双能量CT在急性缺血性脑卒中中的价值

通过常规执行常规CT“脑窗”（BW）系列，可以在发病后3到6小时内观察到脑梗死的早期迹象。血管内（EST）或静脉注射脑卒中治疗后，需要评估技术成功率，以确定患者预后。随着EST成为大血管闭塞的标准治疗方法，对介入后成像提出了进一步的要求。动脉内注射造影剂后，血脑屏障（BBB）的破坏可能导致出血或造影剂渗出，这两种情况在BW断层扫描中都很难区分。

此外，在后续扫描中检测EST后的残余动脉血栓或早期动脉再栓塞形成对于进一步的治疗决定至关重要。然而，造影剂给药后，通过常规CT BW成像或CTA可能看不到血栓。

虽然上述许多成像挑战可以通过磁共振成像来解决，但磁共振扫描更耗时，有时不可用，而且其适用性受到与患者相关的禁忌症（如幽闭恐惧症）的限制。因此，紧急情况下急性缺血性脑卒中的“优化”CT成像对于治疗决策和预后判断是迫切需要的。

双能量CT（DECT）进一步允许剂量减少，这是由于患者的辐射暴露不可忽略，最近已成为一个关键问题。

然而，CT灌注（CTP）和CT血管造影（CTA）在检测急性缺血性脑卒中方面也被描述为准确的，因此，需要对一站式CTP/CTA和DECT进行比较。

我们进行了文献研究，重点研究了应用DECT成像（i）急性缺血性脑卒中，（ii）EST后，以及（iii）急性脑动脉血栓的研究。

出血与碘渗出的鉴别

在一项增加红细胞压积（5–85%）以模拟出血的体模研究中，虚拟平扫（VNC）衰减与常规图像衰减相比，能够准确区分血液和碘对比剂混合物。

大多数关于DECT在缺血性脑卒中应用的临床研究调查了出血与由于血脑屏障破裂（尤其是EST后）引起的碘造影剂渗出之间的区别。碘图系列（IM）描绘对比度增强区域，而VNC代表“平扫”成像（图1）。

图1 脑窗（a，d）、虚拟平扫（b，e）和碘图（c，f）系列。在脑窗和碘图上，上排显示左侧基底节的高密度区域，但在虚拟平扫序列中没有，代表造影剂渗出；下一行显示脑窗右侧岛叶皮质和碘图序列中的高密度区域，在虚拟平扫序列（箭头）中仅部分高密度，代表造影剂渗出和出血。

对14名患者的VNC和IM系列进行评估，可以在28个高密度区域区分出血和造影剂增强，准确率至少为91%，这在后续扫描中得到了证实。在40名患者中，对148个高密度区域进行了调查，并以100%的敏感性、84.4–100%的特异性和87.2–100%的诊断准确率进行了正确分类。与BW系列相比，在19名患者中，VNC和IM系列的准确率分别为89%、63%。EST后48名患者的高密度区域被指定为造影剂增强或出血，无假阳性或假阴性。在使用80-140 kV管电压DECT的过程中，实现了可靠的区分。然而，鉴于EST在全球范围内的表现不断提高，患者数量相当低。因此，需要使用主观和客观评分量表对更大的人群进行研究，以最终确认DECT的高准确性。

然而，出血和造影增强可能不是高密度区域的唯一原因。

采用常规影像（CI）和虚拟单能影像（VMI）重建58例患者的脑实质内出血（IPH）和低密度实质病变（HPL）的诊断质量，范围从40到120 keV，通过基于ROI的测量、对比噪声比（CNR）计算和5点Likert量表对双层探测器CT（DLCT）的keV进行客观评估。VMI对HPL和IPH的描述改善在很大程度上取决于病理类型及其位置。白质低密度病变（WM）和灰质高密度病变（GM）在高/120keV时更易显示，而在低/40 keV时，WM中的高密度病变和GM中的低密度病变更容易显示。

最近对DECT的荟萃分析显示，在区分急性脑出血与造影剂渗出和小钙化方面具有良好的诊断性能。然而，有人认为，发表偏倚可能会导致对诊断性能的高估，因此需要进行大规模的前瞻性队列研究。

