双能量CT在弥漫性肝病中的价值
慢性肝病是一个重要的公共卫生问题，也是全球范围内与肝脏相关的发病率和死亡率的主要原因。肝活检是诊断肝纤维化基础病理(即脂肪变性、铁沉积、炎症、充血和胆汁淤积)和分级纤维化程度的金标准。虽然肝脏活检是一种总体安全的手术(据报道主要并发症的风险接近1%) ，但它仍然是一种侵入性的方法，不适合临床实践中的长期随访或疗效评估。取样误差和操作员内部可变性的出现进一步加剧了肝脏活检的误差。已经开发了替代的非侵入性成像工具来提供实质性弥漫性肝病的定量评估。磁共振成像(MRI)是为此目的测试和建立最多的成像方式。然而，双能量CT (DECT)继续发展，并可能在弥漫性肝病的成像中发挥作用，例如脂肪肝和铁的定量评估，这在Society of Advanced Body Imaging最近的共识中得到认可。此外，对于一些心脏起搏器、严重幽闭恐惧症、憋气困难或大量腹水的患者，DECT可能是磁共振成像的潜在替代方法。为了优化DECT的临床应用，放射科医生应该意识到它的优势和局限性。
肝脂肪变性
肝脂肪变性被定义为肝脏中过量的脂肪堆积，被认为是非酒精性脂肪性肝病(NAFLD) 和酒精性脂肪性肝病(AFLD)的基本特征。两者都会增加肝硬化和肝细胞癌的风险。非酒精性脂肪肝的患病率不断增加，预计它将成为全球慢性肝病的主要原因。肝脂肪变性是一种可逆的疾病，可以治疗；因此，应该尝试用定量和可重复的方法进行早期和准确的诊断。由于术后并发症/肝衰竭的风险增加，即使脂肪变性程度较轻，这对于潜在的肝脏供体候选人和接受肝脏切除术的患者尤其重要。
众所周知的分级病理系统根据受影响肝细胞的百分比将肝脂肪变性分类为：正常(< 5%)；轻度(5-33%)；中度(33–66%)；和严重(> 66%)。肝脏活检仍然是肝脏脂肪变性诊断和分级的金标准。然而，如上所述，它有很大的局限性。磁共振成像目前被认为是量化肝脏脂肪最准确的成像方式。然而，磁共振成像较昂贵，不能广泛应用，且需要特殊技术，这与大量的临床时间、成本和专业知识有关。
一种更便宜、更广泛、至少同样可靠的技术肯定会有所帮助。DECT量化肝脂肪含量(LFC)的可行性和准确性已经过调查，结果喜忧参半。表1总结了评估DECT在肝脏脂肪定量中的作用的最相关的研究。
表1 DECT用于肝脏脂肪定量的最相关研究综述
在一项动物实验研究中，单源双能量（ss-DECT）没有证明材料分解技术或有效原子序数(Zeff)测量在体内定量LFC方面的附加值。然而，在这项研究中，未增强SECT的衰减值与定量磁共振成像方法和脂肪变性的组织学分级有很好的相关性。Kramer和他的同事在一项对健康成年人的前瞻性研究中发现了类似的结果。当与作为参考标准的定量磁共振波谱相比时，平扫SECT衰减值的性能优于脂肪密度衍生的ssDECT材料分解。值得注意的是，使用衰减值的平扫SECT定量评估已经在更大样本量的前瞻性研究中得到进一步验证，并证明了与磁共振质子密度脂肪分数的良好相关性。
另一方面，一些研究显示DECT在肝脏脂肪定量中有很好的作用。Zheng和他的同事创建了反映肝实质的HU的衰减曲线，并将其与虚拟单能谱成像(VMI)的相应能量水平进行对比。作者在不同程度的肝脂肪变性中发现了不同的曲线模式。此外，鉴于脂肪衰减值在较高能量水平下较高的事实，作者使用较高千电子伏的图像减去较低千电子伏的图像来突出脂肪成分。当在增强CT扫描上评估LFC时，DECT也可以用于消除碘的掩蔽效应，而不需要专门的平扫。Patel和他的同事测量了从ss-DECT生成的虚拟平扫图像上的脂肪密度(单位为毫克/毫升)，并与平扫SECT上的肝脏衰减指数进行了比较。1027mg/ml的阈值对临床显著脂肪变性的存在具有90%的敏感性和61%的特异性。然而，脂肪密度测量值与肝脏脂肪变性的数量相关性很差。Hyodo和他的同事发现，作为LFC的一种精确的定量方法，固态检测技术可与磁共振波谱技术相媲美。研究表明，从多种材料分解算法中获得的脂肪体积分数测量值在真正的平扫CT和不同的对比增强相位中保持准确和可重复性，从而消除了对专用平扫的需要。早期的实验研究也证明了类似的结果。
