能譜CT在肺部腫瘤中的應用價值

彭棪鈺，王 俊

（1. 贛南醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院；2. 贛南醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院醫(yī)學影像科，江西 贛州 341000）

目前肺癌仍是我國最常見的惡性腫瘤，發(fā)病率和死亡率最高，且隨著年齡的增長，其發(fā)病率和死亡率呈上升趨勢［1］。目前肺癌組織學分型包括小細胞癌（Small cell lung cancer，SCLC）和非小細胞癌（Non-small cell lung cancer，NSCLC），一般來說，大約13%的肺癌是SCLC，84%是NSCLC。NSCLC 又分為腺癌、鱗癌和大細胞癌等亞型［2］。影像學技術可為腫瘤的檢測、分期和臨床療效評價提供定性或定量信息，為肺癌亞型的鑒別提供潛在的補充價值。雖然目前有很多檢查手段，例如胸部平片、螺旋CT、MRI、PET-CT 用來診斷肺癌，但CT 仍是目前的首要方法。近年來，能譜CT在肺部腫瘤的診斷方面成為熱點，本文就能譜CT技術原理及其近年來在肺部腫瘤的應用及發(fā)展前景進行綜述。

1 能譜CT基本原理及相關應用

能譜CT 是在高（140 kvp）、低（80 kvp）兩種不同的能量水平下采集圖像，基于物質(zhì)對不同能量X 線的光子衰減的差異，通過對兩組匹配的能量信息在投影空間的解析產(chǎn)生40～140 keV（101 幅）單能量圖像。經(jīng)過后處理可獲取各種能譜圖像，包括虛擬平掃圖像、能譜曲線、碘密度圖、有效原子序數(shù)圖像等，能夠為病灶的定性診斷及定量分析起到重要的作用。

1.1 虛擬平掃圖能譜CT虛擬平掃技術是依據(jù)不同組織成分在不同能量（A/B 球管）照射下表現(xiàn)出CT 值的不同，再利用碘抑制技術對CT 增強圖像進行物質(zhì)分離，從而得到相當于平掃的圖像。賈玉柱等［3］研究表明，虛擬平掃圖像的噪聲、信噪比（Signal to noise ratio，SNR）、對比噪聲比（Contrast to noise ratio，CNR）和質(zhì)量評分稍低于真實平掃，孤立性肺結(jié)節(jié)邊緣銳利度較差，但毛刺、胸膜凹陷征和較大的鈣化基本顯示清楚，完全能滿足診斷需求。SIMONS D 等［4］研究表示，能譜CT 虛擬平掃的圖像質(zhì)量基本可以滿足影像診斷的要求，并能降低患者接受的輻射劑量。

1.2 單能量圖像與標準多能120 kvp采集的圖像相比，肺癌患者胸部能譜成像的60 keV 單能量圖像可以顯著提高病變CNR 和總體主觀圖像質(zhì)量，同時顯著增加了瘤—肺分界。在40 keV 的單能量圖像中顯示更高的病變CNR，但增加的圖像噪聲導致所有評估參數(shù)的主觀圖像得分非常低，因此臨床中并不推薦［5］。而在70 keV下的虛擬單能圖像顯示出與傳統(tǒng)的120 kvp圖像相同的衰減特性，同時顯示出明顯較低的SD，這使得SNR得到顯著改善［6-7］。

1.3 碘密度圖不同的生物活性物質(zhì)均有一定的微血管和含水量，能譜CT應用物質(zhì)分離技術能準確測出不同生物活性物質(zhì)的碘濃度和水濃度，碘濃度能直接反映微血管的含量。新血管的形成促進了腫瘤的生長，是用于評估腫瘤生存能力的標志［8］。在碘密度圖像上可以測量肺部腫塊或結(jié)節(jié)的碘成分，這與增強程度的真實值相當。有研究［9］表明，能譜CT中的凈碘值可以客觀、定量地反映腫瘤潛在的血管生成水平。

1.4 有效原子序數(shù)有效原子序數(shù)（Effective atomic number，ZEFF）是一個定量指標，它反映了一種化合物或材料混合物的平均原子序數(shù)。以原始數(shù)據(jù)為基礎的后處理技術能計算出ZEFF，臨床常采用ZEFF來減少受檢者體質(zhì)量及血管對能譜CT參數(shù)的影響。

