CT检查论文 (19)

CT 的肺部灌注成像与通气成像技术 作者 金利芳 综述 缪競陶 审校 作者单位 200080 上海交通大学附属第一人民医院 放射科 肺的基本功能是向静脉输送空气中的氧气 同时在同一气 血界面交换出二氧化碳 在 不同的肺组织区域 通气和血流的配比对能否进行充分的气体交换相当重要 瞭解局部肺 组织的通气和灌注及其与结构的关系是理解肺部疾病病理生理改变的关键 影像技术的不 断进步 为解决这一问题提供了新的方法 随着多排螺旋 CT multi detector computed tomography MDCT 的出现 使用单个影 像检查手段就能达到结构与功能结合的成像 屏气状态下螺旋 CT 的扫描提供了气道和血 管树型的详尽结构以及肺实质疾病反映在肺纹理的改变 借助于惰性气体氙气 Xe 的吸 入和清除 同时进行呼吸门控的 CT 的轴位扫描 目前可获得边长为 0 4mm 立方体体素的 局部通气成像 一次呼吸屏气 心电门控条件下 快速团注碘对比剂的过程中进行轴位扫 描可获得局部肺灌注成像 这些研究局部肺功能的 CT 动态成像方式是以下探讨的内容 一 成像技术 1 MDCT 由于先前的 CT 扫描 2s 5s 才能获取一个断面图像 速度很慢 因此很难广泛应用于 临床 电子束 CT electron beam computed tomography EBCT 的出现使得扫描时间加快 只 需花 1s 2s 即可获知全肺静止状态的情况 虽然 EBCT 是通气成像 1 和灌注成像 2 的有 利工具 但是由于价格昂贵 在临床应用并不广泛 在 20 世纪 90 年代末 新的 CT 类型 出现 即 MDCT MDCT 将螺旋时间降至 0 5s 又同时进行 4 层薄层 1mm 1 5mm 扫 描 可在短时间屏气时完成全肺的容积扫描 获得高分辨率图像 因为螺旋时间短了 通 过轴位扫描测量肺内血流成为可能 现在的 MDCT 螺旋 1 周即可获得 64 幅图像 每个螺 旋时间低至 0 3s 容积图像在 5s 或更少的时间内获得 这样轴位上 4cm 覆盖距离的肺组织 血流灌注的评估成为可能 并且随着螺旋时间降低 Z 轴上的覆盖距离将越大 一个备置 完全的 MDCT 可由氙气输送设备 高压注射器以及呼吸 心电监控系统来配备 氙气设备 可提供氙气的重复吸入 CO2 的清除及 O2 和 Xe 浓度的增高 对比剂注射器提供 950psi 1200psi 的压强 在 2s 3s 内通过上腔静脉注射每公斤体重 0 5ml 的碘对比剂 2 灌注成像技术 虽然很多方法都能用来测量肺部的灌注 如放射性标记的红细胞或血清球蛋白的技术 3 PET 4 测量肺通气计算肺灌注 5 等 但是这些技术较 CT 来说 分辨率极低 况且 PET 扫描在临床应用并不广泛 因此这些技术还不能常规地应用于临床 如果 CT 能提供 同 PET 同样的功能信息 加上极高的分辨率 在相同的领域必将引起更高的关注 CT 灌注成像是指在静脉注射对比剂后对选定的层面进行连续多次扫描 以获得该层面 内每一像素的时间 密度曲线 time density curve TDC 根据该曲线利用不同的数学模型计算 出血流量 blood flow BF 血容量 blood volume BV 对比剂的平均通过时间 mean transit time MTT 对比剂峰值时间 time to peak TTP 表面通透性 permeability surface PS 等参 数 以此来评价组织器官的灌注状态 CT 肺灌注成像的技术方法为先行定位相扫描 确定灌注扫描的靶层面 然后经静脉注射 对比剂 40ml 50ml 流率为 4ml s 5ml s 扫描时间为 5s 15s 对病灶最大层面行同层 连续动态增强扫描 cine 模式 多层螺旋 CT 为固定多层的连续动态扫描 层厚 5mm 10mm 同一层面连续扫描 35 40 次 要求患者屏气 以保证图像质量和计算的准 确性 所得扫描图像由随机灌注软件进行后处理 不同的 CT 机型附带的软件各不相同 主要有 perfusion CT 或 functional CT 专用软件 后处理过程中 感兴趣区 region of interest ROI 的选择很重要 应避免病灶内肉眼可见的血管 钙化 坏死及病灶边缘 尽量选择大的 ROI 以减少光子噪声 最后经软件计算得到病变 ROI 的时间 密度曲线和一系列 CT 灌注参 考图 图像均可以彩色显示 突出病变区域的对比 在灌注参考图上可得到兴趣区各项灌注参 数 以便进行定量 半定量分析和数据统计分析 Won 等 6 显示了动态 CT 在测定血流灌注方面的能力 他们在相当于微血管血流的单 个体素内提取信号 