed tomography，DECT）除了具有传统 CT 的空间分辨率、密度分辨率和时间分辨率之外，还增加了能量分辨率的概念，在提供组织器官形态学信息的基础上，还能对组织器官的功能进行探索，从而实现了 CT 的功能成像。目前，DECT 的临床应用非常广泛。笔者现就 DECT 在胰腺成像中的应用进行综述。
1 DECT 的种类
DECT 技术可分别通过球管或探测器来实现。目前应用于临床的 DECT，一种是以双 X 线管为核心技术的双源 CT，另一种是以瞬时双 kVp 为核心技术的能谱 CT [1]。
1.1 双源 CT
双源 CT 具有两套相互独立的高压发生器（即 X 射线球管 A 和 B）和各自对应的数据采集系统（即各自的探测器组合），A、B 两个球管互成 90°安装在 CT 旋转机架内。两个 X 射线球管通过设定不同的曝光参数[2]（kV 和 mAs），对同一组织或者器官进行同步扫描，可以同时获得相同部位、相同层面的两种高、低不同光子能量水平的 CT 数据[3]。再根据不同光子能量下各种密度物质的衰减信息，通过加权融合得到 120 kV 图像，从而实现双能量成像的多种临床应用。
1.2 单源能谱 CT
宝石能谱 CT采用宝石探测器，核心技术是瞬时双 kVp 技术，通过单个球管在瞬时切换两个高低不同的能量（亚毫秒内瞬时切换 80 kVp 和 140 kVp）[4]，同时进行双能采集，获得不同能量的衰减数据，通过后处理分析得到能谱图像。
2 DECT 的成像原理
诊断用 X 射线能量范围内，X 射线与组织相互作用的主要方式包括光电吸收和康普顿散射。不同能量的 X 射线产生的光电效应和康普顿效应的比例不同，任何物质的 X 射线吸收曲线可以由两种基础物质 X 射线吸收曲线的权重和来表达。因此，DECT 通过两种不同能量（kV）的 X 射射线对被照物体进行扫描，利用被照物体在不同能量 X 射线下产生的衰减值具有差异的这一特性，通过计算分析，在二维能量空间内对被照物体进行定位和显示，从而实现 CT 双能量成像的应用。
3 DECT 在胰腺成像中的应用
目前，DECT 的临床应用日益广泛，一般可以分为三类[5]：第一类是物质分离，指通过分离，去除或者获得某种特殊物质的图像，比如双能量去除骨骼、去除钙化斑块、虚拟平扫（virtual non-enhanced，VNE）、碘图等[6-10]；第二类是物质识别和定量，指精确识别物质的存在和评估物质的数量，比如痛风结节的诊断、结石成分分析、肺灌注显像等[11-13]，以及碘含量的测定[14]；第三类是减低图像噪声，能提高图像质量，比如，单能谱技术（monoenergetic imaging）能减少金属伪影[15]，提高图像信噪比[16]。目前，DECT 在胰腺成像中的应用主要包括低管电压技术、VNE、碘图和单能谱成像几个方面。
3.1 低管电压技术
理论上讲，在较低的光子能量上采集图像时，光电吸收发生概率增加，而康普顿散射发生概率降低[17]，因此较高光子能量采集的图像，组织间对比度较小，而较低光子能量采集的图像，对比度较大。急性坏死性胰腺炎行增强 CT 扫描时坏死灶表现为已强化的胰腺实质内出现不增强的低密度区域，与周围无坏死的胰腺实质之间存在 CT 值的差异，形成良好的组织对比。增强 CT 图像上胰腺肿瘤与周围正常胰腺实质之间也存在着 CT 值的差异。通过 DECT 的低管电压技术，可以加大病灶和胰腺组织之间 CT 值的衰减，使病灶更加明显，有利于胰腺病灶的检出，同时大大降低患者接受的辐射剂量。
