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第四节 定量CT
一、定量CT的概念
定量CT(quantitative CT,QCT)是指利用CT检查来测定某一感兴趣区内特殊组织的某一种化学成分含量的扫描方法。依X线的能级分为单能CT和多能量CT。最初用于测量骨矿物质含量,监测骨质疏松或其他代谢性骨病被检者的骨矿物质密度。扫描时在被检者胸腰椎下面放置标准密度校正体模,体模内含数个已知不同密度的溶液或固体参照物。扫描后测量各感兴趣区的CT值,通过专用的软件,与参照密度校正并计算出骨密度值。QCT骨密度测量是临床认可的脊柱、髋关节、前臂和全身的骨密度(bone mineral density,BMD)测量方法。QCT主要用于评估引起骨密度异常的疾病病情和监测疗效。它是确定有无骨质疏松的一种常用检查手段,目前大多数CT机所做的骨密度测定都是单能定量CT(single energy quantitative CT,SEQCT)。
随着技术的发展,定量CT的应用范围逐渐扩大到冠状动脉钙化节分析、肺部结节分析和能谱定量分析等。
二、定量CT的适应证及注意事项
(一)骨密度测定
是QCT最先应用的领域。当临床治疗方案的制订受BMD测量结果影响时,应行QCT骨密度测量。
1.禁忌证
孕妇或者可能怀孕者。
2.相对禁忌证
下列情况可以影响QCT骨密度测量的准确性和或重复性。在这些情况下获得的BMD可以用于对骨密度的总体评价,但会影响测量的准确性或精确性也就限制在随访过程中评估或发现BMD的真正变化。
(1)近期静脉注射对比剂;
(2)测量区有严重的骨折畸形;
(3)测量区有植入物,常见于脊柱和髋关节术后;
(4)病人不能保持正确体位时或扫描时不动;
(5)特别肥胖的病人,超出CT的扫描野。
(二)冠状动脉钙化积分
冠状动脉钙化积分(coronary calcification score,CAC)适用于临床预测和早期诊断冠心病。早期的冠状动脉钙化定量分析通过电子束CT进行。随着64层及以上多层螺旋CT的普及,现在主要通过MSCT进行冠状动脉钙化节的定量分析。心脏冠状动脉的钙化节分析是在序列扫描后,利用软件测量、定量功能测量钙化体积的一种扫描检查方法。该方法需借助心电门控装置,在屏住呼吸后一次完成心脏的容积扫描,然后以3mm的重建层厚重建图像,利用专用的软件程序采用人工定义的方法确定钙化的范围,最后由软件程序计算钙化的体积并确定冠心病发生的危险程度。
(三)肺部结节分析
在临床可疑肺部结节的病人,可通过专用软件对至少两个不同时期扫描的肺CT薄层图像进行分析,随访定量分析结节的动态生长特征,如容积倍增率等影像学指标,为肺癌的早期诊断提供更多的依据。
(四)能谱CT
能谱CT通过特有的能谱扫描及图像后处理技术,可以对病变进行多参数定量分析,如能谱曲线斜率、有效原子序数、碘(水)浓度、水(碘)浓度等。在客观评估病变的组织特性及功能状态方面具有较大的应用潜力。
三、定量CT的应用
(一)骨密度测定
国际上,QCT骨密度测定可用于(但不限于)下列人群:
成人适应证确诊或怀疑低BMD,或低BMD风险者,包括:
1.所有65岁及以上女性和70岁及以上男性(无症状筛查)。
2.小于65岁的妇女,病史和其他检查提示有其他骨质疏松危险因素,骨质疏松的危险因素有:①雌激素不足;②有50岁后髋部骨折史;③低体重(低于57.6kg);④42岁前闭经,超过1年。
3.小于65岁的妇女或小于70岁男性,有下列危险因素:①目前吸烟;②体重减轻,驼背。
4.任何年龄,有影像学低骨密度的征象,包括椎体压缩骨折。
5.≥50岁,在轻微外伤或无外伤情况下发生腕、髋、脊柱和肱骨近端骨折者。
6.任何年龄,有1个或多个机能不全性骨折。
7.正在接受或考虑接受激素治疗超过3个月。
8.任何开始或正在接受长期药物治疗,而这些药物对BMD有副作用(即抗凝血药、雄性激素剥夺疗法、芳香酶抑制疗法或长期肝素治疗)。
9.影响BMD的内分泌疾病者(即甲状旁腺机能亢进、甲亢或库欣氏综合征)。
10.大于18岁男性,性腺机能减低者。
11.代谢病或有其他疾病可能影响BMD者,如:①慢性肾衰;②类风湿关节炎和其他关节炎;③饮食疾病,包括厌食和贪食症;④器官移植;⑤长期制动;⑥继发性骨质疏松者,如胃肠吸收不良或营养不良、骨软化、维生素缺乏、子宫内膜炎、巨人症、长期酗酒或肝硬化、多发骨髓瘤;⑦减肥胃改道手术者。
12.考虑药物治疗骨质疏松者。
13.监测骨质疏松药物治疗反应和疗效者。
(二)冠状动脉钙化积分
1.适应证
冠状动脉钙化、冠心病的影像学筛选和冠状动脉搭桥术后疗效观察。
2.扫描前准备