提供了在肺部气体交换界面测定血流灌注的评估 这样的评估是通过 在供血的肺动脉和肺实质分别划定感兴趣区 得出两者的时间密度曲线 前者反映小血管 的灌流 后者反应血管床的灌流 这样 动脉到血管床的时间密度曲线可全面反应微血管 的灌注过程 3 通气成像技术 许多影像手段都尝试量化局部的肺通气 例如核医学领域的闪烁扫描 scintigraphic imaging 可测量局部通气和灌注 使用示踪剂 133Xe 13N 和 15O 等 都已能在断面上评 估通气功能 PET 联合放射性惰性气体示踪剂使得测量局部肺泡通气成为可能 7 CT 应用于临床的局限是只能显示结构 而非功能 使用 Xe CT 测量局部肺通气 将 发挥 CT 成像分辨率高的优势 采用这种手段 无需精确控制肺容积 不会因吸入气体前 后扫描而出现获取图像错误的情况 Xe CT 有两种技术 单次呼吸技术和多次呼吸技术 Tajik 等 1 展示了使用 Xe CT 单次呼吸的技术 深吸一口高浓度无放射活性的氙气混合气 体 80 氙气和 20 氧气 氙气增强的图像与未增强的图像剪影可得到局部通气分布的信 息 单次呼吸技术有很多优点 减小放射剂量 还可以容积或螺旋扫描 局限是吸气时必 须大口吸入高浓度氙气 这样在一些个体可引起再次呼吸的冲动 多次呼吸技术提供局部 动态的通气情况 氙气作为对比剂已广泛应用于闪烁扫描 8 MRI 9 和 SPECT 10 惰性气体氙与对比 剂碘在化学元素上相接近 因此 使用在 CT 上是很好的对比剂 使用普通 CT 成像时 肺部密度与吸入氙气的浓度成线性关系 Tajik 等 1 得出这样的斜率关系 EBCT 扫描时每 百分点浓度的氙气其增强的 CT 值是 1 55HU 而螺旋 轴位 CT 扫描时增强的 CT 值是 2 24HU 由于氙气的物理成分 密度依赖于电压 即千伏数越低密度越高 4 通气联合灌注的成像技术 很多关于通气和灌注匹配的知识来源于早期的放射活性的氙气闪烁成像 11 随着 Xe CT 用于评估局部通气和 CT 用于局部灌注的发展 如果通过一个图像包技术对同一肺容量 同一体位进行成像 调节两次扫描在位置上误差 则局部通气灌注成像将成为可能 12 Kreck 等 13 提出一种单次吸入氙气获取局部 V Q 的方法 这种方法将氙气在血液和组织 的溶解度计算在内 得出独立的通气 独立的灌注以及通气灌注比率 假如一定百分数的 氙气对应 CT 值改变已知 而且原始的局部氙气容积已达平衡 就可计算在吸入过程中的 局部气体密度 若没有达到预计的密度增强程度 由于气体被血液带走 则可以推测局部 的灌注 这种模型的局限性是模型建立在测定的空间相对固定 相当高的放射密度信号和 低的信噪比的假设上 二 应用 1 肺部肿瘤 肺部肿瘤的某些生物学特性依赖于肿瘤内的血管生成 它是肿瘤生长和转移的基础 并导 致肺灌注值 血容量和毛细血管表面通透性等生理指标的改变 这构成了 CT 强化的基础 14 免疫组化测定已经证实肿瘤内微血管密度 microvascular density MVD 计数可以反映肿瘤新 生血管生成的情况 并与肿瘤的恶性特点密切相关 15 16 病理研究显示 MVD 高的原发肿 瘤 其预后差 此与高的 MVD 和 CT 灌注中高灌注值 高血容量以及高毛细血管通透性直接 相关 14 CT 肺灌注成像技术除了提供肿瘤形态学方面的特征 还提供诸多功能方面的信息 如 TDC BF BV MTT PS 及肿瘤强化值等参数 可用于肺部良恶性病变的鉴别和预后判断 恶性肿瘤的 BF BV MTT PS 均高于良性病变 恶性肿瘤的强化值大于 20HU 19 这些 有助于与良性病变的鉴别 Zhang 等 17 对 65 例孤立性肺结节 solitary pulmonary nodule SPN 患者进行了 CT 灌注研究 发现恶性和活动性炎性 SPN 虽然都表现出灌注量增加 但 两者 TDC 形态并不相同 恶性 SPN 的 TDC 达到峰值后持续一段时间后缓慢下降 活动性 炎症 SPN 的 TDC 则呈速升速降表现 Kiessling 等 18 对 24 例进展期支气管肺癌患者进行 CT 灌注研究 通过测灌注值和强化峰值 并比较肿瘤大小 部位 中央型 周围型 和组织学 类型 小细胞肺癌和非小细胞肺癌 该研究显示 肺部肿瘤灌注成像与肿瘤大小部位有关 与 组织学类型无关 2 肺栓塞 肺栓塞 pulmonary embolism PE 不仅在西方国家 在我国也是较常见的临床疾病 其病死 率和误诊率均较高 许多患者因没有得到及时 正确诊断而影响了治疗和预后 CT 肺部灌 注成像不仅可以显示肺栓塞所引起的形态学变化 而且能够提供栓塞后肺组织微循环改变 并 以灌注伪彩图的形式直观地显示栓塞引起的灌注缺损区 