袁元等[18]对 32 例临床确诊为急性坏死性胰腺炎患者的 DECT 图像进行了回顾性分析，发现相较于 140 kV 和加权融合 120 kV 图像，80 kV 图像能够增大胰腺坏死灶和周围胰腺实质之间的 CT 差值，有利于发现胰腺实质中的坏死灶，尤其对早期微小坏死灶的发现更具有临床意义。Wichmann 等[19]回顾性分析了 66 例急性胰腺炎患者短期随访的双期增强 DECT 图像，发现与代表 120 kVp 的线性融合图像相比较，采用 100 kV 低管电压的单期增强 CT 扫描能为急性胰腺炎患者的短期随访提供足够的诊断信息，同时显著降低辐射剂量。Marin 等[20]前瞻性收集了 27 例胰腺肿瘤患者，比较了 DECT 低管电压（80 kVp）和高管电压（140 kVp）的图像，发现低管电压 80 kVp 图像的胰腺-肿瘤对比噪声比（contrast to noise ratio，CNR）更高，可增强胰腺和胰周血管的强化、提高肿瘤的显示并减少辐射剂量。
3.2 VNE 技术
DECT 扫描后得到的数据，通过双能量软件后处理分析，将物质分解成软组织、脂肪和碘，通过这三种基本物质分解的空间图来鉴别含碘像素。从图像中减除碘，就剩下 VNE 图像，其有可能替代传统的真实平扫（true non-enhanced，TNE）并减少射线剂量。因此，DECT VNE 技术具有两个主要优势：缩短检查时间和降低辐射剂量[21]，尤其是对于需要长期随访、接受多次 CT 检查的患者而言特别重要[22]。
袁元等[23]对 67 例行上腹部 CT 检查的患者进行 DECT 三期增强扫描（平扫、动脉期和门静脉期），发现胰腺 VNE 的图像质量接近于 TNE，并且动脉期 VNE 的图像质量优于门静脉期，在临床胰腺三期增强扫描中有可能替代 TNE，同时减少辐射剂量。Chu 等[24]对 44 例存在胰腺病灶的患者进行 DECT 三期增强扫描，采用五分法评估 TNE 和 VNE 的图像质量，并根据放射科医生对图像的总体印象来确定 VNE 图像能否替代 TNE 图像：1，完全取代；2，有限制；3，不能接受。结果发现有 90.9% 的 VNE 图像被评为可以完全取代 TNE，认为 DECT 能提供高质量的 VNE 图像来替代 TNE。Quiney 等[25]对 60 例可疑或确诊胰腺乏血供病变的患者进行了研究，在门静脉期采用双能量扫描，发现 DECT 具有与多排螺旋 CT 一致的诊断敏感度，同时 VNE 图像能够提供足够的诊断信息并且大大降低辐射剂量。
3.3 碘图技术
DECT 扫描时，碘的 X 射线衰减值在高、低两种不同能量下有明显的差异，而软组织的 X 射线衰减值没有明显变化，因此通过双能量软件的后处理分析，可以根据软组织、脂肪和碘三种基本物质分解的空间图来鉴别含碘像素。从图像中提出含碘像素，就得到显示组织内碘分布情况的碘图[26]，同时可进行碘含量的定量评估[27]。因此，碘图可以提供组织器官内碘对比剂分布的信息，同时定量分析组织器官的强化程度，有利于对病变定性或分级。
袁元等[28]回顾性分析了 67 例急性坏死性胰腺炎患者的 DECT 图像，发现与 80 kV、140 kV 和加权融合 120 kV 图像相比较，单独应用碘图并不能提高影像诊断医生对胰腺坏死灶的检出力，但碘图能更为敏感地显示胰腺实质中尚未完全坏死的低灌注区域（实质缺血区），有利于监测疾病的进展和转归。钱蓉等[29]进一步研究发现，急性坏死性胰腺炎患者的碘图与 120 kV 门静脉期图像相结合时，能显著提高对早期坏死灶诊断的主观判断能力，诊断的灵敏度明显优于单独使用 120 kV 图像。Lin 等[30]对比分析了 35 例胰岛瘤术前患者的 CT 图像，其中 14 例行常规 CT 检查，21 例行 DECT 检查，结果显示 DECT 对胰岛瘤术前诊断的敏感性优于常规 CT，碘图联合单能量成像能提高胰岛瘤术前诊断的敏感性。McNamara 等[31]回顾性分析了 46 例患者小胰腺癌病灶（<3 cm）的双能量图像，发现碘图的 CNR 最大；但是有研究者[28]认为造成碘图高对比噪声的原因是碘图上噪声明显低于其他图像，结合碘图主观诊断评分不高的结果，认为碘图的高 CNR 不一定有提高主观诊断能力的价值。
