能譜CT在腹部淋巴結(jié)的臨床應(yīng)用與研究進展

張永秋 楊蘇寧 鄭智仙 朱海云

能譜CT （energy spectrum CT） 近年來發(fā)展迅速，在全身腫瘤、心血管、炎癥、結(jié)石等方面均有廣泛的應(yīng)用，是影像醫(yī)學(xué)的研究熱點，取得了眾多的研究成果。相較于常規(guī)CT，能譜CT最大的優(yōu)勢在于其獨特的診斷模式，包括多樣化的定量分析方法，以及豐富的多參數(shù)成像，如基物質(zhì)成像、單能量成像、能譜曲線等。這種獨特的多參數(shù)成像方法，能更好地應(yīng)對CT 在臨床應(yīng)用中的各種挑戰(zhàn)［1］。本文結(jié)合近年的研究文獻，重點綜述能譜CT 在腹部淋巴結(jié)中的應(yīng)用進展。

能譜CT在腹部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)中的應(yīng)用

1.在胃癌淋巴結(jié)的應(yīng)用

胃癌在臨床非常常見，全球年新增患者超百萬人，其死亡率在癌癥患者死亡中居于第三位。根治性腫瘤手術(shù)依然是這一疾病的最有效治療方法。胃癌非常易于通過淋巴結(jié)進行轉(zhuǎn)移，因此了解確定淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移在胃癌的分期、治療和預(yù)后中有重要的價值。在常規(guī)CT 檢查的形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上，能譜CT 所具有的豐富的成像模式，可以在原發(fā)癌確診和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移診斷方面，提供更多證據(jù)。

淋巴結(jié)被腫瘤細胞浸潤后，其組織結(jié)構(gòu)及血供發(fā)生改變。這種改變導(dǎo)致腫瘤細胞浸潤淋巴結(jié)，使其增強掃描的CT值增加。常規(guī)CT掃描時，受X線硬化效應(yīng)的影響，這種CT 值的變化可能會被掩蓋。而能譜CT 通過40～140 keV 的單能量成像，可以避免該效應(yīng)，從而計算出較為準確的CT 值。另外，在不影響信噪比的條件下，使用調(diào)節(jié)keV 的方法，還能進一步優(yōu)化組織分辨率，顯示更多微小組織的細節(jié)。柴亞如等［2］使用能譜CT分析了86例胃癌患者的淋巴結(jié)，測量70 keV 單能量圖像的各感興趣區(qū)（ROI）的CT值，獲得了單能量CT 影像動靜脈期CT 值區(qū)分胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的閾值。之所以發(fā)現(xiàn)動脈期CT 值具有最好的診斷能力，是因為大部分胃癌在動脈期均顯示出明顯的強化，而其轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)也具有與此類似的強化特征。

轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的新生血管往往結(jié)構(gòu)紊亂，并受到惡性組織持續(xù)浸潤，進而導(dǎo)致血管變窄、阻塞，最終導(dǎo)致癌細胞凋亡和死亡。因此，轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的血流量相比非轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)較低，碘含量相應(yīng)增加，通過常規(guī)評價+碘基物質(zhì)圖、能譜曲線等資料分析，有助于判斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。游佳等［3］通過對104例確診胃腺癌患者資料進行研究，發(fā)現(xiàn)靜脈期標準化碘濃度診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的曲線下面積（AUC）為0.776；而動靜脈期碘濃度差值，以及動靜脈期標準化碘濃度差值，具有更好的診斷能力，AUC分別達0.839和0.918。因此，能譜CT可在術(shù)前準確判斷胃癌患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

2.在結(jié)直腸癌淋巴結(jié)的應(yīng)用

腸道是消化系統(tǒng)惡性腫瘤的常見部位，在所有常見的惡性腫瘤中，結(jié)直腸癌發(fā)病率在男性患者中位居第三，在女性患者中位居第二［4］。結(jié)直腸癌經(jīng)常通過淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

術(shù)前準確評價淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移對放射科醫(yī)生而言仍然有不小的挑戰(zhàn)，尤其對于轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)（＜10 mm）和反應(yīng)增生性淋巴結(jié)（＞10 mm），常規(guī)形態(tài)學(xué)方法比較難以鑒別。能譜CT 由于它的多參數(shù)成像優(yōu)勢，在臨床實踐中應(yīng)用比較廣泛，如用于結(jié)直腸癌區(qū)分轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)及非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)，以及術(shù)前評估、預(yù)測淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等［5］。能譜CT 可測量腫瘤內(nèi)的碘含量，進而推測其生物特征。血流豐富的腫瘤，其碘含量也相應(yīng)增高；而血流較小的腫瘤，其灶碘含量也較低。這使得可以通過分析能譜曲線的衰減差異，來分析腫瘤的血供多少［6］。

