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精品译作 | 肺动脉高压的双能CT影像:挑战与机遇

 xuxinj2005 2017-01-29

医影医译  出品公众号 YYYY-EE

心胸组     译作


前言

肺动脉高压(pulmonary hypertension, PH)是潜伏发病、威胁生命的条件,患者经常表现较迟,无特异性症状,通常是其他疾病的合并症。在血流动力学上,肺动脉高压定义为平均肺动脉压≥25 mmHg,伴随肺血管阻力(pulmonary vascular resistance, PVR)增加为特征的真性肺血管疾病。根据2013年第5次国际肺动脉高压专题讨论会的重新分类,根据临床分组肺动脉高压分为原发性疾病和继发于心脏、肺和慢性血栓栓塞性的疾病(表)。新治疗方案选择的有效性和晚期诊断的发病率和死亡率是早期正确诊断之所以重要的基础。右心导管置入术(right heart catheterization,RHC)是诊断的金标准,但它是一种有创操作且有一定的风险。影像学评估,最常见的是计算机断层扫描(CT),是主要评价肺动脉高压的方法,它能帮助阐明可能的病因。

30年前,在CT出现时已经提出该成像的可能性,直到近年来,引入双能CT(DECT)的多检测CT系统才得以实现 。双源系统能快速转换千伏电压或者使用高反应性探测器材料允许在不同千伏电压下几乎同时采集容积各项同性数据集。反过来,这些采集能依据三分解数学算法技术区分物质成分。DECT在胸部成像的应用被广泛报道。尤其是计算肺实质内碘分布产生肺血容量(PBV)图是DECT成分特异性技术优于传统胸部CT的例子。这种肺灌注的替代指标能比得上荧光闪烁法,是评价急性肺栓塞较为成熟的方法,其结果与疾病严重程度和结局有关。数据量和经验的增加提示肺血容量图可能不仅帮助评价慢性血栓栓塞性肺动脉高压(CTEPH)患者,也用于评价肺动脉高压(PH)患者。

本文中,我们综述最近DECT在疑似或确诊肺动脉高压患者中的应用,评价DECT现有的应用和进展的功能,并讨论其目前的局限和未来潜能。


肺动脉高压的影像检查技术

右心置管术(RHC)仍然是确诊、量化和预测肺动脉高压的金标准。然而,RHC是有创检查,需要专门技术人员参与并有一定风险和附加费用(11)。因此,应用一种非创伤性影像形式在诊断或随访时减少对RHC的需求是很吸引人的议题。目前还没有单独的非创伤性诊断检查能完全可靠的评估肺动脉高压(4)。

经胸廓超声心动图(transthoracic echocardiography, TTE)是广泛应用于诊断肺动脉高压、估计肺动脉压和右心室形态和功能的初次调查和筛查手段。测定肺动脉压通常包括测量三尖瓣反流峰速和根据下腔静脉依从性来估计中心静脉压。用修改后的Bernoulli方程(1)进行计算:肺动脉收缩压=三尖瓣反流压梯度(4*[三尖瓣反流速度]2)+估计的右心房压(根据下腔静脉直径和呼吸变化)。尽管非侵入性经胸廓超声心动图和侵入性右心置管的肺血流动力学有线性关系,但是广泛的一致性受限需要使用RHC进行明确的初步诊断(4)。经胸廓超声心动图对评价左心功能和监测肺动脉高压尤其有帮助。然而,在一些患有间质性肺病或肺气肿的患者中建立合适的心脏窗口有公认的局限性,这些患者是PH的重要潜在群体(12)。

通气-灌注(V/Q)闪烁扫描法可被用于证实慢性血栓栓塞性疾病患者,在许多机构这仍然被认为是肺动脉血栓动脉内膜切除术前方案设计的重要依据。与传统CT或MRI成像相比,V/Q闪烁扫描术提供肺实质灌注的功能信息,但是解剖分辨率不足(13)。MRI成像提供多种有用的指标来评估肺灌注、量化中心血流、评价肺通过时间和评估右心室功能。但是相对复杂的技术、专家解读的必要性,以及在一些情况下,对有限的MR成像能力的竞争已限制了其对专家中心和已的PH的病例的适用性和例如MRI设备有限,使它的使用范围限制在专业机构和确诊的肺动脉高压病例。另外,在全面解决肺动脉高压成像方面,MRI最主要的缺点是对评估肺实质较差(14)。

CT日益被常规用于评估肺动脉高压患者。在确诊的病例中,CT在帮助确定肺动脉高压的潜在病因或肺动脉高压进展过程中的共存病理条件很有价值。CT逐渐成为最先提示诊断肺动脉高压的方法。多种形态学CT指标,主要与中央肺动脉脉管系统或右心室形态有关,已经被提议作为肺动脉高压的指示器,并且联合越来越广泛应用的CT一起可能有助于临床早期发现肺动脉高压(15)。但是,已报道的肺动脉血压过高的指数也显示这些方法缺乏相应的高灵敏度和特异度。传统CT的这些局限性能够部分归因于缺少肺灌注和功能信息,并且可有助于解释如V/Q闪烁扫描法仍被一些专家认为在肺动脉高压方面有重要性的原因。

