大连消化道出血的双能量CT评估

最近，美国西北纪念医院和加利福尼亚大学的研究人员总结了双能量在消化道出血中的价值，今天我们结合已发表的文献，一块聊聊双能量CT在消化道出血中的价值。

多层螺旋CT扫描是一种使用广泛、快速、无创的成像工具，在评估胃肠道出血时不需要像内镜检查那样的特殊肠道准备。随着MDCT技术的发展，可以获得时间分辨率高、采集时间短的三维数据。较短的采集时间允许在紧急情况下进行多期CT和CTA检查。

除发现活动性出血外，MDCT还可定性和定位潜在原因，并协助内镜、介入或外科治疗。MDCT成像可采用CTA或多期CT小肠造影。

一般来说，CTA用于评估急诊活动性出血的存在和位置，而多期CT小肠造影结合口服造影剂用于评估门诊患者中的隐性小肠出血。

动物模型实验已经证明，CTA可以检测出血率超过0.3 ml/min的活动性胃肠道出血。荟萃分析显示，CT对急性胃肠道出血具有高度的敏感性和特异性，其敏感性为85.2%，特异性为92.1%。MDCT对大出血的诊断敏感性为90.9%，特异性为99%。

但是，如果在CT扫描时没有活动性出血，MDCT可能会漏诊间歇性出血。多期CT小肠造影是通过中性口服对比剂进行的，能够显示潜在的肠道病理学以及活动性出血的来源。

多期CT检查，包括平扫和动脉期，门静脉期检查，通常用于评估急性胃肠道出血。

平扫检查的目的是显示任何预先存在的腔内高衰减材料，如医疗器械，高衰减摄入的食物，外科缝合材料，或残留钡肠，可能被误解为活动性出血。

胃肠道活动性出血的多期CT表现包括在动脉期发现碘对比剂外渗进入肠腔，在门静脉期形态改变。

与常规的单能多期CT相比，双能CT可能具有潜在的优势；它可以评估物质分离数据以及在不同的keV的数据。

在诊断放射学中，X射线束与物质相互作用，利用两个原理形成图像：康普顿散射和光电效应。

在单能CT中，不同成分的元素或物质可能具有相似的衰减值。双能CT的基础是从同一解剖区域的两个不同能量水平生成图像。DECT使用电子的k-edge变化率和光电相互作用的差异进行分析。

由于在不同能量水平下观察到的衰减不同，因此可以区分元素并确定它们的相对比例。例如，虽然碘和钙具有高的CT衰减值（HU），但使用DECT可以区分碘和钙。DECT的数据可以通过不同的技术获得：双源、同源双光束、千伏快速切换和双层检测器技术等。

在临床实践中，DECT与混合数据一起使用，来自低能量和高能量图像的信息被组合以获得与120 kV图像相似的图像。

为了评估胃肠道出血，还采用了其他后处理方法，包括：1）碘图和2）虚拟单能图像。

利用物质独特的线性衰减系数，可以将碘等特殊物质与其他物质区分开来。此外，还可以对碘含量进行定量评估。因此，组织或病变的碘含量可以用碘图和碘覆盖图的彩色编码图像直观显示。通过减去碘，可以生成虚拟平扫（VNC）图像。

此外，组织或病变内的碘浓度可以定量计算。为了评估碘含量，西门子的DECT算法采用三物质分解算法，其他厂家的单源DECT采用两种物质分解算法。三种物质分解算法能够以HU和mg/ml表示碘浓度，而两种物质分解算法只能以mg/ml表示碘浓度。

用于单能CT的X射线源是一种多色光束，它包含不同能级的光子。在多色光束中，kVp表示最高能级。

使用DECT，可以创建虚拟单能图像，模拟从单色X线源获得的图像。虚拟单能成像（VMI）中的能级用千电子伏特（keV）表示。在较低的keV水平，即更接近于碘的k-edge（33.2keV），碘的对比度增加。碘的可视化改善，组织间的对比度差异增加。因此，在低keV水平下使用VMI可能导致所需的碘造影剂量减少。

然而，随着碘对比度增加，图像噪声也增加了。将迭代重建算法与DECT结合使用可减少在较低能量水平下观察到的图像噪声。据报道，软组织评估的最佳能量水平在60-77keV之间，而小肠评估的最佳对比噪声比（CNR）则在70keV下获得。

此外，通过对虚拟单能成像（VMI+）进行噪声优化重构，与传统的虚拟单能成像相比，可以在较低的能量水平上进一步提高图像质量。与常规VMI图像相比，使用40keV VMI+图像可以提高DECT对急性腹腔出血的诊断性能。

