能譜CT在食管癌診斷和療效評價中的研究進展

鄭星星,馮 峰

(南通市腫瘤醫(yī)院影像科，江蘇 南通 226361)

食管癌是常見的消化道惡性腫瘤之一，在我國惡性腫瘤中，患病率居第3位、病死率居第4位[1]。食管癌早期可無癥狀，部分患者可有哽噎感，大部分患者就診時已為中晚期，導致生存期和生活質量嚴重降低[2]。術前精確分期和分級對食管癌患者治療和提高生存率具有重要意義[3]。當前臨床診斷食管癌主要采用纖維內(nèi)鏡，但對部分年老體衰、呼吸道感染或出血的患者并不適用，且纖維內(nèi)鏡檢查存在偶然性，部位的選擇和取材深淺的控制均會影響診斷準確度，導致假陰性的發(fā)生，故術前選擇無創(chuàng)影像學檢查方法對食管癌患者臨床治療和預后評估具有重要作用[4]。臨床上常用的影像學診斷手段主要有X線雙重對比造影、常規(guī)CT平掃與增強等。X線造影可直觀顯示病變位置、形態(tài)和大小，但對周圍結構侵犯和淋巴結轉移等的敏感性較低。CT平掃及增強不僅可以觀察腫瘤腔內(nèi)外生長情況，也能反映與氣管、支氣管受侵及鄰近縱隔的關系，且對淋巴結轉移有較高準確性和特異性。能譜CT不僅提供解剖形態(tài)圖像，同時定量分析物質成分，在肝癌、胃癌、肺癌、食管癌等多種腫瘤診斷和療效評價中應用越來越多[5-6]?，F(xiàn)對能譜CT基本原理、技術手段以及在食管癌中的臨床應用予以綜述。

1 能譜CT成像基本原理

能譜CT可快速瞬時切換雙千伏峰位(kilovolts peak，kVp)能量X線得到采樣數(shù)據(jù)，通過對獲得的兩組原始數(shù)據(jù)[通常采用高(140 kVp)、低(80 kVp)]進行處理，生成體素在40～140千電子伏(kilo electronvolt，keV)能量范圍內(nèi)的衰減系數(shù)，同時獲得不同類型的重建圖像或定量分析(如得到101個單能量圖像、有效原子序數(shù)、基物質圖、能譜曲線和加權圖像等)[7]。能譜CT中的兩種不同能量采集通常在80～100 kVp(低能量采集)和140～150 kVp(高能量采集)。能量采集低于80 kVp峰值生成光子量少，且大部分光子被組織吸收，幾乎無法獲得有用的信息，高于140 kVp峰值，高劑量低軟組織對比形式限制其臨床應用[8]。

1.1單能量成像 單能量成像指獲得單能量X線時形成的影像。在65 keV或70 keV指標時，可以提高組織之間的對比性，從而獲得較佳的噪聲比，常用于提高肝癌等小病灶的檢出率[9-10]。其他單能量圖像(如40 keV單能量圖像)可增加腫瘤衰減。高能單能量圖像可減少金屬偽影，并用于區(qū)分腫瘤非骨軟化甲狀軟骨。單能量成像也存在一定局限性，能量降低會降低圖像信噪比，若高于65 keV或70 keV會降低碘與軟組織對比[7]。