(教学点)多探测器的双能CT的出现提供了定性和定量研究肺血流动力学的潜力,尤其是中央和周边血管灌注的分布和肺实质强化的程度和变异性。当结合多探测器CT的进行形态学评估时,这些发现能提供传统单能CT研究中缺乏的功能信息,并且增加用于评估肺动脉高压的CT临床效用。


DECT评估肺血管

技术和原理

多种DECT技术被应用于多探测CT扫描(16,17),其中包括有单独球管和只需完成Z轴90度旋转,同时采集低千伏图像和高千伏图像的双源系统(18)。另套单源CT使用高反应探测性闪烁材料,它能使高千伏快速切换,在低千伏和高千伏范围采集每条射线位置的样本(19)。尽管这两种技术在视野范围、图像和原始数据重建、毫安度转化的灵活性方面有轻微区别,在原则上这些技术可以产生较好的图像,应用于DECT肺血管影像。其他技术,例如用于区分X线范围的三明治探测器还没有广泛的商业用途或者还没有被用于肺血管影像。由于在肺血管最强化期很短,一些单源CT机的双序列在胸部影像上也并不实用。

DECT产生低千伏和高千伏图像。这些能够被结合计算加权平均图像,从而为传统解读证明最佳的噪声和对比特征。另外,材料特异性影像可以从这些数据的综合通过数学计算得到。通过确定每个体素在低千伏和高千伏的密度,明确预期成分在这些特定能量下的密度协变量,确定每个体素的密度的三个确定成分可以从三个成分分解中得到(21)。反过来,任何选择计算的成分都可以从融合图像的预测或叠加图像上添加或删除(22)。


技术和图像重建

本综述中展示的图像是用第二代DECT扫描机采集(SOMATON Definition Flash; Siemens Medical Solutions, Forchheim, Germany)。尽管本系统用双源,它并不增加放射剂量水平,因为放射剂量被两个系统分开(23)。

数据采集方案反应了对肺栓塞图像采集方案微小的改动,如下:深吸气;95-100 mL碘海醇对比剂(碘,300 mg/mL),从肘前静脉用18-剂量静脉导管以5 mL/sec速度注入,随后以5 mL/sec速度注入40 ml生理盐水,延迟扫描依据感兴趣区的团注示踪超过中央肺动脉来确定(在120 kVp单能采集序列触发阈值为100 Hu)、100 kVp有效150mA和Sn 140 kVp有效128mA的扫描参数、128-*0.6mm准直、旋转时间0.28秒、倾斜0.8、尾头位采集、4D剂量调制、扫描范围从肺顶到肺底。

典型的图像重建采用1mm层厚,0.8mm间隔,采用100 kVp和Sn 140 kVp软组织卷积算法(D30)。主要的肺血管临床解读采用1mm层厚、0.8mm间隔加权平均数据(Sn 140 kVp和100 kVp图像的权重分别为40%和60%)。如果有次最优肺动脉血管不透明化,通过综述低千伏数据的文献可以补充。

常规成分特异性DECT肺血容量图能在另一个工作站大约30秒产生整个胸部的体积(Syngo.via Multimodality Workplace; Siemens Medical Solutions)。肺血容量算法被用于产生PBV图,通过在100 kVp和Sn 140 kVp已知的空气、软组织和碘的密度范围计算它们对体素的相对贡献。彩图PBV可以反映肺实质强化(24)。

这个算法运用阈值功能来确定需要分析的肺容量,需要排除胸壁、纵膈和中央大血管(默认,-960到-600 Hu)。对于肺动脉高压影像,默认的设置需要调整,把磨玻璃影纳入,否则可能会把它排除。我们的经验是把默认阈值上限调整到-300Hu。PBV图像可以叠加到加权平均的图像上形成混合图像,这允许同时评价灰阶的中央血管强化和彩色的肺实质强化的PBV(图1)


灌注图像 VS DECT PBV图像

真实CT灌注图像要求在一个兴趣区不同的时间点采集多个数据。可以通过计算输入功能来评价兴趣区的强化曲线来确定灌注模型,包括到达峰值的时间、平均肺通过时间、PBV和绝对灌注(用微升/(min*组织的微升)表达)。肺灌注图像要求高对比度通量和窄管理描述,在实际工作中流量≥8 mL/sec是必须的。重复采集CT数据集,即使通过使用低千伏电压采集或迭代重建减少放射剂量,患者接受的整个辐射剂量仍过量。由于不可避免的呼吸运动,运动校正软件可适当减少偏移。然而,使用这样的软件并不能完全消除这种伪影。由于这些限制,该技术的使用通常局限于肺实质的特定区域,主要是局灶性结节或大面积病变的患者,以帮助确定恶性肿瘤并评估治疗效果(25,26)。为了采集灌注图像,可能需要专门的独立研究,或者可能需要调整图像容量剩余部分诊断成像的时限。虽然在急性或慢性肺栓塞性疾病患者中的测定全肺灌注已经被研究到较细程度,在这一领域仍有新的研究报道(27)。

