乳腺專(zhuān)用CT技術(shù)的新發(fā)展*

王 哲 魏存峰 朱 華 王燕芳 楊 志 魏 龍

乳腺專(zhuān)用CT技術(shù)的新發(fā)展*

王 哲①②魏存峰①②朱 華③王燕芳①②楊 志③魏 龍①②

乳腺癌是全球女性發(fā)病率第一位的惡性腫瘤，嚴(yán)重影響著女性患者的身心健康。X射線鉬靶成像是當(dāng)前檢查乳腺疾病的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其只能以二維透視圖像顯示乳腺的三維結(jié)構(gòu)，病灶的相互疊加影響了疾病的檢出率，且檢查時(shí)需要擠壓女性乳房，影響被檢者的舒適性。乳腺專(zhuān)用CT技術(shù)僅針對(duì)乳腺結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷層掃描，在控制輻射劑量和保證舒適性的同時(shí)，具有三維準(zhǔn)確立體定位的優(yōu)點(diǎn)。基于光子計(jì)數(shù)探測(cè)器的X射線多能CT技術(shù)能夠展現(xiàn)更為豐富的X射線衰減特性，提供更多有利于判別物質(zhì)特性的信息，在劑量效率和軟組織表征等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，乳腺專(zhuān)用低劑量多能CT有望成為早期乳腺癌診斷的一種新的工具。

乳腺癌；乳腺專(zhuān)用CT；多能CT；低劑量; 醫(yī)學(xué)影像

[First-author’s address]Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences; Beijing Engineering Research Center of Radiographic Techniques and Equipment, Beijing 100049, China.

全球癌癥流行病學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)(GLOBOCAN)最新的數(shù)據(jù)顯示，全球乳腺癌發(fā)病率和病死率迅猛增長(zhǎng)，2012年約有170萬(wàn)新增女性乳腺癌患者，近50萬(wàn)女性死于該病[1]。復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院乳腺外科主任邵志敏教授等人近期發(fā)表在《柳葉刀》(Lancet)雜志上的“中國(guó)乳腺癌現(xiàn)狀報(bào)告”顯示，中國(guó)乳腺癌發(fā)病率年增幅速度更是世界平均水平的2倍，照此速度推斷，到2021年中國(guó)乳腺癌患者將高達(dá)250萬(wàn)[2]。

乳腺癌并不是導(dǎo)致女性死亡人數(shù)最多的癌癥，且乳腺癌是可以完全治愈的癌癥，若能在患者無(wú)任何明顯體征時(shí)，早期發(fā)現(xiàn)乳腺癌前病變并能及時(shí)治療，患者5年以上的生存率可達(dá)98%，若發(fā)現(xiàn)較晚癌癥發(fā)生轉(zhuǎn)移，其生存率僅為27%[3]。據(jù)歐美有關(guān)資料顯示，通過(guò)乳腺普查可使乳腺癌的病死率下降30%～40%。因此，乳腺癌的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷和早期治療對(duì)提高患者的治愈率、降低病死率具有十分重要的意義。

為了更好的關(guān)愛(ài)女性健康，遠(yuǎn)離乳腺疾病的困擾，國(guó)家衛(wèi)生與計(jì)劃生育委員會(huì)、財(cái)政部和全國(guó)婦聯(lián)從2009年起，在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)適齡農(nóng)村婦女實(shí)施“宮頸癌”、“乳腺癌”的免費(fèi)篩查項(xiàng)目。各地方衛(wèi)生部門(mén)及婦聯(lián)進(jìn)一步推進(jìn)“兩癌”為重點(diǎn)的婦女常見(jiàn)疾病檢查工作，擴(kuò)大篩查覆蓋面，使普查工作惠及更多的育齡婦女，提高女性的自我保健意識(shí)和健康水平。

