雙能量CT在前列腺癌骨轉移診斷中的應用進展

竺夢霞，麥筱莉,2，朱斌,2

(1.南京醫科大學附屬鼓樓臨床醫學院 醫學影像科，江蘇 南京 210008；2.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院 醫學影像科，江蘇 南京 210008)

前列腺癌(prostate cancer，PCa)是男性泌尿生殖系統中最常見的腫瘤，據2021年數據顯示，PCa已成為全球男性腫瘤特異性死亡的第二常見原因，僅次于肺癌[1]。近年來，隨著人口老齡化的加劇、人們對健康重視程度的提高以及前列腺特異性抗原(prostate specific antigen)篩查的推廣，我國PCa的發現率逐年升高。在晚期PCa患者中，骨骼是最常見的轉移部位，幾乎所有死于PCa的患者都有轉移性骨疾病[2]。骨轉移患者會產生一系列的骨骼相關癥狀，如骨痛、病理性骨折、腫塊壓迫和高鈣血癥等，增加了患者的痛苦，降低了患者的生活質量。一旦發生骨轉移，患者即失去了手術的機會，只能進行激素和(或)化療以及非類固醇抗鎮痛藥、阿片類藥物、雙酚類藥物和放療保守姑息治療[3]。

PCa骨轉移主要為成骨性轉移，全身骨顯像(bone scan，BS)仍然是檢測成骨性骨轉移病灶的主要手段。雖然骨掃描的診斷敏感性高[4-5]，但因良性病變對示蹤劑的非特異性攝取易導致假陽性率升高。BS對轉移灶的檢測主要是通過99m锝-亞甲基二磷酸鹽放射性核素示蹤劑進行顯像，顯像劑在骨骼中均勻、對稱性異常濃聚或廣泛多發異常濃聚伴腎和軟組織攝取降低(也稱為“超級骨顯像”)是惡性腫瘤廣泛轉移的跡象[3]。因BS對骨組織細微結構變化顯示不如X線精細準確，濃聚程度只能通過肉眼辨別，當發生全身多發骨轉移時，不能精準確定病灶數量和攝取變化，即不能進行定量分析，對于病灶的轉歸判斷具有主觀性。計算機斷層掃描(computed tomography，CT)能更好地檢測出骨性病變，更準確地顯示骨破壞和成骨性改變，但對單發、體積較小的成骨性轉移與骨島難以鑒別，另一方面對于轉移性骨腫瘤的活性以及治療后的療效評估能力較差，目前只能通過腫瘤數量、體積和密度的變化來評估療效，具有滯后性及不確定性。磁共振成像(MRI)則能更清楚地顯示骨髓受累的情況，但其相對昂貴且費時，體內安裝有人工心臟起搏器、胰島素泵或人工耳蝸植入者禁止進行MRI檢查[6]。從現有的資料來看，MRI對PCa骨轉移的研究并不多，且研究病例樣本量不夠大，需要有更大的單中心或多中心研究驗證其骨轉移診斷的效能。

雙能量CT(dual energy CT，DECT)的發展為骨轉移性病變的發現及評價提供了新的思路及技術支持。DECT也被稱為光譜或多能量CT，經過后處理分析可提供多種參數圖像信息，能夠進行更精確的物質分析。本文作者從PCa骨轉移機制及多參數CT能譜成像兩方面綜述DECT在PCa骨轉移應用中的進展。

1 PCa骨轉移機制

PCa骨轉移在影像上主要表現為骨密度增高，為前列腺腫瘤細胞、成骨性細胞和溶骨性細胞相互作用的結果。PCa細胞可調控血供從而逃脫免疫系統的監控，使得癌細胞優先“歸巢”于富血供區域[7]，癌細胞分泌的骨形成蛋白4(bone morphogenetic protein 4)、轉移生長因子(transforming growth factor,TGF)-β和血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等可以將腫瘤相關的內皮細胞轉化為骨髓中的成骨細胞[8-9]，這種內皮細胞到成骨細胞的轉化是PCa骨轉移成骨病變形成的一個潛在機制。同時，腫瘤細胞在骨骼中的生長是腫瘤細胞對骨穩態干擾的結果，PCa細胞外泌體中miR-141-3p和miR-940等已被證明可破壞腫瘤細胞在成骨細胞骨形成和破骨細胞骨吸收之間的微環境[10]，為轉移性腫瘤細胞的生長和繁殖提供條件。成骨細胞可分泌TGF、VEGF和胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor,IGF)等促進腫瘤細胞增殖[9]，最終各種細胞及物質間相互作用形成骨質破壞“惡性循環”，促進骨轉移瘤的生成。

