寶石能譜CT成像在腫瘤診療中的應用進展

歐陽愛梅，蘇新友，魏兆龍

（濟南市中心醫院醫學影像中心，山東 濟南 250013）

能譜CT是一種具有嶄新能譜成像功能的MSCT，它將CT從單參數（CT值）成像轉變為多參數（不同keV下的CT值、多種基物質密度和有效原子序數）成像，實現了CT質的變革，成為CT研究的熱點。

目前臨床中能譜成像應用較廣泛的主要是寶石能譜CT，自2009年底進入臨床應用以來，已經在全身各系統病變的診斷中獲得了廣泛的應用。現主要對寶石能譜CT在腫瘤診斷治療中的應用進行綜述。

1 能譜CT成像原理

CT是通過測量X線在物體中的吸收來進行成像的，這種吸收又是通過光電效應與康普頓效應共同完成。由于這種物理過程的存在，人們發現，物質的吸收隨X線能量的變化而變化，不同物質變化程度不同，而且任何物質都有其特征性的X線吸收曲線。利用兩種不同能量的X線對同一種物質進行成像時，就有可能確定一個吸收曲線，繼而確定這個吸收曲線所對應的物質。依據已知的物質（如碘、水）不同單能量下的X線吸收系數，可以計算并重建各種單能量（如40keV、41 keV、42 keV……140 keV）下的CT圖像，以及不同物質（如碘、水）密度的CT圖像。這就是能譜CT成像的物理基礎[1]。能譜CT可以提高圖像質量，消除硬化偽影，對病灶檢出、定性等均有很高的價值。

2 能譜CT成像設備

2005年西門子公司率先推出具有雙能量減影功能的雙源CT，使得CT能夠逐步向功能成像、多參數成像邁進。而2009年GE公司推出的寶石能譜CT則使能譜成像技術更加成熟。

目前能譜CT成像設備主要分兩種，一種是以西門子公司為代表的雙源雙能CT，一種是以GE公司為代表的快速能量切換單源雙能CT。西門子雙源雙能CT使用A、B兩個X線球管和對應的探測器同時掃描，A球管使用140 kVp、FOV 50 cm，B球管使用80 kVp、FOV 26～33 cm， 兩個球管的光束在機架中心點處相互垂直，首先對兩組數據進行重建獲得和兩個管電壓對應的圖像，在此重建圖像基礎上進行定量分析，實現基本的物質分離，因高低電壓的X射線源同時掃描，輻射劑量有所增加，同時因兩球管的視野不同，在肥胖患者中可能造成視野缺失[2]。GE快速能量切換單源雙能CT使用單探測器、單球管，以兩峰值管電壓瞬時切換為特點，FOV均為50 cm，能幾乎同時、同角度進行雙能量采樣，通過直接對兩組球管電壓下獲得的數據進行解析，實現物質分離和定量，該方式對探測器即時區分高低能譜的能力要求極高。此外，光譜匹配性、穩定性、通透性也需充分考慮。

寶石能譜CT，它選用了具有高純度和高通透物理特性的寶石作為探測器材料，使探測器性能得到很大提高。同時，基于最新的CT系統，包括最新探測器、DAS系統、球管系統、瞬時高壓發生器以及迭代重建技術，以瞬時kVp（80/140）切換和寶石探測器為核心，進行物質空間的吸收投影數據到物質密度投影數據的轉換，從而在準確的硬化效果校正的基礎上得到準確的能譜成像，具有較高的空間和密度分辨率，能夠反映物質的本質。

3 能譜CT在腫瘤診療中的應用

3.1 腫瘤病灶尤其是小病灶的早期檢出

與其他影像方法相比，能譜CT成像的空間分辨率和時間分辨率更高，同時可以避免硬化偽影和容積效應，并可以提供對比噪聲比最佳的單能量圖像及碘基圖像，強化碘對比劑的顯示，從而避免小病灶的遺漏和誤診，提高小病灶和多發病灶的檢出率。尤其是肝臟腫瘤，因其發病率高，病變復雜多樣，部分良、惡性腫瘤的密度相仿，強化方式相似，有時CT難以檢出。葉曉華等[3]對42例肝臟腫瘤患者行腹部能譜三期增強檢查，發現除動脈期肝血管瘤和肝轉移瘤在70 keV和140kVp圖像中的檢出率相同外，不同腫瘤在不同時相70 keV圖像中的檢出率（78%～100%）均高于140 kVp圖像（65%～96%），小病灶（<1 cm）的檢出率增加更為明顯（分別為57%～100%和14%～91%）。因此，他們認為70 keV單能量圖像通過改善圖像質量，增加腫瘤與肝實質的對比，有利于肝臟腫瘤的檢出，對檢出小病灶更敏感。程路得等[4]研究發現寶石能譜CT的GSI模式掃描重建65 keV的單能圖像可明顯提高乏血供肝癌的檢出率。其它部位腫瘤也有類似發現，薛蘊菁等[5]研究發現能譜CT單能量成像和物質分離技術能提高甲狀腺微小癌的檢出率和準確性。林曉珠等[6]通過研究，也得出相似的結論，即寶石能譜CT可能提高富血供小腫瘤的檢出率。

