能譜CT定量參數(shù)在肺結節(jié)/腫塊評估中的應用進展

沈丹　文兵　傅飛先

【摘要】 肺結節(jié)/腫塊是肺部眾多疾病常見的基本影像表現(xiàn)。肺結節(jié)/腫塊的性質(zhì)評估，一直是影像工作中亟待解決的難題。常規(guī)CT僅能對腫塊/結節(jié)形態(tài)學特征進行判斷，而活檢往往存在較大的局限性。能譜CT成像作為一種新興的成像技術，其多參數(shù)定量分析在評估肺結節(jié)/腫塊良惡性、分型及預后的優(yōu)勢日益凸顯。此外，隨著能譜CT在基因學及影像組學相關領域的深入進展，能譜CT用于評估肺結節(jié)/腫塊的前景也將愈加廣闊。本文就能譜CT定量參數(shù)在肺結節(jié)/腫塊診斷中的應用及進展進行綜述。

【關鍵詞】 能譜 CT 肺結節(jié) 肺腫塊

Application Progress of Quantitative Parameters of Energy Spectrum CT in Evaluation of Pulmonary Nodules/Masses/SHEN Dan， WEN Bing， FU Feixian. //Medical Innovation of China， 2023， 20（36）： -174

[Abstract] Pulmonary nodules/masses are common basic imaging manifestations of many pulmonary disease. The evaluation of the nature of pulmonary nodules/masses has always been a difficult problem to be solved urgently in imaging work. Conventional CT can only judge the morphological characteristics of the masses/nodules， while biopsy often has greater limitations. As a new imaging technology， multi-parameter quantitative analysis of energy spectrum CT imaging is increasingly prominent in the evaluation of benign and malignant， classification and prognosis of pulmonary nodules/masses. In addition， with the further development of energy spectrum CT in the related fields of genetics and radiomics， the prospect of energy spectrum CT for the evaluation of pulmonary nodules/masses will be more and more broad. This article reviews the application and progress of quantitative parameters of energy spectrum CT in the diagnosis of pulmonary nodules/masses.

[Key words] Energy spectrum CT Pulmonary nodules Pulmonary masses

First-author's address： Graduate Collaborative Training Base of Yiyang Central Hospital， Hengyang Medical School， University of South China， Hengyang 421001， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2023.36.038

肺結節(jié)/腫塊是肺部眾多疾病常見的影像表現(xiàn)，不同性質(zhì)疾病或同一性質(zhì)疾病的不同病理學類型、不同分化程度均可表現(xiàn)為肺內(nèi)結節(jié)或腫塊[1]。CT是目前用于鑒別肺結節(jié)/腫塊良惡性的首選影像學方法，但其依據(jù)結節(jié)/腫塊的形態(tài)學特征或強化方式診斷，誤診率往往較高[2]。活檢因其有創(chuàng)性、操作難度大、費用高、存在諸多并發(fā)癥及病變沿針道或胸腔種植播散等客觀風險的存在，臨床往往難以完全普及[3]。能譜CT可以獲得單能量圖像、基物質(zhì)圖像、有效原子序數(shù)（Eff-Z）及能譜曲線等多重定量參數(shù)，使CT影像診斷從形態(tài)學范圍深入到功能學方面[4-5]，其多參數(shù)定量分析在評估肺結節(jié)/腫塊良惡性、分型及預后上的優(yōu)勢日益凸顯。此外，隨著能譜CT在基因學及影像組學相關領域研究的深入進展，能譜CT用于評估肺結節(jié)/腫塊的前景也將愈加廣闊。本文就能譜CT定量分析在肺結節(jié)/腫塊診斷中的應用及進展進行綜述。

1 能譜CT物質(zhì)分離與定量分析原理及常用于評估肺結節(jié)/腫塊的參數(shù)