从以上研究可以看出，单独应用碘图的临床价值不大，但是碘图联合常规图像或者其他双能量后处理方式，能够大大提高胰腺病灶的检出率，因此碘图可以作为一种很有效的辅助诊断手段，帮助鉴别细微的强化程度改变。
3.4 单能谱技术
传统 CT 的 X 射线束是混合能量，由一组不同能量的单能光子组成。当混合能量的 X 射线束穿过被照物体时，低能量的光子被吸收，产生线束硬化伪影，影响图像质量。DECT 通过后处理，能够获得一定 keV 能量范围内、任意能量点的一系列不同单光子能量的虚拟单能谱图像[32]。在这种同一能量水平的单能量图像上，物质的衰减系数取决于物质本身的密度，因此同一物质的衰减系数是恒定的，避免了线束硬化效应的产生，从而降低了图像噪声，改善了图像质量。另外，还能通过 CNR 曲线选择对应 CNR 最大值的单能量能级（keV），该能级的单能量图像可以增加碘对比度，提高 CNR，获得最优化的低噪声、高对比图像，进而提高对病灶的检出能力。
多个研究[4, 33-34]均表明，DECT 的虚拟单能谱图像能够提高胰腺病灶的对比，有利于病灶的显示，但是各个不同的研究者之间对于单能谱能级的选择略有差异。Patel 等[4]认为 50 keV（40～77 keV）单能谱图像能够增加胰腺病灶的对比；Hardie 等[33]认为 55 keV 的单能谱图像能提高图像的主观诊断质量；而 McNamara 等[31]认为在小于 3 cm 的小胰腺癌中，52 keV 单能谱图像的肿瘤-非肿瘤对比最明显。此外，Yin 等[34]采用瞬时切换球管能量的能谱 CT 对 35 例患者（胰腺导管腺癌 20 例，慢性肿块性胰腺炎 15 例）进行双能量扫描，结果显示患者个性化的最佳 CNR 单能量图和标准化的碘浓度（病灶/主动脉碘含量）能提高鉴别两种疾病的敏感性和特异性。
3.5 其他应用
有的研究者[35]把 DECT 和其他技术结合起来，用于发现胰腺疾病，比如和灌注技术相结合。Li 等[35]运用 DECT 对 20 例胰腺癌患者进行全胰腺的低辐射剂量 CT 灌注，认为个性化的胰腺 DECT 扫描是发现胰腺导管腺癌的最好方法，同时，CT 检查总的有效剂量为 9.32～13.75 mSv。
4 DECT 的不足及应用前景
目前，DECT 成像技术能产生多种衍生序列，其临床应用前景广阔。在继续探索研究的同时，也应该认识到 DECT 存在的一些不足：首先，双源 CT 的 B 球管视野较小，虽然第二代双源 CT 的 B 球管视野从第一代的 26 cm2 增加到了 33.2 cm2，但对于个别肥胖患者而言，扫描时仍然难以覆盖整个兴趣区，有可能漏掉兴趣区周围的组织结构，所以扫描过程中应尽量将兴趣区置于扫描野的正中；其次，低能量图像对比度较高，但其噪声明显高于高能量图像，个别肥胖患者检查时可能出现图像噪声过大、影响诊断质量的情况；再次，能谱技术在肿瘤定性和鉴别诊断中的应用价值应该被理性地认识，不同类型的能谱曲线更多反映的是增强扫描时由血供不同导致的碘含量变化，并不能对肿瘤进行肯定的组织定性[36]。总之，随着理论的成熟和技术的完善，我们将继续在功能成像的领域探索和拓展 DECT，且DECT 在今后的科研和临床应用中有更加广阔的应用前景。
