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1、双能（能双能（能谱）CT的的临床床应用用能谱CT分析泌尿结石成份新进展l一、CT发展史l二、双能CT的成像原理l三、能三、能谱 CT的的临床床应用价用价值l四、能谱CT的临床应用范围l五、五、泌尿系泌尿系统的的应用用进展展一、CT发展史l自 20 世纪 70 年代问世以来，CT 是医学影像学中进步最快的技术之一。在将近 40 年的发展历程里，CT 技术经历了以下4次革命性的进步。l第一次第一次,上世纪 80 年代l特点：a、扫描部位的延伸，b、气体探测器技术的不断改进图像质量不断提高，c、1987 年固体探测器的诞生图像质量实现质的飞跃，空间分辨率达到了0.5mm。l第二次第二次，20 世纪
2、90 年代螺旋CT 时代l重点：集中在扫描速度的提高，1995 年突破 1s 1997 年2年突破0.5s。l第三次第三次，1998 年至 2008 年的多排螺旋 CT 时代l特点：探测器排数摩尔定理不断增加，由 4 排迅速 64 排，不但能够高分辨地显示静态图像，也使心脏冠状动脉成像的质量达到了较好水平。l第四次，第四次，CT 能量成像。能量成像。实际上产生于 20 世纪 70 年代，80年代开展了双能量减影临床研究，因受成像技术的限制，临床未能广泛应用。l2009 年出现的以瞬时双 kVp 为核心技术的能谱 CT 成像（或双源CT），为现今能谱成像更广阔的临床应用和研究创造了可能。双能量双
3、能量CT（DECT）的技的技术优势及原理及原理l双能量CT 技术最早出现在20世纪70年代,由于受当时CT 分辨率等的限制以及球管在低电压下输出的能量达不到高千伏的一致性,未得到广泛应用。l以双源以双源CT为例，例，在旋转的机架内安装了2个相隔 90度的球管及 2套对应的探测器系统,一个探测器(A)覆盖整个扫描视野(直径 50 cm),而另一个探测器(B)仅限于中心更小的视野(直径26 cm),2个X 线球管可以独立的电压和电流运行,因而可采集双能量数据。l双源CT系统示意图l注：左左图：双源CT的图像采集系统。右右图：双源CT的能谱仿真图。双源CT的双能采集组合除了80 kVp和140 kV
4、p外，还有80 kVp和100 kVp，80 kVp和Syn 140 kVp（加锡滤线镜）。CT双能量成像方法？l仍以双源仍以双源为例：例：是利用双源是利用双源 CT相互垂直的两个球管相互垂直的两个球管发出的两出的两种不同能量的射种不同能量的射线进行同步螺行同步螺旋旋扫描描,通通过探探测器接受后器接受后对不不同能量下所采集的各种密度物同能量下所采集的各种密度物质的衰减信息的衰减信息进行分析的一种行分析的一种新的新的 CT成像方法。成像方法。l目前,双源 CT双能量成像所使用的管电压是 80 kVp和 140 kVp。因为 X 线的衰减取决于 X线的能量l 当用 80 kVp和 140 kVp的
5、 X 线对同一组织进行扫描时的 X 线衰减不同。l不同的被不同的被扫描描组织的的 X线衰减也衰减也会不同。会不同。比如说低能量 X线，碘的衰减系数最大,而在高能 X 线条件下,其衰减系数就减少了一半以上。而气体的衰减系数,与高能 X线相比,在低能 X 线条件下几乎无变化。DECT即是利用即是利用上述原理上述原理进行成像的行成像的l比方：比方：相同重量的棉布（相同重量的棉布（80 kVp）比尼）比尼龙布（布（140 kVp）吸水多；棉球吸水比棉布多，尼吸水多；棉球吸水比棉布多，尼龙球与尼球与尼龙布吸水差布吸水差别小。小。根据根据吸水性能区分棉制品与尼吸水性能区分棉制品与尼龙制品。制品。能能谱图像
6、的形成？像的形成？l在 CT 图像中,组织之间的差异取决于它们对射线的衰减,在诊断性 CT 所使用的 X 线能量范围内,X线在穿过人体组织的过程中,主要发生光电吸收效应和康普顿散射效应而衰减,光电吸收效应的强度与被曝物质的原子量及 X 线光子的能量相关,X 线光子能光子能量衰减主要是量衰减主要是对钙、骨骼、骨骼、碘造影碘造影剂等高密度物等高密度物质的的衰减衰减,l常常规 CT 所得到的所得到的图像中像中包含上述两种衰减效包含上述两种衰减效应的的综合信息合信息。软组织的 CT 值随 X线能量的变化不明显,而高原子物质的 CT 值随 X 线能量变化显著,因此,可利用不同能量的可利用不同能量的X 线
