宝石能谱CT成像在肿瘤诊疗中的应用进展

欧阳爱梅，苏新友，魏兆龙

（济南市中心医院医学影像中心，山东 济南 250013）

能谱CT是一种具有崭新能谱成像功能的MSCT，它将CT从单参数（CT值）成像转变为多参数（不同keV下的CT值、多种基物质密度和有效原子序数）成像，实现了CT质的变革，成为CT研究的热点。

目前临床中能谱成像应用较广泛的主要是宝石能谱CT，自2009年底进入临床应用以来，已经在全身各系统病变的诊断中获得了广泛的应用。现主要对宝石能谱CT在肿瘤诊断治疗中的应用进行综述。

1 能谱CT成像原理

CT是通过测量X线在物体中的吸收来进行成像的，这种吸收又是通过光电效应与康普顿效应共同完成。由于这种物理过程的存在，人们发现，物质的吸收随X线能量的变化而变化，不同物质变化程度不同，而且任何物质都有其特征性的X线吸收曲线。利用两种不同能量的X线对同一种物质进行成像时，就有可能确定一个吸收曲线，继而确定这个吸收曲线所对应的物质。依据已知的物质（如碘、水）不同单能量下的X线吸收系数，可以计算并重建各种单能量（如40keV、41 keV、42 keV……140 keV）下的CT图像，以及不同物质（如碘、水）密度的CT图像。这就是能谱CT成像的物理基础[1]。能谱CT可以提高图像质量，消除硬化伪影，对病灶检出、定性等均有很高的价值。

2 能谱CT成像设备

2005年西门子公司率先推出具有双能量减影功能的双源CT，使得CT能够逐步向功能成像、多参数成像迈进。而2009年GE公司推出的宝石能谱CT则使能谱成像技术更加成熟。

目前能谱CT成像设备主要分两种，一种是以西门子公司为代表的双源双能CT，一种是以GE公司为代表的快速能量切换单源双能CT。西门子双源双能CT使用A、B两个X线球管和对应的探测器同时扫描，A球管使用140 kVp、FOV 50 cm，B球管使用80 kVp、FOV 26～33 cm， 两个球管的光束在机架中心点处相互垂直，首先对两组数据进行重建获得和两个管电压对应的图像，在此重建图像基础上进行定量分析，实现基本的物质分离，因高低电压的X射线源同时扫描，辐射剂量有所增加，同时因两球管的视野不同，在肥胖患者中可能造成视野缺失[2]。GE快速能量切换单源双能CT使用单探测器、单球管，以两峰值管电压瞬时切换为特点，FOV均为50 cm，能几乎同时、同角度进行双能量采样，通过直接对两组球管电压下获得的数据进行解析，实现物质分离和定量，该方式对探测器即时区分高低能谱的能力要求极高。此外，光谱匹配性、稳定性、通透性也需充分考虑。

宝石能谱CT，它选用了具有高纯度和高通透物理特性的宝石作为探测器材料，使探测器性能得到很大提高。同时，基于最新的CT系统，包括最新探测器、DAS系统、球管系统、瞬时高压发生器以及迭代重建技术，以瞬时kVp（80/140）切换和宝石探测器为核心，进行物质空间的吸收投影数据到物质密度投影数据的转换，从而在准确的硬化效果校正的基础上得到准确的能谱成像，具有较高的空间和密度分辨率，能够反映物质的本质。

3 能谱CT在肿瘤诊疗中的应用

3.1 肿瘤病灶尤其是小病灶的早期检出

与其他影像方法相比，能谱CT成像的空间分辨率和时间分辨率更高，同时可以避免硬化伪影和容积效应，并可以提供对比噪声比最佳的单能量图像及碘基图像，强化碘对比剂的显示，从而避免小病灶的遗漏和误诊，提高小病灶和多发病灶的检出率。尤其是肝脏肿瘤，因其发病率高，病变复杂多样，部分良、恶性肿瘤的密度相仿，强化方式相似，有时CT难以检出。叶晓华等[3]对42例肝脏肿瘤患者行腹部能谱三期增强检查，发现除动脉期肝血管瘤和肝转移瘤在70 keV和140kVp图像中的检出率相同外，不同肿瘤在不同时相70 keV图像中的检出率（78%～100%）均高于140 kVp图像（65%～96%），小病灶（<1 cm）的检出率增加更为明显（分别为57%～100%和14%～91%）。因此，他们认为70 keV单能量图像通过改善图像质量，增加肿瘤与肝实质的对比，有利于肝脏肿瘤的检出，对检出小病灶更敏感。程路得等[4]研究发现宝石能谱CT的GSI模式扫描重建65 keV的单能图像可明显提高乏血供肝癌的检出率。其它部位肿瘤也有类似发现，薛蕴菁等[5]研究发现能谱CT单能量成像和物质分离技术能提高甲状腺微小癌的检出率和准确性。林晓珠等[6]通过研究，也得出相似的结论，即宝石能谱CT可能提高富血供小肿瘤的检出率。