3.2 腫瘤性病變的定性和鑒別診斷

能譜CT分析平臺可以通過物質分離技術、能譜曲線及有效原子序數，對組織成分來源進行有效的鑒別，明確判斷對比劑（碘）的分布以及病灶囊性成分。能譜CT基物質成像通過水基圖像、碘基圖像和鈣基圖像，可以判斷病灶是否有碘攝入及是否含水、含鈣等，這有助于對腫瘤來源性質做出正確診斷。

我們知道，顱內腫瘤常合并出血、囊變、鈣化，而新鮮出血、鈣化和對比劑有時由于密度相近（CT值相同）而難以鑒別，為顱內腫瘤的診斷帶來一定的困擾。Kim等[7]的研究顯示結合能譜CT碘基物質密度圖像和虛擬平掃圖像，可明確判斷顱內出血灶和腫瘤病變，鑒別顱內腫瘤出血和單純性出血。Kamalian等[8]的研究結果與之相似，能譜CT可以區分頭部出血、鈣化和對比劑，從而為中樞神經系統腫瘤的診斷和鑒別診斷提供更可靠的依據。

臨床上甲狀腺結節非常多見，約半數成人在影像學檢查中可發現甲狀腺結節，其中約7%屬于惡性。對良性甲狀腺結節僅需內科治療或定期觀察，而惡性結節則需盡快手術切除，因此，及時正確判斷結節的良惡性非常重要。目前甲狀腺結節性質的術前判斷主要依賴超聲、核醫學、MRI、CT等影像學檢查，特異性有限，即使聯合應用誤判仍不可避免。寶石能譜CT能夠重建40～140 keV范圍內的單能量圖像，并可進行基于組織成分的物質分離，定量測量組織內水、鈣或碘等的含量，為甲狀腺結節的良惡性判斷提供了可靠的依據。李銘等[9]對97例新鮮的甲狀腺結節標本進行了能譜成像，統計分析顯示結節性甲狀腺腫和乳頭狀甲狀腺腺癌，濾泡狀腺瘤和乳頭狀甲狀腺腺癌之間的碘濃度和有效原子序數差異顯著（P<0.001），而正常甲狀腺組織之間的碘濃度和有效原子序數無顯著性差異（P>0.10）。

孤立性肺結節（SPN）一直是CT診斷的難題之一。以往主要靠肺結節的形態和灌注特征進行鑒別，特異性一直不理想。能譜CT碘基圖像[10-11]可以快速準確評估肺結節內是否有碘（對比劑）的攝入，應用碘含量測定，對鑒別不同來源的SPN有較大意義，可以提高SPN良惡性鑒別診斷的敏感性及特異性。

肝臟是腫瘤好發部位之一，肝臟腫瘤CT平掃均為低密度，增強后，其影像表現有一定的重疊，有時鑒別困難。Lv等[12]應用GSI對49名患者進行肝臟掃描，發現平掃時肝血管瘤的碘濃度、能譜曲線斜率和有效原子序數高于肝癌，鑒別肝癌和肝血管瘤的敏感性和特異性為61%和82%；聯合應用門脈期的標化碘濃度（NIC）和病灶與正常肝實質碘濃度比值（LNR），鑒別肝血管瘤和伴肝硬化的肝癌的敏感性和特異性可達到97%和100%，鑒別肝血管瘤和不伴肝硬化的肝癌的敏感性和特異性達93%和96%。Yu等[13]則發現能譜CT成像有助于增加肝臟病變的檢測能力，并準確區分肝臟局灶性結節增生和肝癌。

肝硬化及肝癌患者均會發生門脈血栓或門脈癌栓，兩者的鑒別非常重要，因為發生門脈癌栓的患者不適宜進行肝切除手術、移植、介入等，遺憾的是兩者的影像學表現存在交集，不能準確鑒別。Qian等[14]的研究顯示以門脈期栓子碘濃度（IT）1.12 mg/mL作為閾值，鑒別血栓和癌栓的敏感性和特異性分別為100%和88.9%，是一種很有前途的新方法。

胰腺漿液性囊腺瘤與黏液性囊性腫瘤的生物學行為不同，其臨床治療方案和預后也不相同，因此，術前明確胰腺囊性腫瘤的性質對于制定臨床處理方案非常重要。但寡囊型漿液性囊腺瘤在大體形態及影像學表現上與黏液性囊性腫瘤較為類似，術前往往不容易區分。林曉珠等[15]對27例胰腺囊性腫瘤進行能譜CT掃描，結果顯示多參數聯合（年齡、癥狀、病灶大小、40～50 keV的CT值、有效原子序數、動脈晚期碘（水）濃度及門脈期鈣（水）濃度）鑒別診斷寡囊型漿液性囊腺瘤與黏液性囊性腫瘤的準確率可達100%。這說明能譜CT成像多參數聯合診斷可以準確區分胰腺寡囊型漿液性囊腺瘤與黏液性囊性腫瘤。

