能譜CT對于不同密度成分肺結節診斷的應用研究進展

趙睿依 劉沛武

長江大學第二臨床醫學院放射科，湖北省荊州市 434023

近年來，大量研究證明能譜計算機斷層掃描在組織表征方面具有比常規CT更廣的臨床實用性，例如，在骨病變、腎臟腫塊、泌尿結石或冠狀動脈斑塊成分的表征方面。尤其是腫瘤患者可以從能譜CT的應用中獲益：能譜CT技術提供了掃描協議和后處理技術，以改善良性和惡性組織的區分。此外，能譜CT技術固有的劑量節省潛力與以治療為目的的腫瘤患者高度相關，因為他們在分期、治療反應評估和隨訪過程中經常接受大量的CT掃描。同時，能譜CT可以提供多定量參數，進一步具體分析結節間的差異。這篇綜述旨在介紹胸部能譜CT成像對于不同密度成分肺部結節的分類、分型及分期方面的應用價值。

1 能譜CT的技術發展

1.1 能譜CT的技術優勢 傳統的CT圖像是在一定的管電壓下通過單能量技術獲得的，從而得到多項常規CT數據。而能譜CT通過其特征的雙能量技術進行CT掃描，可以從被檢查組織中獲得兩種不同管電壓水平下的光譜信息，由于不同能量水平下信號衰減特性的固有差異，可以改善組織分化。能譜CT圖像可以通過三種不同的方式獲得：一種是通過雙源能譜CT獲取技術，兩個X射線源同時在兩個不同的kV級上運行。第二種能譜CT方法是切換單一X射線源管電壓的峰值水平，要么快速交替，要么在不同管電壓水平上進行兩次連續掃描。第三種方法是通過雙層技術獲得雙能數據，探測器同時有選擇性地記錄來自單個X射線源的光子。利用在兩個不同光譜水平上采集的多目標能譜CT原始數據，也可以獲得常規上可以從單能量采集中導出的所有形態學信息。通過從兩個采集的數據集中以不同的加權因子重建線性或非線性融合的圖像。這產生了類似于傳統120kVA圖像的數據集。能譜CT技術最明顯的好處是可以額外重建多個補充數據集，從而提供增量信息，無須應用額外劑量。

1.2 能譜CT的多定量參數 傳統的胸部對比增強計算機斷層掃描是從檢測到的肺結節中識別疑似肺癌的標準方法。對比增強CT圖像用于根據不同的形態學征象和增強模式來表征肺結節。深分葉狀或粗糙的毛刺狀邊緣和20～60Hounsfield單位(HU)的最大衰減通常表明惡性腫瘤或中心致密鈣化，而最大衰減≤ 15HU常作為良性的線索。然而，在臨床實踐中，過度簡化的形態學外觀或增強值對于從不同類型的肺結節得出準確的肺癌診斷是不可靠的。因為傳統CT圖像中的增強模式中發現良性和惡性孤立性肺結節之間存在相當大的重疊。能譜CT是通過分析和放大傳統CT成像的機制和細節，計算X射線衰減系數的能量依賴性，通過單色光譜圖像在40～140keV能級范圍內獲取多個參數，以及精確的材料分解圖像，如單色成像、材料分解圖像和光譜HU曲線[1]。此外，單能級的單色光譜圖像提供了不同材料中衰減變化的信息，作為X射線光子能量的函數[2]。光譜CT材料分解圖像能夠在碘增強圖像上測量肺結節的碘成分，這被認為與增強程度的真實值(凈增強)相當[3]。為了使用光譜CT圖像識別肺結節，一些研究使用了多個參數，包括碘濃度 (IC)、歸一化碘濃度 (NIC)、40或70keV單色圖像的CT數(CT 40keV或CT 70keV)，以及光譜衰減曲線 (λHU) 以區分炎癥、肉芽腫、良性結節和惡性腫瘤。這些研究表明，盡管存在爭議和分歧，但光譜CT是具有潛在臨床應用的最有前途的成像技術之一。因此，利用這些能譜定量參數可以區分表現為純磨玻璃結節 (pGGN)、混合磨玻璃結節 (mGGN)和良性孤立性結節，以及實性結節(SN)[4]。