急性脑卒中的影像学

DECT的第二个最受重视的改进是在预先应用造影剂的情况下显示急性脑梗死或出血性梗死。

在DECT（80/140 kV）扫描前24小时，对58名接受大脑中动脉（MCA）EST的患者进行了一系列类似BW和VNC成像的“平扫加权图像”，根据ASPECTS评分，与BW成像相比，VNC成像的梗死检出率有所提高，尽管评分者之间存在中度一致性。对于28例急性脑梗死患者，在发病后4小时内用第三代双源CT90/150 kV DECT重建“真实平扫”（类似BW系列）、VNC、“脑水肿”（BE）和24小时随访系列，并根据ASPECTS评分进行分类，具有良好的评分信度。根据90/150 kV系列上GM和WM之间的密度差比率，通过改变相对双能量对比值来重构BE系列。BE成像可以比BW或VNC系列更准确地检测脑水肿并预测未来梗死体积。通过改变DE“Bone Marrow”应用程序的参数，在中风发病后20小时内对6名患者进行80/150 kV DECT扫描，重建了所谓的X-map。X-map聚焦于GM和WM的平均密度，然后主观地与“模拟标准CT”和后续扩散加权磁共振成像（DWI-MRI）序列进行比较。所有缺血性病变均通过X-map检测到，BW系列中未检测到。在对11名患者进行的80/150 kV DECT的持续研究中，对“Bone Marrow”应用中的迭代线束硬化校正和设置进行了修改，以改善对GM/WM对比度的抑制。这种先进的“X-map 2.0”可以改善DWI上与梗死范围的相关性。

在一项对46名患者在EST后立即进行100/140 kV DECT扫描的研究中，DE软件设置被更改为关注梗死/脑的平均密度，而不是出血/碘对比，方法是在100和140 kV序列上插入梗死的平均密度，而不是出血。此外，根据100/140 kV VNC系列非梗死脑组织的平均密度降低，采用了相对双能量对比。组织对比度通过梗死对侧ROI密度测量进行定量测定，具有较高的评分可靠性。在三个DECT序列和随访成像上测量梗死体积。与BW和VNC相比，EM实现了最高的皮层梗死对比度和对未来梗死面积的最佳预测（图2）。梗死部位不影响检出率。

图2 脑窗（a，e）、虚拟平扫（b，f）、水肿图（c，g）和随访（d，h）脑窗系列。上排显示脑窗或虚拟平扫序列中没有梗死界限，但水肿图（箭头）上有明确界限(对应于随访序列)；下一行在脑窗和虚拟平扫序列上仅显示左侧基底节的轻微梗死分界，但在水肿图（箭头）上显示清晰分界(对应于随访序列)。

与SECT相比，30例后颅窝早期梗死患者的DECT扫描的80和100 keV外推单能序列获得了更好的图像质量，并且在100 kV序列上有更好的梗死检测能力的趋势。

因此，与SECT相比，不同的DECT技术可以提高早期梗死的检出率。

然而，虽然X-map产生了有希望的结果，但一些问题可能会导致假阳性或假阴性结果。DECT图像在脑-颅骨边界附近有涂抹伪影，X-map值在患者间和患者内存在较大差异，尤其是在GM方面。一些作者认为，X-map不能代替模拟标准CT诊断急性缺血性脑卒中。

此外，在CT检查前24小时内出现症状的患者接受检查，检查时间点可以用BW描述梗死。此外，一些研究中没有采用客观的测量方法。相反，对主观评分量表进行了评估。一些研究的特点是患者人数较少。然而，对于EST患者的研究均未提供治疗前后的脑梗死溶栓（TICI）评分，原因尚不清楚。因此，尚不清楚该评分的缺失是否应被解释为技术治疗成功的标志，或是研究的局限性。

在一项对EST后模拟常规CT图像的研究中，VNC上有IPH的Hounsfield单位（HU）值显著高于无IPH的情况（截止80 HU），而有延迟IPH的HU值显著高于无IPH的情况（截止78 HU）。

VMI单能99keV图像在急性MCA脑梗塞的评估中取得了梗死和正常脑实质之间的最佳平衡，并且不低于70keV图像。

对比增强区梗死发展或未来出血转化的预测

EST后立即在DECT（100/140 kV）上发现132例患者的对比增强区，其中32例发现出血。随访影像学检查为CT或MR。由数量不确定的评分者进行的主观评估显示，对比度增强（优势比（OR）11.3）和出血（OR 10.4）与不良的临床结果（改良的Rankin量表3-6）相关，即使实现了完全再通。此外，具有对比增强区的患者表现出更高的延迟出血转化率（OR 4.5）。为了研究对比度增强区域在何种情况下会转变为梗死或延迟出血，分析了20名患者（共44个对比度增强区域）接受EST的DECT扫描（100/140 kV），并由两名评分员对BW、VNC和IM成像进行ROI密度测量，具有较高的评分员间可靠性。与未转化的区域（曲线下面积（AUC）0.99）相比，转化为梗死的区域在IM上显示出更高的密度，代表了更高的对比度增强（图3），截止值为34.1 HU。对于延迟出血的预测，AUC为0.78。在EST后立即对85名患者的DECT（80/140 kV）图像进行检测，如果存在碘渗出（n = 54)，在碘浓度> 1.35 mg/dl时，更可能出现后期出血，AUC为0.89。