(教学点)PBV成像本质上是“两个时间点”灌注扫描。采集时间形成第二时间点,然而肺实质碘含量的PBV计算可以从原有的图像物理密度中分离出并去除,有效地充当注入造影剂前的初始时间点。虽然这样的两个时间点的灌注扫描是仅在单个时间点的增强的反映,并且显然不足以产生专用灌注扫描的灌注指标,然而PBV成像仍有潜在优势。首先,可以容易地评估整个肺实质而不需要任何额外的辐射剂量。第二,检查没有对准不良,因为基线密度是从单次采集计算的。最后,不干扰用于评估血管的伴随肺动脉CT造影(CTPA)的采集时间。

(教学点)几个研究已经证明,PBV成像类似于闪烁法,可以用于定性评估肺血流灌注不足的区域(7,28)。因此,PBV成像已经能很好地评估急性肺栓塞,并在评估PH中发挥作用(29)。因为不存在肺部双能量体模,PBV成像在人类肺增强检查的准确性难以确定。肺成像评估增强前后的实验对照受运动偏移限制。然而,通过使用标准CTPA技术和增加静脉造影剂用量检查的健康患者队列中DECT图像上的多个标准化感兴趣区域,PBV增强值的逐步强化间接证明了PBV指标准确地反映了实质强化(30)(图2)。因此,PBV成像可以被无可非议地认为是灌注的简化增强替代指标。

DECT评价肺栓塞和CTEPH

急性肺栓塞发展为慢性栓塞性肺动脉高压(CTEPH)的绝对风险是未知的,引证的变化区间在0.57%和9.1%之间(31)。尽管CTPA是诊断肺栓塞的主要成像技术(32),但由于高辐射暴露,常规重复扫描不可取。因此,临床需要鉴别出具有进展为慢性栓塞性疾病风险的患者亚组。当前CT形态学测量血栓栓塞性凝块负荷无法准确反应进展风险。

PBV成像已经很好地描述了由于急性肺栓塞导致的低灌注区域(33-35)。然而,不是所有的肺栓塞都与PBV缺损相关(图3)。在对117名患者(17名患有肺栓塞)的研究中,58名具有非闭塞性肺栓塞的患者中只有5名患有PBV缺陷(34)。在对93名患者(23名患有肺栓塞)的对比性研究中,33名具有非闭塞性栓塞的患者中只有两名患有PBV缺陷(36)。然而,在这两项研究中,具有闭塞性肺栓塞患者的PBV缺损率远远更高(分别为17名患者中的14名和44名患者中的42名)。其他研究已经证明灌注缺损总体程度与腔内栓子负荷(由Qanadli或Mastora指数确定)及右心劳损(由右至左心室比增加显示)相关(37,38)(图4)。此外,PBV缺损与肌钙蛋白I水平正相关,并与动脉氧(PaO2)水平负相关,这进一步映证了PBV缺损似乎反映栓塞性疾病存在更多生理损害的[39]。Bauer等人(10)的研究中反映了PBV成像缺失在受损生理学中的预后价值,他发现,因急性肺栓塞导致的重复出现或死亡仅发生在灌注缺损体积大于5%总肺容量的患者中。这些患者的中位生存时间显著缩短。


虽然越来越多的数据表明DECT介导的灌注缺损在量化肺栓塞预后中的潜在作用,(40,41),与常规CT测量心脏应变和标准实验室标志物的相比,该测量的附加价值未经证实,但是正在研究的主题。有理由认为,PBV缺损的程度与其他临床参数(例如血栓形成倾向,肺栓塞程度和右心室功能障碍)相结合,可能有助于确定CTEPH随访成像的需要以及可能的进展风险(图5)。然而,没有直接的前瞻性证据表明PBV缺损预测CTEPH的进展。

在我们的研究中,我们旨在对所有疑似肺栓塞或PH的患者使用DECT。不包括非常肥胖的患者(当使用视野受限和在低千伏电压图像上噪声更大的第一代双源扫描仪时尤其相关);严重呼吸急促的患者(其更合适高螺距协议);和应用单能量低辐射剂量方案的辐射剂量受限患者(例如,小儿或怀孕患者)。


PH的灌注成像

在CTEPH中观察到的灌注缺损,和在PH中更广泛的灌注缺损,通常类似于但比在急性肺栓塞中所见的灌注缺损更显著(图6)。PH患者灌注异常的存在和意义在CTEPH患者中得到最广泛的评估(42-46)。该队列与非记忆性PH的患者的区别是重要的,因为CTEPH的患者通过使用肺血栓内皮切除术而代表具有潜在可治愈疾病的不同类别(47)。CTEPH的病理生理学知之甚少,但部分涉及不完全血管内血栓栓塞物质的转变,其被重塑成导致肺动脉狭窄或阻塞的血管内瘢痕(48)。首先在平面闪烁扫描(49)和最近在PBV成像中观察到的,继发的灌注异质性在该病症中被充分认识。(教学点)此外,在CTEPH病例的PBV成像分析中,CTEPH最严重的肺动脉特征,包括网状物,带状物,局灶性狭窄和闭塞,在灌注缺损的节段中比在正常灌注的节段中出现的更多(45)(图7)

在临床实践中,患有CTEPH的患者可以呈现用于成像的各种适应症,例如继发于以前的肺栓塞性疾病,排除急性肺栓塞,或慢性缺氧的研究或已知的PH。常规的CTPA可以很好展示血管内血栓并提供其他形态学信息,包括肺马赛克变化和右心室构型的结构信息(50)。然而,常规CTPA不提供关于实质灌注的功能信息,并且已经报道外周血管下段血栓可视性较差。Pitton等人(51)的一项研究表明,与选择性数字减影血管造影检测肺节段性和亚节段性慢性血栓栓塞性疾病相比,多探测器CTPA的灵敏度为64%-70%。另一个单中心回顾性研究227例患PH病人报道了多层CT探测CTEPH的敏感性为51%,而V/Q闪烁显像的敏感性为97%(52).