随着高keV水平下VMI组织间的对比度降低。高能量水平的VMI被证明有助于减少金属植入物造成的伪影。此外，高能量水平的VMI可以通过减少束硬化来减少损伤的假性强化。更多关于单能谱图像的临床价值们可以参见：DECT单能谱图的临床应用。

评估胃肠道出血的DECT方案可能因机构而异。DECT血管造影可分为两个期（动脉期和门静脉期），无需口服造影剂。应该用DECT扫描哪期，目前还没有一致的意见，许多放射科医生认为，在动脉期或在动脉和静脉期进行DECT对胃肠道出血的评估是有价值的。

使用中性口服对比剂可以更好地评估肠道，这有助于更好地对比肠腔和肠壁。然而，在急性胃肠道出血的DECT中，它可能会稀释渗出的对比剂并阻碍活动性出血的显示，因此应该避免口服中性对比剂。

由于饮用中性对比剂需要等待一段时间，它也可能推迟CT扫描的开始时间。

口服中性对比剂后45~60分钟可采集多期DECT小肠造影。图像采集时间也因机构而异。通常包括动脉期和门静脉期图像。

使用DECT协议，可以不采集真实的平扫图像，而使用虚拟平扫代替。CT采集后，由技术人员在扫描仪控制台和工作站上进行后处理，生成虚拟平扫图像、碘图和虚拟单能图像。

结合新版本的syngo.via工作站和最新版本的CT扫描仪可以重建并自动将这些处理过的图像传输到PACS，从而大大缩短了阅片时间。

以下为西北纪念医院和加利福尼亚大学的扫描方案。

在单能CT上，通过碘图、碘覆盖图像和虚拟平扫图像分析，可以检测到活动性胃肠道出血。

在单期增强CT扫描中，在肠腔内观察到的高密度影像可归因于活动性出血或其他原因，如肠内容物或手术材料。因此，需要一个额外的平扫图像来评估可能的胃肠道出血。

在双能CT中，碘图或碘覆盖图上显示高密度范围内的碘，在虚拟平扫图像上消失，表明为活动性胃肠道出血。因此，使用DECT，可以消除对真实平扫图像的需要。

已经证明，VNC图像的图像质量与真实的平扫图像相似，并且在腹部出血的患者中，VNC图像可以用作真实平扫图像的替代图像。文献中没有比较单能三期CT和双相DECT治疗胃肠道出血的放射剂量的报道。然而，有报道称，在腹部成像中，双能量是可行的，不增加辐射剂量，也不会改变图像质量。因此，取消平扫期将减少所需的CT采集期相数和辐射剂量。

此外，VMI低keV水平图像和碘图可以提高CT检测活动性出血的诊断性能，因为它们可以加强碘的可视化（图1，2）。

图1 70岁男性，腹部疼痛和下消化道出血。轴向位动脉期DECT图像显示穿孔性憩室炎和在碘覆盖图像（A）和90 keV虚拟单能图像（B）上的活跃出血部位的突出血管。在虚拟平扫图像（VNC）上看不到碘。使用VNC图像，可以消除对真实平扫图像的需要，这将导致辐射剂量的显著减少。肠系膜下动脉造影证实直肠上动脉外渗。

图2 92岁女性，出现血红蛋白下降和呕血。轴位动脉期CT图像（A）显示为可疑出血（箭头）。碘图可见高密度（B），在VNC图像（C）上消失。VNC图像还显示了胃腔（透明箭头）内的高密度物质，这些物质可能代表出血。在40 keV（D）时，VMI能更好地观察到对比剂外渗，而在70 keV（E）和100 keV（F）时则不明显。

在动物模型中，与常规CT相比，碘图的使用提高了诊断准确性和确定外渗碘对比剂的诊断可信度。这对于小肠出血的评估可能更为重要，因为内镜评估是有限的（图3）。

图3 68岁女性，出现褐红色大便，血红蛋白下降，活动性胃肠道出血。动脉期混合CT图像相当于120kV图像（A），显示空肠内有活动性对比剂外渗（箭头）。用碘图（B）和40keV（C）图像改善了活动性出血的可视化，用虚拟平扫图像（D）无高密度影。无需真实平扫图像即可检测活动性出血。

如果在虚拟120 kV图像中观察到的肠腔内的高密度在碘图上没有显示碘含量，在虚拟平扫图像上也没有消失，则认为不是活动性出血，并且与放射性高密度摄入的碎片一致（图4）。