如上所述，关于DECT比SECT用于肝脂肪定量的优势，存在着相互矛盾的结果。DECT用于脂肪定量的一个显著的潜在好处似乎是能够从增强CT扫描中提取LFC信息，而无需使用临床上获得的常规适应症的CT数据集进行预对比。然而，DECT脂肪定量方法仍需大量的队列临床验证。下图包括一个使用200名患者队列进行验证的代表性实例，DECT平扫和活检结果之间存在直接相关性。材料分解算法直接提供反映脂肪浓度与公认组织学评分相对应的概率的评分（0=<5%，1=5-33%，2=33-66%，3=>66%）。
3名不同程度肝脂肪变性[无明显脂肪变性(a)、轻度脂肪变性(b)、中度脂肪变性(c)]患者的物质分解脂肪图，与组织学相关。该材料分解软件的输出是一个分数，该分数确定每一级脂肪变性的概率(0 = < 5%，1 = 5-33%，2 = 33-66%)，以活检结果作为参考。
肝脏铁过载
在西方国家并不少见，通常是由于原发性或继发性血色病。它与纤维化、肝硬化和肝细胞癌的风险显著增加以及未来的心脏并发症和早期死亡相关。
准确评估肝脏铁含量(LIC)是诊断血色病的必要条件，也是指导螯合治疗的关键。肝活检样本的生化分析仍然被认为是LIC评估的参考标准。然而，如前所述，这种方法是侵入性的，容易出现采样错误，昂贵且耗时。
已经开发和改进了几种用于LIC定量的非侵入性方法。最常用的是磁共振成像，它利用铁的顺磁性，使用自旋回波或梯度回波技术测量横向弛豫速率。但是，MRI有局限性。基于磁共振的R2方法既费时又费钱，而R2*方法在设定严重铁过载时不准确。这些方法的可用性也是一个问题。因此，人们有兴趣开发其他非侵入性的高精度LIC定量方法，但没有磁共振成像的缺点。
在世界范围内，CT扫描是临床评估疑似肝病最常用的成像方式。虽然传统的CT扫描可以检测到由铁的密度大于正常肝组织引起的X光吸收的增加，但由于密度的变化与铁无关，如伴随的脂肪的存在，它具有局限性。这在轻度铁过载的情况下尤为明显。DECT公司有潜力利用多种方法克服这一限制，例如(1)低千伏和高千伏数据集之间肝Hounsfield单位的变化(δ)，(2)低千伏和高千伏VMI数据集之间的δHU和(3)使用三种材料分解算法，允许铁与其他材料(包括脂肪)的区别，以及虚拟铁含量的量化，VIC。
几项研究表明，DECT可能有助于LIC的量化。表2总结了最相关的研究。其中一些取得了令人鼓舞的结果。例如，Luo和他的同事完成了一项前瞻性研究，使用三种材料分解理论将基于磁共振的方法与(双源CT扫描仪)进行了比较。使用接收器操作员曲线(ROC)分析，该方法能够区分临床相关的LIC阈值(1.8、3.2、7.0和15.0毫克铁/克干组织)，其灵敏度/特异性值类似于MRI R2*方法，除了极低的铁水平(< 3.2毫克铁/克干组织:无临床意义)。
表2 DECT用于肝脏铁定量的最相关研究的总结
最近，Werner和他的同事利用胸部平扫CT(部分包括肝脏)的DECT数据进行了一项回顾性研究。本研究的目的不是比较DECT和磁共振成像对LIC定量的影响，而是评估是否有可能从血液病患者的常规胸部平扫CT扫描中收集有价值的信息。基于DECT的国际中心证明了血清铁蛋白和输血量之间的强相关性。