这类研究并不罕见地受到难以确定一个独立的最终诊断CTEPH标准的影响和受到受累血管范围的影响。病人有高度可能性V/Q扫描或者独立的灌注缺损常常假定是由于CTEPH, 虽然这样的缺损在PH病人中可能不只是CTEPH (49,53)。鉴于观察者间在解读和发现病灶的差异性,传统上用选择性肺动脉血管数字减影造影作为验证标准也应当考虑为有潜在性不足,许多PH病例在外周动脉的形态学上可能有相同的最终结果。加上常规CTPA缺乏功能性信息,这些因素有助于解释一直以来强调用V/Q闪烁显像评估CTEPH病人。

如果DECT能够提供与V/Q闪烁显像类似的功能性信息的话,可以预见这项技术可用作为CTEPE病人的单个诊断和术前计划的检查, 这项技术结合了高解剖分辨率用于血管评估和功能显像(分辨率超过V/Q闪烁显像和单光子发射断层(SPECT))。与单能CTPA相比,PBV 显像提供的灌注信息可能是更加准确地反映了整体肺血管的储备力和肺动脉灌注,包括肺动脉和支气管动脉血供。


双能CT(DECT)与闪烁显像的关系

至今对DECT与V/Q平面显像和V/Q SPECT显像的关系只有很少的研究(54,55)。Thieme 等报道用肺血容积图(PBV map)诊断肺栓塞相关的灌注缺损区的准确性不高,在以病人为单位的分析中其诊断肺栓塞的敏感性为75%,特异性为80%, 但以节段为单位的分析中则增加到敏感性83%和特异性99%(54)。 在同一组病人的随访检查中,DECT 肺血容积的灌注缺损与SPECT显像相比,敏感性为77%和特异性98%(55)。 DECT与闪烁显像之间的缺损不可能完全吻合。这不仅测量指标不是完全生理上相等的, 而且做V/Q显像的时候是浅呼吸,而做DECT的 PVB图反映的是完全吸气的状态。DECT PBV与闪烁显像的一致性所达到的程度是令人鼓舞的, 特别在基于有临床意义的以节段分析中更加如此。

Nakazawa 等(43)分析了51个病人的PBV 显像和相应的SPECT 显像发现PBV的敏感性为96%、特异性为76%。相对低的特异性是由于由静脉中的高密度造影剂所产生的线条状伪影所致, 而良好的敏感性则是由于CT相对闪烁显像来说具有较高的对比度和空间分辨率。这使到CT能够探测到那些肺闪烁显像探测不到的小低灌注区。作者由此得到 结论,PEV显像代表了肺血流灌注,相当于用闪烁显像评估CTEPH的肺血流灌注(图 8, 9)。



(教学点)把有PBV显像的双能CTPA的血管和肺实质增强信息结合起来可以用于探测是否存在局部血管阻塞引起的灌注缺损区,并以此去优化治疗方案。目前的外科数据提示当可以看到造成灌注缺损的阻塞血管,外科治疗更容易成功;相反,当造成灌注缺损的局部血管阻塞找不到的时候,就有可能出现手术后持续增肺动脉压和肺血管阻力增高, 从而导致并发症发生率增加(56,57)。因此,DECT 的PBV 图有助于减少单条周边血管的CTEPH患病率和发病率, 这个的特征是V/Q灌注缺损和CT血管嵌镶型衰减而没有血管内血块。同时获取较高解剖分辨率的PBV显像和CTPA来评估血管的DECT联合显像法 (intergrated DECT approach)与顺序先后做 V/Q闪烁显像和常规CTPA方法 相比可能 有优势。


用肺闪烁显像评估CTEPH或者PH 时匹配的肺通气灌注缺损所见是个令人摸棱两可的因素。它使到无法确定这些缺损区反映的慢性生理反应到底是由于血管阻塞导致的,还是因为同时存在的气道阻塞性疾病导致的,而这个气道阻塞性疾病恰巧与PH同时存在 还是气道阻塞性疾病导致了PH。DECT显示的PBV 缺损可以看到相关的解剖血管改变,这有助于判定PBV缺损的重要性。DECT还有可能用吸入如同碘那样有X 线吸收特性的高密度气体来生成通气图像,如氙气(xenon)。用DECT生成局部肺通气图。有限的氙气供应和需要严格的气体麻醉成分监测限制了用这一类检查替代完全的肺通气闪烁显像加DECT 的方法(58)。