7、以以及及组织相相对应的的 CT值变化化,得出能体得出能体现组织化学成分化学成分的所的所谓组织特性特性图像像 l目前目前实现 CT 双能量双能量成像的方法包括哪些成像的方法包括哪些？l(1)常常规单源源 CT：不同kV 条件两次连续扫描l(2)DSCT：两个球管在不同 kV 条件同时扫描l(3)能能谱 CT 的快速的快速 kV 切切换技技术l(4)双双层“三明治三明治”探探测器器 CT：一次扫描，不同层的探测器接受不同能量 X 线，还处于研发阶段l 双源CT系统示意图l注：左图：双源CT的图像采集系统。右图：双源CT的能谱仿真图。双源CT的双能采集组合除了80 kVp和140 kVp外，还有80
8、 kVp和100 kVp，80 kVp和Syn 140 kVp（加锡滤线镜）。l快速kVp切换技术示意图l注：左左图：理想条件下，受脉冲波驱使管电压在单圈旋转中来回在80kVp和140kVp之间切换。右右图：快速kVp切换技术中双能谱示仿真图。管电流不能自适应管电压的变化导致两能谱区分不好，甚至低能谱完全被高能谱覆盖。l不同不同CT 双能量成像的双能量成像的方法比方法比较l常常规单源源 CT 双能量成像双能量成像l技术限制：需要进行高能和低能两次扫描；呼吸运动等原因易导致两次数据的空间位置不能完全匹配；扫描时间长。lDSCT（双源）：（双源）：l很好的解决了常很好的解决了常规单源源 CT 双能
9、量成像的不足双能量成像的不足l有两个 X 线球管和两组对应的探测器l两组系统呈 90角安装在机架上，两个球管能同时同层扫描l一次采集后对探测器接受的不同组织的衰减信息进行分析处理，实现双能量成像。l两代两代DSCT的区的区别l第一代 DSCT 球管电压一般分别设为 80 和 140 kV，为保证低 kV 球管输出足够的X线光子能量，其管电流约为高kV球管的34倍。（剂量大）l第二代DSCT双能量扫描时球管电压为 100 和 140 kV。扫描获得的高能和低能图像数据可按照一定比例重建融合图像，其图像质量与单源 120 kV 图像类似，能用于病能用于病变的常的常规诊断。断。l宝石能宝石能谱CTl
10、是一种单源源CTl它的动态变焦球管可以在0.5ms内实现高低电压的切换l相对其它单源CT只有混合能量的图像，其能谱技术可得到101个单能谱图像(40 keV至140 keV)及基物质(水、碘、钙等)图像l通过观察单能谱下物质的衰减曲线区分物质成分l2010RSNA会议上有学者报道，基物质成像技术对于鉴别结石成分石成分有很好的敏感性，能够克服人体体型的外在干扰。l双双层“三明治三明治”探探测器器CTl通通过探探测器器实现光光谱分离分离l上层探测器吸收低能X线能量光谱l下层探测器吸收高能X线能量光谱l相关研究显示双层“三明治”探测器CT：l能区分体内的能区分体内的尿酸尿酸结石石、胱氨酸胱氨酸结石和
11、石和含含钙结石石 双能量双能量CT技技术应用的主要用的主要领域域?l(5)结石成分定性分析；石成分定性分析；l(6)血管硬斑块显示及去除；l(7)心肌灌注技术；l(8)肺结节分析。n n(1)(1)直接血管造影和去直接血管造影和去骨功能；金属伪影及骨功能；金属伪影及硬化伪影去除硬化伪影去除n n(2)(2)虚拟平扫；虚拟平扫；n n(3)(3)肺容积灌注；肺容积灌注；n n(4)(4)显示肌腱、软骨和显示肌腱、软骨和钙化；钙化；虚虚拟平平扫:显示泌尿示泌尿结石石图图 1 1 男男,38,38 岁岁,左侧输尿管结石左侧输尿管结石 A.A.普通横断面普通横断面 CT CT 平扫检出输尿管下段平扫检
12、出输尿管下段结石结石;B.MPR;B.MPR 重建显示出盆段输尿管结石及上段扩张输尿管重建显示出盆段输尿管结石及上段扩张输尿管;C.;C.排泄期排泄期双能量扫描后去除对比剂后得出双能量扫描后去除对比剂后得出 VNC T VNC T 轴位图像显示出结石轴位图像显示出结石;D.VNCT;D.VNCT 数据数据 MPR MPR 重建出结石及扩张的输尿管重建出结石及扩张的输尿管,与常规与常规CT CT 平扫和增强图像类似平扫和增强图像类似图图 1 1 男男,38,38 岁岁,左左侧输侧输尿管尿管结结石石 A.A.普通横断面普通横断面 CT CT 平平扫检扫检出出输输尿管尿管下段下段结结石石;B.MPR