图3 脑窗（a，d）、碘图（b，e）和扩散加权随访MRI（c，f）系列。上排显示丘脑和右枕叶在脑窗和碘图序列上都有轻微的碘渗出，没有未来的梗死；下一行显示丘脑和右上小脑的碘染色更明显，随后出现梗死

这些研究表明，EST后对造影剂渗出的存在或数量可能对临床结果有预测价值。然而，在一些研究中，没有考虑临床参数，随访成像在时间间隔和成像方法方面不一致。

血栓成像

与SECT相比，DECT可能有助于在先前的造影剂注射后显示含有血栓物质的颅内动脉。在第一次体内研究中，得出的结论是，可以省略额外的BW。和CT血管造影的VNC重建一样，可以检测到高密度动脉；然而，没有对VNC进行与早期梗死检测相关的评估，这在急性期至少同样重要。在第二项体内研究中，虽然可以进行常规血管造影研究，但没有将残留血栓物质的动脉与“金标准”TICI评分（脑梗死溶栓）进行比较。关于人工血栓的血栓成分的结果尚未在体内得到验证。

DECT可用于区分动脉内造影剂和血栓。迄今为止，关于颅内动脉血栓检测的体内研究很少。

在30名有脑卒中和高密度动脉体征的患者和30名对照组中，根据DECT（80/140 kV）血管造影术重建的VNC序列上的动脉内血栓检测与BW/真实平扫序列上的检测相同。在应用主观评分量表和客观ROI密度测量方法后，该系列的准确率达到了93%，包括有血栓的动脉、无血栓的对侧动脉和对照组的动脉。

在10/16例颅内大动脉EST和介入后即刻DECT（100/140 kV）患者中，在BW、VNC和IM协议的数字血管造影序列中发现残余外周血块。只有9/10的患者在VNC上发现有血栓的动脉，而5/6的患者没有血栓。含有血栓的动脉明显比仅在VNC上灌注的动脉密度更高（图4）。

图4 常规血管造影（a）、脑窗（b）和虚拟平扫（c）。取栓术后的最终血管造影序列显示右侧大脑中动脉M2部分的残余血栓，在脑窗和虚拟平扫序列（圆圈）上显示为高密度点。

CTA和CTP背景下的DECT

到目前为止，关于DECT与CTP或CTA技术在急性缺血性卒中应用中的上述优势的DECT与常规CT和MRI的对比研究仍然很少。

CTA为急性缺血性中风患者的治疗医生提供了有助于临床决策的优势，例如详细说明闭塞的存在、血栓的程度和神经血管解剖，以及已知的缺点，包括辐射、造影剂诱发肾病的风险，以及进行CTA所需的时间。

该领域的重要进展是一站式CTP/CTA技术，该技术已广泛应用于缺血性脑卒中患者的临床诊断和预后评估。尤其是在紧急情况下，一站式CTP/CTA技术除了可以划分缺血期和范围外，还可以确定栓子的位置和范围，从而帮助临床诊断和治疗。

根据不同的评分系统评估，侧支循环状态是决定急性缺血性卒中预后的重要因素。在应用单期和多期CTA（spCTA和mpCTA）并与CTP参数进行比较后，在spCTA上评估的侧支循环状态足以预测缺血性中风患者的预后和做出决策，可能会避免mpCTA或CTP等进一步的成像方式。

尽管几乎没有证据表明，CTP可能比NCCT更准确，在检测急性缺血性脑卒中方面的准确度与CTA相似，从而证明了CTP对部分脑卒中患者的潜在治疗益处。

引入了新的4D CTA扫描协议，包括平扫CT、重建动脉和静脉相的动态CTA、全脑灌注，以及使用320排探测器CT扫描仪在一次采集中对颈动脉进行CTA。这种方法涉及一种独特的造影剂注射技术和急性缺血性脑卒中患者可接受的辐射剂量，还使用基于模型的迭代重建（MBIR）、时间求和重建（时间最大强度投影，tMIP）和减法技术来优化结果。

CTA还可用于确定血栓切除术后潜在的血栓残留，这对临床结果有重要意义，因为血栓残留的病例更容易再次闭塞。

DECT在检测血栓持续性或早期再血栓形成方面很有价值，无需额外使用造影剂，但其与预后预测的相关性仍有待进一步研究确定。

需要进一步的研究来比较DECT和CTA以及CTP的价值。

未来方面

一种新开发的技术，多能CT（MECT），在基于图像的材料分解任务中使用新型光子计数探测器。

具有多个能量箱的光子计数探测器模型在100 kV/Sn 140 kV下实现了与DECT相当的性能。然而，在双源协议中使用光子计数探测器后，性能可以提高到单光子计数探测器和双源DECT的水平以上。