微血管评估: CTPA和闪烁显像方法以外的内容

虽然有信心探测到的急、慢性血管的充盈缺损只能达到直径2毫米或以上的血管,现在许多多层CT的等向性(isotropic) 轴向分辨率达到了0.5-0.6毫米。虽然V/Q闪烁显像没有严格的解剖关系,闪烁显像的分辨率(7-8毫米)和SPECT的分辨率 (3-4毫米)均是相当之低的。因此, 小的肺灌注缺损有可能因为血管太小而无法用目前的各种影像学方法去评估它的通畅性(包括用最新的能做CTPA的多层CT)。如此小的PBV缺损偶尔会在CTEPH病人中见到,它有可能反映了多层CT的CTPA分辨率之下的灌注缺损(图10)

假定这些缺损反映了小血管的CTEPH灌注缺损已有建立了的基础。在已证实是急性肺栓塞的病例中,有时会见到肺灌注缺损而没有可见的肺供血动脉的栓子。Thieme等报道(55)了两个病例有同时有相对应的V/Q闪烁显像和DECT PBV影像的灌注缺损而CTPA权重-平均图像未能见到栓塞。他们提出灌注缺损可能是对应于以前的肺栓塞节段有节段血管再灌注和多层CT CTPA 看不见的周边残留栓塞血管。与此相似,Pontana 等(35)在17位证实肺栓塞的病人中 发现了4个节段性灌注缺损而没有可见的栓塞。

在临床实践方面,这些小的周边灌注缺损在急性肺栓塞中并不罕见,它出现在没有明显梗阻性血管改变的区域。这些灌注缺损通常是三角形和周边分布,并且不能用明显的伪影解释。与CTEPH的小灌注缺损长期存在性质相反,急性肺栓塞的小灌注缺损与其他灌注缺损一道经抗凝治疗后趋于完全化解(图11)。虽然这些小灌注缺损的意义需要进一步研究,在探测低于CT 和闪烁显像技术分辨率的周边栓塞方面PBV显像可能有提高敏感性的潜力。这项技术对CTEPH 和微小血管受累的病人来说,可能有特别的重要性。


DECT 探测MLA (嵌镶肺衰减)

PH 病人的肺实质灌注的各种变化可能比较容易由MLA反映出来。MLA定义为在薄层CT上看到地图样的不同程度的肺脏衰减区。在血管起源的MLA中,较高的衰减区对应于正常或者高灌注肺,在这些区域可能可以看到肺血管增粗。与其相反,在较为暗的区域常常伴有血管变细,对应于低灌注区 (59)。虽然气道疾病可以导致MLA,真正的气道疾病引起的MLA是由于局部空气潴留(air trapping) 造成的。气道疾病中的血管灌注有可能是由于继发性自体调节而减少。不过,在临床工作中见到气道疾病引起的血管大小的形态学变化较小,血管灌注的减少也没有那么显著。

对MLA和不同灌注的一致性曾有用单源CT和闪烁显像进行了研究。Rossi等(59)和Bartalena等(53)显示了用最低密度投影[minimal intensity projection]增强的各种嵌镶变化和闪烁显像的灌注异常高度一致性。这提出了一个假设,DECT上PBV灌注缺损与MLA的低衰减区一致说明是一个血管疾病引起的MLA,而二者之间的不一致则提示源于气道疾病为主的气体潴留(图12)。一个20位患CTEPH病人队列研究显示了DECT PBV显像的低灌注范围与MLA之间的强相关性(42)(图10)。还有,Pontana 等(60)研究了慢性阻塞性肺病病人,确定DECT可以用这些节段中的高碘含量来区分出血管源性的磨砂玻璃样衰减。

这些结果表明,PH患者患CTEPH,DECT PBV图像可能有助于将各组患者进一步归类,这些患者在初始图像中表现为马赛克征累及多个肺叶。这些马赛克征已被认为反映广泛的末梢疾病及动脉内膜切除术可能预后不良(61)。 

PH影像中心越来越多的人认为,尽管MLA在CTEPH更常见更明显,这可能是由于PH导致的非CTEPH的特点。PH肺血管结构改变使病变超过或小于灌注区,包括不同程度的血管内皮损伤、细胞增殖、血管收缩和远端肺血管闭塞,许多疾病发病过程最终共同表现。不均匀性在PH患者DECT PBV成像也很常见,见于大多数病例,并不仅限于CTEPH。非CTEPH病例表现的灌注不均匀和在闪烁扫描的表现类似。虽然在PH、高概率V/Q扫描结果通常归结为CTEPH的原因,灌注异常与其他相关PH原因早已被认可,常被称为“斑点”模式(49)。Talwar等人(62)利用这种变化和证实在非血栓性肺动脉高压患者中PVR与特定灌注指数的高度相关性。

动物模型研究证实,DECT PBV肺灌注成像的变化准确地反映了肺灌注血容量的变化(63)。最近的人类研究也表明,PBV测量的区域变异(PBV测量可以通过标准化多个二维感兴趣区域手动布局或区域自动容积PBV测量)显示各类不同PH病因患者的PVR强相关性(64)。