3.3 腫瘤分期和預后評價

隨著腫瘤治療手段及技術的發展，對腫瘤影像診斷要求越來越高，惡性腫瘤的侵及范圍、有無淋巴結轉移等對腫瘤的TNM分期非常重要，關系到是否手術、手術方式以及綜合治療方案的選擇。

對于胃腸道腫瘤，常規CT僅能依靠壁的異常增厚、異常強化來診斷，對于瘤周水腫與腫瘤分界難以界定；對于漿膜是否受侵則主要依靠鄰近脂肪CT值的異常來判斷，有時較為困難。能譜CT具有更加豐富的物質分析工具，能譜曲線、有效原子序數、單能量圖像等為腫瘤的分期提供了可靠的依據。Pan等[16]研究發現單能量圖像可以提高N分期的準確性，定量碘濃度測量有助于判斷胃癌分化程度及轉移淋巴結。潘梁等[17]研究顯示能譜成像對判斷胃癌術前T分期的準確率（82.69%，43/52）較混合能量圖像（71.15%，37/52）顯著提高，認為單能量圖像及能譜曲線有助于提高胃癌術前T分期的準確率。陳麗紅等[18]認為胃癌病灶內的碘濃度和碘濃度比均與其組織學分化程度相關；GSI圖像中的碘濃度，尤其是標化后的碘濃度比能為術前定量評估胃癌分化程度提供新的指標。

骨腫瘤的診斷中，常規CT顯示骨質破壞較好，但對密度差別小的結構顯示不佳，且易受硬化偽影的影響，對骨轉移和軟組織侵犯的范圍缺乏有效的評估標準。能譜CT單能量圖像及物質分離技術，提高了組織對比，且可以消除硬化偽影的影響，顯示組織細節。龐婧等[19]通過動物實驗發現，惡性骨腫瘤軟組織浸潤及瘤周軟組織能譜CT表現與病理學相一致，可以正確區分腫瘤軟組織浸潤、瘤周水腫和正常肌肉組織。Tanami等[20]利用寶石能譜CT研究，發現骨轉移在脂（骨）基圖像上的平均脂濃度明顯高于正常椎體的脂濃度，可以用來診斷骨轉移。

淋巴結有無轉移是腫瘤分期的重要一環。常規CT主要依靠淋巴結大小、數目、形態及強化方式作出是否轉移的判斷，準確性不高，存在較多假陽性及假陰性，而且不同的原發腫瘤淋巴結轉移的診斷標準也不一致。與反應性增生不同，轉移淋巴結正常結構被腫瘤組織侵犯和代替，其細微結構及生物學行為表現與原發腫瘤一致，因此通過能譜曲線、CT值直方圖、基物質定量分析等不但可以對淋巴結性質進行判斷，還可以對腫瘤與淋巴結的組織同源性進行判斷，為腫瘤的分期提供了新的思路。劉金剛等[21]應用能譜CT對4種腫瘤的腫大淋巴結進行掃描，發現淋巴瘤、肺腺癌、肺鱗癌及膽管癌的碘含量中，除肺腺癌與肺鱗癌之間，其它各組之間的碘濃度差異顯著。

3.4 放化療療效評價及治療后的隨訪

腫瘤治療過程中，療效評估對個體化治療方案及時的修改與調整至關重要，可以最大限度的減少或避免治療副反應，提高療效。CT是最常用的腫瘤評估和隨訪的影像工具，常規CT通常根據腫瘤大小及CT值的改變來評價，其敏感性及準確性非常有限。一方面，腫瘤治療后形成的纖維灶與腫瘤殘留或復發在常規CT鑒別上存在局限性，同時常規CT觀察到的腫瘤大小及CT值的變化往往滯后于功能性改變 （如局部血供的下降），難以早期評估療效。能譜CT成像綜合分析平臺可以進行準確的碘水密度定量測量，準確反映腫瘤血供，從而提供放、化療敏感性等反映療效方面的信息。Sun等[22]通過測量肺實質內碘濃度的分布，發現能譜CT可以定量評估肺癌引起的血流改變。張寬[23]研究也發現能譜CT碘水密度值可應用于肺癌的療效評估。另一方面，腫瘤治療后經常因植入的粒子、胃腸膽道支架、介入栓塞、吻合器等的運用形成硬化偽影，導致病灶無法清晰顯示，而能譜成像可以有效的去除硬化和金屬偽影。Stein等[24]研究發現單能量圖像可以明顯降低金屬植入物的偽影，清楚顯示椎管及周圍結構，發現被偽影掩蓋的殘存腫瘤或復發腫瘤。Brook等[25]研究認為能譜CT成像可以明顯降低金屬性放療標記的偽影，清晰顯示復發腫瘤。

總之，雖然能譜CT成像在腫瘤中的應用剛剛起步，目前尚無進行腫瘤和正常組織物質成分區分的權威性標準，但是越來越多的研究顯示能譜成像在腫瘤的早期發現、來源、分期及隨訪等方面有著重大的突破性作用，隨著該項技術的廣泛應用和物質能譜曲線的識別和定義，必定會給腫瘤的診療和隨訪帶來很大的幫助。

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