13、;B.MPR 重建重建显显示出盆段示出盆段输输尿管尿管结结石及上段石及上段扩张输扩张输尿管尿管;C.;C.排排泄期双能量泄期双能量扫扫描后去除描后去除对对比比剂剂后得出后得出 VNC T VNC T 轴轴位位图图像像显显示出示出结结石石;D.;D.VNCT VNCT 数据数据 MPR MPR 重建出重建出结结石及石及扩张扩张的的输输尿管尿管,与常与常规规CT CT 平平扫扫和增和增强图强图像像类类似似结石成分定性分析石成分定性分析:图图.实验中将不同成份肾结石放入新鲜猪肾脏中，能谱扫描，可以观察出不同成份实验中将不同成份肾结石放入新鲜猪肾脏中，能谱扫描，可以观察出不同成份结石的能谱曲线不同，其
14、物质分离钙水散点分布图各不相同，结石的能谱曲线不同，其物质分离钙水散点分布图各不相同，CaPCaP、STRSTR、COXCOX、CYSCYS及及UAUA分别代表磷酸钙结石、鸟粪石、草酸钙结石、胱氨酸结石及尿素结石。分别代表磷酸钙结石、鸟粪石、草酸钙结石、胱氨酸结石及尿素结石。金属金属金属金属伪伪影及硬化影及硬化影及硬化影及硬化伪伪影去除影去除影去除影去除:图图 2 120 k eV 2 120 k eV 时软组织窗时软组织窗(图图 A)A)和骨窗和骨窗(B)(B)图像图像 图图3 3 混合能量混合能量(140 kVp)(140 kVp)时软组织时软组织窗窗(A)(A)和骨窗和骨窗(B)(B)图
15、图像像 图图4 70 k eV 4 70 k eV 时软组织时软组织窗窗(A)(A)和骨窗和骨窗(B)(B)图图像像图图 1A C 1A C 分分别为别为双能未去骨双能未去骨 3D3D图图像、像、传统传统自自动动去骨去骨 M I PM I P图图像、像、双双能去骨能去骨 M IPM IP图图像像,此患者双此患者双侧侧腓腓动动脉上段脉上段显显示示,中下段中下段闭闭塞塞 (黑箭黑箭 ),B),B图图右右侧胫侧胫前前动动脉下段及右脉下段及右侧侧足背足背动动脉去骨脉去骨时误时误去掉去掉(白箭白箭 )直接血管造影和去骨功能直接血管造影和去骨功能:图图1 1双能双能 C T C T 膝关膝关节扫节扫描描显
16、显示示韧带韧带的的图图像像 A.VRT A.VRT 图图像像显显示前交叉示前交叉韧带韧带;B.VRT;B.VRT 图图像像显显示后交叉示后交叉韧带韧带显示肌腱、软骨和钙化:血管硬斑块显示及去除:图图 1 1 患者患者,女女,57,57 岁岁,发作性心前区疼痛不适发作性心前区疼痛不适 3 3 天。天。DSCT DSCT 心胸联合造影心胸联合造影,冠状动脉冠状动脉 VRT VRT 冠脉束靶重组图像可清晰地显示右冠状动脉及左冠状动脉的多发狭窄及回旋支的冠脉束靶重组图像可清晰地显示右冠状动脉及左冠状动脉的多发狭窄及回旋支的支架影支架影 图图 2 2 同一患者的同一患者的 SCA SCA 图像右冠状动脉
17、亦可显示与图像右冠状动脉亦可显示与 DSCT DSCT 相似的多发狭窄相似的多发狭窄肺容肺容积灌注灌注:图图3 3 女女 岁岁 慢性肾小球肾炎慢性肾小球肾炎 横轴面双能量肺灌注图像横轴面双能量肺灌注图像 示右上肺示右上肺外周性肺灌注缺损外周性肺灌注缺损 箭箭 肺血管增强软件显示相应部位血管被编码为红色肺血管增强软件显示相应部位血管被编码为红色 箭箭图图 1 DEPI 1 DEPI 示右肺中叶片状灌注稀疏示右肺中叶片状灌注稀疏(A,(A,紫圈紫圈),CT),CT PA PA 图图像像见见右肺中叶肺右肺中叶肺动动脉内脉内见见低密度充盈缺低密度充盈缺损损(B,(B,白箭白箭)l能能谱 CT的的临床床
18、应用价用价值l1 去除硬化去除硬化伪影影：总体上 CT 图像伪影分为扫描过程中产生的伪影和 CT 本身系统有关的伪影，对图像质量影响最显著的伪影有金属伪影和射线束硬化伪影。l伪影影产生的机理生的机理 ：CT CT 成像中成像中所所选择管管电压只是一个峰只是一个峰值电压，实际表达表达为一一连续 kV kV 值的混合的混合电压，产生的生的 X X 线光子光子也是由不同能量的光子构成，也是由不同能量的光子构成，在在经过密度密度较高的物高的物质衰减后，衰减后，低能量的光子比高能量的光子低能量的光子比高能量的光子被衰减吸收得更多，因此透被衰减吸收得更多，因此透过物体的物体的 X X 线光子被光子被“硬化
19、硬化”最最终在致密物体附近在致密物体附近产生暗影或条生暗影或条纹影，使影，使图像像质量明量明显减低，减低，甚至无法甚至无法诊断。断。l金属金属伪影、致密骨影、致密骨边缘的硬化的硬化伪影、高密度影、高密度对比比剂的硬化的硬化伪影，自影，自CT CT 应用用 40 40 年来都未解年来都未解决，决，给诊断断带来来许多困多困难 。图图1.1.能能谱谱CTCT在硬化在硬化伪伪影的去除中的影的去除中的应应用，用，图图中中 A A为为定位像定位像显显示患者右示患者右侧胫侧胫骨骨折后骨骨折后外固定器影，外固定器影，B B为为混合能混合能谱谱常常规规CTCT图图像由于外固定金属像由于外固定金属伪伪影右影右侧胫