因为DECT可以将CTPA与肺血管成像、高分辨率肺CT和肺实质特异性强化相结合,该技术提供了一个强大的“一站式”PH调研。最新的数据表明,PBV成像可以作为准确而敏感的pH灌注变异指标。对肺密度和血流灌注细微变化的较好显示可以提高对比度分辨率低千伏的图像和突出PBV图像上局部肺组织的强化差异。

PBV的成像变化能潜在反映PVR是至关重要的。虽然大多数之前尝试的有关右心动能CT形态学特征都集中在对肺动脉平均压的测量上,但PVR更重要,尤其是作为真正的肺血管疾病的决定因素,可指导肺血管扩张剂的治疗。这是因为PVR增高,最终心脏衰竭可导致心输出量减少的同时平均肺动脉压下降。因此,在这些情况下,平均肺动脉压力下降是一个矛盾的不利结果。因为许多新的血管扩张剂治疗是昂贵的,并不是所有患者都有效,PBV变异性指标可能有助于鉴别早期血管是否存在舒张反应。在PH PBV能很好的描述CTEPH,也许部分是因为CTEPH更明显的马赛克征。目前没有证据表明PBV地图添加到常规CTPA图像中有助于区分PH的病因,然而在PBV图像表现的细微差异在DECT是可见的,同时观测V/Q灌注显像研究,利用灌注扫描模式辨别CTEPH和特发性肺动脉高压(49)。PBV缺损在反映CTEPH患者灌注缺损通常是多发的、节段性的、清晰的,而特发性肺动脉高压的患者,这些缺损通常是非节段性的、斑片状的、呈不均匀分布的,往往没有孤立的缺损(图6)


灌注伪影:非灌注缺损

虽然PBV缺损对急性肺栓塞性疾病和PH有生理意义,并不是所有的灌注缺损都会反映实际的肺实质灌注不足。人工制品或灌注伪影出现在DECT PBV成像中并不少见,需要熟悉这些表现及成因。最常见的灌注伪影是运动伪影或相关对比材料的束状硬化伪影。对48例非栓塞性疾病的患者进行DECT扫描显示212例灌注缺损,其中运动及束状硬化伪影202例(65)。辨别灌注伪影是很重要的,可以避免错误影像描述。

运动伪影通常是由于心脏和呼吸运动造成的,表现为心缘旁或膈上线形的或新月形的灌注缺损。它可以通过对应的肺窗的模糊片影来确认。适当的屏气和心电门控技术可以帮助减少运动伪影(9)。

高密度对比剂在血管中通常表现为是“风车样”(射束硬化伪影)改变,常位于右心房、上腔静脉和锁骨下静脉旁,与对比剂的峰值有关(图13)。这些可以通过这些来减小伪影:从足侧至头侧的扫描、用生理盐水冲洗、并给予低剂量对比剂后再采集图像(8)。后两者在CTPA DECT是可行的,可以提高相关低千伏图像中碘剂强化的对比度。


阈值功能产生的超范围灌注伪影原因不明,它定义了包括PBV计算的衰减范围。三维重建范围外CT值设置为0,在PBV图像中显示为黑色。这些领域模仿真正灌注缺损的区域来定性评价或对感兴趣的区域的一部分定量评价。这些缺损在PH患者是特别有意义的,特别是伴广泛磨玻璃影和肺气肿的患者。增加的最小值和最大值的范围可描述在多组织中的碘浓度(图14)


PH DECT的其他应用

低千伏图像的应用

与140kVp相比,在100kVp有更高的光电相互作用,并且碘达到相对接近低千伏的界限(33 keV)使碘剂更加显著。这对显示外周动脉和研究次级肺动脉强化有更好的图像效果(22)。这种图像效果对心功能受损的PH可能特别有利。增加低千伏碘造影剂显示也能改善支气管及非支气管动脉侧支循环的显示侧支,这是导致PH不常见的特征表现(图15)。尽管低千伏设备噪声增大,但相应增加的信噪比会提高整体图像质量(22)。


碘选择性成像:血管成像

与PBV成像相似,DECT可以显示肺实质的碘含量,还可以对血管碘含量进行成像,其中血管灌注区根据其增强的程度颜色不同。这些可以在标准平面、或作为一个血管整体三维图像显示。

与PBV图像不同的是,该功能可用于识别肺动脉内栓子,并有助于显示低CT值边界模糊的血管内栓子,表现为轻度强化,受周围空气影响的部分容积效应。这可以提高强化血管的显示,并已被用于诊断急性肺栓塞的评估。这些评估对排除节段性肺栓塞已表现出较高的阴性预测值(66)。

这些影像对PH的评估仍处于起步阶段,但是,这些成像对评估血管形态和潜在的病理生理学表现提供了一个可行的工具。这种成像能力应用于肺动脉高压的评估尚处于起步阶段; 然而,从全球范围来看,这样的成像技术为血管形态和病理生理学的评价提供了一种的潜在工具。它也可以被用于帮助确定肺动脉高压的病因。例如,异构灌注模式常见于慢性血栓栓塞症和特发性肺动脉高压这两种疾病,然而,血管管腔狭窄和管径尺寸变化被认为只存在于前者图16。这种结合形态和功能的影像显示技术将有助于那些拟行外科手术的患者和疾病进展评估。


