雙能量CT技術(shù)在骨腫瘤影像診斷中的研究進(jìn)展

昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院放射科(云南 昆明 650118)

王 馳 丁瑩瑩 李 鹍

綜 述

雙能量CT技術(shù)在骨腫瘤影像診斷中的研究進(jìn)展

昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院放射科(云南 昆明 650118)

王 馳 丁瑩瑩 李 鹍

骨肌系統(tǒng)腫瘤及腫瘤樣病變?cè)谂R床中并不少見，其種類繁多、成分復(fù)雜、生物學(xué)行為各異，給骨腫瘤的診治帶來了困難。多數(shù)骨腫瘤臨床癥狀缺乏特異性，影像學(xué)表現(xiàn)呈復(fù)雜性、多樣性，而病理學(xué)檢查受限于病變?nèi)〔牟课?、大小以及病變?nèi)部成分如鈣化、出血、壞死等因素，往往難以做出明確診斷。部分骨腫瘤臨床癥狀不明顯，生物學(xué)行為多樣，臨床早期常誤診為其他病變。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確診斷骨腫瘤有助于提高患者生存率，改善預(yù)后。

影像學(xué)檢查是診斷骨腫瘤的重要手段之一。常用的影像學(xué)檢查手段有X線、CT、MRI等。CT檢查因其特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)已成為綜合評(píng)價(jià)骨腫瘤的重要手段，多層螺旋CT平掃與增強(qiáng)相結(jié)合，能更好的顯示病變的數(shù)目、位置、大小、形態(tài)、強(qiáng)化方式及生物學(xué)行為等關(guān)鍵信息，一定程度上提高了骨腫瘤診斷的準(zhǔn)確率。隨著近年來CT新技術(shù)的不斷進(jìn)步，雙能量CT技術(shù)在臨床和科研中發(fā)揮了越來越大的作用，對(duì)于多種疾病的診斷與鑒別方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，本文將對(duì)雙能量CT技術(shù)的原理、發(fā)展、主要技術(shù)特征及其在骨腫瘤診斷中的應(yīng)用等進(jìn)行綜述。

1 雙能量CT原理及主要技術(shù)特征

1.1 雙能量CT技術(shù)的基本原理及發(fā)展X線的本質(zhì)是具有波粒二象性的電磁波，X線通過物質(zhì)的衰減程度由X線光子的光電吸收效應(yīng)和康普頓散射效應(yīng)共同決定，低能量光子以光電效應(yīng)為主，高能量光子以康普頓效應(yīng)為主。因此，不同能量的X線通過同一物質(zhì)的衰減值不同，不同能量的X線通過不同物質(zhì)衰減值變化幅度也不同，即任何物質(zhì)都具有其對(duì)X線衰減的特征吸收曲線。雙能量CT使用兩種不同能量的X線(80/140KV)分別對(duì)物質(zhì)進(jìn)行成像，根據(jù)兩種X線照射下X線衰減程度的差異對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定位和成像顯示，從而達(dá)到對(duì)物質(zhì)進(jìn)行識(shí)別、定性及定量分析的目的[1-2]。CT能量成像的概念在20世紀(jì)70年代CT誕生時(shí)就已經(jīng)被提出，在80年代也出現(xiàn)了關(guān)于雙能量X線減影技術(shù)的相關(guān)研究，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，直到近年雙能量CT成像技術(shù)才被臨床和科研廣泛應(yīng)用[3]。