1.2有效原子序數(shù) X線衰減取決于康普頓散射、光電效應和瑞利散射3種不同的物理特性，其中康普頓散射在高能量占主要作用，光電效應在低能量占主要作用，瑞利散射常忽略不計?？灯疹D散射依賴于材料的電子密度，光電效應取決于元素的原子序數(shù)，原子序數(shù)越高，光電效應越強，而光電效應與光譜衰減有關，碘有效原子序數(shù)大，衰減強，用于顯示組織病變，因此有高原子序數(shù)的物質具有高能譜特性。通過對物質X線衰減理論分析發(fā)現(xiàn)，物質X線衰減很大程度上取決于元素序數(shù)的大小，通過對比某種元素的吸收序數(shù)和某種物質的衰減序數(shù)反映和確定衰減變化趨勢。通過衰減變化可以間接得到某物質的有效原子序數(shù)，即某元素對X線的吸收系數(shù)與某物質吸收衰減序數(shù)相同時，該元素的原子序數(shù)就是這個物質的有效原子序數(shù)，通過這種間接方法得出的該物質有效原子序數(shù)可用來鑒別物質和分離物質等[11-12]。有效原子序數(shù)和基物質圖已應用于結石和腫瘤的診斷，用來精確區(qū)分不同物質的差異和性質。

1.3物質分離與定量分析 能譜CT的物質分離指任何一種物質的X線吸收系數(shù)可以轉變?yōu)橄鄳壤?種不同基物質對的吸收系數(shù)，并產(chǎn)生與該物質相同的X線衰減效應，將1種物質的衰減轉化為產(chǎn)生同樣衰減的2種物質的密度，同時獲得匹配的基物質圖。物質分離可以得到不同基物質(水、碘、鈣、脂肪等多種物質)的圖像，其中水和碘是最常用的基物質對，如骨組織和鈣化組織在水基圖和碘基圖是高“信號”[11]。同時能譜CT的碘基圖可以定量分析組織碘的分布和濃度，間接反映組織器官的血流動力學情況[13]。Kuno等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，非骨軟骨和腫瘤的CT值相似，幾乎無法區(qū)分兩者，特別是腫瘤位于非骨軟骨旁時。但能譜CT可根據(jù)碘分布區(qū)分兩者腫瘤組織中觀察到碘染色分布，而正常軟骨無碘分布，提高了能譜CT評估腫瘤軟骨侵襲的臨床有效性。原則上，能譜CT可提供2種元素的物質分解，但是Forghani等[8]認為也可用于3種及多種元素的物質分解。

1.4能譜曲線 能譜曲線指不同病變或者組織的CT值隨著X線能量水平變化而變化的曲線。根據(jù)衰減理論分析，通過公式u=p(I)×u(I)+p(w)×u(w)[(u：物質衰減值；p(I)：組織中含碘物質的密度；u(I)：純碘衰減值；p(w)：組織中含水物質的密度；u(w)：純碘衰減值)]可以得到不同能量下組織的CT值。u(I)和u(w)可以通過物理實驗室求出，根據(jù)80 kVp和140 kVp獲得的兩組數(shù)據(jù)得到p(I)和p(w)，且特定的物質成分中p(I)和p(w)是恒定常數(shù)，也可得到其他能量物質的CT值，從而確定能譜曲線。不同物質由不同的化學元素和原子組成，因此衰減變化趨勢有所差異，不同物質不會有相同能譜曲線，但物質成分越相似和接近，能譜曲線的變化趨勢越相近[15]。因此，利用能譜曲線同源性分析可以區(qū)分病變的不同成分，也可以判斷是否同源。

1.5加權平均圖像 雙能量成像不僅可以獲得低能量、高能量和單能量圖像，也能獲得平均加權混合能量，加權平均圖像能夠充分利用X線攜帶的物質衰減信號重建CT圖像，使用能量加權可有效提高各能量段圖像的質量，降低重建圖像噪聲，改善圖像對比度，最終大幅度改善圖像質量。加權平均圖像通常采用雙源CT系統(tǒng)獲得兩種混合能量采樣數(shù)據(jù)得到。一般情況下，30%低能量數(shù)據(jù)和70%高能量數(shù)據(jù)結合，相當于120 kVp產(chǎn)生的圖像。與單能量圖像類似，具體的組織或病變衰減可通過適當改變比例來加權數(shù)據(jù)混合或修改重建算法[16]。同時，可根據(jù)不同患者的體質指數(shù)選擇不同能量圖像，實現(xiàn)個體化診斷，提高診斷效率。

