能譜CT在腫瘤性病變中的臨床應(yīng)用

解放軍第117醫(yī)院放射科(浙江 杭州 310013)尹冰心 陳興燦

綜 述

能譜CT在腫瘤性病變中的臨床應(yīng)用

解放軍第117醫(yī)院放射科(浙江 杭州 310013)
尹冰心 陳興燦

隨著外科手術(shù)水平的提高，腫瘤輔助治療的不斷發(fā)展，對于腫瘤的診斷要求越來越高，影像學(xué)診斷是腫瘤診斷中非常重要的一個方面，在腫瘤患者術(shù)前、術(shù)后的評估中具有無可替代的作用。增強(qiáng)CT曾經(jīng)對于腫瘤性病變的診斷影響巨大，通過了解病變的血供情況，利于病變的檢出以及不同占位性病變間的鑒別診斷。2009年出現(xiàn)的能譜CT也將進(jìn)一步幫助我們獲得更加準(zhǔn)確、全面的診斷[1-3]。

能譜CT不同于常規(guī)CT之處在于其實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)成像，使得能譜CT在原有空間分辨率、時間分辨率的基礎(chǔ)上又增加了能量分辨率及理化性質(zhì)的分辨率，因此圖像質(zhì)量得以提高。Matsumoto K[4]等對能譜CT所得圖像質(zhì)量與普通CT 120 Kvp圖像質(zhì)量進(jìn)行比較，認(rèn)為能譜CT所得圖像在68 Kev時噪聲最低，較120 Kvp圖像噪聲降低12%。其多參數(shù)成像應(yīng)用于臨床主要表現(xiàn)在單能量CT值及能譜曲線、基物質(zhì)圖像及濃度等方面，例如可以通過基物質(zhì)圖像分析尿路結(jié)石成分[5]；利用單能量圖像可調(diào)節(jié)組織間對比度，利于靜脈、脊髓等低對比組織的顯示。下面就能譜CT在腫瘤性病變中的臨床應(yīng)用綜述如下。

1 單能量成像提高腫瘤性病變的檢出率 單能量CT值是指某一特定能量水平的X線穿過被檢組織后所產(chǎn)生的衰減值，而能譜CT的單能量圖像是通過對掃描所得的混合能量圖像進(jìn)行能量解析獲得的。一些不同病變或組織在常規(guī)CT掃描中其CT值可以相近，甚至形態(tài)大小可以相似，難以區(qū)分，但是其單能量CT值卻可以相差很大，此時利用單能量圖像則可將兩者區(qū)分出來，從而利于病灶的顯示，提高病灶檢出率。同時單能量圖像在不同能量水平具有不同特征，低能量水平的X線穿透力低，圖像上組織的對比增強(qiáng)，但噪聲增強(qiáng)，高能量水平的X線穿透力高，圖像上硬化偽影減少，但組織的對比減弱，因此選擇合適的能量水平對提高單能量圖像上病灶的檢出尤為重要[6-9]。由于物質(zhì)在不同能量水平的衰減不同，在某一能量水平病灶與實(shí)質(zhì)臟器之間的衰減差異可以達(dá)到最大而噪聲值最低，這一能量水平就是該病灶的最佳Kev值。B.N.Patel[6]等報道利用能譜CT可獲得40～140Kev的單能譜圖像，其中低能量圖像可以增加病灶與周圍組織間的對比對，45Kev(研究所采用的最低能量值)時圖像獲得最大對比度。但是此時圖像噪聲也得到最大值，因此應(yīng)當(dāng)選取可以獲得最佳信噪比時的單能量值，B.N.Patel認(rèn)為50～52Kev時可以更好地顯示和診斷胰腺癌。