Sun等人报道了在多期CT研究中，用虚拟平扫图像代替真实平扫图像检测活动性胃肠道出血，可使双能CT的辐射剂量减少30%。他们报告用DECT的VNC图像和碘图敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值和准确性分别为94.3%、95.8%、98.8%、82.1%和94.6%，DECT的诊断性能与三期CTA相比无统计学差异。

此外，当不存在活动性出血时，利用VMI和碘图，DECT可能比单能CT有助于确定出血的潜在原因。

图4 58岁患者，疑似下消化道出血。轴位动脉期混合CT图像（A）显示小肠袢可疑的高密度灶（箭头）。高密度灶在轴位虚拟平扫图像（B）上显示，并且在轴位碘覆盖图像（C）上不显示碘摄取。这些发现证实了高密度代表摄入的物质，并不代表碘外渗。

上消化道出血的主要原因包括消化性溃疡或糜烂、血管病变、Mallory-Weiss撕裂和肿瘤。消化性溃疡和胃糜烂性溃疡和糜烂是上消化道出血的主要原因，占50%以上，内镜仍是首选诊断工具。然而，用内镜评估十二指肠远端可能很困难。DECT结合碘图和VMI可以通过加强肠壁增强的改变来改善炎症的评估。

上消化道出血的血管原因包括动静脉畸形、静脉曲张损伤和假性动脉瘤。与单能CT相比，低keV水平的VMI和碘图可以增加血管结构的显著性，改善上消化道血管病变的显示（图5）。

图5 75岁男性，有胃腺癌病史，出现黑便和呕血。轴位CT图像（A）显示胃腔内的高衰减物质，可能代表血肿（管腔内的平均衰减为67 HU）。轴位动脉期混合图像（B）、碘图（C）和40keV VMI（D）显示胃窦后壁点状增强（箭头）。静脉期未见造影剂。这些发现与假性动脉瘤相符。假性动脉瘤在碘图和40keV VMI下有较好的表现。胃腔内未见对比剂外渗。在VMI和碘图上血管结构的显著性增加是双能量扫描的一个主要优点。

肿瘤是上消化道出血的重要原因之一。大约5%的急性上消化道出血是由肿瘤引起的。胃癌是肿瘤性上消化道出血最常见的部位。

下消化道出血的主要原因包括憩室疾病、血管病变、肿瘤、炎症和缺血性疾病。

憩室病是下消化道出血的最常见原因，占成人下消化道出血的30%~65%。这在老年患者中尤其常见，而且通常是自限性的。使用DECT可以在不需要结肠镜和肠道准备的情况下检测憩室病继发出血。

下消化道出血的血管原因包括血管发育不良、动静脉畸形、痔疮和假性动脉瘤。血管发育不良是下消化道出血的常见原因，尤其是在老年患者中，约占60岁以上患者的40%。与憩室出血相比，继发于血管发育不良的出血更容易再出血。因此，区分血管发育异常与其他病因至关重要。与单能CT相比，低keV水平的VMI和碘图可以增加血管结构的显著性，改善腹部血管病变的描绘（图6）。已经证明，50keV的单能图像更有利于显示肠系膜上动脉远端分支，具有更好的图像质量。

图6 85岁女性，便血。轴位动脉期碘覆盖图像（A）显示活跃的对比剂外渗，虚拟平扫图像（B）中消失，可确诊为活动性胃肠道出血。请注意，使用虚拟平扫图像可以消除对真正平扫图像的需要。冠状位混合CT图像（C）显示邻近外渗的小血管。冠状位碘覆盖图像（D）和冠状位50keV-VMI（E）显示血管更为明显。怀疑出血性血管发育不良并经肠系膜血管造影证实。病人经介入栓塞治疗。

2%~15%的急性下消化道出血是由结直肠肿瘤引起的。胃肠道肿瘤的CT检查可能是一个挑战，因为缺乏肠扩张或存在肠内容物。应用DECT可提高对胃肠道肿瘤过程的评价。利用碘图和VMI，显示肿瘤内碘摄取可以增加CT的诊断可信度（图7）。

图7 58岁女性，怀疑消化道出血。轴位动脉期（A）和门静脉期（B）图像。盲肠可见息肉样病变的局灶性结节强化（箭头）。注意，碘覆盖图像（C）和低keV能量水平（40keV）（D）下的虚拟单能图像改善了病变的检测效果。如果没有虚拟的单能图像和碘覆盖图像，这种病变可能被误认为是粪便，在常规的MDCT扫描中可能会漏诊。