虚拟平扫影像

慢性血栓栓塞性疾病可导致少数患者出现血管钙化。这种钙化血栓是一个重要的诊断依据,但可能会由于造影剂的掩盖或血管再通而变得难以区分、辨认(50)。通过从加权平均图像中减去碘可以容易地获得虚拟平扫(非增强)图像,可以弥补这种不足(9)。


心肌缺血的可视化

右心功能衰竭是大多数患者肺动脉高压患者的最终死因。肺动脉高压的患者,通过心肌显像可以确定,右心室功能不全和右心室微血管缺血之间存在直接关系(67)。DECT扫描生产的心室灌注图可用于左心室心肌缺血的评估,其灵敏性达84%,特异性达到94%(68)。因此,类似的原理,可以将此技术适用于评估肺动脉高压患者的右心室缺血情况。然而,该技术仍在发展中,受限于右心室较薄心肌的增厚,仍有大量患者存在肺动脉高压所诱发的右心室肥大(图17)


肺血流动力学的定量评估

除了提供的肺实质碘含量灌注图,DECT还能同时评估中央血管肺动脉增强的程度。最近一项关于DECT的回顾性研究发现,在标准化肺动脉造影的流程下,肺动脉高压患者中央肺动脉增强的程度要显著高于无肺动脉高压的患者(64)。相反的,总的肺血容量决定了肺实质增强的程度,肺动脉高压患者的肺实质强化程度不如没有肺动脉高压的患者。这种双能CT的测量模式强化程度的不同提示肺动脉到肺实质期的延迟,是由于肺血管阻力增加的缘故。事实上,中央肺动脉到肺实质增强的数值在肺动脉高压患者中被显著低估了,而该值与右心导管植入术后测得的肺血管阻力密切相关。在评估肺通气时间上,这些发现优于那些更加复杂的检查,无论是超声造影(14),还是时间分辨磁共振血管造影(69,70)。双能CT的参数和肺实质增强评估的第二延迟时间点的效果,目前需未来进一步评估验证(图18)

局限性

双能CT在肺动脉高压的显像的应用的主要受限于其双能CT系统的可用性。这些高端系统具有一定程度的成本影响,但是来自不同供应商所提供的双能量采集技术的发展及竞争,一定程度上降低了这部分费用。于在低千伏图像成像时过大的噪音,对于体重较大患者(一般>105千克)第一代双源成像系统不能成像(71)。在这些相同的系统中,减少双能CT的视野(26厘米)也将排除体重较大的患者肺的外周部分。这些问题,在拥有选择性锡光子屏蔽和高千伏光谱的第二代双源系统中,得到了有效解决的,对于体重较大的患者,它允许100-kVp的和Sn 140 kVp两种剂量相组合显像。第二代双源的CT系统(33厘米)和快速千伏系统(50厘米)的大视野,有效地克服患者胸廓直径这一个限制因素。毫无疑问,采用双能CT的需要进行低、高、加权平均千伏电压的重建和薄层数据集的存储,这可能会影响图片归档及通讯系统(PACS)的数据存储。

实际上进一步限制双能CT图像解读的是如前所述的各种共同的“假缺陷”,这些“假缺陷”可能要求适应初始采集技术,熟悉常见可能出现“假缺陷”的模式。在实际临床工作中,很少因这些原因而被限制,并且其临床影响可以通过结合加权平均肺动脉造影图像解译肺血容量图像来减少。在一般情况下,双能CT数据重建本身就是一个专用的快速工作站。然而,解释时间可能会因由图像的数量增加而延长,并且需要额外专门的培训,经验和专业知识,但是从肺血容量成像附加信息可能有助于解释那些更加复杂的病例。

尤其当定量双能CT成为一种趋势时,一些其他方面的局限性也应该考虑到。可靠的双能CT肺血容量图像的采集需要使用均一性的技巧和时机把握,以确保肺血容量灌注替代定性或定量的评价是可重复的。需要进一步研究,以确认并推荐双能CT的特点和参考指标值。在分析这些功能时,应结核肺血容量图像,并考虑那些可能潜在影响碘浓度和分布的因素,包括心脏病,全身及侧枝供血肺实质,和潜在的肺器质性病变。尽管双能CT有望适用于中央血管和实质增强功能信息相结合的分析,但与更成熟的评估方法相比(即,V/Q显像和SPECT),双能CT肺血容量成像的有效性尚待评估。在将双能CT作为有效方法应用于肺动脉高压前,应当建立关于双能CT衍生度量对患者的治疗和预后影响的进一步研究。