王俊等［7］發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性腫瘤與轉(zhuǎn)移性病灶的能譜曲線斜率相差不大，而反應(yīng)性淋巴結(jié)增生的斜率卻顯著低于原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性病灶，研究提出，轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的碘濃度相比反應(yīng)增生性淋巴結(jié)為低。其原因是，癌細胞轉(zhuǎn)移并侵入淋巴結(jié)，起始于皮質(zhì)邊緣的網(wǎng)狀淋巴竇，繼而順淋巴道播散，最終浸潤完整的淋巴組織。癌細胞替換髓質(zhì)，導(dǎo)致血流減少，髓質(zhì)壞死，因此其碘攝入能力降低。

3.在肝癌淋巴結(jié)的應(yīng)用

肝癌是我國最常見的惡性腫瘤之一，起病隱匿，預(yù)后較差，其死亡率位居各種癌癥的第二。很多因素決定了肝癌患者的預(yù)后，例如腫瘤分期、組織學(xué)分化、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。最主要的因素為淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，而在肝癌中，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移位于身體深處，更難發(fā)現(xiàn)。手術(shù)前明確淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷，及時進行清掃轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)，對改善患者預(yù)后具有重要作用［7-8］。

能譜碘基值顯示的是體素所含碘的濃度，碘濃度的動態(tài)變化有助于病灶的定性和鑒別，對腫瘤病灶治療后療效的評價也提供了一種新的量化指標［9］。有學(xué)者將其用于肝細胞癌的淋巴結(jié)性質(zhì)鑒別，發(fā)現(xiàn)碘濃度在轉(zhuǎn)移性和非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)之間存在顯著差異，認為利用能譜CT 的碘基圖來定量分析碘濃度的差異，能改善CT 對于肝細胞癌患者化療栓塞治療后的隨訪效果。Liu 等［10］對134 例確診的肝癌患者的能譜CT 及血管超聲參數(shù)進行研究，通過分析受試者工作特征（ROC）曲線發(fā)現(xiàn)，動脈期和門靜脈期的碘濃度比、低增強和高增強診斷肝癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的AUC 均超過0.80，診斷的靈敏度和特異度都在60%～85%左右，能較準確地確定肝癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的存在。

4.在胰腺癌淋巴結(jié)中的應(yīng)用

胰腺癌是一種惡性程度很高的消化系統(tǒng)腫瘤，起病隱匿、預(yù)后差、生存率低。其特點是具有很高概率的淋巴轉(zhuǎn)移，這也是決定胰腺癌患者生存的關(guān)鍵因素之一。術(shù)前準確診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，是成功實施胰腺癌手術(shù)方案和術(shù)后輔助治療的基礎(chǔ)。

多層螺旋CT，尤其是能譜CT，是確定胰腺癌診斷和手術(shù)可行性的第一選擇。李方元等［11］對15 例胰腺癌患者的能譜成像資料進行分析，發(fā)現(xiàn)10 例胰腺癌并淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者，原發(fā)癌和轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)具有平行的單能量衰減曲線，其斜率一致；而多個轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的單能量曲線則相互重疊。傳統(tǒng)上僅依靠淋巴結(jié)尺寸來判斷是否存在轉(zhuǎn)移，這一方法的準確性較低，因為實際上小的淋巴結(jié)也有轉(zhuǎn)移，而增大的淋巴結(jié)卻可能是炎癥引起的。相對而言，能譜曲線能夠定量、精確診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

能譜CT影像組學(xué)在腹部淋巴結(jié)臨床應(yīng)用

1.影像組學(xué)概述

影像組學(xué)的主要目的是通過對大量標準數(shù)據(jù)的分析，提取圖像中有價值的定量特征，從而為臨床診斷提供有意義的信息。影像組學(xué)近年來發(fā)展較快，這主要得益于人工智能的進步，研究人員通過計算機可以從感興趣區(qū)域/體積（ROI/VOI）中提取數(shù)百個影像組學(xué)特征，通過機器深度學(xué)習(xí)的統(tǒng)計分析軟件進行評估，以此發(fā)現(xiàn)與臨床診斷的相關(guān)特征。影像組學(xué)的實踐包括圖像收集、感興趣區(qū)域的分割、影像學(xué)特征提取、篩選和定量分析、模型設(shè)計與驗證［10］。腫瘤的能譜CT影像組學(xué)特點，與其生物學(xué)異質(zhì)性緊密相關(guān)，因此可用于淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷。有很多研究報道了影像組學(xué)在疾病診斷、腫瘤治療隨訪和淋巴結(jié)評估等方面的作用和潛在價值。

2.數(shù)據(jù)特征檢測

影像組學(xué)數(shù)據(jù)有非常多的特征數(shù)據(jù)，這些定量特征可能數(shù)以千計，其中包含一階、二階、高階等多種分類。 CT 圖像紋理分析（CT texture analysis，CTTA）是不斷發(fā)展的影像組學(xué)領(lǐng)域的一個較為簡單層級的應(yīng)用，近年來重新引起一些學(xué)者的興趣，其可以定量化圖像灰階分布特點、像素間關(guān)系和空間特點，提示感興趣區(qū)的異質(zhì)性。這些能力為臨床鑒別診斷提供肉眼不能辯別的器官表面特征結(jié)構(gòu)，因此幫助判斷腫瘤性質(zhì)［12-13］。