尽管有这些有希望的结果，基于DECT的铁定量方法仍然需要大队列验证，以及广泛接受的肝铁定量指标/标记。目前，考虑到已证实的准确性、可用的文献以及电离辐射利用的缺乏，基于磁共振成像的定量方法仍然是LIC定量的非侵入性方法的选择。然而，如果额外的研究证实DECT对肝脏铁定量的准确性和稳健性，LIC信息可以从这些患者因其他原因进行的DECT扫描中提取，而不需要额外的费用，这可能会增加这些CT检查的重要价值。
肝纤维化/肝硬化
肝硬化是导致肝实质不可逆纤维化的慢性肝损伤的最终结果。新出现的数据表明，肝硬化的发病率正在上升，据报道，2015年美国约有0.27%的人口患有肝硬化。在世界范围内，慢性肝病最常见的原因是慢性乙型肝炎、丙型肝炎病毒、酒精相关肝病(ALD)和非酒精性脂肪肝。其中，非酒精性脂肪性肝病是美国过去三十年中唯一出现频率上升的类型。确定纤维化的严重程度对于慢性肝病患者预测临床结果至关重要，因为纤维化的早期阶段可能是可逆的，未经治疗的病例将发展为肝硬化(与肝细胞癌和门静脉高压症的风险显著增加相关)。
有许多诊断工具用于肝纤维化患者的分层。肝活检是诊断肝纤维化基础病理(即脂肪变性、铁沉积、炎症、充血和胆汁淤积)和分级纤维化程度的金标准。然而，在临床实践中，肝活检对于长期随访和评估治疗反应是侵入性和不切实际的。此外，采样误差可能会降低其精度。已经提出了几种非侵入性成像技术来诊断和分期肝纤维化。其中，磁共振和超声弹性成像是最常用的，但需要额外的资源(包括硬件和软件)和专业知识。
CT扫描广泛可用，并经常用于对慢性肝病患者进行成像。与其他可用于纤维化定量的成像方法相比，CT的主要优势是可以无缝地将所需的测量结果纳入多期肝脏扫描协议，这可能消除对额外专用采集的需求，不同于磁共振和超声弹性成像。在过去的十年中，有几项研究探讨了增强扫描在肝纤维化诊断和评估中的作用。在这些研究中，从平衡期常规肝脏CT获得的fECV(细胞外体积分数)的测量被提议作为肝纤维化分层的潜在生物标志物。肝实质由三个不同的空间组成：细胞内空间、血管内空间和细胞外/间质空间。水溶性静脉造影剂在血管内和血管外空间之间自由移动，直到浓度达到平衡状态。细胞外体积分数(fECV)定义为血管内和血管外体积的总和。在肝纤维化中，前胶原纤维中有胶原的沉积和积聚。特别是，fECV的扩张与肝纤维化的程度直接相关。基于这些考虑，可以通过测量肝实质衰减(HU)和主动脉衰减(HU)在平衡期CT图像上计算前中心静脉压。造影剂的体积估计为1-红细胞压积。因此，fECV (%) =肝脏增强(HU) [100-红细胞压积(%)]/主动脉增强。
通过在同一诊断性CT扫描检查中提供特定材料的信息，而不需要额外的采集，与传统的CT扫描相比，DECT可以提供增加的诊断产量和价值。值得注意的是，基于DECT的碘图可以提供肝实质内碘对比分布和累积的定性和定量信息。越来越多的证据表明，在同一诊断性CT检查中，DECT可被证明对肝纤维化的非侵入性分期有用。Sofue等人，在一个47名患者的前瞻性队列中，显示出高度相关性(ρ= 0.645；基于METAVIR标准的肝碘摄取和肝纤维化阶段之间的差异(P < 0.001)。肝脏碘摄取被计算为“平衡期肝脏的衰减”减去“平扫图像上肝脏的衰减”，该衰减由主动脉衰减标准化。Bottari等人发现，肝硬化患者的平均红细胞压积值高于对照组，健康对照组和不同程度肝纤维化患者之间存在显著差异(P < 0.05)。这种方法具有不需要肝脏平扫CT测量的内在优势，因此不会偏离常规的多期肝脏CT协议(下图)。