与传统CT相比，GM/WM分化更大，具有良好的评估者内和评估者间重复性，这与更高的软组织对比度和12.8–20.6%的图像噪声减少有关。

与使用能量积分探测器（EID）的传统单能量CT扫描相比，用于评估头颈部主要动脉的光子计数探测器（PCD）CT获得了显著更高的图像质量分数，图像噪声更低，图像伪影更少。

由于线束硬化，EID图像上的动脉内伪影未在PCD图像上显示。与非PCD相比，碘图的CNR高20.7%，而70 keV的VMI提供的CNR与非能谱图像相似。因此，与单能量EID CT相比，光子计数CT可能潜在地改善颈动脉和颅内CT血管造影的图像质量。

最近提出的一种新方法是基于每个电子的原子横截面的Karhunen-Loeve展开（KLE）从DECT图像中提取有效原子序数（Z eff ）和电子密度（ρ e ）。因此，有效原子序数图通过分析衰减变化作为能量的函数，提供了一种定量的材料区分方法。这种方法已经在临床上得到了应用，例如，与碘图相比，在有效原子序数图上对肺栓塞引起的肺灌注缺陷进行了检测。另一个神经放射学应用是预测脑肿瘤组织学，发现颅内肿瘤分为三大类：胶质瘤、脑膜瘤和转移瘤。z图的有用价值似乎是增强后有效原子序数的百分比变化。计算出的每个体素中组织的有效原子序数可能也有助于血栓的分化。需要进一步研究这种方法在急性缺血性脑卒中治疗中的潜力。

尽管DECT有利于区分材料，但材料分解会受到来自两次单独扫描的两个CT图像的放大噪声的影响，这可能会导致图像质量下降。这可能是因为实现的算法表现出次优分解性能，无法充分描述DECT图像与基本材料之间的映射关系，尤其是在噪声条件下。预计迭代重建等技术将有所改进，以提高图像质量和人工智能，这可能会促进材料分解。最近，卷积神经网络已经成为医学成像中的一项重要技术，包括对数据耦合进行建模，以对DECT进行图像域材料分解。与使用传统方案的方法相比，所提出的方法在临床数据集的噪声抑制中具有更高的分解质量。

局限性

鉴于不同公司提供的DECT成像技术方法不同，成像数据可能会略有不同，并妨碍其在临床应用中的可比性。因此，本综述中报告的研究结果可能无法在不同的扫描仪类型和不同代的DECT扫描仪中重复。需要进行大型多中心研究，包括不同的扫描仪，以确认使用替代技术时所获得的结果是否适用。然而，一些发现在不同的研究中多次得到验证，即使使用不同的扫描技术，因此强调了DECT方法的稳健性。

虽然DECT材料分解在神经放射学中通常是成功的，但一个主要的限制是，这种区分仅限于三种预选材料。

使用三物质分解算法获得VNC和碘（或钙）覆盖图像，DECT成功用于72例患者中的90.2%，用于区分钙染色和/或外渗与IPH，钙与IPH，以及金属伪影减少和血管造影评估。然而，第四种物质，例如实质钙化，可能会干扰分析。材料分解会进一步受到伪影的影响，如线束硬化、金属条纹或饱和效应。

然而，目前的研究为DECT未来可能的应用，以及最新的CT技术如何改变我们的日常诊断以获得更准确的结果提供了重要提示。

第三代双源CT双能量扫描仪的性能优于前几代，并且有望持续改进。方法的标准化将允许不同中心之间进行可比成像。

结论

目前，DECT在脑卒中患者中最有趣的临床应用是区分先前应用碘造影剂后的出血和造影剂渗出，并且在使用碘造影剂后，通过VNC序列可以可靠地显示动脉血栓。

未来的研究应关注供应商之间技术上不同的DECT成像方法的潜在差异。在不久的将来，临床实施的候选技术包括MECT、PCD、有效原子序数Z eff 和电子密度以及人工智能。

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文献原文：Mangesius S, Janjic T, Steiger R, Haider L, Rehwald R, Knoflach M, Widmann G, Gizewski E, Grams A. Dual-energy computed tomography in acute ischemic stroke: state-of-the-art. Eur Radiol. 2021 Jun;31(6):4138-4147. doi: 10.1007/s00330-020-07543-9. 仅供专业人士交流目的，不用于商业用途。

2022年2月28日

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