20、侧胫骨骨结结构及周构及周围软组围软组织织情况无法情况无法观观察，察，C C为单为单能量能量MARsMARs技技术术后后显显示示图图像，金属硬化像，金属硬化伪伪影明影明显显消除，可消除，可以清晰以清晰显显示金属示金属钉钉在右在右侧胫侧胫骨中的位置及右骨中的位置及右侧胫侧胫骨骨骨骨质质及周及周围软组围软组情况情况l能能谱 CT 单能量成像以及去能量成像以及去伪影技影技术（metal articacts reduction systemMARs）优点点：可以纠正 X 线扫描金属后产生的“光子光子饥饿”现象而导致的低信号，可以对金属及金属周边的组织提供准确的投射数据，能有效抑制常见的金属伪影及其他射线
21、硬化伪影。l因此：利用因此：利用CT 能能谱单能量能量图像像结合合 MARs 能消除硬化能消除硬化伪影，能影，能够在在颅脑成成像像、颅内内脑动脉瘤栓脉瘤栓塞塞术后后及及骨与关骨与关节金金属植入物复属植入物复查中中获得得良好的成像效果，良好的成像效果，为临床床诊断提供有效信断提供有效信息息。n n国内有学者研究结果表明，国内有学者研究结果表明，70keV 70keV 是颅脑是颅脑 CT CT 成像的成像的最佳能量水平，与常规混合最佳能量水平，与常规混合能量图像相比，能够降低图能量图像相比，能够降低图像的背景噪声和后颅窝的硬像的背景噪声和后颅窝的硬化伪影。能谱成像技术能准化伪影。能谱成像技术能准确
22、校正距离金属确校正距离金属 3cm 3cm 范围范围的伪影，并提供准确的的伪影，并提供准确的 CTCT值，对于减少术后金属伪影值，对于减少术后金属伪影具有以往具有以往 CT CT 无法比拟的优无法比拟的优势。势。l碘是 CT 增强对比剂的主要成分，CT 能谱成像可以对基物质（水，碘，尿尿酸酸）进行物质密度成像和定量分析。l常规 CT 无法显示肺实质血流灌注的分布状态，而 CT 能谱成像碘基图可以有效反映肺实质血流动力学的变化，可同时提供解剖和功能信息。肺栓塞在碘基图上的直观表现为肺组织局部密度低于周围组织，提示该部位血流灌注缺失或降低。l吴华伟 等研究结果显示 CT 能谱成像可以一次扫描为肺栓
23、塞提供定性、定量分析，其 FOV 大，碘基物质图的定量分析能提供更为客观和科学的依据，可以作为评价病变程度以及指导治疗的有效手段。对于发现微小栓塞以及微小栓塞以及隐匿匿性部位肺栓塞性部位肺栓塞有潜在临床意义及应用前景。n n2 进行物质定量分析进行物质定量分析：图图 1 DEPI 1 DEPI 示右肺中叶片状灌注稀疏示右肺中叶片状灌注稀疏(A,(A,紫圈紫圈),CT),CT PA PA 图图像像见见右肺中叶肺右肺中叶肺动动脉内脉内见见低密度充盈缺低密度充盈缺损损(B,(B,白箭白箭)l国内学者初步研究国内学者初步研究结果表明，能果表明，能谱 CT 在在结节性甲状腺性甲状腺肿、滤泡泡性腺瘤与乳性
24、腺瘤与乳头状癌的能状癌的能谱表表现不不一致。一致。CT 能能谱成像可能在成像可能在结节性甲状腺性甲状腺肿、甲状腺腺瘤与甲状、甲状腺腺瘤与甲状腺癌的腺癌的鉴别诊断中断中发挥一定的作一定的作用。用。lCT 能能谱成像利用物成像利用物质分离的碘基分离的碘基图像可以直接像可以直接测量甲状腺的碘量甲状腺的碘浓度，度，也可以同也可以同时测量周量周围其他正常其他正常组织的碘的碘浓度并用其比度并用其比值来来评估甲状腺估甲状腺功能。功能。n n甲状腺具有从血甲状腺具有从血液中摄取碘的功液中摄取碘的功能，人体内能，人体内 20%20%的碘存在的碘存在于甲状腺中，测于甲状腺中，测量体内碘浓度可量体内碘浓度可以反映近
25、期的碘以反映近期的碘摄入量及身体内摄入量及身体内的碘储存量，以的碘储存量，以往的测量方法大往的测量方法大多是测量尿碘水多是测量尿碘水平、测量甲状腺平、测量甲状腺吸碘率等来间接吸碘率等来间接反映体内碘浓度，反映体内碘浓度，以上方法受饮食以上方法受饮食影响较大。影响较大。l能谱 CT 也可以对钙、尿、尿酸等其他物酸等其他物质进行定量分行定量分析析，实现骨钙含量测定、尿酸含量测量等，有可能对骨质疏松程度的判断，陈旧性骨折、新鲜性骨折的鉴别、泌尿系泌尿系结石成份石成份的分析的分析及痛风病人痛风结节成分析的分中发挥一定的作用。l能谱成像能够同时获得40140keV 共 101 个不同 keV 的单能量图