1.2 雙能量CT的技術(shù)方法目前較為成熟的雙能量CT技術(shù)目前主要分為三大類：一是以美國(guó)GE公司為代表的能譜CT(Spectral CT)-Discovery CT 750 HD，采用單球管瞬時(shí)切換雙kVp的技術(shù)，通過在掃描過程中連續(xù)快速切換球管電壓(80/140KV)模擬出多個(gè)能量下的能譜圖像，其探測(cè)器采用了寶石分子結(jié)構(gòu)的材料，并加入相應(yīng)的稀有元素，保證了兩次數(shù)據(jù)采集的速度和時(shí)間分辨率[3]；二是以德國(guó)Siemens公司為代表的雙源CT(Dual-source Computed Tomography，DSCT)-Siemens Somatom Definition Flash，其配備了兩組互相垂直的X線球管及探測(cè)器同時(shí)獨(dú)立工作，同時(shí)使用能譜純化技術(shù)減少高低能量X線的重疊，保證了圖像質(zhì)量[4]；三是以德國(guó)Siemens公司為代表的單源雙能CTSiemens Somatom Definition AS，使用不同能量X線(80/140KV)進(jìn)行兩次連續(xù)掃描，經(jīng)過精確圖像配準(zhǔn)后達(dá)到雙能量掃描的目的。此外，還有以荷蘭Philips公司為代表的雙層探測(cè)器(三明治)CT技術(shù)，其采用深層探測(cè)器接收高能量的X線光子，表層探測(cè)器接收低能量的X線光子，達(dá)到雙能量成像的目的，該技術(shù)尚不成熟，目前正在研究中。

雙能量CT掃描后可得到2組不同管電壓的圖像數(shù)據(jù)，高管電壓組圖像質(zhì)量較好，噪聲?。欢凸茈妷航M圖像噪聲相對(duì)增加，但對(duì)比噪聲比提高，有利于富血供或乏血供病變的檢出[5]。兩組圖像選擇不同權(quán)重因子線性或非線性融合得到的融合圖像結(jié)合了兩組圖像的優(yōu)勢(shì)，在顯示病灶方面更有價(jià)值。

雙能量CT在掃描后還可以使用多種衍生技術(shù)及圖像后處理方法，其中包括：虛擬平掃圖像、單能譜圖像、能譜曲線、最佳CNR圖像、優(yōu)化對(duì)比圖像以及基物質(zhì)圖像如碘圖等。這些衍生技術(shù)廣泛應(yīng)用于人體各器官和系統(tǒng)，在多種疾病的診斷中發(fā)揮重要作用。

2 雙能量CT技術(shù)在骨肌系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用

2.1 雙能量CT技術(shù)在骨肌系統(tǒng)非腫瘤疾病中的應(yīng)用雙能量CT技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個(gè)器官和系統(tǒng)疾病，其中，在骨肌系統(tǒng)非腫瘤疾病中，已有不少文獻(xiàn)證實(shí)雙能量CT技術(shù)在骨肌系統(tǒng)疾病診斷中的價(jià)值。Glazebrook KN、鄧凱等[6-7]多位國(guó)內(nèi)外學(xué)者報(bào)道，雙能量CT技術(shù)在手、足、膝關(guān)節(jié)等多部位肌腱及韌帶損傷診斷中有重要價(jià)值。Mallinson P等[8]報(bào)道雙能量CT在手、足等部位創(chuàng)傷的急性期可以清晰顯示各肌腱、韌帶的解剖結(jié)構(gòu)、損傷及周圍的水腫區(qū)。Artmann A、汪飛、張惠娟等[9-11]報(bào)道雙能量CT對(duì)痛風(fēng)的診斷有很大幫助，雙能CT是目前唯一通過分析掃描部位化學(xué)成分來顯示尿酸鹽結(jié)晶的成像方法。Wait JM、涂寧等人[12-13]證實(shí)雙能量CT所測(cè)量腰椎等部位骨質(zhì)基物質(zhì)圖像容積CT值與WHO推薦的雙能X線吸收法(Dual X-ray Absorptiometry, DXA)密切相關(guān)，可簡(jiǎn)便易行的檢測(cè)骨密度的變化，為骨質(zhì)疏松患者和腫瘤內(nèi)分泌治療前后監(jiān)測(cè)骨密度提供了可能。此外，雙能量CT還廣泛應(yīng)用于去骨、去金屬內(nèi)固定偽影[14]，肢體血管造影[15]及椎間盤突出癥[16]等多種骨肌系統(tǒng)疾病中。