1.5 能譜曲線能譜曲線是能譜CT的特色功能之一。不同的組織由于密度不同及增強后碘的含量在組織中的不同，其形成的能譜曲線斜率也不同，因此能區(qū)分及鑒別物質(zhì)的成分［10］，同時客觀反映腫瘤的細微病理變化。

2 肺部腫瘤的影像學診斷

2.1 胸部X 線平片X 線作為過去最常見的影像學檢查方式，被廣泛用于胸部、腹部及骨骼等。胸部X線平片能很好地顯示出腫瘤的位置、形狀、邊緣等，但對于某些部位的病變難以掃及，例如肺門旁、肋骨旁及心緣旁等，這會導致早期肺結(jié)節(jié)的誤診、漏診。在過去很長一段時間內(nèi)，胸部X 線平片都是作為肺癌的早期篩查方式。但隨著計算機斷層掃描技術的出現(xiàn)，CT 已經(jīng)逐漸取代X 線平片，成為肺部病變的首選檢查方式。

2.2 螺旋CT診斷螺旋CT，又稱多排計算機斷層掃描（MDCT），對肺部病變的診斷相較于X 線更具有優(yōu)勢。MDCT 能準確顯示肺部腫瘤的位置、大小、形態(tài)、數(shù)目、邊緣、密度及周圍胸膜情況等，并能對有無轉(zhuǎn)移做出較準確的判斷。這是X線平片所不具備的。然而MDCT 只能識別腫瘤的形態(tài)學特征，對腫瘤本身的功能信息沒有任何幫助。

2.3 MRI 診斷雖然MRI 已經(jīng)運用在許多腫瘤的診斷當中，但在肺部腫瘤這一方面還是應用較少。這是由于在肺部疾病研究中受到呼吸運動偽影、心臟跳動等影響。盡管存在這些限制，但對于胸壁、椎體或縱隔附近的病變［11］，MRI 可以提供更準確的圖像，因為與CT 相比，MRI 的軟組織對比度有所改善，并且能夠識別鄰近結(jié)構(gòu)的局部侵犯，包括縱隔、肋骨、神經(jīng)根、胸膜，為診斷提供關鍵信息［12］。目前功能性MR 成像，包括彌散加權MRI 和動態(tài)對比增強MRI，正在成為診斷和評估肺癌治療療效的檢查手段［13］。

2.4 PET-CT 診斷18FDG-PET/CT 代表了各種癌癥類型的首選代謝成像。目前PET-CT 大多用于腫瘤的分期。與傳統(tǒng)CT 相比，PET-CT 可以更準確地判斷腫瘤范圍，并且能夠更早地預測治療療效。此外，PET-CT 對發(fā)現(xiàn)軟組織、胸膜、淋巴結(jié)、內(nèi)臟（肺、肝、腎上腺等）及骨中的轉(zhuǎn)移表現(xiàn)良好。由于腦實質(zhì)可能固有強烈的FDG 攝取［14］，掩蓋FDG 的病變，因此對于腦轉(zhuǎn)移瘤的診斷還需結(jié)合其他影像學檢查。有研究表明［15］，PET-CT在檢測局部復發(fā)方面相當或優(yōu)于臨床檢查和傳統(tǒng)CT，其用于識別遠處轉(zhuǎn)移，敏感性為97%，特異性為62%?？傊琍ET-CT 在評估肺癌治療療效和指導分期方面起著至關重要的作用，并且被認為比傳統(tǒng)CT 更準確、更靈敏地檢測治療后有無腫瘤復發(fā)。