26、像和物质分离图像l单能量能量图像在不同能量像在不同能量水平具有不同的特征水平具有不同的特征l低能量水平的 X 线穿透力低，图像上组织的对比增强，但噪声增高l高能量水平的高能量水平的 X 线穿穿透力高，透力高，图像上硬化像上硬化伪影少，但影少，但对组织的的对比比减弱减弱l选择合适的能量水平对提高单能量图像上病灶的检出很重要。l叶晓华研究：能谱 CT70keV 单能量图像通过改善图像质量并增加肿瘤和肝实质的对比，有利于肝脏肿瘤的检出，对小病灶的检出更为敏感。l吕培杰研究：能谱 单能量成像作为一种检测小肝癌的方法，可以在不降低图像质量的前提下显著提高小肝癌病灶的对比噪声比，有利于小肝癌的检出。n n
27、3提高小病灶检出率提高小病灶检出率l能能谱 CT基基础实验：l常规 CT 中 CT 值相同的糖水和盐水，其单能量衰减曲线却不一样，说明单能量衰减曲线有助于有助于鉴别不同成分的物不同成分的物质。l不同脏器的肿瘤、同一脏器不同组织起源的肿瘤、同一肿瘤内的不同组织成分：各自单能量衰减曲线不同；物质分离图像、物质含量分布图（散点图、直方图）的表现也不同；l通过综合分析这些能谱特征，有助于肿瘤的定位、定性及分级的诊断。l肿瘤 TNM 分期对于临床处理方案的制定及预后非常重要。l手术前做到准确的 TNM 分期很困难。lCT能谱成像综合分析有望在肿瘤的浸润程度、肿瘤的病理类型、恶性程度、淋巴结的转移及远处转
28、移灶的诊断方面提供有效信息，有助于有助于肿瘤瘤诊断与治断与治疗。n n4 4 用于肿瘤的定位、用于肿瘤的定位、用于肿瘤的定位、用于肿瘤的定位、定性与分级定性与分级定性与分级定性与分级图图例：例：例：例：患者患者患者患者发现发现胰腺占位性病胰腺占位性病胰腺占位性病胰腺占位性病变变考考考考虑虑胰腺癌。肝胰腺癌。肝胰腺癌。肝胰腺癌。肝脏脏多多多多发发低密度灶，通低密度灶，通低密度灶，通低密度灶，通过过能能能能谱谱曲曲曲曲线线分析，肝分析，肝分析，肝分析，肝脏脏左外叶低密度病灶和胰腺的病灶的能左外叶低密度病灶和胰腺的病灶的能左外叶低密度病灶和胰腺的病灶的能左外叶低密度病灶和胰腺的病灶的能谱谱曲曲曲曲线
29、线非常相似，大部分非常相似，大部分非常相似，大部分非常相似，大部分重叠，重叠，重叠，重叠，说说明有相同明有相同明有相同明有相同/相似的成分相似的成分相似的成分相似的成分病理病理病理病理证实为证实为胰胰胰胰头头癌肝内癌肝内癌肝内癌肝内转转移移移移l林林晓珠等研究：珠等研究：l胰腺寡囊型浆液性囊腺瘤与胰腺粘液性肿瘤的囊性部分在 CT 能谱成像上具有不同特征，lCT 能谱成像多参数联合诊断可以准确区分胰腺寡囊型浆液性囊腺瘤与胰腺粘液性肿瘤。l刘金刘金刚等的研究：等的研究：lCT 能能谱成像通成像通过应用碘用碘含量及低能量下的含量及低能量下的 CT 值，对不同来源的不同来源的转移性淋巴移性淋巴结的的鉴
30、别有有较大意大意义，l70keV 单能量能量图像像显示示肿大大转移性淋巴移性淋巴结最清楚。最清楚。l张晓鹏等研究：等研究：l胃癌和正常胃壁具有不同胃癌和正常胃壁具有不同的能的能谱曲曲线，l能能谱曲曲线的的变化化规律可反律可反映映肿瘤在胃周脂肪瘤在胃周脂肪间隙内隙内浸浸润的范的范围，胃周脂肪的，胃周脂肪的碘碘浓度度变化与癌化与癌肿浸浸润程程度存在相关性。度存在相关性。lLv 等研究：等研究：l测量量规范化碘范化碘浓度度（NIC）和病灶）和病灶-正常正常组织比例（比例（LNR）发现：小血管瘤患者与小肝癌患小血管瘤患者与小肝癌患者之者之间存在存在显著差异，著差异，l提示能提示能谱 CT 能能够提高小
31、提高小血管瘤与小肝癌血管瘤与小肝癌鉴别诊断断的敏感性。的敏感性。图图例例.肝癌介入后复肝癌介入后复查查，50keV50keV单单能能图图像不像不仅仅能能够够去除介入去除介入病灶区引起的碘硬化病灶区引起的碘硬化伪伪影而且能影而且能够够更清晰更清晰显显示更多病灶示更多病灶l张晓鹏等研究：等研究：l分析原发性肺癌、肺门及纵膈淋巴结的能谱特征，并与病理组织学对照l良性淋巴结与原发灶能谱曲线特征存在明显差异l转移淋巴结与原发灶的曲线形态具有高度的一致性。l总之，能之，能谱技技术已已经在在许多多领域展示出其域展示出其临床床应用用价价值l这些新的成果正在丰富着些新的成果正在丰富着影像学的内容，影像学的影像学
