王曉霜 呂 藝 韓 芳 金瑩瑩 張家文

能譜CT通過單源瞬時(shí)kVp切換技術(shù)、序列掃描成像技術(shù)、雙層探測(cè)器技術(shù)、雙球管雙能量成像技術(shù)或光子計(jì)數(shù)技術(shù)，利用不同物質(zhì)有不同的X射線能量吸收特點(diǎn)，提供比常規(guī)CT更多的影像信息。相比于傳統(tǒng)CT，其主要有以下特點(diǎn)及應(yīng)用：①通過單能量成像消除硬化偽影，并可獲得不同組織隨X射線能量變化產(chǎn)生的衰減特性；②進(jìn)行物質(zhì)分離，從而獲得配對(duì)的兩組基物質(zhì)密度圖；③繪制能譜曲線，推斷組織結(jié)構(gòu)和病理類型；④判定原子序數(shù)，對(duì)病灶或組織結(jié)構(gòu)的真實(shí)成分進(jìn)行較準(zhǔn)確分析；⑤利用K邊緣成像，降低對(duì)比劑或輻射劑量；⑥借助多能譜特性，提高軟組織對(duì)比度。能譜CT目前在腫瘤、心血管、炎癥、結(jié)石等諸多方面均有應(yīng)用，近年來(lái)能譜CT發(fā)展迅速，本文重點(diǎn)綜述其在腫瘤中的應(yīng)用，通過結(jié)合近年的研究論文闡述其進(jìn)展，從腫瘤優(yōu)化顯示、診斷與鑒別診斷、療效評(píng)價(jià)與隨訪、腫瘤血管生成和影像組學(xué)五個(gè)方面的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)性地介紹。

腫瘤優(yōu)化顯示

能譜CT的單能量成像可保證同一能量水平下物質(zhì)的衰減系數(shù)恒定，低能量水平可增強(qiáng)組織對(duì)比從而突出顯示病灶，但圖像的噪聲增大；高能量水平可減少硬化偽影從而提高顱后窩等處病灶的檢出率，但組織的對(duì)比會(huì)減弱。因此需對(duì)不同病灶選取最佳keV值，以達(dá)到噪聲值最低而與正常組織差異最大的效果。而能譜CT的雙能技術(shù)不僅可提供與傳統(tǒng)單能CT圖像質(zhì)量可比的內(nèi)聯(lián)默認(rèn)圖像（DI），還可進(jìn)行不同的后處理，其中一種方法就是重建不同的預(yù)測(cè)低能級(jí)(keV)，稱為虛擬單色圖像(VMI)，以增加圖像對(duì)比度。Matthias等[1]認(rèn)為在X射線能量為40keV時(shí)，頭頸部腫瘤的血管和腫瘤的劑量標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)比噪聲比（CNRD）值最高，且雙源雙能CT（DS-DECT）比單源雙能CT（SS-DECT）的圖像質(zhì)量更高，腫瘤及其血管在VMI上顯示更清晰。腎臟病變和肺癌均能在70keV的VMI中能達(dá)到靈敏度和特異性之間的最佳平衡。不僅在強(qiáng)化明顯的病變中，Gro?e Hokamp等[2]證明低能量VMI也可增加肝內(nèi)微小或無(wú)強(qiáng)化病灶的檢出率，低能量VMI還可用于診斷高度血管化的腹部腫瘤（如肝細(xì)胞癌、腎細(xì)胞癌和神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤），可提高信噪比（SNR）和對(duì)比噪聲比（CNR），在不增加對(duì)比劑劑量的條件下提高診斷的準(zhǔn)確率；在多相肝CT掃描中，40～55 keV的能譜CT-VMI與120kVp迭代重建的標(biāo)準(zhǔn)方式相比，能譜CT在碘用量為后者標(biāo)準(zhǔn)劑量50%的情況下，具有同等或更好的圖像質(zhì)量和病灶的顯著性。此外，基于原子序數(shù)以及不同物質(zhì)在不同能量照射下有特異的質(zhì)量衰減系數(shù)，通過能譜CT可得到物質(zhì)特異圖像從而定性和定量組織的成分和對(duì)比劑的分布，其中碘基圖的價(jià)值最大，可增強(qiáng)組織對(duì)比、擴(kuò)大異常組織間的微小差異，從而提高病灶的檢出率。Fabian等[3]研究顯示頭頸部腫瘤的碘吸收量明顯高于正常組織，虛擬單能40keV當(dāng)量(MonoE40)圖像相比傳統(tǒng)CT圖像更能靈敏地顯示出腫瘤邊界和血供情況。在肝硬化的背景下，能譜CT不僅可更清晰定性顯示肝癌灶，且可根據(jù)碘密度值定量診斷癌變?cè)?，有助于解決肝硬化背景下肝癌灶易漏診的難題。能譜CT對(duì)甲狀腺乳頭狀微癌診斷價(jià)值亦高于傳統(tǒng)CT，其診斷效能可媲于高頻超聲。