1 當(dāng)前乳腺檢查方法

目前，用于乳腺檢查的主要方法有超聲成像(ultrasonography)、X射線鉬靶成像(mammography)、核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)及常規(guī)X射線CT成像(computed tomography)等。超聲普查無(wú)輻射、重復(fù)性強(qiáng)，卻過(guò)于依賴操作者的水平(假陽(yáng)性檢出率偏高)且耗費(fèi)時(shí)間(平均檢查時(shí)間為19 min/人次)；MRI對(duì)于軟組織有很好的分辨能力，但是檢查比較復(fù)雜、時(shí)間較長(zhǎng)，受檢者自主或不自主的運(yùn)動(dòng)會(huì)直接影響圖像的質(zhì)量。另有文獻(xiàn)報(bào)道，大約有15%的女性無(wú)法接受MRI檢查帶來(lái)的困擾；常規(guī)CT的成像分辨率較低，對(duì)于檢測(cè)微小鈣化能力較弱。此外掃描時(shí)X射線會(huì)穿過(guò)整個(gè)胸腔，非乳腺部分接受到大量不必要的輻射劑量。

當(dāng)前，X射線鉬靶成像是比較有效的乳腺普查手段，已經(jīng)成為檢查乳腺疾病的“金標(biāo)準(zhǔn)”。其分辨率高，重復(fù)性好，特別是對(duì)于大乳房和脂肪型乳房，其診斷性可高達(dá)95%。但是乳腺鉬靶檢查時(shí)需要擠壓女性乳房，影響被檢者的舒適性。此外，只能以二維透視圖像顯示乳腺的三維結(jié)構(gòu)，成像方向上組織信息互相疊加，立體定位準(zhǔn)確性差，在致密型乳腺及手術(shù)、放射治療后的乳腺癌患者中假陰性率較高，在診斷某些浸潤(rùn)性小葉癌、派杰氏病、炎性乳腺癌以及乳房外緣的小乳癌時(shí)存在困難，不利于較小病灶的檢出。

2 乳腺檢查的新思路—乳腺專(zhuān)用CT技術(shù)

乳腺專(zhuān)用CT與常規(guī)CT不同，其只針對(duì)乳腺結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷層掃描，避免了身體其他部分接受不必要的輻射劑量，也無(wú)需像鉬靶成像時(shí)擠壓受檢者的乳房，提高了檢查的舒適性。乳腺專(zhuān)用CT的概念在1975年已被提出，并進(jìn)行過(guò)一些醫(yī)學(xué)試驗(yàn)[4]。從試驗(yàn)的初步研究中發(fā)現(xiàn)，CT成像對(duì)于乳腺癌的腫瘤具有高敏感性，但是當(dāng)時(shí)的成像結(jié)構(gòu)以及較低的空間分辨率限制了這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，在之后的數(shù)十年中并無(wú)明顯進(jìn)展。直至積分式高分辨率平板探測(cè)器的出現(xiàn)積極推進(jìn)了乳腺專(zhuān)用CT的長(zhǎng)足發(fā)展，2001年，美國(guó)Rochester大學(xué)及California大學(xué)Davis醫(yī)學(xué)中心均提出利用錐束CT掃描乳腺結(jié)構(gòu)的構(gòu)想[5-6]。之后，Massachusetts大學(xué)、Texas大學(xué)Anderson癌癥中心等研究機(jī)構(gòu)也分別進(jìn)行了乳腺CT的理論和實(shí)驗(yàn)研究[7-8]。2006年后，Davis醫(yī)學(xué)中心經(jīng)過(guò)行業(yè)審查委員會(huì)(institutional review board)和輻射使用委員會(huì)(Radiation Use Committee)批準(zhǔn)，進(jìn)行了專(zhuān)用乳腺CT的初期臨床實(shí)驗(yàn)。這些研究結(jié)果表明：基于積分式探測(cè)器的乳腺專(zhuān)用CT具有輻射劑量低、檢查時(shí)間短、各向同性分辨、準(zhǔn)確立體定位等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。乳腺專(zhuān)用CT演示模型如圖1所示。

