双能量CT在肺癌中的应用及发展前景

徐晓莉，宋 伟，隋 昕，宋 兰，黄 耀，王 晓，金征宇

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科，北京100730

肺癌是国内外最常见的恶性肿瘤，高居男女性恶性肿瘤发病率、死亡率的首位[1]。CT检查在肺癌检出、鉴别诊断、分期及治疗评估中至关重要。传统胸部增强CT可提供病变形态学征象及强化方式、程度等信息，通常为肺癌患者的首选检查。但临床上，CT征象评估为定性评价，存在主观性，且不同病变CT征象存在重叠，使评价准确性受限。此外，测量病变强化值时，由于所勾画的感兴趣区(region of interest，ROI)在两次CT扫描图像上无法完全重叠，测量误差不可避免。双能量CT应用两种不同能量的X线束扫描，可获得物质选择性图像(碘图、虚拟平扫图像)或能谱图像(单能谱图像)，一站式进行形态学定性、碘参数定量分析，后者仅需勾画1次ROI，且可一定程度上反映肿瘤血管生成水平及代谢改变[2]。近年来，双能量CT在肿瘤评估方面的应用成为热点[3]，本文针对双能量CT技术及近年来在肺癌中的应用、未来发展前景进行概述。

双能量CT基本原理及技术优势

基本原理传统单能量CT是通过多色谱X射线源采集图像，基于组织结构的密度值或病变与背景对比度差异检出、鉴别病变。双能量CT是在两种不同能量谱下采集图像，基于物质对不同能量X线的光子衰减的差异，经后处理可获取物质选择性图像及能谱图像，包括碘图、虚拟平扫、有效原子序数图像、单能谱图像、能谱曲线等，能够一站式提供病变定性、定量信息。另外，单能谱图像还可改善对比噪声比、减少伪影，有利于病变检出和定性[4]。

双能量CT的优势(1)辐射剂量：双能量CT的图像采集是在高、低2个能量谱下获得，实际患者所接受的辐射剂量并未成倍增长。另外，双能量CT的多种技术可降低辐射剂量[5- 6]。目前，双源双能量CT的辐射剂量已经减少到接近于/低于常规单能量CT，但单源双能量CT无法应用自动管球电流、电压调制技术，因此辐射剂量略高[7]。最近，Kim等[8]应用纵隔体模分析了双能量CT低剂量扫描对测量碘相关参数的影响，结果表明，碘相关CT值、70 keV CT值及碘浓度均不受剂量影响，测量值稳定，展现出双能量CT低剂量扫描的应用潜能。(2)虚拟平扫：目前研究认为，虚拟平扫能够提供常规平扫信息，可基本满足临床诊断要求，并且减少了辐射暴露及检查时间。但由于滤过和重建算法不同，虚拟平扫与真正平扫的图像质量并非完全相同[9]。(3)对比剂用量减少：低keV水平X线束显示碘密度增高，可增加含碘强化结构的对比度，包括血管和强化的组织结构，而高keV水平会使开花伪影减少。因此，与120 kV单能量CT检查碘负荷相比，双能量CT可在保持同样血管和组织对比度的情况下，使碘负荷降低[5]。(4)多参数、定量评估：双能CT能够有效识别和量化在病理过程中出现的异常物质成分或造影剂，提供客观、定量的多参数信息，包括碘浓度、单能谱CT值、能谱曲线斜率、有效原子序数等[10]，有研究发现肺癌双能量CT参数与肺灌注CT参数有一定相关性，且前者辐射剂量明显减低，提示其具备较高临床应用潜能[11]。(5)虚拟单能谱成像：与单能量CT的多色谱影像相比，虚拟单能谱图像能更好地显示线束细微的对比度，提高对比噪声比，减轻线束硬化伪影、金属伪影，优化图像质量，便于常规临床诊断信息的提取[12]。