2 能譜曲線及基物質(zhì)圖像有助于腫瘤的定性診斷 不同的物質(zhì)對于不同能量X線的吸收特征是不同的，CT能譜成像基于這一規(guī)律，通過對某一病例動態(tài)增強(qiáng)各期的CT能譜特征進(jìn)行分析，可以得出其基物質(zhì)散點(diǎn)圖的分布模式、單能量CT值分布直方圖模式及其能譜曲線形態(tài)，同時根據(jù)所得的能譜曲線能夠計(jì)算出該病變或組織的effective-Z(有效原子系數(shù))，將所得數(shù)據(jù)與已明確病理類型的相似病例進(jìn)行比較，如相近，則可推測其類型相同。這種同源性分析在臨床工作應(yīng)用中可以為我們的診斷工作提供有力的證據(jù)，幫助我們做出相比現(xiàn)階段更精準(zhǔn)的診斷，但目前相關(guān)報道較少，并且現(xiàn)階段臨床應(yīng)用中還存在很多問題，仍需要不斷探索及完善。

3 單能量圖像和基物質(zhì)圖像(碘基圖)有助于腫瘤性病變的鑒別診斷能譜成像能根據(jù)不同物質(zhì)在不同單光子能量下的吸收系數(shù)不同，產(chǎn)生不同物質(zhì)各自的特征性吸收曲線，進(jìn)行物質(zhì)分離。但是所謂物質(zhì)組成分析并不是指明確物質(zhì)組成，而是通過給定的兩種基物質(zhì)來產(chǎn)生相同的衰減效應(yīng)。通常，衰減高低不同的物質(zhì)會選擇成對的基質(zhì)。醫(yī)學(xué)成像一般選擇水和碘這一組合。能譜成像檢查在不增加病人掃描劑量的前提下，通過物質(zhì)分離技術(shù)，可以明確判斷對比劑的分布及病灶成分的區(qū)別[10]。已有諸多相關(guān)研究表明碘基圖及碘濃度測定可以幫助鑒別診斷具有相近影像學(xué)征象的疾病[11-18]。Yu[17]等對肝細(xì)胞癌與肝局灶性結(jié)節(jié)增生進(jìn)行定量分析，認(rèn)為碘基圖可以更好地顯示肝細(xì)胞癌，碘濃度的測定也可以反映病灶的血供情況。劉金剛[18]等通過對淋巴瘤、肺腺癌、肺鱗癌及膽管癌的轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)行能譜CT掃描，測量各個淋巴結(jié)在不同能量水平下(40～140keV，間隔10keV)的CT值及碘基圖像和水基圖像各個淋巴結(jié)的碘和水含量，進(jìn)行方差分析和t檢驗(yàn)，得出對于4種惡性腫瘤，觀察腫大淋巴結(jié)的最佳CNR是70keV單能量圖像，同一患者不同感興趣區(qū)的衰減曲線相近，肺腺癌和肺鱗癌的能譜衰減曲線較相近，其余各腫瘤腫大淋巴結(jié)的能譜衰減曲線之間差別較大；轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)之間的水含量差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，肺腺癌與肺鱗癌的轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的碘含量之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，余各不同腫瘤的轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的碘含量之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該研究提示能譜CT成像所提供的如單能量CT值和碘含量等定量信息對轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的診斷和鑒別診斷有重要的價值。

4 MARS去除金屬偽影利于放射性粒子植入術(shù)后療效評估MARS（Multi-Artifact Reduction System）技術(shù)可以有效克服因?yàn)榻饘僭斐傻腦線采樣信號的缺失，它是通過判斷圖像中金屬的大小、形態(tài)，計(jì)算出信號缺失區(qū)域的范圍，從而把相應(yīng)范圍內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)重新投射回投影數(shù)據(jù)空間，然后以金屬存在的前提條件下，重新計(jì)算受到金屬影響的圖像數(shù)據(jù)，最終完成降低金屬偽影的作用。局部放射性粒子植入創(chuàng)傷小，可以對靶區(qū)進(jìn)行高劑量、長時間、近距離累積式照射，而對周圍正常組織損傷小[19]。但是放射性粒子植入的應(yīng)用不可避免地會在CT圖像上形成偽影，影響病灶的顯示。能譜CT MARS技術(shù)的應(yīng)用可以有效的消除金屬硬化偽影，放射性粒子植入術(shù)后復(fù)查時，有助于病灶及周圍軟組織的顯示。Olga R.Brook[20]等報道應(yīng)用GE寶石CT的MARS技術(shù)重建所得橫斷位圖像雖然在某些患者會出現(xiàn)光子饑餓現(xiàn)象，但是其圖像質(zhì)量在60%的受試者中高于能譜CT常規(guī)掃描所得圖像，同時，重建所得的冠、矢狀位圖像的質(zhì)量在75%的受試者中有明顯提高，這個數(shù)據(jù)也明顯地高于近期Bamberg F[21]等報道的雙源CT對圖像質(zhì)量的提高水平(49%)。因此，MARS技術(shù)的應(yīng)用對于粒子植入術(shù)治療效果的評估有明顯幫助。