腫瘤診斷與鑒別診斷

不同于MRI、CT灌注和多普勒超聲等傳統(tǒng)顯像技術(shù)，能譜CT能夠在傳統(tǒng)顯像的同時(shí)獲取更高精度的雙能量數(shù)據(jù)，其VMI和物質(zhì)分離（MD）成像技術(shù)可在解剖信息之外提供更多的定量信息，因此在腫瘤的鑒別與診斷中具有巨大優(yōu)勢(shì)。

腫瘤的診斷包括判斷原發(fā)部位、分類、分級(jí)和分期，病灶定位判斷一般的影像均可較清楚顯示，但需注意原發(fā)瘤與轉(zhuǎn)移瘤的鑒別。在腫瘤性質(zhì)的判斷中，Liu等[4]研究表明碘濃度（IC）和基于VMI所得的能譜曲線斜率（λHU）可定量診斷C6膠質(zhì)瘤中Ki67陽(yáng)性細(xì)胞百分比，以此判斷膠質(zhì)瘤的增殖和侵犯情況；標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度（nIC）值也可能是肺腺癌中表皮生長(zhǎng)因子受體變異的潛在定量檢測(cè)手段。在腫瘤的分級(jí)中，Lin等[5]研究表明nIC值和λHU可區(qū)分高級(jí)別和低級(jí)別非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）；此外，IC還可用于中分化和低分化的進(jìn)展期胃癌以及腎透明細(xì)胞癌的高級(jí)別和低級(jí)別的劃分。腫瘤有無(wú)其他部位轉(zhuǎn)移一直是分期的重要指標(biāo)，有研究表明，當(dāng)能譜CT中碘密度圖（IDM）的ID定為4.5 mg/ml時(shí)，椎體小梁骨轉(zhuǎn)移的診斷特異性和敏感性分別為77.5%和90.7%；λHU作為乳腺癌前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和非小細(xì)胞肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的判斷指標(biāo)時(shí)診斷的準(zhǔn)確性均可達(dá)87.0%；靜脈期IC以及基于雙能CT定量的諾模圖可用于胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷，后者診斷的準(zhǔn)確率可達(dá)75.7%； 但亦有研究表明標(biāo)準(zhǔn)化靜脈期IC值與進(jìn)展期胃癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移并無(wú)顯著相關(guān)性。