2 多參數成像

2.1 單能量圖像和能譜曲線

DECT掃描過程中利用旋轉過程中高、低管電壓的能量瞬間切換同時產生2個X射線能譜，生成一組能量在40～200 keV之間的虛擬單色圖像(virtual monoenergetic images，VMI)。Kalisz等[11]研究首次證明，DECT在40～200 keV的能量水平上所獲得的VMI相對常規CT具有較好的信噪比(signal to noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)。研究顯示不同組織在不同能量下的圖像質量不同，低能VMI有助于增強血管與周圍組織的對比度，提高病變的顯著性；高能水平的VMI有助于減少鈣化和金屬等偽影，同時使處于最佳SNR的單能量圖像無硬化偽影，因此選擇相對平衡的SNR和CNR單能量圖像才能更好地顯示靶點，如血管增強和整體圖像質量在70 keV 時顯著升高，明顯優于傳統的圖像[12]。因此為提高骨轉移瘤的檢測敏感性及特異性，選擇最佳單能量優化圖像至關重要。

能譜曲線是物質或結構的衰減(即CT值)隨X線能量變化的曲線，是能反映不同病變和人體組織的特征性曲線。理論上繪制原發病灶及骨轉移灶的感興趣區(region of interest，ROI)的能譜曲線，如兩條曲線能夠重疊或具有相同的斜率，則說明兩者具有同源性，可用于骨轉移瘤的同源性分析、診斷及鑒別診斷。繼Dong等[13]利用虛擬單色能譜圖像和繪制ROI能譜曲線成功鑒別94例肺癌患者的骨島和成骨性轉移灶之后，田曉娟[14]對48例惡性腫瘤(4例前列腺癌)患者椎體成骨性轉移進行回顧性研究，計算40～140 keV 單能量圖像(間隔10 keV)的SNR和CNR。結果顯示在選擇60 keV時圖像的SNR、CNR高于常規CT，且是單能量圖像中最高者，為顯示椎體成骨性骨轉移瘤的最佳單能量水平，表明不同單能量圖像質量不同，要提高轉移病灶的診斷率，需選擇最佳虛擬單能量圖。與此同時，該研究團隊以BS作為金標準，發現DECT骨髓成像與BS對椎體成骨性骨轉移瘤的診斷效能無統計學差異，且兩者的敏感性均優于常規CT。

2.2 碘基圖

DECT可以根據物質在高、低能量下衰減效應的不同，實現增強后從兩種不同材料的兩個離散X射線光譜中獲取兩個圖像數據集，從而獲得碘基物質圖。在腫瘤的生長與轉移過程中，高度依賴微血管的生成和持續供血，腫瘤血管生成過程中可能由于各種因素導致其功能不全，血管通透性增高，在增強掃描中對比劑通過功能不全的腫瘤血管滲透入腫瘤組織而使其強化。CT增強掃描常用碘對比劑，DECT的掃描模式可以提供準確的物質分解(material decomposition，MD)圖像，將碘作為基物質可以測量出定量碘濃度(iodine concentration，IC)值。Tang等[15]在模擬實驗中證明能譜CT碘基圖測量得到的IC值與實際IC值具有一致性，因此病灶碘基圖的定量IC值反映了組織中碘的真實沉積情況，間接反映出病灶局部血供狀況。DECT這一優勢，使其可以用于與腫瘤供血相關疾病的診斷及療效評價。

PCa發生骨轉移后增強掃描轉移灶可有碘攝取，但因為在傳統增強CT檢查時骨和碘都顯示為高密度，難以區別，我們可利用DECT將骨與碘分離后繪制骨-碘圖以檢測骨轉移灶并進行進一步分析。Lee等[16]對54例骨轉移(4例前列腺癌)患者利用DECT的骨-碘分離與光譜參數分割技術顯示,在成骨細胞的轉移中患者正常皮質骨與成骨細胞的轉移病灶分離，實現了骨轉移的可視化。不同組織來源的骨轉移病灶與其他骨性病變的血管通透性和細胞活性不同，應用DECT碘基圖測定碘含量可鑒別病變組織的生物學活性。袁軍輝[17]測量碘(水)圖上ROI靜脈期密度增強幅度值(the increase value of venous phase，IVV)(靜脈期密度值-平掃密度值)發現，乳腺癌成骨性轉移瘤IVV碘(水)高于肺癌成骨性轉移瘤的IVV碘(水)有助于兩者的鑒別。