5 展望 能量成像經(jīng)歷了雙能量成像和能譜成像兩個階段，雙能成像產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代，后因技術(shù)原因沉寂多年，近年來，能譜CT重新成為研究熱點(diǎn)。能譜CT成像技術(shù)在腫瘤的早期診斷和鑒別診斷已有初步應(yīng)用，但目前的研究僅僅是對于某一病例或者某一系統(tǒng)腫瘤性病變的研究，并沒有形成系統(tǒng)。且目前尚無CT進(jìn)行腫瘤與正常組織物質(zhì)成分區(qū)分的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，隨著能譜成像及分析技術(shù)的廣泛應(yīng)用和物質(zhì)特征曲線的識別，必定會給腫瘤的診斷、分期及治療預(yù)防帶來很大幫助。但諸多研究表明能譜CT成像有望提高富血供小腫瘤的檢出率，并可對不同組織類型的腫瘤和腫瘤分級進(jìn)行鑒別，某些曾行手術(shù)植入金屬物的臟器，利用MARS可明顯的消除金屬偽影，更好地顯示周圍結(jié)構(gòu)。還可以通過基物質(zhì)圖像(碘基圖)評價進(jìn)行化療或放療后的治療效果。隨著研究的不斷深入，臨床應(yīng)用的進(jìn)一步開展，其一定能為今后的臨床診斷和科學(xué)研究提供一個很好的平臺。

6 結(jié)語 能譜CT應(yīng)用于腫瘤性病變的診斷并不只是單純應(yīng)用其單能量成像或能譜分析，而是綜合應(yīng)用其各種功能。單能量成像可以避免對比劑硬化偽影和容積效應(yīng)造成的遺漏和誤診小病灶，所以可以提高小病灶和多發(fā)病灶的檢出率。能譜CT技術(shù)能夠根據(jù)X線在物質(zhì)中的衰減系數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的圖像，這有利于鑒別特異性的組織。通過對各種病變的CT能譜分析圖(散點(diǎn)圖、直方圖)及能譜曲線對比分析，可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律性的特征，對于腫瘤定位、定性和分級方面會起到很好的指導(dǎo)作用。利用MARS技術(shù)消除放射性粒子植入術(shù)后在CT圖像上產(chǎn)生的金屬偽影，利于術(shù)后療效的評估。能譜CT的應(yīng)用現(xiàn)在仍處于起步階段，隨著臨床應(yīng)用及研究的不斷深入，必將對腫瘤性病變的診斷及鑒別提供更可靠的依據(jù)。

1．Wang Y, Gao X, Lu A, et al.Residual aneurysm after metal coils treatment detected by spectral CT[J]. Quant Imaging Med Surg,2012,2(2):137-138.

2．Silva AC, Morse BG, Hara AK, et al. Dual-energy (spectral) CT: applications in abdominal imaging[J]. RadioGraphics,2011,4(31):1031-1046.

3. Dae Chul Jung, Young Taik Oh, Man Deuk Kim, et al[J]. AJR,2012,6(199):1316-1319.

4．Matsumoto K,Jinzaki M,Tanami Y, et al.Virtual monochromatic spectral imaging with fast kilovoltage switching: improved image quality as compared with that obtained with conventional 120-kVp CT[J]. Radiology,2011,1(259)：257-262.