圖1 乳腺專(zhuān)用CT演示模型圖

然而，現(xiàn)有基于積分式探測(cè)器的乳腺專(zhuān)用CT還存在著諸多問(wèn)題。①低劑量掃描時(shí)，積分式探測(cè)器在信號(hào)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中存在較大的電子學(xué)噪聲，加上X射線的量子噪聲，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量；②由于X射線穿過(guò)乳腺組織時(shí)發(fā)生射束硬化，使得重建圖像偏離了正常的CT值；③錐形束的成像結(jié)構(gòu)使得乳腺CT圖像質(zhì)量受到較大的散射影響。以上因素嚴(yán)重影響了乳腺癌早期鈣化點(diǎn)和腫瘤的檢出率。因此，基于積分式探測(cè)器的乳腺專(zhuān)用CT已不能滿足乳腺成像中高對(duì)比度、高分辨率和低輻射劑量的更高要求。

3 乳腺專(zhuān)用CT的新發(fā)展—乳腺專(zhuān)用多能CT技術(shù)

近年來(lái)，隨著能譜成像技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)CT開(kāi)始向雙能譜CT以及多能CT方向發(fā)展。特別是X射線能量分辨光子計(jì)數(shù)探測(cè)器技術(shù)的問(wèn)世，促使X射線探測(cè)器技術(shù)和多能CT成像技術(shù)的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍[9-10]。在光子計(jì)數(shù)探測(cè)器中，可以通過(guò)設(shè)置電子學(xué)閾值濾除低能噪聲，提高圖像的信噪比。此外，隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，基于半導(dǎo)體材料的光子計(jì)數(shù)探測(cè)器的像素尺寸很小，可以提高乳腺組織圖像的空間分辨率，從而增加微鈣化點(diǎn)的檢出率。另外，光子計(jì)數(shù)探測(cè)器可以探測(cè)X射線豐富的能譜信息，基于此發(fā)展多能成像技術(shù)，對(duì)于降低輻射劑量，消除圖像偽影，提升圖像對(duì)比度具有重要幫助[11]。目前，國(guó)際上埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)，加州大學(xué)歐文分校等機(jī)構(gòu)已經(jīng)相繼開(kāi)展了乳腺多能CT技術(shù)的研究工作[12-14]。相比基于積分式探測(cè)器的乳腺專(zhuān)用CT，乳腺多能CT技術(shù)研究尚未成熟，目前仍處于研究與開(kāi)發(fā)的初創(chuàng)階段。

中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所在乳腺影像領(lǐng)域的裝備研制及成像技術(shù)方面進(jìn)行了多年的研究工作。其中，在國(guó)家863計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，成功研制了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的乳腺專(zhuān)用PET系統(tǒng)。作為分子功能影像技術(shù)，該設(shè)備具有較高的分辨率和靈敏度，對(duì)于浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌、浸潤(rùn)性小葉癌等乳腺病灶的診斷準(zhǔn)確率要高于超聲等傳統(tǒng)設(shè)備[15-16]。目前，該設(shè)備已經(jīng)取得國(guó)家藥監(jiān)局頒發(fā)的“醫(yī)療器械注冊(cè)證”，成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)可以上市銷(xiāo)售的乳腺專(zhuān)用PET產(chǎn)品。此外，在基于積分式探測(cè)器的乳腺專(zhuān)用CT技術(shù)方面已具有多年的研究基礎(chǔ)，能夠在與乳腺鉬靶劑量相當(dāng)?shù)那闆r下，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣化點(diǎn)和腫瘤的良好分辨，劑量控制及圖像質(zhì)量達(dá)到國(guó)內(nèi)外裝置同等水平[17-18]。

北京腫瘤醫(yī)院基于“淋巴結(jié)的主要組成細(xì)胞是B淋巴細(xì)胞，B淋巴細(xì)胞均表達(dá)CD20抗原，而美羅華能夠特異性結(jié)合于對(duì)B淋巴細(xì)胞膜表面CD20抗原”的判斷，提出“99Tcm標(biāo)記美羅華將能夠特異性進(jìn)行原發(fā)乳腺癌的SLN顯像”的假設(shè)，并自2002年開(kāi)始發(fā)展出99Tcm標(biāo)記美羅華分子探針。對(duì)2317例原發(fā)性乳腺癌患者進(jìn)行前哨淋巴結(jié)(sentinel lymph node，SLN)顯像和活檢的研究結(jié)果表明[19-20]：由北京腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科獨(dú)立、自主研發(fā)的新型、特異性SLN顯像劑99Tcm-Rit具有極高的臨床應(yīng)用前景，提升了患者手術(shù)切除精準(zhǔn)性、降低了手術(shù)創(chuàng)面、提高了術(shù)后生活質(zhì)量，為提高乳腺癌患者的保乳率起到重要作用。