20 Wildberger 等 21 用 4 层螺旋 CT 对肺栓塞患者行灌注扫描 用相应灌注软件处理得到彩色编码的伪彩图 伪彩图颜色的变 化代表肺实质 CT 值的变化 进而反映其血流灌注的变化 灌注缺损区颜色明显变淡 Yoshito 等 22 用单排螺旋 CT 对肺栓塞患者行灌注成像 显示在没有肺栓塞的肺实质内肺动脉灌注 值为 1 24 ml min ml 而有肺栓塞的一侧对应肺实质区灌注值明显降至 0 10 ml min ml 但 CT 肺灌注成像不能直接显示栓子的部位和大小 而且急性肺栓塞患者无法做到长时间屏 气 因而其应用仍在探索中 3 通气的研究 目前 CT 在肺部通气方面的研究主要是动物实验方面 Marcucci 等 23 采用 Xe CT 通 气 联合应用量化 CT quantitative computed tomography QCT 的测量方式 研究狗在不 同体位肺部局部通气的分布是不同的 仰卧位的肺内通气具重力依赖性 而俯卧位的肺内 通气则无重力依赖性 Porra 等 24 利用呼吸门控同步 CT synchrotron radiation computed tomography SRCT 研究潮气量对兔子局部肺通气的影响 在不增加每分通气量的前提下 增加潮气量可相应地增加通气 Bayat 25 等通过吸入氙气获得肺泡通气面积来测试兔子大 气道与小气道对组胺的反应性 研究得出 两者不同 大气道反应强烈 恢复慢 而小气 道反应缓和 恢复快 也有将通气技术应用于人体的 Yamaguchi 等 26 采用多次呼吸法让 受试者吸入氧气和惰性气体 SF6 或 He 的混合气体 受试者为吸烟所致 COPD 患者与非吸 烟正常个体 分别在 2 次呼吸 呼吸初期 和 60 次呼吸 平衡期 时测定肺部平均密度和 相对低密度区域面积 经多组比较得出在呼吸早期易于发现 COPD 患者肺部气体分布的异 常 4 通气联合灌注的研究 如果通气和灌注能用一种检查手段解决 而且图像分辨率高 那将是肺部功能成像最 终达到的目标 Kreck 等 13 测量肺部放射性密度 增加的密度作为通气指标 而减少的密 度作为灌注指标 研究中 5 只羊处于麻醉状态 机械通气中 仰卧 吸入氙气持续 3min 的过程中 观察氙气吸入过程中肺密度的变化 结果得出通气 V 和灌注 Q 有着纵向 的梯度 与重力有关 与其它检测手段的结果相一致 因此可作为评估局部肺通气和灌注 的高分辨率的无创性手段 三 现状与展望 目前 CT 肺部灌注成像及通气成像才刚刚起步 特别是通气成像主要还在动物实验阶 段 应用在临床还有一段距离 灌注成像已用于临床疾病的研究 但是还存在很多需要解 决的问题 如长时间的灌注成像很难保证病灶在同一层面 虽然有分次屏气和呼吸门控的 方法 但是并不实用 灌注成像方案极多 因此得出的参数及其标准不尽相同 统一成像 方案及其评价标准需要多中心 多病例 较长期的研究 通气成像使用的气体及设备相当 昂贵 投入临床使用是否可行 相对不成熟的研究数据等因素阻碍这一技术近期在临床的 应用 MDCT 的发展为观察肺内精细结构提供了有利条件 也为功能成像提供基础 许多肺 部疾病的诊断亟待功能成像的进一步发展 肺部精细结构的显示结合清晰的功能分析必将 成为肺部成像的主导方向 晋升网简介 晋升网 致力于成为医务工作者晋升职称心灵导师 是目前国内收录医学期刊 医学杂志最多 最权威的医学学术平台 提供免费医学期刊在线阅读 网罗和甄选海量优秀医学论文检索 独立研发医学在线资源分享库和医学在线模拟考试库 整合刊类 标题 关键词检索及全 文检索 并独家研发刊社管理和刊社加盟系统 在线投稿 在线查稿 在线阅读 远程审 稿 在线下载等系统 聚刊社力量 建服务平台 让晋升网通过 专业 走入每一个医务 人员的身边是我们不懈的追求目标 晋升网 标准 最便捷的晋升通道 最高效的学习方法 最丰富的医学文献 最权威的医学期刊 最专业的医学服务 参考文献 1 Tajik JK Chon D Won C et al Subsecond multisection CT of regional pulmonary ventilation Acad Radiol 2002 9 2 130 146 2 Hoffman EA Tajik JK Kugelmass SD Matching pulmonary structure and perfusion via combined dynamic multi slice CT and thin slice high resolution CT Comp Med Imaging Graphics 1995 19 1 101 112 3 Nyren S Mure M