2 能譜CT在評價食管癌分化程度中的應用

2.1單能量CT值 特定能量X線在穿透某一物質或組織形成的衰減圖像而獲得的CT值。通常情況下，低能量圖像在食管癌診斷中具有較高的組織對比度，可更好地反映食管癌病理分級中的細微差異。食管癌的不同病理分級對應不同的CT值，分化程度高的癌組織對應的CT值也越低，分化程度低的癌組織對應的CT值則相對較高[17]。低分化和高分化食管鱗癌組織的CT值比較發(fā)現(xiàn)，在40～60 keV下，兩者差異有統(tǒng)計學意義；在70～140 keV下，兩者差異無統(tǒng)計學意義，故認為低能量水平下形成的CT影像更有助于食管癌組織分化程度的鑒別[18]。

2.2能譜CT特征曲線 能譜CT曲線中，不同組織或物質具有不同的衰減特性。利用能譜曲線斜率對其進行定量，在不同分化程度食管癌組織的鑒別中發(fā)現(xiàn)，隨著分化程度的增加，能譜曲線斜率逐漸減小[19]。劉小靜等[20]對60例病理證實為食管癌的患者行雙源雙能量CT掃描發(fā)現(xiàn)，不同分化程度的食管癌能譜曲線均呈下降型走行趨勢，低分化食管癌能譜曲線位于上方，低分化食管癌與中高分化食管癌存在顯著差異，而高分化與中分化食管癌能譜曲線幾乎重疊。不同分化程度食管癌組織中，化學組成和血液供應情況不同可能是造成能譜CT診斷產(chǎn)生差異的重要因素，腫瘤惡性程度越高，組織學分化越差，組織中的微血管密度越高[21]。

2.3基物質濃度值 能譜CT成像中，碘物質濃度能反映食管癌的分化程度。有學者在利用碘水為基物質對不同分化程度食管癌診斷時發(fā)現(xiàn)，不同分化程度的組織，碘濃度和標準化碘濃度均有明顯差異，高分化食管癌組織中碘濃度最高，隨著分化程度的降低，碘濃度也隨之下降[22]。賈鑫鑫和程濤[18]對67例食管鱗癌患者的回顧性分析發(fā)現(xiàn)，低分化與中高分化組間碘濃度、標準化碘濃度以及能譜曲線斜率比較，差異均有統(tǒng)計學意義，與水濃度比較，差異無統(tǒng)計學意義，可能與不同分化程度的食管癌血供和微血管密度不同有關。微血管密度可以定量反映腫瘤血管的生成狀態(tài)，低分化惡性程度越高的腫瘤，腫瘤血管生長越迅速，微血管密度越大，血供越豐富，碘濃度值越高[23]。由此可見, 能譜CT參數(shù)與食管癌病理分級存在相關性, 對于食管癌分級以及判斷預后有一定的作用。

3 能譜CT在食管癌淋巴結轉移中的應用

淋巴結轉移是食管癌的主要轉移途徑，首選通過外科手術清掃轉移淋巴結，但關于清掃范圍對患者預后的影響情況說法各異，部分學者認為擴大淋巴結清掃范圍可以提高患者的存活率，但也有學者認為過大范圍的淋巴結清掃會增加患者并發(fā)癥的發(fā)生[24]。準確評估淋巴結轉移可對臨床治療和確定淋巴結清掃范圍提供極大幫助。常規(guī)CT根據(jù)淋巴結短軸直徑≥1 cm作為轉移依據(jù)，診斷靈敏度和特異度分別為51%和85%[25]。有報道稱，能譜CT比常規(guī)CT診斷淋巴結轉移的敏感性更高[26]。能譜CT根據(jù)能譜曲線走勢反映物質的同源性，進而鑒別該病灶是否屬于轉移[27-28]。丁聰?shù)萚29]對26例食管癌患者進行能譜CT掃描，食管癌原發(fā)灶26例(食管癌組)、轉移性淋巴結32枚(轉移組)、非轉移性淋巴結26枚(未轉移組)，結果診斷轉移性淋巴結及非轉移性淋巴結的靈敏度和特異度分別為63%和88%，故認為能譜CT檢查動脈期70 keV參數(shù)有助于術前診斷食管癌淋巴結轉移，且能判斷其與原發(fā)灶的同源性。Li等[30]對38例喉和下咽鱗狀細胞癌患者采用能譜CT掃描發(fā)現(xiàn)，目標淋巴結與原發(fā)病灶曲線斜率定量比值有助于區(qū)分轉移性和非轉移性淋巴結。