3.2 肿瘤性病变的定性和鉴别诊断

能谱CT分析平台可以通过物质分离技术、能谱曲线及有效原子序数，对组织成分来源进行有效的鉴别，明确判断对比剂（碘）的分布以及病灶囊性成分。能谱CT基物质成像通过水基图像、碘基图像和钙基图像，可以判断病灶是否有碘摄入及是否含水、含钙等，这有助于对肿瘤来源性质做出正确诊断。

我们知道，颅内肿瘤常合并出血、囊变、钙化，而新鲜出血、钙化和对比剂有时由于密度相近（CT值相同）而难以鉴别，为颅内肿瘤的诊断带来一定的困扰。Kim等[7]的研究显示结合能谱CT碘基物质密度图像和虚拟平扫图像，可明确判断颅内出血灶和肿瘤病变，鉴别颅内肿瘤出血和单纯性出血。Kamalian等[8]的研究结果与之相似，能谱CT可以区分头部出血、钙化和对比剂，从而为中枢神经系统肿瘤的诊断和鉴别诊断提供更可靠的依据。

临床上甲状腺结节非常多见，约半数成人在影像学检查中可发现甲状腺结节，其中约7%属于恶性。对良性甲状腺结节仅需内科治疗或定期观察，而恶性结节则需尽快手术切除，因此，及时正确判断结节的良恶性非常重要。目前甲状腺结节性质的术前判断主要依赖超声、核医学、MRI、CT等影像学检查，特异性有限，即使联合应用误判仍不可避免。宝石能谱CT能够重建40～140 keV范围内的单能量图像，并可进行基于组织成分的物质分离，定量测量组织内水、钙或碘等的含量，为甲状腺结节的良恶性判断提供了可靠的依据。李铭等[9]对97例新鲜的甲状腺结节标本进行了能谱成像，统计分析显示结节性甲状腺肿和乳头状甲状腺腺癌，滤泡状腺瘤和乳头状甲状腺腺癌之间的碘浓度和有效原子序数差异显著（P<0.001），而正常甲状腺组织之间的碘浓度和有效原子序数无显著性差异（P>0.10）。

孤立性肺结节（SPN）一直是CT诊断的难题之一。以往主要靠肺结节的形态和灌注特征进行鉴别，特异性一直不理想。能谱CT碘基图像[10-11]可以快速准确评估肺结节内是否有碘（对比剂）的摄入，应用碘含量测定，对鉴别不同来源的SPN有较大意义，可以提高SPN良恶性鉴别诊断的敏感性及特异性。

肝脏是肿瘤好发部位之一，肝脏肿瘤CT平扫均为低密度，增强后，其影像表现有一定的重叠，有时鉴别困难。Lv等[12]应用GSI对49名患者进行肝脏扫描，发现平扫时肝血管瘤的碘浓度、能谱曲线斜率和有效原子序数高于肝癌，鉴别肝癌和肝血管瘤的敏感性和特异性为61%和82%；联合应用门脉期的标化碘浓度（NIC）和病灶与正常肝实质碘浓度比值（LNR），鉴别肝血管瘤和伴肝硬化的肝癌的敏感性和特异性可达到97%和100%，鉴别肝血管瘤和不伴肝硬化的肝癌的敏感性和特异性达93%和96%。Yu等[13]则发现能谱CT成像有助于增加肝脏病变的检测能力，并准确区分肝脏局灶性结节增生和肝癌。

肝硬化及肝癌患者均会发生门脉血栓或门脉癌栓，两者的鉴别非常重要，因为发生门脉癌栓的患者不适宜进行肝切除手术、移植、介入等，遗憾的是两者的影像学表现存在交集，不能准确鉴别。Qian等[14]的研究显示以门脉期栓子碘浓度（IT）1.12 mg/mL作为阈值，鉴别血栓和癌栓的敏感性和特异性分别为100%和88.9%，是一种很有前途的新方法。

胰腺浆液性囊腺瘤与黏液性囊性肿瘤的生物学行为不同，其临床治疗方案和预后也不相同，因此，术前明确胰腺囊性肿瘤的性质对于制定临床处理方案非常重要。但寡囊型浆液性囊腺瘤在大体形态及影像学表现上与黏液性囊性肿瘤较为类似，术前往往不容易区分。林晓珠等[15]对27例胰腺囊性肿瘤进行能谱CT扫描，结果显示多参数联合（年龄、症状、病灶大小、40～50 keV的CT值、有效原子序数、动脉晚期碘（水）浓度及门脉期钙（水）浓度）鉴别诊断寡囊型浆液性囊腺瘤与黏液性囊性肿瘤的准确率可达100%。这说明能谱CT成像多参数联合诊断可以准确区分胰腺寡囊型浆液性囊腺瘤与黏液性囊性肿瘤。