32、的内容，影像学的研究和研究和认识也将随之也将随之发生生重大的重大的变化化lCT从从传统单一形一形态学学CT走向多元化的走向多元化的CT时代。代。l双能双能CT在泌尿在泌尿结石的石的应用用 l 美国每年大约有 90万人患症状性泌尿系结石,每年因此而产生的医疗费用大约 53亿美元。l我国估计尿石症的年发病率为 120/10万 6020/10万,估计每年至少有 120万新发尿石症患者。l以往腹部平片、排泄性尿路造影是诊断泌尿系结石的主要技术,l 近年来随着 CT技术的进展,平扫和增强 CT逐步取代以往的检查手段,成为检测泌尿系结石以及评价尿路梗阻、肾功能的主要技术。l近两年，国内外许多大医院开始装备
33、可以开展双能成像的高端CT。l国内外不少泌尿影像国内外不少泌尿影像学者开展了能学者开展了能谱CT用用于于泌尿系疾病泌尿系疾病诊断的断的研究研究。l下面通下面通过概括部分学概括部分学者的研究成果来介者的研究成果来介绍双能双能CT在泌尿系在泌尿系结石石的的应用价用价值图图4.4.实验实验中将不同成份中将不同成份肾结肾结石放入新石放入新鲜鲜猪猪肾脏肾脏中，能中，能谱扫谱扫描，可以描，可以观观察出不同成份察出不同成份结结石的能石的能谱谱曲曲线线不同，其物不同，其物质质分离分离钙钙水散点分布水散点分布图图各不相同，各不相同，CaPCaP、STRSTR、COXCOX、CYSCYS及及UAUA分分别别代表磷
34、酸代表磷酸钙结钙结石、石、鸟粪鸟粪石、草酸石、草酸钙结钙结石、胱氨酸石、胱氨酸结结石及尿素石及尿素结结石。石。l常常规CT对泌尿系泌尿系结石作用石作用l平扫对高密度结石的检出很重要,敏感性在 95%100%。l评价尿路梗阻和肾功能：需要三期增强扫描(动脉期、静脉期和排泄期)。l双能双能CT对泌尿系泌尿系结石作用石作用:l Sche ffe l等研究双能量研究双能量虚虚拟平平扫诊断泌尿系断泌尿系结石石时发现,与常规平扫相比,其诊断泌尿系结石的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为 83%、100%、100%、88%。l表明（排泄期）利用表明（排泄期）利用 DECT虚虚拟平平扫技技术：可以鉴
35、别碘和结石,减少了一次平扫,降低了患者所受辐射剂量,有同样的敏感性。lTa-kahas h i等的模型研究显示,100 kVp与 140 kVp电压条件下碘浓度为 21、43、64、85和 107 m g/d L时对结石的显示率分别为 98%、95%、99%、94%、99%。l研究研究显示：示：l双能双能CT能准确检测结石l确定结石的化学成分(对于于治治疗计划的划的选择至关重要至关重要)。l确定确定结石的化学成分重要石的化学成分重要性？性？尿酸盐结石可通过药物治疗碱化尿液来溶解结石,而其他类型结石往往需要体外冲击波碎石术或有创性的介入取石程序,而后两者不但费用昂贵,而且会导致肾出血、纤维化和高
36、血压等并发症。l常常规CT可确定可确定结石成分石成分吗？l利用CT值可评价结石的成分,但不同不同类型型结石之石之间 CT值存在存在较大重叠大重叠,准确性差。lDECT为何可鉴别尿酸尿酸盐和非尿酸和非尿酸盐结石？石？l尿酸盐结石的化学元素(H、C、N、O)的原子序数相对低,在高和低电压条件下X线衰减不同，但差异小(80 kVp与 140 kVp时的密度差值为11.45 HU);l非尿酸盐结石(草酸钙结石,羟磷灰石,胱氨酸)的化学元素(P、Ca、S)的原子序数高,80 kVp与 140 kVp时的密度差值常 200 HU。l尿酸尿酸盐结石在高石在高电压时的的CT密度密度较低低电压时高高,而非尿酸盐
37、结石在低电压时的 CT值较高电压时高。lPr i m ak等体外研究：等体外研究：DECT鉴别尿酸盐结石和非尿酸盐结石的准确性在 92%100%之间。lStolzm ann等体外研究：等体外研究：DECT检出含尿酸盐结石的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值均为 100%。l Graser等体外研究和等体外研究和 16例患者的初步研究：例患者的初步研究：DECT可鉴别尿酸盐结石、胱氨酸和混合性结石与其他类型结石。l需注意！？需注意！？l活体检查时，腹部的轻微运动即可导致测量值的不准确,在鉴别结石成分时可能引起混淆,检查时应嘱咐患者完全屏气以尽可能排除运动造成的影响n n利用以上特性！利用以上