2.2 雙能量CT技術(shù)在骨腫瘤診斷中的應(yīng)用目前，雙能量CT在腫瘤診斷中的價(jià)值主要分為以下幾個(gè)方面[17-19]：①單能量圖像去除了硬化偽影和部分容積效應(yīng)，提高了圖像質(zhì)量，因此能明確腫瘤的邊界、提高富血供腫瘤和小病灶的檢出率，這為腫瘤的早期診斷提供了幫助[20]；②定量計(jì)算雙能量CT感興趣區(qū)的有效原子序數(shù)并評(píng)估能譜曲線的形態(tài)可以指導(dǎo)一些無法確定來源的轉(zhuǎn)移癌的診斷[21]；③特征性的能譜曲線可用于腫瘤的良惡性及病理學(xué)類型的鑒別[21-22]；④能譜成像技術(shù)可以幫助臨床確定腫瘤的浸潤(rùn)范圍，指導(dǎo)腫瘤的分級(jí)與分期[17-19]。⑤雙能量CT還能反映放化療后腫瘤血流動(dòng)力學(xué)信息，進(jìn)而可對(duì)治療療效進(jìn)行評(píng)價(jià)[23]；此外，雙能量CT去偽影技術(shù)能減除治療過程中植入的粒子、支架及金屬吻合器等造成的射線硬化和金屬偽影，提高對(duì)復(fù)發(fā)腫瘤的檢出率。

近年來，隨著研究的深入，雙能量CT技術(shù)在骨腫瘤早期、準(zhǔn)確地定位、定性及分級(jí)等方面發(fā)揮著越來越大的作用。金曉青[24]使用雙源CT對(duì)30例頜骨腫物患者進(jìn)行雙能量(80/140KV)掃描，掃描范圍自眼眶上緣至下頜骨下緣，對(duì)比140KV與80KV不同管電壓圖像得出，高電壓顯示腫瘤對(duì)頜骨侵犯及腫物與牙齒關(guān)系較好，低電壓顯示腫瘤對(duì)軟組織的侵犯價(jià)值較高。陳海松、邵曉棟[25-26]通過寶石能譜CT研究100余例四肢軟組織腫塊的能譜曲線發(fā)現(xiàn)：惡性腫瘤的CT值-keV曲線呈速降型，良性腫瘤或腫瘤樣病變曲線呈較為平緩的下降型，交界性腫瘤的曲線介于良惡性腫瘤之間，而脂肪性腫瘤的 CT 值隨keV的增加而上升，其能譜曲線呈負(fù)值弓背向上形，進(jìn)而得出CT能譜曲線對(duì)軟組織腫塊的良惡性鑒別診斷具有一定價(jià)值。賈夢(mèng)等[27]建立兔VX2惡性骨腫瘤髓內(nèi)浸潤(rùn)模型并進(jìn)行能譜CT掃描，分析腫瘤區(qū)域、移行區(qū)域及正常髓腔區(qū)域的能譜曲線特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)：能譜曲線能和基物質(zhì)圖像可以顯示腫瘤移行區(qū)并能鑒別腫瘤微觀浸潤(rùn)和單純骨髓水腫區(qū)，腫瘤微觀浸潤(rùn)曲線斜率大于單純骨髓水腫。龐婧等[28]建立兔VX2惡性骨腫瘤髓外浸潤(rùn)模型并研究其能譜CT特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)：軟組織腫塊強(qiáng)化區(qū)、瘤周水腫區(qū)及正常肌肉三者碘基值與能譜曲線特點(diǎn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且瘤周水腫中近瘤緣區(qū)與近肌肉區(qū)碘值及能譜曲線斜率均有不同，前者平均水平高于后者。王兵等[29]回顧性分析了多例經(jīng)病理證實(shí)的肺癌患者胸腹部CT能譜圖像，發(fā)現(xiàn)肺癌成骨性轉(zhuǎn)移瘤混合能量和單能量CT值均低于骨島，且密度較骨島更均勻，肺癌與乳腺癌成骨性轉(zhuǎn)移瘤在基物質(zhì)圖和ROC曲線中有一定的規(guī)律，其高keV圖像在鑒別成骨性轉(zhuǎn)移瘤和骨島方面診斷效能較大。袁軍輝等[30]對(duì)比肺癌與乳腺癌脊柱成骨性轉(zhuǎn)移瘤能譜CT特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)：能譜CT單能量成像靜脈期CT增強(qiáng)幅度可幫助鑒別乳腺癌與肺癌成骨性轉(zhuǎn)移瘤，且在110keV是診斷效能較大；在能譜CT碘(水)和水(碘)靜脈期增強(qiáng)幅度值及擬合曲線斜率中，乳腺癌成骨性轉(zhuǎn)移瘤高于肺癌成骨性轉(zhuǎn)移瘤，基物質(zhì)圖像和能譜曲線在兩者鑒別中有一定的價(jià)值。袁源等[31]發(fā)現(xiàn)在脊柱腫瘤及腫瘤樣變中，在40-80keV條件下，惡性組和非惡性組相同能級(jí)單能量圖像CT值及能譜曲線斜率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，得出能譜CT在鑒別良惡性脊柱腫瘤及腫瘤樣病變中有較好的應(yīng)用前景。楊魏[32]分析了25例骨肌系統(tǒng)腫瘤及腫瘤樣病變患者的能譜CT參數(shù)特征，發(fā)現(xiàn)能譜CT在鑒別病灶性質(zhì)、分析腫瘤內(nèi)部成分等方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，對(duì)骨肌系統(tǒng)腫瘤診斷有一定的價(jià)值。Dong Y[33]等學(xué)者通過94病例分析得出，能譜CT在肺癌骨轉(zhuǎn)移與骨島的診斷及鑒別中有一定的價(jià)值，110keV的虛擬融合圖像在兩者鑒別中有重要價(jià)值。Chen H等[34]等對(duì)30例新西蘭白兔VX2骨腫瘤模型進(jìn)行雙能量CT掃描，對(duì)照病理學(xué)樣本發(fā)現(xiàn)雙能CT能譜曲線可以確定腫瘤與正常組織過渡區(qū)的性質(zhì)，對(duì)鑒別腫瘤髓內(nèi)侵犯有一定的診斷價(jià)值。Zheng S等[35]回顧性分析了102例存在椎體低密度病變腫瘤患者的能譜CT資料發(fā)現(xiàn)，雙能量CT能準(zhǔn)確鑒別溶骨性轉(zhuǎn)移瘤與Schmorl結(jié)節(jié)，其中40keV的CT融合圖像、k值、骨(水)及水(骨)基物質(zhì)密度圖有著更高的診斷價(jià)值。