病灶的良惡性鑒別診斷一直是臨床醫(yī)師和病人關(guān)注的焦點(diǎn)之一，也一直是影像等輔助診斷技術(shù)的重難點(diǎn)之一，能譜CT的應(yīng)用有望解決此難題。Lin等[6]研究發(fā)現(xiàn)，肺部實(shí)性病灶的λHU、IC和nIC 在炎性結(jié)節(jié)、惡性結(jié)節(jié)和結(jié)核結(jié)節(jié)中的值依次遞減，且差異均有顯著性意義；這些指標(biāo)同樣可用于腮腺惡性腫瘤與多形性腺瘤和Warthin瘤、胃黏膜惡性病變與炎性病變、肝癌與肝硬化、胃神經(jīng)鞘瘤與胃間質(zhì)瘤的鑒別診斷；碘-水物質(zhì)衰減圖在診斷的敏感性為100%時(shí)，對(duì)腎局灶性小病灶良惡性鑒別的特異性可達(dá)93%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)CT的81%[7]。此外，能譜CT的定量組織分離、定性組織分離、IVM與碘基圖等功能在骨肌系統(tǒng)良惡性病變的鑒別診斷中亦有較高的診斷價(jià)值，且可在能譜CT中應(yīng)用新的對(duì)比劑以提高病灶的檢出率，比如在傳統(tǒng)CT造影時(shí)難以區(qū)分的骨肉瘤碘放射性濃聚與高密度健康骨組織中，將镥基上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料NaLuF4：Yb/Er作為對(duì)比劑成像于能譜CT時(shí)，可明顯提高骨肉瘤與正常骨組織的對(duì)比從而提高診斷的準(zhǔn)確率[8]。

腫瘤的組織來(lái)源判斷也是鑒別診斷的重要方式之一，傳統(tǒng)CT利用HU值區(qū)分不同的組織結(jié)構(gòu)，但各組織的HU值存在很大的重疊使其應(yīng)用價(jià)值受到極大限制，而能譜CT特有的定量成像功能為腫瘤同源性分析提供了可能。根據(jù)每種物質(zhì)有其特定的能譜曲線，可得到腫瘤的密度及原子序數(shù)等信息，推斷出能譜CT成像中不同的能譜曲線所代表的結(jié)構(gòu)及病理類型，因此可推斷出腫瘤的特征，而類似的能譜曲線則表明有相同或者相似的結(jié)構(gòu)和病理類型，從而可用于腫瘤的同源性分析，便于異病同影等腫瘤的鑒別，也可用于全身多發(fā)腫瘤的性質(zhì)和來(lái)源鑒定。

療效評(píng)價(jià)與隨訪

腫瘤療效的評(píng)價(jià)在CT檢查上通常依賴于監(jiān)測(cè)腫瘤大小變化和灌注改變情況，但前者靈敏性較差且瘤徑改變具有延遲性，后者空間分辨率不高且低管電壓使圖像質(zhì)量較差，因此反映治療效果有待提高；而能譜CT可重建出物質(zhì)分離圖（如水基圖和碘基圖），以此定量感興趣部位的碘濃度，可用于定量監(jiān)測(cè)腫瘤放化療后的改變。Lv等[9]研究認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度(nIC)的變化與治療后腫瘤直徑、壞死分?jǐn)?shù)以及微血管密度的變化均有相關(guān)性，可用于監(jiān)測(cè)VEGF受體激酶抑制劑AG-013736對(duì)肝腫瘤的治療效果。通過鈣基圖的定量分析，Ma等[10]監(jiān)測(cè)到甲狀旁腺切除術(shù)兩年后可使皮質(zhì)骨鈣濃度上升而髓質(zhì)骨鈣丟失。腫瘤放療有效時(shí)會(huì)有癌灶壞死，通過比較肺癌射頻消融術(shù)治療前后腫瘤大小、水含量和碘含量的變化，可監(jiān)測(cè)腫瘤形態(tài)和代謝的改變，以此評(píng)估腫瘤療效。此外，在可疑腫瘤的隨訪以及腫瘤轉(zhuǎn)移的監(jiān)測(cè)中，能譜CT也因其VMI技術(shù)和物質(zhì)分解圖的定量功能而比傳統(tǒng)CT更有價(jià)值。Dong等[11]研究表明70keV的VMI可能是檢測(cè)和診斷肺癌不明顯成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)移的最優(yōu)方法，相比傳統(tǒng)CT和其他能量的VMI有最佳的CNR和最低的圖像噪聲。

