作者：傅文悦，朱广辉，蚌医院影像科
CT的发展经历了几次革命性的飞跃，目前已成为临床广泛应用于诊断和筛查疾病的一种重要手段。CT能谱成像是一种新兴技术，最早产生于20世纪70年代，但由于受到软硬件的限制而未能广泛应用。21世纪出现的以瞬时双kVp为核心技术的能谱CT图像，为能谱成像的临床应用与研究创造了可能性。能谱CT利用其四大平台（单能量图像、能谱吸收曲线、物质定量与分离、有效原子序数）及三大后处理工具（最佳信噪比、直方图、散点图），为疾病的诊断与鉴别诊断提供了更加丰富的信息，提高了诊断的准确性。
1.能谱CT的基本原理及技术支持
1.1单能量图像
能谱CT可以进行高（keV）、低（80keV）两种能量的瞬时切换，并同时同角度获得高低两种能量状态下的数据，以此确定体素在40~keV能量范围内的衰减系数，进而获取在此能量范围内连续不断的个单能量图像。通过计算最佳对比噪声比（contrasttonoiseratio,CNR）及相对应的能量值可以获得最佳单能量图像。较之常规CT，单能量图像具有更好的图像质量、信噪比（signaltonoiseratio,SNR）及对比噪声比，并可有效消除硬化伪影。
1.2能谱曲线
随着X线能量的变化，不同的物质会呈现出不同的X线吸收衰减能力，即每种物质都有其特征性的X线吸收曲线，根据此原理可以获得能谱曲线。不同组织结构与病理类型具有不同的能谱曲线，相似的能谱曲线可以提示相同或相似的组织结构与病理类型。
1.3物质定量与分离
任何物质的X线吸收系数都可由任意两种基物质的吸收系数决定，因此任何一种物质的衰减都可转化为产生同样衰减的两种物质的密度，从而实现物质组成成分的分析与物质的分离。通常选择衰减高低不同的物质组成基物质对，如水和碘、水和钙、钙和碘等，其中最常用的是水和碘。
1.4有效原子序数
如果某元素对X线的吸收系数与某化合物或混合物的吸收衰减系数相同，则该元素的原子序数即为该化合物或混合物的有效原子序数，通过计算有效原子序数，可以进行物质的检测、鉴别及物质分离等。
1.5能谱图像分析工具
包括最佳对比噪声比、直方图、散点图，通过获得最佳对比噪声比，可以找出显示感兴趣组织的最佳单能量图像；直方图和散点图可用于单能量图像、基物质图像和有效原子序数图的分析，反映统计信息，代表物质和组织结构的特性。
1.6软硬件支持
瞬时变能高压发生器、分子结构稳定材料的探测器、高频低噪的数据采集系统、稳定的球管X光焦距、高级重建引擎适应性统计迭代（adaptivestatisticaliterativereconstruction,ASiR）技术及能谱观察与分析系统（GSIViewer）等的应用，使得能谱CT能够使用常规的CT成像模式，在pxFOV的范围内进行高低两种能量瞬时切换的能谱扫描。
2.能谱CT临床应用进展
2.1去金属及硬化伪影
伪影是指影像上出现的各种非真实的阴影，即CT扫描或数据处理过程中产生的不属于机体正常信息的图像阴影。通常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，由金属植入物导致的伪影统称为金属伪影，致密的骨结构、碘对比剂以及钙化等常会产生射线束硬化伪影，这些伪影会影响诊断医师对图像的评价。利用能谱CT单能量图像及去伪影技术（metalartifactsreductionsystem,MARs）可以有效纠正因X线扫描金属后产生的“光子饥饿”现象而导致的低信号，对金属及其周边组织提供准确的投射数据，从而抑制常见的金属伪影及射线束硬化伪影。