2 能譜CT—肺部結節應用

2.1 能譜CT對于不同密度成分肺結節鑒別的價值 原發性肺癌的預后受到許多臨床、影像學和組織病理學表現的影響。一般來說，直徑≤3cm的小型肺癌術后預后良好[5]。此外，薄層CT圖像中結節內實性成分和磨玻璃混濁的比例對預后有重要影響[6]。因此，在最近的TNM分期中，結節中的固體大小被作為t因素。然而，最近的一些研究表明，即使腫瘤的實體大小相同，實體結節的預后也比部分實體結節伴磨玻璃樣混濁的預后差[7]。對于可切除的肺癌，術前影像診斷對于確定最佳治療策略至關重要，包括手術方式。因此，需要影像學技術來預測小型實體肺癌的術后預后。根據肺結節診治專家共識，將肺結節按密度成分分為實性結節、部分實性結節及磨玻璃結節。宋婷妮等[8]利用仿真模型研究能譜CT下不同性質的孤立性肺結節，提出不同密度的結節在不同單能譜圖像上噪聲、SNR及CNR的差異有統計學意義。另有研究報道，碘量化的能譜CT圖像在區分實性結節和磨玻璃結節方面具有不同的價值，并且可能比實性結節更有助于區分良惡性磨玻璃結節[9]。由于實性成分的多少與結節惡性程度及病理類型不同有關，所以對于不同密度分類的結節單獨研究更具有意義。

2.2 能譜CT對于實性肺結節的診斷 有研究提出，實性結節對光子能量的吸收發生在低發射能量范圍內，并且在40keV時最高。在能量范圍為40～80keV區間的能譜CT虛擬單色圖像中評估肺部實性結節是最有價值的。在最低能譜CT掃描能量(40keV)的情況下，與吸收的高相關系數表明VMI在基于血管生成的局灶性病變診斷中的高臨床實用性。在此階段的碘對比增強的足以為評估肺部結節的特征提供大量的診斷信息，同時減少病人吸收的輻射劑量，也減少存儲在存檔設備上的數據量有助于優化工作[10]。能譜CT在鑒別實性結節的良惡性上，也具有比常規CT更高的鑒別能力。Wen等[11]利用最新光譜CT研究實性肺結節，發現除了歸一化動脈增強分數(NAEF)外，惡性結節的NIC、λhu 和CT 40keV在VP (NICVP)、λvphu和CTVP 40keV均高于良性結節，且在區分非小細胞肺癌和小細胞癌的亞組實性結節中，NICAP的診斷率高于其他指標。同時，該研究還提出NSCLC 組的CT 40keV、NIC、λHU和NAEF值顯著高于SCLC組，這對于區分SCLC和NSCLC對于準確的治療和預后評估至關重要。有日本學者通過結節三維的點相關衰減(3D-IRA)的方法測量了<3cm的實性肺癌患者，發現小體積實體型肺癌的 3D-IRA對比增強能CT與術后預后顯著相關，低3D-IRA腫瘤顯示較高的TNM分期和明顯較差的預后[12]。在對實性結節的增強研究中發現，在對比劑給藥后35s和90s兩個階段進行碘濃度測量，無論良性或惡性，實體肺結節患者的碘濃度測量沒有顯著差異。在對非小細胞肺癌患者的評估中，評估低級別和高級別非小細胞肺癌患者的NIC和λHU時沒有發現動脈期和靜脈期之間的顯著差異，但ROC分析[ROC曲線下面積(AUC)]表明靜脈期λHU 在區分高級別癌癥和低級別癌癥方面提供了最佳的診斷性能[13]。另一方面，Zhang等[14]在2020年發表的工作中，對非小細胞肺癌、肺腺癌和鱗狀細胞癌患者進行了兩個同質研究組，表明能譜CT在早期VP期的非小細胞肺癌鑒別中具有潛力，而在AP期則沒有。然而,李等人發現非小細胞肺癌患者在40keV時碘濃度的顯著差異取決于血管內皮生長因子(VEGF)的表達,血管內皮生長因子是腫瘤血管生成的刺激因子之一,并且與動脈期和靜脈期中VEGF的表達水平呈正相關。作者認為,除了檢查腫瘤的大小和選擇的動脈期和靜脈期延遲之外,用于評估碘濃度的能量水平的適當選擇可能是獲得結果差異的主要原因。