CT 是评价胰腺病变的重要手段，为胰腺疾病的诊断提供了全面、清晰及直观的影像学依据。双能量 CT（dual-energy computed tomography，DECT）除了具有传统 CT 的空间分辨率、密度分辨率和时间分辨率之外，还增加了能量分辨率的概念，在提供组织器官形态学信息的基础上，还能对组织器官的功能进行探索，从而实现了 CT 的功能成像。目前，DECT 的临床应用非常广泛。笔者现就 DECT 在胰腺成像中的应用进行综述。
1 DECT 的种类
DECT 技术可分别通过球管或探测器来实现。目前应用于临床的 DECT，一种是以双 X 线管为核心技术的双源 CT，另一种是以瞬时双 kVp 为核心技术的能谱 CT [1]。
1.1 双源 CT
双源 CT 具有两套相互独立的高压发生器（即 X 射线球管 A 和 B）和各自对应的数据采集系统（即各自的探测器组合），A、B 两个球管互成 90°安装在 CT 旋转机架内。两个 X 射线球管通过设定不同的曝光参数[2]（kV 和 mAs），对同一组织或者器官进行同步扫描，可以同时获得相同部位、相同层面的两种高、低不同光子能量水平的 CT 数据[3]。再根据不同光子能量下各种密度物质的衰减信息，通过加权融合得到 120 kV 图像，从而实现双能量成像的多种临床应用。
1.2 单源能谱 CT
宝石能谱 CT采用宝石探测器，核心技术是瞬时双 kVp 技术，通过单个球管在瞬时切换两个高低不同的能量（亚毫秒内瞬时切换 80 kVp 和 140 kVp）[4]，同时进行双能采集，获得不同能量的衰减数据，通过后处理分析得到能谱图像。
2 DECT 的成像原理
诊断用 X 射线能量范围内，X 射线与组织相互作用的主要方式包括光电吸收和康普顿散射。不同能量的 X 射线产生的光电效应和康普顿效应的比例不同，任何物质的 X 射线吸收曲线可以由两种基础物质 X 射线吸收曲线的权重和来表达。因此，DECT 通过两种不同能量（kV）的 X 射射线对被照物体进行扫描，利用被照物体在不同能量 X 射线下产生的衰减值具有差异的这一特性，通过计算分析，在二维能量空间内对被照物体进行定位和显示，从而实现 CT 双能量成像的应用。
3 DECT 在胰腺成像中的应用
目前，DECT 的临床应用日益广泛，一般可以分为三类[5]：第一类是物质分离，指通过分离，去除或者获得某种特殊物质的图像，比如双能量去除骨骼、去除钙化斑块、虚拟平扫（virtual non-enhanced，VNE）、碘图等[6-10]；第二类是物质识别和定量，指精确识别物质的存在和评估物质的数量，比如痛风结节的诊断、结石成分分析、肺灌注显像等[11-13]，以及碘含量的测定[14]；第三类是减低图像噪声，能提高图像质量，比如，单能谱技术（monoenergetic imaging）能减少金属伪影[15]，提高图像信噪比[16]。目前，DECT 在胰腺成像中的应用主要包括低管电压技术、VNE、碘图和单能谱成像几个方面。
3.1 低管电压技术
理论上讲，在较低的光子能量上采集图像时，光电吸收发生概率增加，而康普顿散射发生概率降低[17]，因此较高光子能量采集的图像，组织间对比度较小，而较低光子能量采集的图像，对比度较大。急性坏死性胰腺炎行增强 CT 扫描时坏死灶表现为已强化的胰腺实质内出现不增强的低密度区域，与周围无坏死的胰腺实质之间存在 CT 值的差异，形成良好的组织对比。增强 CT 图像上胰腺肿瘤与周围正常胰腺实质之间也存在着 CT 值的差异。通过 DECT 的低管电压技术，可以加大病灶和胰腺组织之间 CT 值的衰减，使病灶更加明显，有利于胰腺病灶的检出，同时大大降低患者接受的辐射剂量。