4 能譜CT在良惡性腫瘤鑒別和界定病變范圍中的應用

一般采用內(nèi)鏡取病理活組織檢查鑒別食管腫瘤的良惡性。但可因腫瘤堵塞、影像面積過小等影響內(nèi)鏡檢查，能譜CT則不受此限制。管乃超和胡春洪[31]利用能譜CT對30例患者(12例肺部良性病變和18例肺部惡性病變)的肺組織良惡性病變CT值、能譜曲線、碘含量值的研究發(fā)現(xiàn)，低能量水平下，惡性病變組的CT值均高于良性病變組，且惡性病變組碘含量與能譜曲線斜率也明顯高于良性病變組；還認為根據(jù)碘含量不同有助于提高鑒別良、惡性病變的診斷準確性。對于進行手術或放療的食管癌患者，界定病變范圍具有重要作用。能譜CT圖像中碘濃度也可以更好地反映腫瘤部位和其他非腫瘤部位[32]。Tawfik等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，由60%低能量和40%高能量產(chǎn)生的加權平均圖像已被證明可以提高頭頸部腫瘤的可視性和輪廓勾勒。有研究表明，能譜CT在頭頸腫瘤中能有效確定腫瘤軟組織邊界[33]?？梢?，采用能譜CT區(qū)分食管癌與正常食管壁組織可能具有一定的應用前景。

5 能譜CT在評價食管癌治療效果和預后方面的應用

根據(jù)食管癌分期不同，可采用手術、放療和化療等治療，評價治療效果和預后是進一步治療的關鍵。碘基圖可定量測量治療前后的腫瘤內(nèi)碘含量評價療效，研究發(fā)現(xiàn)，治療后腫瘤內(nèi)碘含量明顯降低，與腫瘤內(nèi)血流變化有關[34]。余花艷和任統(tǒng)偉[35]對經(jīng)過1周化療的58例肺癌患者行化療前后增強能譜CT掃描并檢測其碘基值發(fā)現(xiàn)，治療有效組碘含量降低。Dai等[36]對15例接受索拉菲尼治療的肝細胞肝癌患者采用雙能量CT掃描發(fā)現(xiàn)，碘評價治療后反應與實體瘤療效評價標準具有較好的一致性與相關性。Vandenbroucke等[37]研究顯示，常規(guī)增強CT對殘余腫瘤評價受到射頻消融的影響，但能譜CT可利用碘含量更好地對射頻消融后肝臟、腎臟和肺部殘余腫瘤情況進行評價。目前，能譜CT碘基圖對食管癌治療的療效評估和預后判斷應用較少,仍需進一步探索。

6 小 結

能譜CT作為無創(chuàng)的影像學檢查方法可通過能譜曲線、碘基圖、標準化碘含量、能譜曲線斜率等在定性和定量方面為食管癌進行多參數(shù)分析提供量化信息。對提高早期食管癌診斷準確率，鑒別食管癌與其他良性病變，精確反映病灶范圍，評價不同分化程度食管癌及淋巴結轉移，評估治療效果及其預后具有一定的應用價值，從而也為臨床制訂治療方案以及進一步治療提供了幫助，具有很好的應用前景。但將能譜CT與食管癌臨床應用更好地有機結合，仍需要進一步的深入研究。