双能量CT常用参数不同厂家生产的双能量CT商业名称不同，西门子双能量CT多称为双能CT，GE双能量CT称为能谱CT，实际上通指双能量CT。目前，应用于临床的双能量CT设备主要包括：西门子双源双能量CT(双管球、单探测器)、GE单源快速管电压切换双能量CT(单管球、单探测器)及飞利浦光谱CT(又称“三明治”探测器双能量CT，单管球、双探测器)[3]。双源CT的管电压有以下几种组合：80/140 kV(第1代)，80/Sn140 kV，100/Sn140 kV(第2代)及70/Sn150 kV、80/Sn150 kV、90/Sn150 kV、100/Sn150 kV(第3代)，第2代、第3代双源CT系统在高能X线球管前端安装了锡滤线板，可更好地分离高低能谱X射线。单源快速管电压切换双能量CT应用80和140 kV管电压快速切换进行扫描。光谱CT 应用120或140 kV管电压扫描，两个探测器由不同物质组成，上层吸收并测量低能光子，下层吸收高能光子[3，6]。

双能量CT在肺癌中的应用及发展前景

肺结节鉴别诊断多位学者的相关研究肯定了双能量CT在肺结节良恶性鉴别方面的应用价值。Hou等[13]应用能谱CT动、静脉双期扫描鉴别肺良恶性肿块，测量病变中心及外周感兴趣区70 keV单能谱CT值、碘浓度(iodine concentration，IC)、标准化碘浓度(normalized iodine concentration，NIC)及能谱曲线斜率(slope of spectral attenuation curves，λHU)，结果表明，肺癌病变中心区70 keV单能谱CT值、NIC及λHU双期均低于炎性肿块，肺癌外周与中心区70 keV单能谱CT差值高于炎性肿块，与肿瘤内部坏死较多有关。其中，静脉期病变中心区NIC在良恶性鉴别肿块中诊断效能最高，受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线下面积为0.96，NIC以0.34为界值，诊断敏感度86%，特异度100%。另有学者应用类似方法鉴别肺部良恶性病变，不同之处在于该研究将ROI置于病变密度相对均匀的区域，结果表明，恶性病变70 keV单能谱CT值、NIC及λHU均高于良性病变，静脉期NIC鉴别良恶性病变诊断效能最高，ROC下面积为0.96，NIC以0.3为界值，敏感度达93.8%，特异度85.7%[14]。以上研究均可定量反映出肺恶性病变内部血供及毛细血管通透性高于良性病变的特性，与既往肺结节动态灌注研究[15]结果一致。此外，Schmid-Bindert等[16]发现，非小细胞肺癌碘相关CT值与PET-CT 最大标准摄取值呈中等相关，认为双能量CT可能是评估病变代谢活性、疗效反应的有效手段。

磨玻璃密度结节(ground glass opacity，GGO)内部含气体、密度不均，常规增强CT难以评估其有无强化及强化程度。双能量CT除了可评估实性结节，还可评价GGO强化程度。通过改变后处理中3种基物质设定(将碘、软组织和脂肪改为碘、软组织和气体)，可避开病变内气体对测量的影响，使碘相关参数测量准确，有效反映病变强化程度，为GGO鉴别诊断及侵袭性评价提供客观定量的评估手段[17-18]。

评价肺癌侵袭性及鉴别肺癌亚型近年来，双能量CT在肺癌侵袭性、分化程度评估及肺癌亚型鉴别中的应用成为研究热点。有学者应用能谱CT扫描探究非小细胞肺癌血管生成表达因子与双能量定量参数之间的相关性，发现病变血管内皮生长因子或低氧诱导因子- 1α与双能量参数呈正相关，相关系数0.4～0.6，提示双能量CT定量参数能够一定程度上反映病变血管生成水平及预后[19-20]。Son等[18]应用双源CT探究碘定量参数鉴别侵袭性肺腺癌与非侵袭性或微小浸润型腺癌的应用价值，结果表明虚拟平扫可预测磨玻璃密度肺腺癌的侵袭性，当联合碘增强图像评价时，诊断效能可进一步提高，由0.888提高至0.959。另外，Shimamoto和Iwano[21]分析了不同分化程度肺癌实性结节的双能量参数有无差异，发现双能量参数能够反映肿瘤分化程度，分化差者碘浓度较低，可能与肿瘤内部坏死及纤维化程度较高有关。在肺癌亚型评估方面，有学者应用双源双能量CT或能谱CT定量参数鉴别肺腺癌与鳞癌，均认为双能量CT参数对二者有鉴别价值[22-23]，但Li等[24]研究表明，肺腺癌与鳞癌IC、NIC差异均无统计学意义，结果存在争议，未来尚需大样本、前瞻性研究进一步验证。另外，目前尚缺乏有关双能量CT鉴别小细胞肺癌与非小细胞肺癌、非小细胞肺癌基因突变亚型的应用研究，未来可进一步拓展研究。