不同的物質(zhì)具有不同的X射線吸收曲線[6]。在能譜CT成像中，任何人體組織對X射線的吸收曲線能用任何其他兩種物質(zhì)（基物質(zhì)對）來表示，即經(jīng)過高、低電壓掃描的X線衰減可以表達為兩種基物質(zhì)的密度圖和能譜曲線圖，其過程為物質(zhì)分離[7]。由于水和碘在成像中更近似于常見的人體組織和造影劑，因此水和碘在臨床上常用作基物質(zhì)對[8]。除此之外，水-鈣等也常被用作基物質(zhì)對。依據(jù)已知物質(zhì)（如碘、水）不同單能量下的X線吸收系數(shù)，可以通過相應的表達式計算和重建不同單能量和不同性質(zhì)物質(zhì)（如碘、水）的CT圖像，這便成為能譜CT成像的物質(zhì)基礎。由此，能譜CT成像從單純依靠CT值的單參數(shù)成像轉變?yōu)槎鄥?shù)成像，如碘濃度（iodine concentration，IC）、標準化碘濃度（normalized iodine concentration，NIC）、單能量CT值、能譜曲線斜率（λHU）、Eff-Z等[7]。其中IC、NIC可以間接反映肺結節(jié)和肺腫塊內(nèi)部血供特點，是反映肺結節(jié)/腫塊良惡性及分型的重要指標。能譜CT能提供40～140 keV的單能量圖像，根據(jù)分析不同keV下λHU的變化情況可以更好地識別病變的良惡性、來源及病變的同源性，而Eff-Z可以直接反映內(nèi)部化學物質(zhì)的組成，有利于病變的分型[8-9]。

2 能譜CT在評估肺結節(jié)/腫塊中的應用

2.1 肺結節(jié)/腫塊的良惡性鑒別

對肺結節(jié)/腫塊良惡性的鑒別是目前影像工作的難點之一。我國大多數(shù)肺部惡性結節(jié)由于發(fā)現(xiàn)不及時，患者五年總生存率極低，僅18.7%[10]，早期及時發(fā)現(xiàn)并診斷肺癌，患者的5年生存率可提高到60%～80%[11]。目前常使用CT動態(tài)增強評估結節(jié)或腫塊的良惡性，雖然其鑒別肺結節(jié)的敏感度極高，但是特異度差異較大[12]。而能譜CT利用基物質(zhì)分離技術定量測定肺結節(jié)/腫塊中碘/水物質(zhì)分解的血流，以此反映結節(jié)/腫塊的血供特點[13]，從而有利于肺結節(jié)和肺腫塊的良惡性鑒別。

Hou等[14]對經(jīng)病理鑒別的35例表現(xiàn)為肺腫塊的肺癌患者及25例炎性腫塊的患者進行能譜CT掃描，結果顯示，動脈期（arterial phase，AP）和靜脈期（venous phase，VP）肺癌中央?yún)^(qū)凈增強CT值、NIC及λHU均明顯低于炎性腫塊。VP腫塊的NIC在鑒別炎癥性腫塊和肺癌方面具有相對較高的診斷效能（AUC=0.96），敏感度和特異度分別為86%和100%。李法升等[15]在Meta分析研究中也發(fā)現(xiàn)與其一致的結論，NIC診斷的敏感度、特異度均較高，分別為82%、93%。此外，Chen等[16]、王君鑫等[17]也得出了與其類似的結論。而Zhang等[18]研究結論卻恰恰相反，其研究認為惡性結節(jié)的NIC、λHU和凈增強CT值均大于良性結節(jié)，但VP的NIC在鑒別惡性和良性孤立性肺結節(jié)的診斷價值依舊較大（敏感度為93.8%，特異度為85.7%）。馮昭等[19]對良惡性結節(jié)能譜參數(shù)做比較，也發(fā)現(xiàn)AP及VP的碘基參數(shù)惡性組>良性組（P<0.05）。以上研究結果存有爭議，究其原因可能是納入研究的結節(jié)或腫塊內(nèi)部血供差異導致能譜CT參數(shù)差異。當納入研究的結節(jié)或腫塊是以急性炎癥為主的病變?yōu)橹鳎≡疃嘤煞蝿用}和支氣管動脈雙重供血，血供往往相對惡性肺結節(jié)及腫塊豐富；而納入以慢性炎性結節(jié)或腫塊為主的病變時，血管易纖維化，故血供不及肺癌豐富。另外，不同病理學分型的惡性結節(jié)或腫塊血供往往差異也較大，因此不同病理學分型的惡性肺結節(jié)納入研究的數(shù)量不同也可能對研究結果產(chǎn)生影響。部分研究將結核結節(jié)及腫塊進一步納入研究，對炎性、腫瘤性及結核性病變CT值、λHU、NIC進行分析，炎性結節(jié)與腫瘤結節(jié)相關研究得出的結論依舊尚存爭議，但結核結節(jié)以上能譜參數(shù)均較腫瘤低[20-21]。原因可能是結核結節(jié)主要由肉芽組織和纖維組織組成，且往往含有干酪樣壞死成分，血管相對較少。另外，與肺結節(jié)/腫塊血供相關的IC空間分布差異，也有助于能譜CT上的良惡性鑒別。Wu等[22]研究發(fā)現(xiàn)，無論是在AP還是VP，惡性孤立性肺結節(jié)（SPN）和良性SPN之間的NIC的近端和遠端區(qū)域均有顯著差異，且惡性SPN在近端的NIC顯著高于遠端。可能是癌癥傾向于向血管生長以尋找營養(yǎng)。因此，惡性結節(jié)的近端通常血供豐富，其反映血供的能譜CT參數(shù)也相對較高。