3 雙能量CT技術(shù)存在的問題與不足

雖然雙能量CT技術(shù)廣泛應(yīng)用于臨床和科研，但目前仍存在一些問題及不足：①結(jié)果有誤差。Mitchell MG等[36]的研究指出，瞬時(shí)切換電壓式的能譜CT得出的單keV圖測(cè)得的絕對(duì)CT值可能不準(zhǔn)確。另外，雙能量CT技術(shù)還會(huì)出現(xiàn)物質(zhì)衰減失真和能譜誤差[36-37]；②輻射劑量較常規(guī)CT高，能量分辨能力差，圖像質(zhì)量下降。Jacob S等[38]指出虛擬平掃圖像信噪比較低，易導(dǎo)致小鈣化灶等的漏診。另外，為了降低雙能量CT掃描的輻射劑量而調(diào)整的一系列掃描參數(shù)也會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降；③目前雙能量CT兩種不同管電壓條件下(80/140KV)的X線仍為混合能量的光子，從技術(shù)上無法純化分離出單能量的X線，而且在掃描過程中也無法完全實(shí)現(xiàn)CT能量成像“三同”(同時(shí)、同向、同源)的原則[2]。

盡管目前雙能量CT檢查在腫瘤診斷與鑒別方面取得了一定的成效，但國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)在骨肌系統(tǒng)疾病尤其是骨腫瘤及腫瘤樣病變方面的報(bào)道甚少，且大宗病例的研究較少。隨著CT技術(shù)的不斷開發(fā)完善和研究的進(jìn)一步深入，相信雙能量CT技術(shù)會(huì)在骨腫瘤及腫瘤樣疾病的診斷和鑒別方面發(fā)揮更重要的作用。

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(本文編輯: 汪兵)

R445.3；R738.1

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.09.043

2017-07-24

丁瑩瑩