袁元等[18]对 32 例临床确诊为急性坏死性胰腺炎患者的 DECT 图像进行了回顾性分析，发现相较于 140 kV 和加权融合 120 kV 图像，80 kV 图像能够增大胰腺坏死灶和周围胰腺实质之间的 CT 差值，有利于发现胰腺实质中的坏死灶，尤其对早期微小坏死灶的发现更具有临床意义。Wichmann 等[19]回顾性分析了 66 例急性胰腺炎患者短期随访的双期增强 DECT 图像，发现与代表 120 kVp 的线性融合图像相比较，采用 100 kV 低管电压的单期增强 CT 扫描能为急性胰腺炎患者的短期随访提供足够的诊断信息，同时显著降低辐射剂量。Marin 等[20]前瞻性收集了 27 例胰腺肿瘤患者，比较了 DECT 低管电压（80 kVp）和高管电压（140 kVp）的图像，发现低管电压 80 kVp 图像的胰腺-肿瘤对比噪声比（contrast to noise ratio，CNR）更高，可增强胰腺和胰周血管的强化、提高肿瘤的显示并减少辐射剂量。
3.2 VNE 技术
DECT 扫描后得到的数据，通过双能量软件后处理分析，将物质分解成软组织、脂肪和碘，通过这三种基本物质分解的空间图来鉴别含碘像素。从图像中减除碘，就剩下 VNE 图像，其有可能替代传统的真实平扫（true non-enhanced，TNE）并减少射线剂量。因此，DECT VNE 技术具有两个主要优势：缩短检查时间和降低辐射剂量[21]，尤其是对于需要长期随访、接受多次 CT 检查的患者而言特别重要[22]。
袁元等[23]对 67 例行上腹部 CT 检查的患者进行 DECT 三期增强扫描（平扫、动脉期和门静脉期），发现胰腺 VNE 的图像质量接近于 TNE，并且动脉期 VNE 的图像质量优于门静脉期，在临床胰腺三期增强扫描中有可能替代 TNE，同时减少辐射剂量。Chu 等[24]对 44 例存在胰腺病灶的患者进行 DECT 三期增强扫描，采用五分法评估 TNE 和 VNE 的图像质量，并根据放射科医生对图像的总体印象来确定 VNE 图像能否替代 TNE 图像：1，完全取代；2，有限制；3，不能接受。结果发现有 90.9% 的 VNE 图像被评为可以完全取代 TNE，认为 DECT 能提供高质量的 VNE 图像来替代 TNE。Quiney 等[25]对 60 例可疑或确诊胰腺乏血供病变的患者进行了研究，在门静脉期采用双能量扫描，发现 DECT 具有与多排螺旋 CT 一致的诊断敏感度，同时 VNE 图像能够提供足够的诊断信息并且大大降低辐射剂量。
3.3 碘图技术
DECT 扫描时，碘的 X 射线衰减值在高、低两种不同能量下有明显的差异，而软组织的 X 射线衰减值没有明显变化，因此通过双能量软件的后处理分析，可以根据软组织、脂肪和碘三种基本物质分解的空间图来鉴别含碘像素。从图像中提出含碘像素，就得到显示组织内碘分布情况的碘图[26]，同时可进行碘含量的定量评估[27]。因此，碘图可以提供组织器官内碘对比剂分布的信息，同时定量分析组织器官的强化程度，有利于对病变定性或分级。
袁元等[28]回顾性分析了 67 例急性坏死性胰腺炎患者的 DECT 图像，发现与 80 kV、140 kV 和加权融合 120 kV 图像相比较，单独应用碘图并不能提高影像诊断医生对胰腺坏死灶的检出力，但碘图能更为敏感地显示胰腺实质中尚未完全坏死的低灌注区域（实质缺血区），有利于监测疾病的进展和转归。钱蓉等[29]进一步研究发现，急性坏死性胰腺炎患者的碘图与 120 kV 门静脉期图像相结合时，能显著提高对早期坏死灶诊断的主观判断能力，诊断的灵敏度明显优于单独使用 120 kV 图像。Lin 等[30]对比分析了 35 例胰岛瘤术前患者的 CT 图像，其中 14 例行常规 CT 检查，21 例行 DECT 检查，结果显示 DECT 对胰岛瘤术前诊断的敏感性优于常规 CT，碘图联合单能量成像能提高胰岛瘤术前诊断的敏感性。McNamara 等[31]回顾性分析了 46 例患者小胰腺癌病灶（<3 cm）的双能量图像，发现碘图的 CNR 最大；但是有研究者[28]认为造成碘图高对比噪声的原因是碘图上噪声明显低于其他图像，结合碘图主观诊断评分不高的结果，认为碘图的高 CNR 不一定有提高主观诊断能力的价值。