綜上，能譜CT的多個參數(shù)，包括凈增強CT值、NIC和λHU，尤其是VP時的腫塊NIC與腫瘤的血供關系密切，在鑒別良惡性結節(jié)/腫塊上意義顯著，研究也日趨成熟。雖然部分研究結論現(xiàn)仍存爭議，但相信利用細化研究中急慢性結節(jié)/腫塊的分組或可盡量降低研究中惡性結節(jié)/腫塊的不同病理學分型的影響，以上問題可能得以解決。

2.2 良惡性肺結節(jié)/腫塊的病理學分型

能譜CT在良性結節(jié)/腫塊間的鑒別中也有潛在價值。朱怡等[23]利用能譜CT定量分析參數(shù)對矽肺結節(jié)與肺結核結節(jié)進行鑒別，發(fā)現(xiàn)矽肺結節(jié)SiO2 （H2O）基物質(zhì)對濃度明顯高于肺結核組，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.5），且SiO2 （H2O）基物質(zhì)對濃度診斷價值極高（AUC=0.95）。矽肺結節(jié)是由于患者長期吸入游離SiO2粉塵后在肺內(nèi)被巨噬細胞吞噬局灶性堆積形成，而肺結核結節(jié)形成與SiO2無顯著聯(lián)系。該研究還證明，矽肺組的Eff-Z高于肺結核組（P<0.5），說明能譜CT基物質(zhì)分離技術及Eff-Z能間接反映肺結節(jié)形成機制及物質(zhì)組成上存在的差異。近來，國外有報道首次用能譜CT診斷了肺海綿狀血管瘤（PCH），該研究從能譜圖像中提取的碘密度圖像較傳統(tǒng)CT增強更好地反映了早期增強的周邊較小區(qū)域的強化及延遲期的向心性強化特點，間接反映每個結節(jié)中碘的存在和攝取模式，由此提出了PCH的診斷[24]。

能譜CT在惡性肺結節(jié)/腫塊的病理學分型上也有較高的應用價值。史志勇[25]研究認為能譜CT能應用于術前非小細胞肺癌（NSCLC）的病理分型，其認為腺癌因具有其豐富的腺管狀結構，且常伴有鈣化，λ40～65 keV、鈣（水）濃度、Eff-Z均較高，這與戴鋼等[26]的研究一致。而研究中腺癌AP碘（水）濃度高于鱗狀細胞癌，可能是腺癌微血管密度高于鱗狀細胞癌而含有更豐富的血供。此外，有多項研究進一步將小細胞肺癌（SCLC）納入研究，并發(fā)現(xiàn)SCLC與NSCLC的能譜參數(shù)也存在顯著差異，且SCLC的IC、NIC、Eff-Z均較小，其中，能譜模式掃描對肺腺癌敏感度、特異度及SCLC敏感度高于能譜平掃掃描[27-29]。能譜CT碘含量還能鑒別不同疾病肺部轉移，包括乳腺癌、腎癌、骨肉瘤等腫瘤肺部轉移[30]。在鱗狀細胞癌與腺癌、鱗狀細胞癌與神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤之間，血清與能譜CT聯(lián)合診斷效能大于血清腫瘤標志物和能譜CT光譜參數(shù)單獨診斷，因此，聯(lián)合能譜CT和腫瘤標志物檢測可顯著提高診斷效能[31]。