2.3 虛擬去鈣技術和水-羥基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)圖像

PCa轉移主要是通過血行播散，脊柱是最常見的轉移部位。脊柱具有豐富的靜脈系統，脊柱的Batson椎靜脈系統無瓣膜且與胸腔、腹腔及盆腔靜脈有交叉，此處的血流具有流動緩慢、可發生逆流的特點，在胸腹腔壓力增大或重力的作用下癌栓可輕易經過靜脈系統播散至脊柱[18]，癌栓到達此處后可能因為彌漫性炎癥作用、毛細血管滲透增大或破損血管引流等各種機制對骨髓進行破壞，從而出現“骨髓水腫”的現象。大多數DECT選擇虛擬去鈣骨髓成像技術(virtual noncalcium subtraction,VNCa)來評價骨髓水腫，骨髓中主要成分包括骨組織、黃骨髓和紅骨髓，通過物質分離的方法將骨組織中的鈣有效去除，可以更好地顯示骨髓水腫，常用于檢測多發性骨髓瘤、骨創傷及炎癥性骨關節病等疾病[6,19-21]骨髓水密度的變化，以明確病灶對骨質破壞的程度。有研究人員[16]在VNCa上對正常及病變轉移椎體骨髓密度進行測量，顯示正常椎體的骨髓CT 值明顯高于病變椎體轉移灶的骨髓CT值，證明虛擬去鈣技術有助于提高椎體成骨性骨轉移瘤的診斷及檢測，可用于評價椎體成骨性骨轉移瘤。有學者進一步研究鈣抑制指數對骨病變的影響，不同的鈣抑制率去鈣的程度不同，顯示骨髓水腫的對比度也不同。Abdullayev等[22]采用低(25級)、中(50級)、高(90級)鈣抑制指數對21位患者的336個椎體進行圖像重建，發現與常規CT和中、高VNCa相比，低水平VNCa顯示正常骨和轉移骨的CT值重疊度最小，獲得的圖像能更好地鑒別正常骨和轉移骨。將VNCa圖像以彩色編碼疊加圖與加權平均CT圖像合并顯示，對彩色編碼圖像進行視覺分析，不僅提升了病灶的可視性，也顯著提高了病灶檢測的敏感性。Issa等[23]對18例骨轉移患者(8例前列腺癌)的227個病灶繪制骨髓水腫彩色編碼圖，顯示彩色編碼圖能提高骨轉移檢測的敏感性和特異性，或許可以作為常規CT的補充。

近年來，Son等[6]研究證明DECT水-HAP技術對非外傷性髖關節疼痛患者骨髓水腫有良好的診斷效果，為顯示骨轉移瘤骨髓水腫的可行性提供了支持。兩種不同管電壓的X射線DECT進行后處理后可獲得水-HAP圖像，重建出骨轉移灶內水密度的信息。人體骨骼大致由50%的有機物(蛋白質)和50%的鈣(HAP)組成，所以選擇水和HAP進行雙物質DECT分解具有可行性。Ishiwata等[24]回顧性分析83例PCa患者(骨轉移31例)，結果DECT水-HAP圖像對診斷骨轉移的敏感性為100%，傳統CT為86.1%，特異性分別為99.0%和83.4%，表明DECT水-HAP圖像可以提高骨轉移瘤的診斷效能。但DECT水-HAP圖像在檢測骨轉移瘤上的報道目前還較少，有待進一步的研究。

3 局限性與小結

以上介紹的多種DECT分析法還有許多局限和不足:(1)以上所有研究的樣本數量均較少，仍需要大樣本研究來證明結果的真實性和有效性。(2)研究局限于對骨轉移灶的診斷和鑒別診斷，還沒有對骨轉移灶的療效分析相關文章。(3)技術不夠成熟，DECT是近年來新發展的影像技術，其在參數統一等方面還有待進一步研究。

綜上所述，PCa發病率逐年升高，晚期PCa容易遠處轉移，以骨轉移最為常見，盡早地預測和診斷出骨轉移，從而采取相應治療措施以改善PCa患者的生活質量及總生存率是至關重要的。DECT多參數后處理方法在PCa成骨性轉移定性及定量分析方面具有良好的應用價值，單能量成像、能譜曲線及碘基圖能較好地診斷及鑒別轉移灶，VNCa和水-HAP圖像有利于對骨髓水腫程度的判斷。隨著科技的發展，DECT安全、高效、無創及相對價廉的優勢將在PCa骨轉移中的應用有更好的前景。