利用能谱CT单能量成像结合MARs技术可以在颅脑成像、颅内动脉瘤夹闭术后及骨关节等金属植入物术后复查中获得很好的成像效果。Lin等的初步研究结果显示，70keV是颅脑CT成像的最佳单能量，较之常规混合能量图像，可有效降低图像背景噪声和后颅窝硬化伪影。付雨菲等研究表示，能谱CT去金属伪影技术选用合适的单能量可有效减少或去除颅内动脉瘤夹闭术后的金属伪影，清晰显示患者术后颅内的细微结构。赵宾等研究表示，在高keV区间（~keV最佳）可有效减少射线束硬化伪影及金属植入物伪影，清晰显示骨折复位、人工关节及金属内固定术后的细微结构，提高成像质量。林晓霞等认为能谱CT成像技术可明显减少口腔金属修复材料周围的金属伪影，提高图像质量并改善金属修复材料邻近组织或病变的显示。
2.2小病灶、低对比结构及微细结构的显示
由于常规CT主要依靠密度对比来检出病变，并且图像的空间分辨率较低，且存在硬化效应和部分容积效应，因此对于与周围结构密度接近的低对比结构、一些小病灶及微细结构很难发现。能谱CT改变了常规CT混合能量成像的模式，以其独有的单能量成像为基础，结合物质分离技术，可以有效提高组织对比，有助于小病灶、低对比结构和微细结构的显示。
吕培杰等的研究表明，能谱CT单能量成像可在不降低图像质量的前提下提高小肝癌病灶的对比噪声比，有利于小肝癌的检出。程路得等研究表明，单能65keV图像可以增加肝内乏血供肝癌病灶和正常肝组织之间的对比，优化图像质量，结合碘基图进行观察，可明显提高肝硬化基础上发生的小肝癌及乏血供肝癌病灶的检出率。Tian等的研究表明，对于肝转移瘤的诊断，动脉期的能谱增强扫描优于传统平扫，能够提高病灶的检出率。对于脊髓、肌腱、韧带等低对比结构的显示是传统CT的弱点，采用最佳单能量图像可以提升这些结构的对比度。王君君等的初步研究结果表明，能谱CT可显示手足部主要肌腱，且与解剖学高度一致，65keV是显示肌腱的最佳单能量。Sun等研究表示，能谱CT可清晰显示膝关节前、后交叉韧带及腓侧副韧带等结构，为临床提供更多诊断信息。
2.3血管成像中的应用
CT血管成像技术（CTangiography,CTA）是目前不可缺少的影像检查方法，但常规CT检查需要较高浓度及剂量的造影剂和准确的扫描时间窗，对于细小血管、血管细节、静脉系统成像等是难点。能谱CT可以获得最佳单能量图像，并结合基物质图等多参数及工具的应用，在正常血管的显示、血管性异常及血管受侵的评价等方面具有更高的价值。据史燕杰等初步研究结果表明，能谱CT单能量成像（50~70keV最佳）较之混合能量CT可以更加清晰地显示胰腺血管网。
He等研究认为，对于肠系膜上动脉的显示，较之常规CT，能谱CT在50keV单能量下具有更高的CNR以及更好的图像质量。另有研究结果进一步证实，能谱CT在显示血管如肾动脉、冠状动脉、肺动脉及门静脉等方面均明显优于混合能量CT。下肢动脉CTA成像是目前临床上常用的一种检查方法，广泛应用于血管闭塞性脉管炎、动脉粥样硬化性闭塞症、糖尿病下肢血管病变、多发性大动脉炎等疾病的诊断。但在常规多排螺旋CT扫描中，由于部分病人下肢血管常伴有严重狭窄和钙化，并受到射束硬化伪影的影响，使得血管的结构与远端分支难以清晰显示。李英豪等研究表明，能谱CT利用其最佳单能量图像显示狭窄段血管及远端小血管的能力较常规多排螺旋CT明显提高，并可有效去除硬化伪影，有助于下肢动脉腔内成形术及其术后评估。
2.4肿瘤的鉴别诊断、分型、分期及同源性分析
在肿瘤的发生过程中会产生细胞内组织成分的改变、组织结构的改变及血供的改变。传统CT对肿瘤的诊断仅局限于形态学及密度值，能谱CT既具有传统CT的功能，又能够应用多种参数进行组织成分改变及血供改变的分析，丰富了肿瘤诊断的方法。Lv等的研究显示，定量测量动脉期及延迟期的碘含量有助于准确鉴别小肝癌与肝血管瘤。Glazer等研究发现，keV单能量水平下，肾上腺良性结节与交界性结节的平均CT值及碘含量均存在明显差异。亦有研究结果表示，能谱CT多参数成像可有助于鉴别胃癌与高度侵袭危险性胃间质瘤、小肠腺癌与小肠原发淋巴瘤、肾癌与肾血管平滑肌脂肪瘤等。