正常肝脏和乙肝肝硬化延迟期获得的轴位增强CT碘密度图像。在主动脉和左肝叶上放置ROI。计算的fECV分别为58.3%和70%。
Dong等最近报道了46例肝硬化患者13个不同阶段的肝实质血流动力学变化数据，并与22名健康志愿者的研究结果进行了比较。他们表明，在动脉期，碘密度(mg/ml)较高，这可能是由于慢性肝病/肝硬化患者对扭曲的肝实质的动脉血管扩张所致。此外，同一研究的结果显示动脉碘密度分数(AIF)和动脉期肝实质的标准化碘密度与Child-Pugh分类正相关。这些发现也在最近发表的一项关于60名胆汁淤积性肝硬化儿童与对照组的比较研究中得到证实。在一项对305名肝硬化患者的回顾性研究中，Bak等人发现，肝失代偿患者的fECV评分明显较高，并且随着肝硬化分期的升高，fECV评分呈线性增加。因此，基于DECT的红细胞压积评分可以作为肝硬化疾病严重程度的指标。此外，fECV评分可以准确预测代偿性肝硬化组的肝相关事件。在这项研究中，从平衡期(对比注射后3分钟)100/Sn140kV的DECT碘图中获得了fECV。
虽然DECT在肝纤维化的非侵入性诊断和分层程度方面显示出相当大的诊断潜力，但需要更多的数据来确定其在许多复杂情况下的诊断准确性，例如纤维化、脂肪浸润和铁过载的共存。值得注意的是，由于目前可用的材料分解算法不包含多于一种的高原子序数材料(例如，碘对铁)，基于DECT的纤维化分级在铁过载的情况下可能不准确。可以想象，未来的光谱分离和材料分解算法的改进可能会减轻这些缺点。此外，在大规模临床开始之前，希望获得更多的数据来比较DECT与标准护理方法，包括活检和弹性成像技术。
肝细胞癌
虽然肝细胞癌(HCC)可能被认为是局灶性而非弥漫性肝病，但它通常发生在弥漫性肝病环境中，特别是肝硬化。此外，HCC检测可被视为DECT如何受益于多期肝脏CT扫描的典范，因此将在此讨论。
与大多数其他腹部恶性肿瘤相反，影像学标准可单独用于HCC的明确诊断和确定移植资格。动脉晚期的高血供以及门静脉或延迟期的相应washout是HCC的典型表现。在不增加辐射剂量的情况下，DECT可以通过多种方式增强碘信号和碘信号的差异，特别是通过重建VMI和碘图。
尽管与噪声或伪影的轻微增加有关，但低千电子伏(40–50keV)图像显示，与常规混合能量120kV图像相比，肝脏肿块具有明显更高的对比度和视觉显著性，甚至比常规重建更准确地检测小于1厘米的小HCC病变(下图)。在小体型的患者中，这一点最近被前瞻性地证明是可能的，即使辐射和造影剂都减少了大约30%。然而，高血管病变检测的最佳VMI水平受患者体型的显著影响，在制定临床方案时必须考虑到这一点。
低能量数据集中HCC的改进可视化的代表性图像。a 动脉期CT图像：相当于常规120kV，b低能数据集(80kV)，c 55keV的VMI和d 40keV的VMI显示动脉期超增强HCC结节的信号/对比度向低能谱增加，并在40keV的VMI达到峰值，然而，这也显示了最高水平的噪声。
在延迟图像上，50keV的图像增加了小肝癌肿瘤washout的显著性。最近Lenga等人证明，与标准重建相比，噪声优化的门静脉期低增强肝脏病灶显著改善了脂肪变性患者低衰减肝转移的对比度和病灶分界(CT与MRI的典型局限性)，这也有望改善HCC washout的检测。类似的优势也适用于碘图图像(下图)。此外，碘图还改善了特定场景中的可视化。例如，在评估经导管动脉化疗栓塞(TACE)后复发的HCC时，碘图已被证明可提高阅片医生的信心并减少解读时间，并可提高消融区及其边缘的显著性，有助于发现残留或复发的肿瘤。此外，碘摄取的测量已被证明是放射栓塞和索拉非尼治疗后的最佳肿瘤反应标志物。