从以上研究可以看出，单独应用碘图的临床价值不大，但是碘图联合常规图像或者其他双能量后处理方式，能够大大提高胰腺病灶的检出率，因此碘图可以作为一种很有效的辅助诊断手段，帮助鉴别细微的强化程度改变。
3.4 单能谱技术
传统 CT 的 X 射线束是混合能量，由一组不同能量的单能光子组成。当混合能量的 X 射线束穿过被照物体时，低能量的光子被吸收，产生线束硬化伪影，影响图像质量。DECT 通过后处理，能够获得一定 keV 能量范围内、任意能量点的一系列不同单光子能量的虚拟单能谱图像[32]。在这种同一能量水平的单能量图像上，物质的衰减系数取决于物质本身的密度，因此同一物质的衰减系数是恒定的，避免了线束硬化效应的产生，从而降低了图像噪声，改善了图像质量。另外，还能通过 CNR 曲线选择对应 CNR 最大值的单能量能级（keV），该能级的单能量图像可以增加碘对比度，提高 CNR，获得最优化的低噪声、高对比图像，进而提高对病灶的检出能力。
多个研究[4, 33-34]均表明，DECT 的虚拟单能谱图像能够提高胰腺病灶的对比，有利于病灶的显示，但是各个不同的研究者之间对于单能谱能级的选择略有差异。Patel 等[4]认为 50 keV（40～77 keV）单能谱图像能够增加胰腺病灶的对比；Hardie 等[33]认为 55 keV 的单能谱图像能提高图像的主观诊断质量；而 McNamara 等[31]认为在小于 3 cm 的小胰腺癌中，52 keV 单能谱图像的肿瘤-非肿瘤对比最明显。此外，Yin 等[34]采用瞬时切换球管能量的能谱 CT 对 35 例患者（胰腺导管腺癌 20 例，慢性肿块性胰腺炎 15 例）进行双能量扫描，结果显示患者个性化的最佳 CNR 单能量图和标准化的碘浓度（病灶/主动脉碘含量）能提高鉴别两种疾病的敏感性和特异性。
3.5 其他应用
有的研究者[35]把 DECT 和其他技术结合起来，用于发现胰腺疾病，比如和灌注技术相结合。Li 等[35]运用 DECT 对 20 例胰腺癌患者进行全胰腺的低辐射剂量 CT 灌注，认为个性化的胰腺 DECT 扫描是发现胰腺导管腺癌的最好方法，同时，CT 检查总的有效剂量为 9.32～13.75 mSv。
4 DECT 的不足及应用前景
目前，DECT 成像技术能产生多种衍生序列，其临床应用前景广阔。在继续探索研究的同时，也应该认识到 DECT 存在的一些不足：首先，双源 CT 的 B 球管视野较小，虽然第二代双源 CT 的 B 球管视野从第一代的 26 cm2 增加到了 33.2 cm2，但对于个别肥胖患者而言，扫描时仍然难以覆盖整个兴趣区，有可能漏掉兴趣区周围的组织结构，所以扫描过程中应尽量将兴趣区置于扫描野的正中；其次，低能量图像对比度较高，但其噪声明显高于高能量图像，个别肥胖患者检查时可能出现图像噪声过大、影响诊断质量的情况；再次，能谱技术在肿瘤定性和鉴别诊断中的应用价值应该被理性地认识，不同类型的能谱曲线更多反映的是增强扫描时由血供不同导致的碘含量变化，并不能对肿瘤进行肯定的组织定性[36]。总之，随着理论的成熟和技术的完善，我们将继续在功能成像的领域探索和拓展 DECT，且DECT 在今后的科研和临床应用中有更加广阔的应用前景。