Jacobsson H et al Pulmonary perfusion is more uniform in the prone than the supine position scintigraphy in healthy humans J Appl Physiol 1999 86 4 1135 1141 4 Mijailovich SM Treppo S Venegas JG Effect of lung motion and tracer kinetics corrections on PET imaging of pulmonary function J Appl Physiol 1997 82 4 1154 1162 5 Brudin LH Valind S Rhodes CG Error analysis of combined measurement of regional ventilation and VA Q ratio using positron emission tomography Phys Med Biol 1992 37 1077 1093 6 Won C Chon D Tajik JK et al CT based assessment of regional pulmonary microvascular blood flow parameters J Appl Physiol 2003 94 6 2483 2493 7 Musch G Layfield DH Harris RS et al Topographical distribution of pulmonary perfusion and ventilation assessed by PET in supine and prone humans J Appl Physiol 2002 93 5 1841 1851 8 Bunow B Line BR Horton MR et al Regional ventilatory clearance by xenon scintigraphy a critical evaluation of two estimation procedures J Nucl Med 1979 20 7 703 710 9 Swanson SD Rosen MS Coulter KP et al Distribution and dynamics of laser polarized 129Xe magnetization in vivo Magn Reson Med 1999 42 6 1137 1145 10 Almquist H Jonson B Palmer J et al Regional VA Q ratios in man using 133Xe and single photon emission computed tomography SPECT corrected for attenuation Clin Physiol 1999 19 6 475 481 11 Anthonisen NR Milic Emili J Distribution of pulmonary perfusion in erect man J Appl Physiol 1966 21 3 760 766 12 Hoffman EA Reinhardt JM Sonka M et al Characterization of the interstitial lung disease via density based and texture based analysis of computed tomography images of lung structure and function Acad Radiol 2003 10 10 1104 1118 13 Kreck TC Krueger MA Altemeier WA et al Determination of regional ventilation and perfusion in the lung using xenon and computed tomography J Appl Physiol 2001 91 4 1741 1749 14 Miles KA Tumor Angiogenesis and its relation to contrast enhancement on computed tomography a review 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