低能碘图中HCC改进可视化的代表性图像。动脉期CT图像：a相当于常规120kV，b低能量数据集(80kV)，c碘图灰度图和d碘图彩色图像显示动脉期超增强HCC结节在80kV和碘图上的显著性高于常规CT图像(120kV)
DECT数据集在肝硬化患者的病变检测和特征描述之外是有用的。例如，碘定量可用于检测可疑病例的门静脉癌栓。DECT还可用于评估抗血管生成剂治疗的反应，并已被证明是放射栓塞后的最佳肿瘤反应标志物。
综上所述，DECT已被证明对评估多种情况下的HCC病患者或有风险的患者是有用和有价值的，并得到了Society of Advanced Body Imaging的认可。对于HCC的三期增强CT方案，建议在动脉期和腹部延迟期使用双能量(以加强动脉期高血供的检测和延迟期的washout)，而门静脉期(用于覆盖骨盆和识别门静脉高压的并发症)可以用单能量模式进行扫描。还建议在动脉期和延迟期使用40–50keV的VMI和碘图。虽然将DECT图像添加到多期肝脏CT图像解释中似乎有问题，但一旦放射科医生习惯于实施战略性的“类似磁共振成像”的CT图像解释方法，仅在增加更多益处的情况下使用每个系列，就可以最大限度地增加DECT的益处，而不会过度延长解释时间。
局限性
除了所描述的与缺乏大型研究证实DECT用于评估弥漫性肝病相关的局限性外，还存在技术上的局限性。为了恰当地使用DECT，放射科医师必须意识到一些问题。
特定的硬件相关限制已在前面描述过(包括有限的FOV、光谱分离能力差和其他，取决于所使用的CT扫描仪)。此外，DECT可能不建议用于超大体型的患者(取决于扫描仪)，因为低电压数据集中的光子不足会导致图像噪声增加，限制DECT后处理和解释。此外，关于多个DECT参数，如碘浓度参数、虚拟平扫图像上的HU值、LFC/LIC等，存在显著的供应商间差异。最后，未解决的工作流程挑战仍然是广泛采用DECT的一个重大障碍。尽管自动化程度有了显著提高，但图像重建的时间需求仍在增加，并且需要更大的数据集供放射科医生在处理日益增长的工作量压力时仔细阅读。
未来发展方向
在过去的十年中，双能量CT已经从显著的进步中受益。主要突破包括开发先进的材料分解算法、噪声优化的虚拟单能谱数据集、交叉散射校正技术、高效发生器、高效探测器技术和允许优化光谱分离的光束过滤。这些发展导致DECT在腹部应用中的应用日益增多，并证明了其在弥漫性肝病评估中的巨大前景。在量化肝脏脂肪、铁或纤维化方面，DECT不太可能被证明比磁共振成像等其他方法更准确。但根据初步数据，DECT在许多情况下可能并不比其他模式差多少。重要的是，DECT可能能够提供额外的有价值的定量信息，而不需要额外的成本，这在基于价值的医疗保健时代非常重要。需要更大规模的研究来充分验证DECT在弥漫性肝病中的诊断价值。
编译自：Elbanna KY, Mansoori B, Mileto A, Rogalla P, S Guimar?es L. Dual-energy CT in diffuse liver disease: is there a role? [published online ahead of print, 2020 Aug 8]. Abdom Radiol (NY). 2020;10.1007/s00261-020-02702-4. 仅供专业人士交流目的，不用于商业用途。
