乳腺專用CT技術的新發(fā)展*

王 哲 魏存峰 朱 華 王燕芳 楊 志 魏 龍

乳腺專用CT技術的新發(fā)展*

王 哲①②魏存峰①②朱 華③王燕芳①②楊 志③魏 龍①②

乳腺癌是全球女性發(fā)病率第一位的惡性腫瘤，嚴重影響著女性患者的身心健康。X射線鉬靶成像是當前檢查乳腺疾病的“金標準”，但其只能以二維透視圖像顯示乳腺的三維結構，病灶的相互疊加影響了疾病的檢出率，且檢查時需要擠壓女性乳房，影響被檢者的舒適性。乳腺專用CT技術僅針對乳腺結構進行斷層掃描，在控制輻射劑量和保證舒適性的同時，具有三維準確立體定位的優(yōu)點?；诠庾佑嫈?shù)探測器的X射線多能CT技術能夠展現(xiàn)更為豐富的X射線衰減特性，提供更多有利于判別物質特性的信息，在劑量效率和軟組織表征等方面具有明顯優(yōu)勢。因此，乳腺專用低劑量多能CT有望成為早期乳腺癌診斷的一種新的工具。

乳腺癌；乳腺專用CT；多能CT；低劑量; 醫(yī)學影像

[First-author’s address]Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences; Beijing Engineering Research Center of Radiographic Techniques and Equipment, Beijing 100049, China.

全球癌癥流行病學數(shù)據(jù)庫(GLOBOCAN)最新的數(shù)據(jù)顯示，全球乳腺癌發(fā)病率和病死率迅猛增長，2012年約有170萬新增女性乳腺癌患者，近50萬女性死于該病[1]。復旦大學附屬腫瘤醫(yī)院乳腺外科主任邵志敏教授等人近期發(fā)表在《柳葉刀》(Lancet)雜志上的“中國乳腺癌現(xiàn)狀報告”顯示，中國乳腺癌發(fā)病率年增幅速度更是世界平均水平的2倍，照此速度推斷，到2021年中國乳腺癌患者將高達250萬[2]。

乳腺癌并不是導致女性死亡人數(shù)最多的癌癥，且乳腺癌是可以完全治愈的癌癥，若能在患者無任何明顯體征時，早期發(fā)現(xiàn)乳腺癌前病變并能及時治療，患者5年以上的生存率可達98%，若發(fā)現(xiàn)較晚癌癥發(fā)生轉移，其生存率僅為27%[3]。據(jù)歐美有關資料顯示，通過乳腺普查可使乳腺癌的病死率下降30%～40%。因此，乳腺癌的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷和早期治療對提高患者的治愈率、降低病死率具有十分重要的意義。

為了更好的關愛女性健康，遠離乳腺疾病的困擾，國家衛(wèi)生與計劃生育委員會、財政部和全國婦聯(lián)從2009年起，在全國范圍內對適齡農村婦女實施“宮頸癌”、“乳腺癌”的免費篩查項目。各地方衛(wèi)生部門及婦聯(lián)進一步推進“兩癌”為重點的婦女常見疾病檢查工作，擴大篩查覆蓋面，使普查工作惠及更多的育齡婦女，提高女性的自我保健意識和健康水平。

1 當前乳腺檢查方法

目前，用于乳腺檢查的主要方法有超聲成像(ultrasonography)、X射線鉬靶成像(mammography)、核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)及常規(guī)X射線CT成像(computed tomography)等。超聲普查無輻射、重復性強，卻過于依賴操作者的水平(假陽性檢出率偏高)且耗費時間(平均檢查時間為19 min/人次)；MRI對于軟組織有很好的分辨能力，但是檢查比較復雜、時間較長，受檢者自主或不自主的運動會直接影響圖像的質量。另有文獻報道，大約有15%的女性無法接受MRI檢查帶來的困擾；常規(guī)CT的成像分辨率較低，對于檢測微小鈣化能力較弱。此外掃描時X射線會穿過整個胸腔，非乳腺部分接受到大量不必要的輻射劑量。

當前，X射線鉬靶成像是比較有效的乳腺普查手段，已經成為檢查乳腺疾病的“金標準”。其分辨率高，重復性好，特別是對于大乳房和脂肪型乳房，其診斷性可高達95%。但是乳腺鉬靶檢查時需要擠壓女性乳房，影響被檢者的舒適性。此外，只能以二維透視圖像顯示乳腺的三維結構，成像方向上組織信息互相疊加，立體定位準確性差，在致密型乳腺及手術、放射治療后的乳腺癌患者中假陰性率較高，在診斷某些浸潤性小葉癌、派杰氏病、炎性乳腺癌以及乳房外緣的小乳癌時存在困難，不利于較小病灶的檢出。