结论

双能CT在不增加辐射量的情况下,可以同时评估血管解剖、肺实质形态、功能性灌注和心肺状态。肺血容量肺灌注成像技术与核医学灌注研究具有良好的相关性,通过肺栓塞的情况推断闭塞性疾病可能会增加右心脏功能障碍的风险。肺动脉高压的患者的肺血容量不足逐渐加重,特别是那些慢性血栓栓塞症的患者尤是如此。肺动脉高压患者肺部不均匀的灌注影像,类似马赛克的表现,也可能有助于疾病严重程度的评估和预测。联合应用血管内的碘选择性成像,双能CT可能增加外围血栓栓塞性疾病的检出率,还能提供这种类似马赛克样改变原因的相关信息。正如每一项新技术一样,一方面,我们包含热情的将双能CT应用于各种适应症及肺动脉高压的成像,另一方面,我们也必须清醒认识到这种技术其本身的局限性,并进一步研究如何克服这些不足。然而,越来越多的证据支持肺动脉高压的成像采用双能CT,并强调其无创评价肺血管阻力的潜在可能。双能CT可能最终将取代显像并演变成一种卓越的解剖和功能全面的“一站式”检测,用于肺动脉高压患者的的诊断和严重程度评估,以帮助制定外科手术或药物治疗方案。

特邀评论

在过去的几年中,放射科医生有幸见证了影像技术的显著发展。这些发展使得如DECT这样的先进影像技术,在临床实践中得以使用。DECT通过两种不同能量(的光子束)穿透物体进行成像,利用不同物质能量吸收曲线的差异,能够准确地推算出该物体的成分构成(1)。虽然DECT并不是一个新的概念,实际上,这个理论的提出已经超过了30年,但直到最近,通过将两套不同能量的管球和探测器整合在同一个CT系统当中——DECT的出现,才使得由于初始顺序采集技术引起的图像重合失调这一主要限制得以解决。

由Ioannis Vlahos博士牵头,来自英国伦敦圣乔治医院的放射医师团队,提出了将DECT应用于PH成像的观点(2)。Ameli-Renani等(2)通过常规血管分析关于实质增强的定性和定量的功能信息相结合,提供了PH的CT功能成像的创新性见解。这个信息是通过使用PBV后处理分析肺灌注的替代指标,它允许灌注不均匀性,这或许有助于疾病严重程度的评估和病情发展的预测。更重要的是,这种检查手段,并不是通过增加的辐射剂量来实现的。此外,作者说明使用碘造影后的DECT所提供的低千伏成像,将有助于整体提高血管的可视化,特别有益于表征突出的支气管动脉的显影。作者还演示了如何使用三维彩色编码血管地图,作为一种有趣的新方法,来显示血流灌注,用于诊断和治疗监测肺栓塞。因为DECT提供了类似于V/Q成像的功能灌注信息,并且还提供了高解剖分辨率的血管影像,使得利用该技术作为慢性血栓栓塞症的单一诊断依据和术前计划研究的可能性大大提高(2)。DECT增加了一个功能部件,用于多层CT提供解剖信息,以尽量减少多种不同成像模态的干扰,使得实现PH最佳评估的目标更前进了一步。

DECT具有广泛的潜在应用可能,目前,已在美国各地的临床中广泛使用。比如,DECT在确定急性肺栓塞的优势,已被很好地建立。如Ameli-Renani等(2)指出的那样,使用相关联的腔内血管增强的评估PBV的已被证实可以提高肺栓塞的检出率、有助于严重程度的评估及治疗后的随访(3-5)。此外,DECT可以应用于其他血管性病变,如主动脉疾病(6,7)。特别感兴趣的是,使用虚拟重建(非增强)图像和低千伏成像技术应用于主动脉腔内血管修复的评价。延迟期低千伏图像和后处理的虚拟平扫图像的组合可作为用于传统的三重阶段方案的替代(在平扫,动脉相,和延迟相位图像获取),使血管内主动脉瘤修复以相当低的辐射剂量实现内漏检测的高精确度(辐射量减少高达60%)(8,9)。

DECT的其他广泛的临床应用如下:在一个单相采集研究中,肺结节强化的特征性描述(10);肾结石的化学组成(11)和痛风患者尿酸单钠沉积的无创检测(12)。最近,正在探讨将DECT应用于肿瘤学,包括血管增强在肿瘤监测方面的补充评估,这是一个具有前景的的方法,它将应用于评估抗血管生成治疗(13)。此外,对于考虑需要行肺切除术的患者,DECT不仅可以作为患者基线肿瘤分期一个“一站式”的综合评价,还能通过肺灌注增强的描述预测其术后肺功能的情况(14)。

虽然DECT已经商用多年,但其在临床实践中广泛传播还没开始。这种情况的原因是多方面的,包括设备相关的成本,认识的缺乏,需要更多潜在临床应用有效性的进一步验证,以及日益增长的临床需求,妨碍了放射科医生从事图像后处理所需花费的时间。

与其他现有技术相似,如计算机辅助检测和诊断,计算机可以进一步完善DECT技术,包括允许根据不同的临床适应症,用特异的CT程序做自动图像后处理和自动图像传输将图片归档和通信系统(PACS)。这些技术手段将使PBV地图,碘地图,虚拟平扫图像,以及DECT的其他临床应用在日常的成像评价中的应用变得更加便利。Ameli-Renani等(2)提供了一个很好且全面的回顾性综述——将先进的CT技术应用于PH的影像评价。这种新颖的视角,将可能改进患者的护理工作。随着不断认识到DECT的重要性,有效性研究的不断深入,自动化后处理软件的持续开发,DECT有望在不久的将来在临床工作中得到更加广泛的应用。

参考文献略



医影医译

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