3 能譜CT在肺部腫瘤的應用

3.1 肺鱗狀細胞癌與肺腺癌近年來，隨著CT 和AI 的不斷發(fā)展，肺癌的檢出率不斷提高。臨床上肺癌分為SCLC 和NSCLC，而NSCLC 又以腺癌和鱗癌多見。肺腺癌以周圍型多見，常表現(xiàn)為孤立性混合性磨玻璃結(jié)節(jié)，常具有細短毛刺、胸膜凹陷及支氣管破壞等惡性征象［16］。鱗癌多為中央型，瘤體一般較大，易發(fā)生液化壞死，空洞常見，常伴有阻塞性肺不張［17］。腫瘤病理類型不同，其治療方法及預后亦不相同［18］。目前活檢仍是確定腫瘤病理分型、分級的參考標準，獲取病理組織的方式通常是CT引導下經(jīng)皮穿刺活檢和支氣管鏡內(nèi)活檢等，然而，這些方法都是有創(chuàng)性操作，可能會伴隨一定的并發(fā)癥，例如氣胸、血胸等。此外有些位置靠深或者靠近大血管的腫瘤并不容易獲得病理組織。同時有些腺癌和低分化鱗癌在光鏡下不易區(qū)分，有時還需要靠免疫組化來確定分型。因此還需要一種能無創(chuàng)簡便的方法來鑒別肺癌的分型。

肺癌早期臨床癥狀不是十分明顯，隨著病情發(fā)展才會出現(xiàn)相應癥狀［19］。因此，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療能顯著降低肺癌患者的死亡率。傳統(tǒng)CT 一般是通過對肺部結(jié)節(jié)的形態(tài)學特征、CT值及增強后強化程度來鑒別腫瘤的良惡性。但傳統(tǒng)CT 只能發(fā)現(xiàn)肺結(jié)節(jié)，對肺結(jié)節(jié)的良惡性鑒別不是特別敏感。一項多中心研究顯示［20］：傳統(tǒng)增強CT對肺內(nèi)良惡性結(jié)節(jié)檢出的敏感性為96%，但特異性僅為68%。因此，傳統(tǒng)增強CT并不是鑒別腫瘤的最好方式。

能譜CT 是在高低兩種不同的能量下同時采集圖像，基于不同成分的組織在不同X 線能量照射下表現(xiàn)出不同的衰減特性。它可以在40～140 keV 范圍內(nèi)重建101幅單能量圖像，分離組織成分，在鑒別肺部腫塊方面較傳統(tǒng)CT更具優(yōu)勢。能譜CT能夠在活體狀態(tài)下實現(xiàn)對組織代謝、生理變化的評估。鄧靚娜等［21］通過對211 例周圍型肺癌患者行能譜CT雙期增強掃描，得出動脈期和靜脈期周圍型肺腺癌的K70 keV（能譜曲線斜率）、IC（碘濃度）及ZEFF 均大于周圍型肺鱗癌，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。ROC 曲線分析顯示：動脈期各定量參數(shù)較靜脈期定量參數(shù)的診斷效能好，曲線下面積、敏感性和特異性分別為0.86、77%、83%。ZHANG Z 等［22］通過對62 例肺癌患者（32 例鱗癌，30 例腺癌）進行了能譜CT 雙期增強掃描，得出腺癌的IC、NIC（標準化碘濃度）、K值在動脈期和靜脈期兩個掃描時相均高于鱗癌。然而，這兩種類型的癌癥在這些參數(shù)上的差異僅在靜脈期顯著，而在動脈期則不顯著。研究表明，IC+NIC+K 對兩種肺癌的診斷效率最高，但敏感性較低。而IC 和IC+NIC 的診斷效率較低，但具有較高的敏感性和特異性。多數(shù)研究均表明［9，22-23］，肺腺癌在增強后碘含量高于鱗癌，這可能是腺癌內(nèi)血管較鱗癌豐富導致。

3.2 炎性腫塊一些良性的炎性腫塊，如肉芽腫性炎癥、局灶性機化性肺炎［24］、肺膿腫等，在肺部也很常見。肺癌和炎性腫塊的鑒別非常重要，因為這兩種疾病的治療方法不同。炎性腫塊的治療方案多種多樣，包括大劑量激素［25］、放療及抗生素等，并應避免不必要的手術切除和穿刺活檢。MDCT 在基于肺部腫塊的形態(tài)、邊界、內(nèi)部密度及增強后強化程度來無創(chuàng)地診斷肺部腫塊方面起著重要作用。然而，炎性腫塊的CT 表現(xiàn)與肺癌十分相似，常規(guī)掃描方法難以區(qū)分這兩種常見的肺部病變［26］。炎性腫塊通常表現(xiàn)為局限性、孤立性肺部腫塊，CT 表現(xiàn)多變且無特異性，有空洞、毛刺征、胸膜凹陷征、支氣管充氣征及液化壞死等。兩種常見肺部病變在現(xiàn)有的MDCT 掃描中存在大量重疊征象，其峰值增強值（45 HU）也與肺癌（42 HU）非常相似，這使得現(xiàn)有的MDCT掃描難以與肺癌鑒別［27-28］。而能譜CT能通過能譜成像得到碘（水）圖、單能量圖、能譜曲線及ZEFF，這對鑒別炎性腫塊及肺癌起到一定的作用。