张晓鹏等研究认为，能谱曲线可助于鉴别胃癌和正常胃壁，其变化规律能够反映肿瘤在胃周脂肪间隙浸润的范围，并且胃周脂肪的碘浓度变化与肿瘤浸润程度存在相关性。肿瘤的TNM分期在临床诊疗方面具有重要的意义，利用CT能谱成像综合分析可以在肿瘤的病理类型、恶性程度、浸润程度、淋巴结转移及远处转移等方面提供更多有效诊断信息。有相关研究显示，能谱CT多参数定量分析在鉴别肺部炎性病变与恶性肿瘤、肺癌的诊断及分型、肺癌的TNM临床分期中具有重要的应用价值。亦有结果显示，能谱多参数成像为评估结直肠管状腺癌的分化程度及胃腺癌的分化程度提供了更加可靠的诊断依据。
在临床影像诊断中，常遇到多发病灶的诊断，准确诊断病灶是否同源，对辅助诊断原发病灶及指导临床治疗至关重要，能谱CT的应用增加了同源性病灶的诊断手段。杨伟洪等初步研究显示腹部恶性肿瘤与多发转移灶的能量衰减曲线及直方图、散点图图像部分或全部吻合，提示病灶同源，多发良性病灶的上述能谱图像亦基本吻合，说明能谱CT可作为诊断腹部多发病灶同源性的有效工具。陈俐君等研究显示，乳腺癌原发病灶与转移淋巴结在能谱曲线、直方图及散点图等方面的一致性有助于淋巴结的定性诊断。
2.5物质成分分离与鉴别
常规CT大多是利用CT值的差别来进行斑块成分的鉴别分析，能谱CT利用其能谱曲线、物质分离图像、有效原子序数等为斑块成分的分析提供了更加直观、准确的方法。任小璐等研究显示，颈动脉非钙化斑块中的脂肪成分、纤维成分、血栓样组织在能谱曲线斜率、有效原子序数及碘（脂肪）浓度等方面存在显著差异，说明能谱CT的多参数分析有助于量化区分非钙化斑块的成分，并帮助评估斑块的稳定性，可以早期发现含有易损性脂质及血栓样组织的不稳定斑块，从而降低脑血管意外的发生率。
肺动脉造影作为目前诊断肺栓塞的最佳标准，对于较小或较远端的栓子的诊断有时却很难发现，Tomasz等研究显示，能谱CT可以利用有效原子序数与碘基图评估隐匿性肺栓塞患者肺组织的灌注情况，从而发现潜在于肺动脉内的微小血栓或栓子，提高肺栓塞诊断的灵敏度。尿路结石化学组成成分的分析有助于临床术式的选择，避免不必要的侵入性治疗，能谱CT为尿路结石成分的分析提供了可靠的诊断方法。张玉娇等研究表明，能谱CT有效原子序数结合直方图诊断体内纯尿酸结石、非纯尿酸结石、混合结石的准确性高，可以准确区分尿酸及非尿酸结石。
LESTRA等研究显示，能谱CT可利用衰减系数区分出含钙的尿酸盐结石中93%的尿酸结石，而传统CT的区分率仅40%。李小虎等研究发现，能谱CT的尿酸基图与钙基图可以清晰显示痛风患者外周关节内痛风石的有无、部位、形态及数目，为临床定量监测痛风石提供依据。Fornaro等认为，能谱CT可利用基物质图像移除骨组织，得到不显示钙化的图像，从而进行骨髓评估，并应用于骨挫伤后骨髓损伤的探测。
2.6基物质图像定量分析
能谱CT利用基物质图像可进行基物质浓度的定量分析，从而准确了解基物质浓度，并敏感的检测出浓度的变化，为临床疾病的诊断带来更多有效信息。郑健辉等认为，利用碘基图进行碘浓度的测量能够判断肝细胞性癌行肝动脉化疗栓塞（TACE）术后肿瘤瘤体的血供情况，有助于临床的进一步治疗。Pang等研究发现，心肌梗死图像中不同增强阶段的碘浓度是不同的，通过设定不同阶段碘浓度的量化范围，可以对心肌梗死进行更精确的分期。陈婧等研究发现，利用能谱CT定量测量钙（水）密度值获得骨小梁的钙含量来间接评估骨密度与传统骨密度的测量结果具有高度一致性，从而为临床骨密度的测量提供了新的思路。
有研究显示，对于肝硬化的诊断，能谱CT可以通过定量分析碘浓度的差异来观测肝硬化患者的血流动力学变化，并能够对肝硬化严重程度进行分级。赵莹等通过测量能谱CT的碘（水）浓度值增强率来评估脂肪肝与肝岛的血供，证实肝岛与脂肪肝的血供状态一致，为临床鉴别肝岛与不典型乏血供肝脏肿瘤提供了相关依据。陈步东等初步研究发现应用能谱CT物质分离图像可以评估肺实质与肺结节内的SiO2含量，有望成为鉴别诊断尘肺病的一种定量工具。
2.7虚拟平扫技术
CT检查产生放射线危害已日益引起临床