2.3 能譜CT對于部分磨玻璃及純磨玻璃結節的診斷 能譜CT技術在確定良性或惡性方面的有效性不僅在實體結節中進行了研究，而且在磨玻璃結節中也進行了研究。近年來，隨著高分辨率胸部CT應用的增加，在肺部發現GGO的機會增加。GGO可以是多種疾病的影像學表現，包括良性疾病、癌前病變或惡性腫瘤，如非典型腺瘤樣增生(AAH)、原位腺癌(AIS)、微腺癌(MIA)和侵襲性腺癌(IA)，后兩者統稱為IPAs[15]。每一種的精確成像特征可以為確定治療計劃和預測預后提供巨大優勢。在CT成像中，GGO通常分為純磨玻璃不透明度(pGGO)和混合磨玻璃不透明度(mGGO)。pGGO值定義為無實體成分的肺局灶性密度增高，mGGO定義為有實體成分的肺局灶性密度增高。固體成分在肺窗中表現為高密度陰影(除了肺血管)，而沒有蔓延到肺血管或肺實質。最近的幾項研究表明，直徑是評估pGGO是否具有侵襲性的關鍵因素[16]。另一方面，須民欣等[17]證明了CT值對于鑒別肺磨玻璃結節的性質具有一定的參考價值。然而，上述所有的研究都集中在GGOs的形態特征上。使用傳統的CT表現來區分癌前病變與侵襲性病變是非常困難的。且常規CT增強不能準確量化磨玻璃結節，因此更無法區分磨玻璃結節分型。正電子發射斷層掃描使用標準化攝取值評估GGO的假陰性率高，而灌注CT雖可進行，但對輻射劑量要求較高，這極大地限制了其臨床應用。而能譜CT成像或許是一種更有前途的成像方法，能譜CT所帶的后處理軟件可以使用材料分解方法將碘與其他材料區分開來。借助該軟件，增強DECT提供了碘增強圖像，可以計算病變的碘濃度(IC)，這有望實現對病變增強的更準確評估，并有助于診斷[18]。Kawai等人用不同鈣和碘濃度的人工GGOs進行了一項模擬研究，作為第二步，將能譜CT技術應用于臨床病例。他們在小型臨床研究隊列中發現24例患者使用能譜CT對比劑圖像顯示，22例腺癌可見對比劑增強，但單一肺出血或炎性包塊不可見。因此得出結論，使用能譜CT技術可以提高良性和惡性GGOs的鑒別。能譜CT最重要的應用之一是利用肺結節中的碘/水物質分解來定量確定血流，有學者利用雙能譜CT和材料分解分析定量測定GGO中的水濃度和碘濃度，得出此方法可以提示GGO病變的血液供應，從而進一步評價肺部GGO病變的血供狀況，為肺癌的診斷和預后提供更準確的依據[19]。對于有癌前病變(即AAHs和AISs)的患者，由于其生長非常緩慢，故建議CT隨訪。如需手術，一般方式為肺葉切除，且5年生存率為100%。而微腺癌(MIA)和侵襲性腺癌(IA)的5年生存率均低于癌前病變患者，且侵襲性腺癌(IA)更低，手術方式為肺葉切除加淋巴結清掃。因此，區分IPAs和侵襲前病變對于正確處理是很重要的。有學者利用能譜CT進一步量化浸潤性腺癌在表現為磨玻璃結節中的鑒別點，即在pGGO中，標準化NIC值>0.29的病變可以作為IPAs與侵襲前病變的一個非常重要的鑒別點，而且使用增強的雙源能譜CT結合三維平面測量可以準確可靠地將IPAs與侵襲前病變區分開來[20]。Ji等人通過結合虛擬平掃和碘增強成像，得出虛擬平掃成像的質量和碘增強成像的均勻性是侵襲性腺癌的獨立預測因子，且在鑒別侵襲性腺癌與AIS或MIA時，使用碘增強成像指標的定量分析對能譜CT單獨生成的虛擬平掃成像而言具有附加價值[21]。

3 結論

據以往有關肺結節的能譜報道，對于肺結節的研究點通常集中于良惡性鑒別、鱗癌與腺癌的比較、不同TNM分級間結節的區別以及浸潤程度之間的差異，而鮮有文章單獨對實性結節或磨玻璃結節進行研究。常規CT已經證明不同密度成分結節良惡性程度具有差異，而我們更應利用能譜CT多定量參數的特點，將結節按密度成分分類研究，或許相關參數的可靠性及準確率會更高，更有助于指導臨床。