38、特性！l结 果果l 结石能石能谱曲曲线l尿酸尿酸结石：石：枚中有枚枚中有枚（/）呈上升型曲呈上升型曲线 l非尿酸非尿酸结石：石：枚枚结石石均均为下降型（下降型（图）。）。l诊断尿酸断尿酸结石的敏感度石的敏感度，特异度特异度，阳性，阳性预测值，阴性，阴性预测值。n n范兵等用双能对离范兵等用双能对离体泌尿系体泌尿系尿酸结石尿酸结石研究研究n n对象：对象：对象：对象：光谱分析确定成分光谱分析确定成分的体外结石的体外结石6363枚（尿酸结枚（尿酸结石枚，石枚，非尿酸结石非尿酸结石枚）枚）n n方法：方法：方法：方法：每次随机选取枚每次随机选取枚结石结石 ，分别置于新鲜猪肾，分别置于新鲜猪肾上中、上
39、中、下肾盏内。下肾盏内。n n采用宝石能谱机，采用宝石能谱机，所所有结石进行次扫描有结石进行次扫描 ，分别为开启，分别为开启 模式模式及关闭模式及关闭模式图图 能能谱谱曲曲线图线图 蓝蓝色曲色曲线线代表尿酸代表尿酸结结石石 为为上升型曲上升型曲线线 红红色代表胱氨酸色代表胱氨酸结结石石 粉色代表草酸粉色代表草酸钙结钙结石石 后两者均后两者均为为下降型曲下降型曲线线单单能模式下能模式下 各种各种结结石的石的值值差异差异较较大大 时时各种各种结结石的石的值趋值趋于一致于一致l常常规 平平 扫 CT值:l尿 酸 结 石 u，l非尿酸结石 u，l两者之间差异有高度统计学意义 Z，P l分析曲线下面积
40、为，以以u 为阈值，诊断尿酸结石的敏感度为、特异度为。n n结石结石值值l,单能能图像像上上CT值：l尿酸尿酸结石石 ul非尿酸非尿酸结石石 u l差异有高度差异有高度统计学意学意义 Z，P l分析分析 为，以以u为阈值，诊断尿酸断尿酸结石的敏感石的敏感度度为、特异度、特异度为。l单能能图像像上上CT值：l尿酸尿酸结石的石的值为 u，l 非尿酸非尿酸结石石值为 u，l差异无差异无统计学意学意义 Z,P,l分析分析 为n n双能图像上双能图像上CT值：值：有效原子序数:不同成分的结石 有效原子序数不同（图）。n n图图 有效原子序数分布图有效原子序数分布图 从左到右依次为尿酸结石从左到右依次为尿
41、酸结石 （蓝色蓝色）、）、胱氨酸结石胱氨酸结石 （红色红色）和草酸钙结石和草酸钙结石 （粉粉色色）l有效原子序数有效原子序数l尿酸结石l非尿酸结石，l差异有高度统计学意义Z,P l 分析有效原子序数的 为，以为阈值，诊断尿酸结石的敏感度为、特异度为 l与其它参数比较，有效原子序数的诊断效能最高（图）n n图图 图图 有效原子序数有效原子序数 (绿色绿色绿色绿色 )、单能图像单能图像 （玫红色玫红色玫红色玫红色 ）、常规平扫）、常规平扫 （黄色黄色黄色黄色）和和单能图像单能图像 （蓝色蓝色蓝色蓝色 ）的曲线下面积分别）的曲线下面积分别为和。为和。有效原子序数的诊断效能最高有效原子序数的诊断效能最
42、高马智智军等通等通过双源双源CT对泌尿系泌尿系结石成分石成分进行了研究行了研究l结果果l单能和双能两种模式的辐射射剂量量比较不具有统计学意义。l磷酸钙、草酸钙、胱氨酸、磷酸铵镁、尿酸在两种能量状态下CT值差差值均具有统计学意义(P 0.05)。l双能CT可用于常见五种结石成分的定性诊断。l3.1 双能双能CT结石成分分石成分分析的原理析的原理l双源CT是由两个分别发射不同能量射线的垂直安装的球管进行同步螺旋扫描，对采集的各种物质密度的信息进行分析的仪器。在CT图像中，组织之间的差异取决于它们对射线的衰减，并以CT值量化鉴别。l软组织的值随线能量的变化不明显，而高原子物质的值随X线能量变化显著,
43、因此，可利用不同能量的X线以及组织相对应的CT值变化，得出能体现组织化学成分的所谓组织特性图像。l3.2 双能双能CT对结石成分石成分分析的意分析的意义l双能量扫描时虽然两个球管在工作，由于使用了动态曝光剂量调整，并且两个管电流较小，一次扫描的辐射剂量并不比单能扫描时高。同种成分的结石体内、外CT值差值、比值不具有统计学意义，可以通过体外结石的双能扫描来判定结石的性质，l本研究发现5种结石成分在两种能量状态下CT值差值两两比较均存在统计学意义，表明可通过测量人体内双能数据的CT值来用于常见的5种结石的成分分析，而两种能量状态下CT值比值，草酸钙与胱氨酸之间不具有统计学意义，表明这两物质的CT值
44、存在交叉，临床应用时特别注意。l周周长圣等圣等应用双源用双源CT尿路造影行双能量虚尿路造影行双能量虚拟平平扫检查尿路尿路结石研究石研究中中l结果：果：l双能量双能量CT 虚拟平扫(VNCT)与常规平扫(CNCT)在检出泌尿系统结石中具有很高一致性。l单次 VNCT的辐射剂量高于 CNCT,但因减少一次扫描,可降低辐射剂量。图图 1 1 男男,38,38 岁岁,左左侧输侧输尿管尿管结结石石 A.A.普通横断面普通横断面 CT CT 平平扫检扫检出出输输尿管尿管下段下段结结石石;B.MPR;B.MPR 重建重建显显示出盆段示出盆段输输尿管尿管结结石及上段石及上段扩张输扩张输尿管尿管;C.;C.排排