HOU W S等［29］通過對60例患者（35例肺癌，25例炎性腫塊）進行了動脈期和靜脈期的能譜CT 增強掃描，得出炎性腫塊在動脈期和靜脈期時，中心區(qū)凈強化值、NIC 值、中心區(qū)和周圍區(qū)能譜曲線斜率均明顯高于肺癌。這是由于肺癌會通過影響附近組織的血供來滿足自體生長，腫瘤血管生成，血管通透性強，從而在瘤體內(nèi)聚集較多的對比劑。靜脈期中央?yún)^(qū)NIC 值鑒別惡性腫塊和炎性腫塊的敏感性（86%）和特異性（100%）最高。ZHU L H等［30］通過對78 例孤立性肺部病變患者進行能譜CT 雙期增強掃描，得出炎癥組在動脈期和靜脈期CT（40 keV）、ZEFF、IC、NIC、K（30 keV）和K（40 keV）值均顯著高于肺癌組，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。這些研究表明，能譜多參數(shù)成像是區(qū)分孤立性肺癌與孤立性炎癥性病變的可靠方法。

3.3 結(jié)核球肺結(jié)核是由結(jié)核分枝桿菌感染引起的慢性傳染病，其診斷主要是靠臨床癥狀、痰培養(yǎng)、胸部X 線或CT 檢查等。結(jié)核球是一種干酪性病變被纖維組織包裹形成的球形病灶，好發(fā)上葉尖后段及下葉背段，其他部位也可出現(xiàn)。結(jié)核球外表多光滑，密度較高，淺分葉，可見鈣化，周圍散在衛(wèi)星灶，增強多無強化。結(jié)核球的形態(tài)及強化特點與肺黏液腺癌有較多重疊［31］，在傳統(tǒng)CT上鑒別診斷較為困難。能譜CT掃描能提供多參數(shù)定量分析，可客觀反映病灶的細微病理變化。梁遠鳳等［32］采用能譜CT平掃分析結(jié)核球與周圍型肺癌，發(fā)現(xiàn)40～70 keV 平掃圖像中結(jié)核組CT值均低于肺癌組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。龐余平［33］采用能譜CT 平掃分析40 例不典型結(jié)核患者及肺癌患者，結(jié)果顯示結(jié)核組及肺癌組IC、ZEFF、K 值存在差異，有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；碘濃度、ZEFF、能譜曲線斜率分別為0.82、0.86、0.89，這與梁遠鳳等［32］研究結(jié)果相符。綜上所述，應用能譜CT 鑒別肺癌與結(jié)核球，具有顯著的診斷價值，值得臨床推廣應用。

3.4 肺癌的分期肺癌的準確分期有助于臨床早期制定治療方案、評估預后，能譜CT 對腫瘤的分期存在一定的作用。肺癌患者出現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是肺癌國際TNM 分期的核心指標，確定患者是否出現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移對治療方法和預后具有重要影響［34］。CT是臨床上常用的評估縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的方法，病灶直徑大于1 cm 通常作為淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷標準，但總體準確性不高［35］。PET-CT 也可以診斷肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，但其局限性是輻射量大、可用性有限及經(jīng)濟要求高。淋巴結(jié)活檢是診斷的金標準，但侵入性操作會增加患者的不適和并發(fā)癥的風險。能譜CT是一種能用于診斷肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的全新方法，相比常規(guī)CT 一般通過測量淋巴結(jié)的大小來判斷淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移，能譜CT掃描更有助于肺癌的分期評估。