2.3 惡性肺結節(jié)/腫塊的預后評估及精準治療

2.3.1 用于評估腫瘤分期 隨著肺結節(jié)/腫塊診療技術的不斷發(fā)展，被應用于治療肺結節(jié)/腫塊的手段也不斷多樣化、個體化，惡性結節(jié)/腫塊的浸潤范圍、淋巴結是否轉移對腫瘤分期非常重要，這與是否手術、采用何種手術方法及綜合治療方案密切相關，從而間接或直接影響患者預后情況。淋巴結轉移性病變常常是正常淋巴結受到腫瘤細胞浸潤或被取代，所以轉移性淋巴結的物質(zhì)組成及生物學行為與原發(fā)性腫瘤極度相似。崔元龍等[27]發(fā)現(xiàn)肺部原發(fā)病灶與淋巴結轉移灶，各能譜參數(shù)均無統(tǒng)計學意義（P>0.05），并且原發(fā)病灶與尚未發(fā)生淋巴結轉移的淋巴結各項能譜參數(shù)均有統(tǒng)計學意義（P<0.05），說明能譜CT能區(qū)分肺內(nèi)結節(jié)/腫塊與增大淋巴結是否具有同源性。該研究還證實，發(fā)生縱隔淋巴結轉移與未轉移組在各期能譜CT諸參數(shù)上均差異顯著，這有利于降低淋巴結轉移的誤診率。此外，能譜CT多項參數(shù)在區(qū)分SCLC縱隔淋巴結轉移與肺結節(jié)病縱隔淋巴結腫大上有顯著價值[32]。因此能譜CT在鑒別肺部惡性腫瘤伴淋巴結轉移及良性病變導致的淋巴結腫大上有指導意義，為腫瘤的N分期打開了新的思路，有利于評估患者預后。裴麗美等[33]研究認為，能譜CT在鑒別中央型肺癌與阻塞性肺不張上有較高的價值，有利于界定腫瘤邊界。以此推測，能譜CT多參數(shù)分析不但有利于精確肺部惡性腫塊TNM分期，還能精確指導放療定位。另外，能譜CT還能指導區(qū)分腫瘤分化程度[25，34]。以上研究說明，能譜CT部分參數(shù)能間接反映惡性結節(jié)/腫塊的生物學行為特征，為界定腫瘤分期提供了更為精確的客觀依據(jù)。

2.3.2 惡性肺結節(jié)/腫塊基因學層面研究及精準治療 肺癌常常是由于多種基因突變和表觀遺傳改變的積累所引起的腫瘤細胞增殖，腫瘤之間，甚至腫瘤內(nèi)部存在顯著的基因組異質(zhì)性，不僅與腫瘤細胞增殖、凋亡、侵襲、轉移和血管生成有關，而且能在決定特定藥物治療的臨床反應可能性方面發(fā)揮較為重要的作用[35]。在表皮生長因子受體（EGFR）突變的患者中，使用EGFR酪氨酸激酶抑制劑（TKI）患者的生存期明顯長于使用標準鉑類化療的患者[36]。隨著對能譜CT在肺結節(jié)及肺腫塊研究的不斷進展，近年有研究將能譜CT參數(shù)推進到基因學層面。由于EGFR的免疫組化過表達與EGFR突變狀態(tài)之間的相關性較差，往往缺乏一種有效而能定量的客觀方法對EGFR突變狀態(tài)進行檢查，而近來多項研究發(fā)現(xiàn)，能譜CT定量參數(shù)在EGFR突變狀態(tài)的檢測中有顯著價值。有研究結果表明，能譜CT的定量參數(shù)（CT40 keV、CT70 keV、λ70 keV、Eff-Z和IC）與EGFR突變顯著相關，在AP和VP，EGFR野生型組上述參數(shù)值均低于突變型組（P<0.05）[37]。何小群等[38]也發(fā)現(xiàn)，臨床、病理特征聯(lián)合能譜CT定量參數(shù)可提高預測NSCLC患者EGFR基因突變的效能。Ki-67被認為是與細胞增殖和腫瘤異質(zhì)性相關的關鍵標志物，預測Ki-67表達水平對肺癌患者的治療及預后表現(xiàn)出重要的價值。但當前能譜CT參數(shù)與Ki-67表達水平的相關性的研究結論尚存爭議。田雙鳳等[39-40]在實性肺癌能譜CT參數(shù)與Ki-67表達水平的相關性研究表明，實性肺癌VP IC、40 keV及70 keV的CT值、λHU與Ki-67表達水平呈負相關，而這與Chen等[41]的研究并不一致。以上差異存在的原因有待探究，推測可能與前者納入的病變包括了多種病理學分型的肺癌，而后者僅僅對腺癌進行研究有關。