能譜CT在腫瘤血管生成中的研究

能譜CT的物質(zhì)分離技術(shù)是一種可定量測(cè)量碘濃度（IC）和水含量（WC）的新方法，去除了傳統(tǒng)CT中射線硬化效應(yīng)的影響，極大提升了測(cè)量的準(zhǔn)確性。而碘是一種進(jìn)行血管顯像的對(duì)比劑，故可通過測(cè)量碘的含量以確定局部血流量，判斷血供狀態(tài)，推測(cè)腫瘤血管生成，從而進(jìn)行腫瘤惡性程度和預(yù)后評(píng)估。Liu等[12]用碘/水物質(zhì)分離圖評(píng)估肺部磨玻璃結(jié)節(jié)（GGO）的血供狀態(tài)，并比較不同類型GGO血供水平的差異，結(jié)果顯示GGO的的IC和WC均大于正常組織，即GGO的血供增加，且純GGO和混合性GGO的標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度（nIC）和WC值的差異有顯著性、WC值隨肺腺癌的侵襲程度增加而增加，從而說(shuō)明碘濃度及水含量在GGO的診斷和惡性程度的評(píng)估中均有重要意義。Chen等[13]研究亦表明，門脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度（nICvp）值與進(jìn)展期胃癌血管生成的密度呈正線性相關(guān)，可作為判斷腫瘤新生血管的非侵入式標(biāo)記物，且nICvp值隨著進(jìn)展期胃癌的分化程度增加而降低。此外，在非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）和C6膠質(zhì)瘤中，IC值也與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）的表達(dá)水平成正相關(guān)。

能譜CT與影像組學(xué)

能譜CT在兩種不同能量下獲得掃描數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)的單能CT在組織特征定量和后處理方面更有優(yōu)勢(shì)。紋理分析多用于分析傳統(tǒng)CT、MRI和PET所成的圖像，而能譜CT可定量不同組織的能量依賴性吸收改變，這些豐富的定量數(shù)據(jù)在紋理分析應(yīng)該具有更大的應(yīng)用潛能。Al Ajmi等[14]通過能譜曲線獲得多能量紋理特征，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)兩種最常見的腮腺良性腫瘤進(jìn)行組織學(xué)分類，隨后將多能量紋理特征納入上述預(yù)測(cè)模型，運(yùn)用隨機(jī)森林法并編寫特定計(jì)算機(jī)程序以建立最準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型，最終證明多能量紋理分析比傳統(tǒng)CT的單能量紋理分析具有更好的診斷效能。用紋理分析提取附加的診斷信息正受到關(guān)注，但結(jié)合能譜CT的定量信息與計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的方法以提高診斷準(zhǔn)確率研究較少，相信隨著多能量紋理分析技術(shù)的完善，腫瘤良惡性鑒別的檢查方法有望從有創(chuàng)的病理活檢轉(zhuǎn)為無(wú)創(chuàng)的基于人工智能深度學(xué)習(xí)的多能量紋理分析。

能譜CT已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，其有別于傳統(tǒng)CT成像的強(qiáng)大的定量功能成像為腫瘤的影像診斷帶來(lái)新的方向，當(dāng)然，尚有更多的定量數(shù)據(jù)仍有待進(jìn)一步探索和應(yīng)用。此外，由于大數(shù)據(jù)時(shí)代推動(dòng)著影像組學(xué)的快速發(fā)展，如何將能譜CT的定量和定性信息與影像組學(xué)有機(jī)結(jié)合也是一個(gè)極具潛力的研究方向。通過對(duì)能譜CT的進(jìn)一步深入研究，有望對(duì)其數(shù)據(jù)和功能充分挖掘，為臨床帶來(lái)更多有價(jià)值的信息和應(yīng)用。