房煒桓等［12］對155 例胰腺導(dǎo)管腺癌的能譜CT 資料使用MaZda 圖像紋理分析工具進行分析，發(fā)現(xiàn)采用Fisher 系數(shù)、分類錯誤概率聯(lián)合平均相關(guān)系數(shù)（POE+ACC）和互信息（MI）3 方法聯(lián)合（FPM）的能譜CT 圖像紋理特征選擇技術(shù)結(jié)合非線性判別分析（NDA）方法，能夠確定胰腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的存在，且其誤判率很低。該研究提出，能譜CT 圖像紋理分析，作為胰腺癌術(shù)前評估的影像學(xué)工具，可以幫助確定淋巴結(jié)的清掃范圍和術(shù)后的治療方案。

3.預(yù)測模型

影像組學(xué)分析的另一個應(yīng)用層面是開發(fā)包括所謂的“影像組學(xué)標簽”在內(nèi)的多個特征的預(yù)測模型。圖像定量特征過多也帶來巨大的計算量和工作量，實際應(yīng)用中研究人員也會過濾掉一些意義不大的信息，保留有相關(guān)性的特征，然后根據(jù)臨床目的選擇關(guān)鍵特征構(gòu)建預(yù)測模型。王睿等［14］研究了196 例經(jīng)手術(shù)病理確診的胃腺癌患者的臨床及能譜CT 影像資料，并使用雙期多能級圖像，完成了可預(yù)測進展期胃腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的模型。結(jié)果顯示，40 keV 水平的動脈期和65 keV水平的靜脈期，其組學(xué)特征能有效提示淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移。

在有些臨床應(yīng)用中，不同參數(shù)在決策過程中根據(jù)各自的相關(guān)性被組合成列線圖［15］。有的列線圖綜合考慮了淋巴結(jié)定性評估、腫瘤指標（癌胚抗原），以及腫瘤CT 增強掃描各期相的ROI 獲得的影像組學(xué)標簽。這種列線圖可以根據(jù)淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移風(fēng)險對腫瘤進行分期。在此基礎(chǔ)上，一種用于淋巴結(jié)評估的多模態(tài)影像組學(xué)標簽應(yīng)運而生，這種標簽整合了不同成像模式的優(yōu)勢，包括增強CT 的血流信息和內(nèi)鏡超生的彈性正向數(shù)據(jù)等，與基于腫瘤增強變化的常規(guī)諾模圖相比，該標簽的優(yōu)勢更明顯。

4.存在問題與發(fā)展方向

與以往的將醫(yī)學(xué)影像資料處理為圖像進行視覺觀察的方法相比，影像組學(xué)引入了一種新的方法來挖掘醫(yī)學(xué)圖像中的信息。其主要缺點是可重復(fù)性較差，不同單位、不同品牌的設(shè)備采用不同的掃描序列、采集協(xié)議、圖像重建或ROI分割方法，這些都會對圖像數(shù)據(jù)所提取的特征產(chǎn)生影響。在大多數(shù)研究中，ROI是由有經(jīng)驗的放射科醫(yī)生手動識別的，然而這種方法受觀察者間的差異影響比較大，從而會產(chǎn)生不穩(wěn)定的影像組學(xué)特征，圖像數(shù)據(jù)的特征性與臨床數(shù)據(jù)的相關(guān)性以及由此衍生的模型也會受到影響。因此，影像組學(xué)的可重復(fù)性和質(zhì)量控制將是未來研究的一個重要方向。

同一病灶可以進行兩次或兩次以上的分割，也可以采用自動和半自動分割的方法，這些都可以減少觀察者主觀因素的影響。有研究報道一階紋理特征和分形參數(shù)比高階參數(shù)具有更高的可重復(fù)性，也有研究發(fā)現(xiàn)從結(jié)直腸癌的CT 增強掃描圖像和平掃圖像中獲得的紋理特征并不等價。因此，尚需要更多關(guān)于可重復(fù)性的數(shù)據(jù)來提高影像組學(xué)模型的準確性，以便于更好地用于臨床診斷。

總結(jié)與展望

綜上所述，能譜CT 是當(dāng)前研究的熱點之一，在滿足臨床要求、提高疾病診斷水平和評估腫瘤預(yù)后等方面取得了非常多的進展。能譜CT 的多參數(shù)成像以及影像組學(xué)特征、預(yù)測模型在腹部淋巴結(jié)中的應(yīng)用正在不斷豐富，其相較于傳統(tǒng)CT 的巨大優(yōu)勢為影像診斷提供新的發(fā)展方向和更好的研究平臺，也帶來更多的挑戰(zhàn)。隨著科技的進步和認識的加深，掃描協(xié)議、參數(shù)應(yīng)用、模型構(gòu)建的日益規(guī)范化和標準化，能譜CT必將發(fā)揮更大的作用。