隨著分子生物學研究的不斷進展，越來越多與基因治療相關的靶向藥物期待被發(fā)現(xiàn)，基于能譜CT定量參數(shù)分析基因表達水平及突變狀態(tài)，將在患者精準治療及預測患者預后上發(fā)揮更大的應用價值。

3 影像組學與能譜CT聯(lián)合診斷肺結節(jié)/腫塊的應用

近年來隨著大數(shù)據(jù)時代深入發(fā)展，影像組學日益興起，部分研究也將影像組學這一新技術與能譜CT聯(lián)合用于肺結節(jié)和肺腫塊的診斷。影像組學是從醫(yī)學圖像中提取高通量數(shù)據(jù)并分析大量高級定量影像特征的研究領域，能定量反映腫瘤內(nèi)部的組織病理多樣性，甚至腫瘤內(nèi)部存在的顯著基因組異質(zhì)性[35，42]。而能譜CT影像組學定量特征用于鑒別肺內(nèi)炎性、惡性結節(jié)上具有顯著優(yōu)勢[43]。徐一銘等[44]在研究中利用碘基圖像提取出肺內(nèi)炎性、惡性結節(jié)影像組學特征，以此來建立的預測模型，不僅有較高的診斷效能（AUC=0.843），而且優(yōu)于能譜CT的NIC診斷效能（AUC=0.728）。徐鶴等[45]研究進一步比較了CT特征性征象、能譜CT定量參數(shù)、臨床相關危險因素與能譜CT成像影像組學特征鑒別良惡性肺結節(jié)/腫塊的差異，結果發(fā)現(xiàn)能譜CT成像與其影像組學特征對良惡性肺部病變的鑒別診斷能力顯著優(yōu)于其他組。因此，利用能譜CT成像及其影像組學能將圖像中潛藏的信息進行更為精確的定量分析，相對于傳統(tǒng)CT的診斷模式，能夠更精細、準確及客觀地顯示影像圖像定量參數(shù)與臨床病理學信息的關聯(lián)。

當前聯(lián)合能譜CT參數(shù)與影像組學特征評估肺結節(jié)/腫塊的研究還比較少，另外，大部分只選取了碘基定量參數(shù)，并沒有過多地納入其他定量參數(shù)（如λHU、Eff-Z等），故有關結論仍有待考究，隨著影像組學這一新興技術的深入發(fā)展，更多能譜CT及影像組學特征在肺結節(jié)/腫塊的應用價值也期待進一步的發(fā)掘。

4 不足與展望

綜上所述，能譜CT目前雖尚不能成為像病理學檢測那樣區(qū)分病灶組織成分及生物學行為的權威標準。但是越來越多的研究表明能譜CT可以從多個角度對肺結節(jié)及肺腫塊做出更為綜合性的評估，在肺結節(jié)良惡性鑒別、病理學分型、惡性病變分期、評估患者預后中均具有顯著的應用價值。但當前的研究仍然存在局限性，如大多研究樣本量較少，未充分區(qū)分不同分期或病理學分型結節(jié)/腫塊對實驗結果的影響，納入的結節(jié)/腫塊病理學類型不夠全面等，導致諸多研究結果存有爭議，能譜CT尚未能充分應用于臨床實踐。但隨著研究的深入化、細致化，能譜CT定量參數(shù)在診斷肺結節(jié)/腫塊中的應用價值亦日益凸顯，應用前景也將愈加廣闊。聯(lián)合基因學及影像組學特征也將為能譜CT在評估肺結節(jié)/腫塊的應用開啟新的篇章。

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（收稿日期：2023-10-12） （本文編輯：陳韻）