2 乳腺檢查的新思路—乳腺專用CT技術

乳腺專用CT與常規(guī)CT不同，其只針對乳腺結構進行斷層掃描，避免了身體其他部分接受不必要的輻射劑量，也無需像鉬靶成像時擠壓受檢者的乳房，提高了檢查的舒適性。乳腺專用CT的概念在1975年已被提出，并進行過一些醫(yī)學試驗[4]。從試驗的初步研究中發(fā)現(xiàn)，CT成像對于乳腺癌的腫瘤具有高敏感性，但是當時的成像結構以及較低的空間分辨率限制了這項技術的應用，在之后的數(shù)十年中并無明顯進展。直至積分式高分辨率平板探測器的出現(xiàn)積極推進了乳腺專用CT的長足發(fā)展，2001年，美國Rochester大學及California大學Davis醫(yī)學中心均提出利用錐束CT掃描乳腺結構的構想[5-6]。之后，Massachusetts大學、Texas大學Anderson癌癥中心等研究機構也分別進行了乳腺CT的理論和實驗研究[7-8]。2006年后，Davis醫(yī)學中心經過行業(yè)審查委員會(institutional review board)和輻射使用委員會(Radiation Use Committee)批準，進行了專用乳腺CT的初期臨床實驗。這些研究結果表明：基于積分式探測器的乳腺專用CT具有輻射劑量低、檢查時間短、各向同性分辨、準確立體定位等獨特的優(yōu)勢。乳腺專用CT演示模型如圖1所示。

圖1 乳腺專用CT演示模型圖

然而，現(xiàn)有基于積分式探測器的乳腺專用CT還存在著諸多問題。①低劑量掃描時，積分式探測器在信號轉換的過程中存在較大的電子學噪聲，加上X射線的量子噪聲，嚴重影響圖像質量；②由于X射線穿過乳腺組織時發(fā)生射束硬化，使得重建圖像偏離了正常的CT值；③錐形束的成像結構使得乳腺CT圖像質量受到較大的散射影響。以上因素嚴重影響了乳腺癌早期鈣化點和腫瘤的檢出率。因此，基于積分式探測器的乳腺專用CT已不能滿足乳腺成像中高對比度、高分辨率和低輻射劑量的更高要求。

3 乳腺專用CT的新發(fā)展—乳腺專用多能CT技術

近年來，隨著能譜成像技術的發(fā)展，常規(guī)CT開始向雙能譜CT以及多能CT方向發(fā)展。特別是X射線能量分辨光子計數(shù)探測器技術的問世，促使X射線探測器技術和多能CT成像技術的發(fā)展有了質的飛躍[9-10]。在光子計數(shù)探測器中，可以通過設置電子學閾值濾除低能噪聲，提高圖像的信噪比。此外，隨著半導體工藝的進步，基于半導體材料的光子計數(shù)探測器的像素尺寸很小，可以提高乳腺組織圖像的空間分辨率，從而增加微鈣化點的檢出率。另外，光子計數(shù)探測器可以探測X射線豐富的能譜信息，基于此發(fā)展多能成像技術，對于降低輻射劑量，消除圖像偽影，提升圖像對比度具有重要幫助[11]。目前，國際上埃爾蘭根-紐倫堡大學，加州大學歐文分校等機構已經相繼開展了乳腺多能CT技術的研究工作[12-14]。相比基于積分式探測器的乳腺專用CT，乳腺多能CT技術研究尚未成熟，目前仍處于研究與開發(fā)的初創(chuàng)階段。

中國科學院高能物理研究所在乳腺影像領域的裝備研制及成像技術方面進行了多年的研究工作。其中，在國家863計劃等項目的支持下，成功研制了擁有自主知識產權的乳腺專用PET系統(tǒng)。作為分子功能影像技術，該設備具有較高的分辨率和靈敏度，對于浸潤性導管癌、浸潤性小葉癌等乳腺病灶的診斷準確率要高于超聲等傳統(tǒng)設備[15-16]。目前，該設備已經取得國家藥監(jiān)局頒發(fā)的“醫(yī)療器械注冊證”，成為國內首臺可以上市銷售的乳腺專用PET產品。此外，在基于積分式探測器的乳腺專用CT技術方面已具有多年的研究基礎，能夠在與乳腺鉬靶劑量相當?shù)那闆r下，實現(xiàn)對鈣化點和腫瘤的良好分辨，劑量控制及圖像質量達到國內外裝置同等水平[17-18]。