3.3 肿瘤分期和预后评价

随着肿瘤治疗手段及技术的发展，对肿瘤影像诊断要求越来越高，恶性肿瘤的侵及范围、有无淋巴结转移等对肿瘤的TNM分期非常重要，关系到是否手术、手术方式以及综合治疗方案的选择。

对于胃肠道肿瘤，常规CT仅能依靠壁的异常增厚、异常强化来诊断，对于瘤周水肿与肿瘤分界难以界定；对于浆膜是否受侵则主要依靠邻近脂肪CT值的异常来判断，有时较为困难。能谱CT具有更加丰富的物质分析工具，能谱曲线、有效原子序数、单能量图像等为肿瘤的分期提供了可靠的依据。Pan等[16]研究发现单能量图像可以提高N分期的准确性，定量碘浓度测量有助于判断胃癌分化程度及转移淋巴结。潘梁等[17]研究显示能谱成像对判断胃癌术前T分期的准确率（82.69%，43/52）较混合能量图像（71.15%，37/52）显著提高，认为单能量图像及能谱曲线有助于提高胃癌术前T分期的准确率。陈丽红等[18]认为胃癌病灶内的碘浓度和碘浓度比均与其组织学分化程度相关；GSI图像中的碘浓度，尤其是标化后的碘浓度比能为术前定量评估胃癌分化程度提供新的指标。

骨肿瘤的诊断中，常规CT显示骨质破坏较好，但对密度差别小的结构显示不佳，且易受硬化伪影的影响，对骨转移和软组织侵犯的范围缺乏有效的评估标准。能谱CT单能量图像及物质分离技术，提高了组织对比，且可以消除硬化伪影的影响，显示组织细节。庞婧等[19]通过动物实验发现，恶性骨肿瘤软组织浸润及瘤周软组织能谱CT表现与病理学相一致，可以正确区分肿瘤软组织浸润、瘤周水肿和正常肌肉组织。Tanami等[20]利用宝石能谱CT研究，发现骨转移在脂（骨）基图像上的平均脂浓度明显高于正常椎体的脂浓度，可以用来诊断骨转移。

淋巴结有无转移是肿瘤分期的重要一环。常规CT主要依靠淋巴结大小、数目、形态及强化方式作出是否转移的判断，准确性不高，存在较多假阳性及假阴性，而且不同的原发肿瘤淋巴结转移的诊断标准也不一致。与反应性增生不同，转移淋巴结正常结构被肿瘤组织侵犯和代替，其细微结构及生物学行为表现与原发肿瘤一致，因此通过能谱曲线、CT值直方图、基物质定量分析等不但可以对淋巴结性质进行判断，还可以对肿瘤与淋巴结的组织同源性进行判断，为肿瘤的分期提供了新的思路。刘金刚等[21]应用能谱CT对4种肿瘤的肿大淋巴结进行扫描，发现淋巴瘤、肺腺癌、肺鳞癌及胆管癌的碘含量中，除肺腺癌与肺鳞癌之间，其它各组之间的碘浓度差异显著。

3.4 放化疗疗效评价及治疗后的随访

肿瘤治疗过程中，疗效评估对个体化治疗方案及时的修改与调整至关重要，可以最大限度的减少或避免治疗副反应，提高疗效。CT是最常用的肿瘤评估和随访的影像工具，常规CT通常根据肿瘤大小及CT值的改变来评价，其敏感性及准确性非常有限。一方面，肿瘤治疗后形成的纤维灶与肿瘤残留或复发在常规CT鉴别上存在局限性，同时常规CT观察到的肿瘤大小及CT值的变化往往滞后于功能性改变 （如局部血供的下降），难以早期评估疗效。能谱CT成像综合分析平台可以进行准确的碘水密度定量测量，准确反映肿瘤血供，从而提供放、化疗敏感性等反映疗效方面的信息。Sun等[22]通过测量肺实质内碘浓度的分布，发现能谱CT可以定量评估肺癌引起的血流改变。张宽[23]研究也发现能谱CT碘水密度值可应用于肺癌的疗效评估。另一方面，肿瘤治疗后经常因植入的粒子、胃肠胆道支架、介入栓塞、吻合器等的运用形成硬化伪影，导致病灶无法清晰显示，而能谱成像可以有效的去除硬化和金属伪影。Stein等[24]研究发现单能量图像可以明显降低金属植入物的伪影，清楚显示椎管及周围结构，发现被伪影掩盖的残存肿瘤或复发肿瘤。Brook等[25]研究认为能谱CT成像可以明显降低金属性放疗标记的伪影，清晰显示复发肿瘤。

总之，虽然能谱CT成像在肿瘤中的应用刚刚起步，目前尚无进行肿瘤和正常组织物质成分区分的权威性标准，但是越来越多的研究显示能谱成像在肿瘤的早期发现、来源、分期及随访等方面有着重大的突破性作用，随着该项技术的广泛应用和物质能谱曲线的识别和定义，必定会给肿瘤的诊疗和随访带来很大的帮助。

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