HUANG S 等［36］采用能譜CT 掃描分析肺癌縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與非淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，發(fā)現(xiàn)平掃時轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的密度低于非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001），但在增強后CT 值無差異。何家偉等［37］采用能譜CT 掃描86 例NSCLC 患者，并行肺癌切除及縱隔淋巴結(jié)清掃術，一共獲取143 枚淋巴結(jié)，其中轉(zhuǎn)移93 枚，未轉(zhuǎn)移50 枚。通過能譜分析軟件得出轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)在動、靜脈期IC、NIC 及ZEFF 值均低于未轉(zhuǎn)移組淋巴結(jié)，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），其中以NIC 參數(shù)診斷效能最高，可為肺癌患者術前淋巴結(jié)鑒別診斷及確定治療方案提供重要依據(jù)。GAO L 等［38］通過對93 例接受能譜雙期增強掃描的肺癌患者分析得出，AEF（動脈增強分數(shù)）對轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的診斷效率最高［ROC 曲線下面積（AUC）=0.885］，轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的AEF 值高于非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)。GAO L等［38］使用了一種新的參數(shù)AEF 來診斷淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移，這與以往的研究都不相同，可能是以后的一種新研究思路。也有研究表明［39］，縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與非轉(zhuǎn)移的能譜曲線斜率與原發(fā)病灶不同，轉(zhuǎn)移組的能譜曲線斜率與原發(fā)病灶相仿，而非轉(zhuǎn)移組的則與原發(fā)病灶有較大差異。能譜CT 多參數(shù)成像對肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的評估有重要作用，可以顯著提高肺癌分期的準確率。

3.5 肺癌療效的評價對肺癌治療療效的評價一直是臨床診治肺癌中重要的環(huán)節(jié)。臨床工作中，外科手術治療是Ⅰ、Ⅱ期NSCLC 的推薦優(yōu)選局部治療方式，有縱隔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的ⅢA 及ⅢB 期肺癌一般采用同步放化療，Ⅳ期肺癌患者一般采用化療合并姑息放療［19］。為了更好地指導臨床治療，調(diào)整方案及改善預后，因此對肺癌療效的評價十分必要。實體瘤療效評價標準（Response evaluation criteria in solid tumors，RECIST）是目前臨床上評估肺癌療效的常用標準，該標準主要基于腫瘤最大徑的變化來判斷療效［40］，但其存在一定局限性。在靶向治療過程中腫瘤易出現(xiàn)囊變、出血、壞死等表現(xiàn)，導致腫瘤體積出現(xiàn)變化，易被誤認為病情進展，致使療效評價不準確。

目前國內(nèi)外使用能譜CT 評估肺癌非手術治療療效的研究相對較少，且增強后測量IC 的時期不同，但都發(fā)現(xiàn)肺癌治療后有效組的IC 較治療前降低。朱巧等［41］通過采用能譜CT 雙期增強掃描化療前后的晚期非小細胞肺癌患者，得出化療前靜脈的NIC 及K 值越高，化療有效的概率越大，兩者聯(lián)合可以提高預測的準確性；且化療后動脈和靜脈的NIC值均較化療前降低。余花艷等［42］通過研究肺癌患者化療前后能譜CT成像中碘濃度與療效的關系，發(fā)現(xiàn)治療后無效組的碘基值高于有效組。能譜CT 通過對腫瘤內(nèi)含碘量的分析，能準確反映肺癌患者治療前后碘濃度的變化，不僅能檢測腫瘤的治療效果，還能預判下次的檢測結(jié)果，為評估腫瘤療效提供了重要信息。

4 總結(jié)與展望

隨著CT 技術的發(fā)展，能譜CT 已經(jīng)成為目前的主流，大量研究圍繞著能譜CT 展開。能譜CT 通過掃描獲得能譜圖像，能夠多參數(shù)定量分析病灶的形態(tài)、功能，與常規(guī)CT 比較更加準確，并在肺癌的鑒別、分期、療效評價等方面起到重要的作用。隨著能譜技術的不斷發(fā)展，能譜CT將會在肺部腫瘤的評估中發(fā)揮更大的作用。