北京腫瘤醫(yī)院基于“淋巴結的主要組成細胞是B淋巴細胞，B淋巴細胞均表達CD20抗原，而美羅華能夠特異性結合于對B淋巴細胞膜表面CD20抗原”的判斷，提出“99Tcm標記美羅華將能夠特異性進行原發(fā)乳腺癌的SLN顯像”的假設，并自2002年開始發(fā)展出99Tcm標記美羅華分子探針。對2317例原發(fā)性乳腺癌患者進行前哨淋巴結(sentinel lymph node，SLN)顯像和活檢的研究結果表明[19-20]：由北京腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學科獨立、自主研發(fā)的新型、特異性SLN顯像劑99Tcm-Rit具有極高的臨床應用前景，提升了患者手術切除精準性、降低了手術創(chuàng)面、提高了術后生活質量，為提高乳腺癌患者的保乳率起到重要作用。

在此基礎上，針對乳腺癌進行早期診斷，精確治療的更高要求，2016年國家重點研發(fā)計劃“數(shù)字診療裝備”專項將開展基于能量分辨光子計數(shù)探測器的乳腺專用低劑量多能CT技術研究，計劃在比乳腺鉬靶劑量降低50%的條件下，在更早期達到對微鈣化點和細小腫瘤等病灶的精確定位和良好分辨，為乳腺癌的早期診斷、定性分析和定量評估提供強有力的工具。該項目的預期成果形式是用于乳腺癌早期篩查和診斷的乳腺專用低劑量多能CT原理樣機，并在乳腺專用低劑量多能CT的掃描技術、圖像重建算法以及吸收邊高對比度成像等關鍵技術上取得突破。

4 展望

光子計數(shù)探測器與傳統(tǒng)積分式探測器不同，其能夠獲得不同能量范圍內的光子計數(shù)，并將能譜信息融入到X射線圖像中。因此，基于光子計數(shù)探測器的X射線多能CT技術更為準確地展現(xiàn)豐富的X射線衰減特性，并提供更多有利于判別物質特性的信息。通過對乳腺專用低劑量多能CT技術研究，有望給乳腺癌診斷在輻射劑量、圖像質量及臨床應用等方面帶來革命性的改變。從長遠來看，將乳腺專用低劑量多能CT應用于乳腺癌檢查，將有利于提高早期乳腺癌診斷準確率，對于提高患者生存率，改善預后生活質量具有重要意義。

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The new development of dedicated breast CT technology/

WANG Zhe, WEI Cun-feng, ZHU Hua, et al//China Medical Equipment,2017,14(2):135-137.

Breast cancer has the highest incidence rate among the female patients’ malignant tumors in the world and it seriously effects female physical and psychological health. Although being the “gold standard” for breast disease diagnosis, the X-ray mammography yields 2D projection images of the breast, in which the overlaying effect of lesions deteriorates the examination result. Moreover, the acquisition process of mammography was uncomfortable for patients because the compression for patient’s breast during detection process is inevitable. The dedicated breast CT is specially designed for breast tomoscan, and it can control radiation dose and guarantee detection comfortability; besides, its 3D result provides better lesion locating performance over the traditional 2D mammography. Able to acquire enough X-ray attenuation characters under different energy values of X-ray based on the photon counter detector, and spectrum CT can provide more information for material discrimination, which gives remarkable advantage in dose efficiency, soft tissue imaging and other applications. The low dose dedicated breast spectrum CT is a highly promising technique for the diagnosis of early breast cancer.

Breast cancer; Dedicated breast CT; Spectrum CT; Low dose; Medical imaging

1672-8270(2017)02-0135-03

R812

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.040

2016-10-27

國家重點研發(fā)計劃(2016YFC0100400)“乳腺專用低劑量多能CT技術研究”；國家自然青年科學基金(81301225)“面向低劑量乳腺CT的影像鏈復合優(yōu)化技術研究”

①中國科學院高能物理研究所核技術應用研究中心 北京 100049

②北京市射線成像技術與裝備工程技術研究中心 北京 100049

③北京大學腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所核醫(yī)學科惡性腫瘤發(fā)病機制及轉化研究教育部重點實驗室 北京 100142

王哲,男,(1983- ),博士，副研究員。中國科學院高能物理研究所核技術應用研究中心、北京市射線成像技術與裝備工程技術研究中心，從事X射線CT成像技術研究工作。