此外，碘含量可以用DECT定量计算（图8）。Boellaard等人研究表明DECT在无需肠道准备和扩张的情况下用于结直肠癌的检测是可行的。

图8 75岁男性，下消化道出血。虽然未见活动性出血，但动脉期碘覆盖图像显示3.7cm的肿块，在冠状位（A）和轴位（B）和冠状位混合图像（C）（箭头）上显示良好。肿瘤内碘浓度为2.4mg/ml，正常结肠壁碘浓度为0.5mg/ml。

据报道，缺血性结肠炎是5%~20%的下消化道出血的原因。在DECT中，用低keV水平的VMI或碘图显示缺血肠段碘含量相对降低，可以增加CT对肠缺血的诊断信心。此外，碘的定量评估可能显示缺血肠段内的灌注减少（图9）。在动物模型中，与120kV的常规CT图像相比，51keV的VMI有助于肠缺血的显示。

图9 71岁男性，有乙状结肠切除史，便血。在轴位（A）和冠状位（B）动脉期混合CT图像上可见弥漫性壁增厚伴周围脂肪绞窄，累及远端降结肠（白色箭头）。另外，矢状位碘覆盖图（C）和40keV VMI（D）显示肠系膜下动脉闭塞（透明箭头）。碘覆盖图像的碘定量分析在增厚的肠袢中显示出低碘含量。增厚肠袢内的碘浓度为0.1 mg/ml，与相邻的正常肠袢（0.8 mg/ml）相比，碘浓度相对降低。结肠镜检查显示有中度至重度血管改变、充血、红斑、易碎性和浅溃疡，怀疑为缺血性结肠炎。

炎症性肠病和感染性结肠炎是较不常见的下消化道出血原因，分别占3%~5%和2%~5%。DECT结合碘图和VMI可以通过加强肠壁增强的改变来改善对肠壁增厚的评估。除了肠壁增厚的评估外，DECT可能有助于证明克罗恩病患者肠系膜或结肠周围脂肪或肠系膜的炎症和变化。结果表明，在评价活动性克罗恩病时，常规120kV图像加40keV VMI图像可以提高CT的诊断性能。此外，已经证明，用DECT进行碘定量可能有助于区分活动性克罗恩病和正常肠循环。

虽然双能CT对胃肠道出血的诊断有许多优点，但也有其局限性。

在较低的能量水平下，线束硬化伪影和光子饥饿增加。在肥胖患者或金属植入物患者中，由于低能量光子的穿透不足，图像质量可能会下降。许多机构使用身体尺寸（体重、BMI或侧位宽度）来利用DECT，从而克服这一限制。在文献中，体重和宽度的截止值分别为260~280磅和38cm、42cm和46cm；但是，对于这些截止值还没有达成共识。此外，通过应用迭代重建算法和增加机架旋转时间，可以降低图像噪声。当使用DECT时，添加迭代金属伪影抑制软件也有助于减少束硬化伪影。

利用双源DECT扫描仪，高能量水平的X射线束源覆盖视野较小。这个问题可以通过患者的正确定位来解决。

尽管已经证明VNC的平均衰减与真实平扫图像的平均衰减相似，但之前已经报道了两者有约5~20HU的差异。因此，在用VNC图像解释腹部器官时，应该考虑到这种差异。因此，很难区分潜在的小肠病变和出血病灶。此外，用于评估增强的碘浓度阈值介于0.5~2mg/ml之间，这可能是由于成像阶段、扫描仪类型和图像处理算法等原因。因此，在定量评估肠道质量或缺血时，碘摄取阈值应根据所用扫描仪的类型进行调整。改进的材料分解算法可能有助于解决这一限制。此外，从先前的CT研究中口服碘可能会模拟活动性出血。应用后处理技术创建虚拟单能谱图像、虚拟平扫图像和碘图之前需要技术人员或放射科医生的额外工作，但在新版本的CT扫描仪中已经自动化。这些图像现在可以自动发送到PACS，大大改善了图像解释的工作流程。

与常规CT相比，DECT结合后处理技术在评估胃肠道出血方面具有许多优势。通过使用虚拟平扫图像，可以消除对真实平扫图像的需求，从而显著降低辐射剂量。碘图和虚拟单能图像的应用可提高胃肠道出血的诊断可信度。

本文主要参考了：Trabzonlu, T.A., Mozaffary, A., Kim, D. et al. Dual-energy CT evaluation of gastrointestinal bleeding. Abdom Radiol, 2019 Nov 14. doi:10.1007/s00261-019-02226-6

作者：赵喜同学   来源：XI区