5. 李小虎，劉斌，余永強(qiáng)，等.能譜CT單能量區(qū)分體外結(jié)石成分的初步實(shí)驗(yàn)研究[J].中國CT和MRI雜志,2011,9(5):9-11.

6. B.N. Patel,J.V. Thomas,M. E.Lockhart,et al. Singlesource dual-energy spectral multidetector CT of pancreatic adenocarcinoma: Optimization of energy level viewing signi ficantly increases lesion contrast[J].Clinical Radiology,2013,2(68):148-154.

7. Y CUI,S-Y GAO,Z-L WANG，et al. Which should be the routine cross-sectional reconstruction mode in spectral CT imaging: monochromatic or polychromatic[J]. The British Journal of Radiology,2012,1018(85):1-4.

8. 葉曉華,周誠,吳國庚,等. CT能譜單能量成像對不同肝臟腫瘤檢出影響的初步探討[J].中華放射學(xué)雜志,2011,45(8):718-722.

9. Lin XZ, Wu ZY, Tao Y, et al. Dual energy spectral CT imaging of insulinoma-Value in preoperative diagnosis compared with conventional multi-detector CT[J]. European Journal of Radiology,2012,10(81):2487-2494.

10.Lv P, Lin X Z, Li J, et al. Differentiation of small hepatic hemangioma from small hepatocellular carcinoma: recently introduced spectral CT method[J].Radiology，2011，259(3):720-729.

11.Zilai Pan, Lifang Pang, Bei Ding, et al.Gastric cancer staging with dual energy spectral CT imaging[J].PloS One,2013,2(8):1-12.

12.Y.Liu, J.Yu, W.Loo,et al. Preliminary study of spectral CT imaging in differentiating pulmonary squamous cell carcinoma and small cell carcinoma[J]. European Joural of Cancer,2013,1(49):S5-S6.

13.Y.Yu, N.He, K.Sun, et al. Differentiating hepatocellular carcinoma from angiomyolipoma of the liver with CT spectral imaging: A preliminary study[J]. Clinical Radiology,2013,9(68):e491-e497.

14.Qian LJ, Zhu J, Zhuang ZG, et al. Differentiating of neoplastic from bland macroscopic portal vein thrombi using dual-energy spectral CT imaging: a pilot study[J]. Eur Radiol,2012,10(22):2178-2185.

15.Zhang XF, Lu Q, Wu LM, et al. Quantitative iodine-based material decomposition images with spectral CT imaging for differentiating prostatic carcinoma from benign prostatic hyperplasia[J]. Academic Radiology,2013,8(20):947-956.

16.Peijie Lv,Xiao Zhu Lin,Kemin Chen, et al. Spectral CT in patients with small HCC: investigation of image quality and diagnostic accuracy[J]. Eur Radiol,2012,22(10):2117-2124.

17.Yu Y,Lin X,Chen K,et al.Hepatocellular carcinoma and focal nodular hyperplasia of the liver:differentiation with CT spectral imaging[J].Eur Radiol,2013,6(23):1660-1668.

18.劉金剛,劉亞,李麗新,等. CT能譜成像在診斷腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和腫瘤性質(zhì)中的作用[J].中華放射學(xué)雜志,2011,45(8):731-735.

19.沈俊杰，李鶴平，黃勇慧，等.動脈灌注化療聯(lián)合CT引導(dǎo)下放射性125I粒子植入術(shù)治療中晚期胰腺癌的臨床研究[J].實(shí)用放射學(xué)雜志，2010，26(7):1002-1005.

20.Olga R.B,Sofia G,Alexander B,et al.Spectral CT with metal artifacts reduction software for improvement of tumor visibility in the vicinity of gold fiducial markers[J]. Radiology,2012,263(3):696-705. 21.Bamberg F,Dierks A,Nikolaou K,Reiser MF,et al.Metal artifact reduction by dual energy computed tomography using monoenergetic extrapolation[J].Eur Radiol ,2011,21(7):1424-1429.

(本文編輯: 汪兵)

R730.2

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2014.06.34

2014-07-10

陳興燦