在此基礎(chǔ)上，針對(duì)乳腺癌進(jìn)行早期診斷，精確治療的更高要求，2016年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“數(shù)字診療裝備”專(zhuān)項(xiàng)將開(kāi)展基于能量分辨光子計(jì)數(shù)探測(cè)器的乳腺專(zhuān)用低劑量多能CT技術(shù)研究，計(jì)劃在比乳腺鉬靶劑量降低50%的條件下，在更早期達(dá)到對(duì)微鈣化點(diǎn)和細(xì)小腫瘤等病灶的精確定位和良好分辨，為乳腺癌的早期診斷、定性分析和定量評(píng)估提供強(qiáng)有力的工具。該項(xiàng)目的預(yù)期成果形式是用于乳腺癌早期篩查和診斷的乳腺專(zhuān)用低劑量多能CT原理樣機(jī)，并在乳腺專(zhuān)用低劑量多能CT的掃描技術(shù)、圖像重建算法以及吸收邊高對(duì)比度成像等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破。

4 展望

光子計(jì)數(shù)探測(cè)器與傳統(tǒng)積分式探測(cè)器不同，其能夠獲得不同能量范圍內(nèi)的光子計(jì)數(shù)，并將能譜信息融入到X射線圖像中。因此，基于光子計(jì)數(shù)探測(cè)器的X射線多能CT技術(shù)更為準(zhǔn)確地展現(xiàn)豐富的X射線衰減特性，并提供更多有利于判別物質(zhì)特性的信息。通過(guò)對(duì)乳腺專(zhuān)用低劑量多能CT技術(shù)研究，有望給乳腺癌診斷在輻射劑量、圖像質(zhì)量及臨床應(yīng)用等方面帶來(lái)革命性的改變。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，將乳腺專(zhuān)用低劑量多能CT應(yīng)用于乳腺癌檢查，將有利于提高早期乳腺癌診斷準(zhǔn)確率，對(duì)于提高患者生存率，改善預(yù)后生活質(zhì)量具有重要意義。

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The new development of dedicated breast CT technology/

WANG Zhe, WEI Cun-feng, ZHU Hua, et al//China Medical Equipment,2017,14(2):135-137.

Breast cancer has the highest incidence rate among the female patients’ malignant tumors in the world and it seriously effects female physical and psychological health. Although being the “gold standard” for breast disease diagnosis, the X-ray mammography yields 2D projection images of the breast, in which the overlaying effect of lesions deteriorates the examination result. Moreover, the acquisition process of mammography was uncomfortable for patients because the compression for patient’s breast during detection process is inevitable. The dedicated breast CT is specially designed for breast tomoscan, and it can control radiation dose and guarantee detection comfortability; besides, its 3D result provides better lesion locating performance over the traditional 2D mammography. Able to acquire enough X-ray attenuation characters under different energy values of X-ray based on the photon counter detector, and spectrum CT can provide more information for material discrimination, which gives remarkable advantage in dose efficiency, soft tissue imaging and other applications. The low dose dedicated breast spectrum CT is a highly promising technique for the diagnosis of early breast cancer.

Breast cancer; Dedicated breast CT; Spectrum CT; Low dose; Medical imaging

1672-8270(2017)02-0135-03

R812

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.040

2016-10-27

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFC0100400)“乳腺專(zhuān)用低劑量多能CT技術(shù)研究”；國(guó)家自然青年科學(xué)基金(81301225)“面向低劑量乳腺CT的影像鏈復(fù)合優(yōu)化技術(shù)研究”

①中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所核技術(shù)應(yīng)用研究中心 北京 100049

②北京市射線成像技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心 北京 100049

③北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所核醫(yī)學(xué)科惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100142

王哲,男,(1983- ),博士，副研究員。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所核技術(shù)應(yīng)用研究中心、北京市射線成像技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心，從事X射線CT成像技術(shù)研究工作。