对于64排CT来说,心动过速者扫描前需用药物控制心率在80次/min以下。随着更高端CT的出现,心率要求逐渐放宽。检查前嘱病人去掉外衣和颈胸部金属饰物,在粘贴电极片部位可用酒精棉球擦拭或涂抹少量导电胶,按要求连接导线和放置电极。不需口服或注射对比剂。
3.注意事项
CAC主要检测右冠状动脉,左冠状动脉主干及其前降支和旋支有无钙化和钙化程度,作为评价冠状动脉硬斑块的参考指标。CAC的下限值通常定为90HU,即冠状动脉行经处的CT值≥90HU者即可认为有钙化。
一般根据CT值的范围确定相应的系数:①CT值90~199HU之间为1;②200~299HU之间为2;③300~399HU之间为为3;④≥400HU者为4。CAC为0时,表示冠状动脉明显狭窄(75%)的可能性极小;大于0而小于250时,表明有冠状动脉明显狭窄的可能性;积分大于250时,说明冠状动脉明显狭窄的可能性极大。
(三)肺部结节分析
灰度直方图技术能够获得整体结节内不同CT值体素的比例;肺结节容积定量技术可自动量化结节的容积,通过不同检查时间结节容积的比对,就能计算出结节的大小变化、倍增时间等信息,为随访提供数据支持。
(四)能谱CT定量分析
与常规CT相比,能谱CT提供了多种定量分析方法和以多参数成像为基础的综合检查模式,能谱CT成像和诊断过程中涉及的参数包括101个连续的单能量CT值40~140keV(GE宝石CT)及由此构成的能谱曲线、多种基物质图像、相应基物质的定量浓度值、有效原子序数。涉及的分析技术有物质分离技术、单能量图像、能谱曲线、虚拟平扫等。临床应用主要涉及头颈部、胸部、腹部、盆腔以及骨和关节等方面的诊断和鉴别诊断。
1.物质分离技术
在能谱成像中,任何结构或组织能通过两种基物质的组合产生相同的衰减效应来表达,即经过高、低两组电压扫描的X线衰减图像可以表达为两种基物质的密度图,这个过程就是物质分离。
目前临床上最为常用的基物质对为水-碘基物质,碘是CT对比剂的主要成分,碘基图像能够反映对比增强后被检组织内碘浓度的含量,从而间接反映组织血供状况,因此临床应用的范围非常广泛。比如肺栓塞的检测,能谱CT碘基图像能够显示栓塞动脉所对应的肺实质的低灌注区,由于可以进行定量测定,碘浓度值对于肺栓塞严重程度的判断以及疗效评估都有指导作用。碘基图像能够反映局部组织轻微的强化(少量碘的进入),而这种变化在常规CT上由于硬化伪影和CT值漂移的影响难以显示出来。能谱CT碘基图像的这种特征对于检测强化程度相对较弱的富血供小肿瘤如小肝癌、小胰岛细胞瘤等是非常重要的。另外,对于天然摄碘的脏器甲状腺而言,碘浓度的高低则间接反映了甲状腺组织和其病变的功能状态。
水基图像在显示低密度病灶特性方面有着特殊的作用,比如肾脏囊性病变的鉴别,复杂性囊肿与囊性肾癌在常规CT上均表现为稍高密度,而在能谱CT水基图像上复杂性囊肿往往显示为稍高于肾实质密度改变,囊性肾癌则显示为近似于肾实质密度。另外,一些胆囊结石在常规CT上显示为等密度,而在能谱CT水基图像上则表现为高于胆汁密度,容易检出。水(碘)基物质图像由于基本不显示碘的成分,也叫虚拟平扫,可用于结石、钙化的检测。另外,碘、钙物质分离可应用于血管中的含碘对比剂与钙化或相邻骨结构的分离,钙化及其伪影的去除,有助于准确地评估血管狭窄。尿酸(钙)基物质图像并不常规用于能谱CT的临床诊断,但对于痛风病人的诊断具有特异性。另外一些基物质在评价脏器弥漫性病变的严重程度可能存在一定的参考价值,如基物质脂肪浓度对于脂肪肝的诊断、基物质钙浓度对于骨质疏松的评估等。
2.单能量技术
单能量CT为某个特定能量水平的X线穿过被检组织后所产生的衰减值,由于目前临床上所应用的能谱CT的单能量成像并非真正意义上的物体在单色X线源的情况下获得的单能量成像,而是通过能量解析的方法同等地实现了物体在单色X线源的情况下获得单能量成像的功能。与常规CT图像相比,单能量图像具有更高的图像质量、信噪比和对比噪声比。
3.有效原子序数
有效原子序数(effective atomic number,Eff-Z)是从原子序数引申出来的一个概念。利用X线的衰减可以对未知元素的原子序数进行推算,基于此原理,对于化合物或混合物如果其衰减的效果等同于某元素,则该元素的原子序数被称为该化合物或混合物的有效原子序数。它是能谱CT诊断中一个全新的参数,目前常见应用于结石成分的分析,另外也会作为参数之一用于多参数联合诊断。对于有效原子序数的诊断价值还需要更多的临床研究结果来证实。
综上所述,CT能谱技术的定量分析提供了更多的信息和工具,基物质图像和单能量图像可以提高病灶的显示效果,能谱CT定量分析技术能够提高血管的显示效果,为CT诊断提供了形态和功能的统一,在临床上实现了综合诊断和一站式检查。