45、泄期双能量泄期双能量扫扫描后去除描后去除对对比比剂剂后得出后得出 VNC T VNC T 轴轴位位图图像像显显示出示出结结石石;D.;D.VNCT VNCT 数据数据 MPR MPR 重建出重建出结结石及石及扩张扩张的的输输尿管尿管,与常与常规规CT CT 平平扫扫和增和增强图强图像像类类似似图图 1 1 男男,38,38 岁岁,左左侧输侧输尿管尿管结结石石 A.A.普通横断面普通横断面 CT CT 平平扫检扫检出出输输尿管尿管下段下段结结石石;B.MPR;B.MPR 重建重建显显示出盆段示出盆段输输尿管尿管结结石及上段石及上段扩张输扩张输尿管尿管;C.;C.排排泄期双能量泄期双能量扫扫描后去
46、除描后去除对对比比剂剂后得出后得出 VNC T VNC T 轴轴位位图图像像显显示出示出结结石石;D.;D.VNCT VNCT 数据数据 MPR MPR 重建出重建出结结石及石及扩张扩张的的输输尿管尿管,与常与常规规CT CT 平平扫扫和增和增强图强图像像类类似似l马智智军等采用双能量等采用双能量技技术对泌尿系泌尿系结石成石成分分进行研究行研究l对象：象：l425例泌尿结石，男性 248 例，女性 177 例。l结果？果？l1、辐射射剂量量l单能成像辐射剂量（有效剂量）：(9 2 0 69)mSv l双能成像辐射剂量：(9 19 0 66)mSvl两者比较不具有统计学意义(P 0 05)l2、
47、不同能量、不同能量扫描描CT值：l随随访得到的得到的结石石样本本经化学分化学分析法析法测定：尿酸定：尿酸结石石 40例，非例，非尿酸尿酸结石石为 60 例例l尿酸尿酸结石：在石：在140kv 为(318 3 63 5)Hu，80kv 为(340 5 53 7)Hul非尿酸非尿酸结石：石：在在140kv 为(680 4 332 8)Hu，80kv 为(1007 3 222 4)Hul尿酸盐结石与非尿酸盐结石在两种能量状态CT值差值比值比较不具有统计学意义(P 0 05)？与他人研究尿酸与他人研究尿酸结石石140kv 能量下的能量下的 CT 值高于高于80kv 能量下的能量下的 CT 值不一致。不
48、一致。l胡娟等在分次团注双期中应用了双能成像研究l结果：果：不同单能量水平CTU图像中，随单能量水平降低，各组织CT值逐渐上升杨杨琪放等：琪放等：琪放等：琪放等：CT CT 双能量与双能量与双能量与双能量与单单能量成像能量成像能量成像能量成像区分泌尿系区分泌尿系区分泌尿系区分泌尿系结结石成分的石成分的石成分的石成分的对对比研究比研究比研究比研究l对象：象：l空军总医院泌尿外科内镜碎石术后取出的结石标本103 枚，（肾结石 67 枚、输尿管结石 31 枚、膀胱结石 5 枚）。l方法：方法：l结石放入生理盐水中浸泡24小时后取出，随机放入两枚新鲜的猪肾中，每次每肾上下肾盏各 2 枚，肾盂 1 枚。
49、l西门子双源 CT 机的双能量和单能量模式分别扫描。l图像分析方法：选择 120kV、80kV 和 140kV图像，软组织窗(窗宽 300，窗位 45)，选择 图像结石最大面积的层面，距离结石边缘约 1mm 内手工勾画 ROI，以减小周围组织产生的部分容积效应 l 图图 1 120kV(a)1 120kV(a)、80kV(b)80kV(b)、140 kV(c)140 kV(c)图图像像结结石感石感兴兴趣区趣区(ROI)(ROI)的的测测量方法，相同量方法，相同层层面融合面融合图图像像(d)(d)测测量量结结石石长长径径l结果：果：l一、一、红外光外光谱分析分析结果：果：纯成分结石81 枚，混合
50、成分结石22 枚。分为6组l1、尿酸、尿酸结石石组：15 枚(无水尿酸)l2、混合尿酸结石组：10 枚(无水尿酸一水草酸钙)l3、胱氨酸、胱氨酸结石石组：19 枚l4、磷酸镁铵结石组：16 枚(六水磷酸镁铵 11 枚、六水磷酸镁铵碳酸磷灰石 5 枚)、l5、磷酸、磷酸钙结石石组：17 枚(碳酸磷灰石 10 枚、碳酸磷灰石六水磷酸镁铵 7 枚)l6、草酸钙和磷酸氢钙结石组：26 枚(一水草酸钙 22 枚、二水磷酸氢钙 4 枚)l磷酸磷酸氢钙结石数量少，且石数量少，且和一水草酸和一水草酸钙结石在石在 ESWL 中均不易碎，合中均不易碎，合为一一组研究。研究。l二、二、CT 测量和量和计算算结果果l