肺癌分期肺癌准确分期有助于临床早期制定治疗方案、评估预后，双能量CT在肿瘤TNM分期中呈现出一定优势。T分期方面，Shimamoto等[25]研究认为肺癌实性结节双能量CT参数可预测肺癌局部侵犯，包括血管、淋巴道或胸膜受累，ROC分析诊断效能达0.781。N分期方面，Li等[24]应用双源CT扫描分析了61例非小细胞肺癌患者纵隔淋巴结碘浓度与转移的相关性，结果表明转移淋巴结的IC、NIC均低于非转移性淋巴结，IC、NIC诊断肺癌淋巴结转移的敏感度分别达80%、75%，特异度65%、75%。饶艳莺等[26]进一步分析纵隔淋巴结碘浓度联合淋巴结短径评估纵隔淋巴结转移的诊断效能，结果表明结合两种诊断标准，敏感度可达87.5%，特异度96.2%。近期，Rizzo等[27]应用双能量CT评估转移、非转移淋巴结碘分布、碘摄取量的差异，发现转移性淋巴结碘含量明显低于非转移性淋巴结，该研究进一步分析了淋巴结的病理结构，发现非转移性淋巴结内部血供不均，由中心向外周递减，而转移性淋巴结内肿瘤血管畸变、仅单层内皮构成，肿瘤将淋巴结正常血管结构推向外周，使其强化程度趋于均匀，但血供水平低于非转移性淋巴结，与双能量测量结果一致。此外，双能量CT还可用于评价肺癌M分期，例如远处骨转移[28-29]，未来还可探究双能量CT对肺癌其他部位远处转移的鉴别价值。

治疗疗效评估肺癌疗效评估是双能量CT非常有发展前景的应用方向之一，尤其在抗血管靶向治疗方面。常规肺癌疗效评估手段为实体瘤疗效评价标准(response evaluation criteria in solid tumors，RECIST)，依据病变径线变化判断治疗疗效。但在靶向治疗过程中，肿瘤易出现囊变、出血、坏死及假性增大，RECIST会误认为病变进展，致使疗效评价不准确。双能量CT可以简单、有效地提供不同病变或病变治疗前后的碘含量参数，定量反映肿瘤内血管生成水平及其变化。Baxa等[30-31]应用双期双能量CT扫描，评估靶向治疗前后非小细胞肺癌、化疗前后淋巴结碘摄取值变化，以RECIST为金标准，分为有效组、无效组，发现治疗后有效组碘摄取值明显降低，而无效组变化不大或升高，与RECIST一致。此外，初治前有效组肺癌碘含量明显高于无效组，可用于预测治疗疗效。除评估靶向治疗外，另有学者应用双能量CT评估肺癌放疗、化疗疗效，同样证实双能量参数在评价、预测肺癌放疗或化疗疗效的应用价值[32-33]。

肺功能评估准确评估肺通气灌注功能，对临床评价肺癌患者术前、术后肺功能有重要意义。多项研究表明，双能量CT碘增强图像可有效评估肺灌注功能，其评价准确性甚至优于核素灌注显像[34]。另外，通过观察肺实质碘浓度及血管内充盈缺损，双能量CT碘增强图像还有助于早期检出肺癌患者肺栓塞、评估预后。由于氙气的原子序数与碘相近，有相似的X光吸收特性，因此，经气道吸入氙气，行氙气增强肺通气显像，可评价肺通气功能[7]。尽管氙增强双能量CT有较好应用前景，但由于技术难度大、氙气昂贵、可引起呼吸抑制等劣势并未广泛应用。稳定的氪或氙与氪的混合气体可能更安全，但目前仍处于研究阶段[35]。

总结与展望

双能量CT扫描程序简便、快速，可一站式获取包括CT形态学征象、客观定量参数在内的多种信息，相对常规CT评估更客观、准确，在肺癌鉴别诊断、分期、治疗评估及肺功能评价等方面具有一定的应用前景。

目前，双能量CT在肺癌中的应用尚处于研究阶段，且存在相关研究空白，包括肺GGO的检出、鉴别诊断、肺癌基因突变亚型的鉴别、肺癌多种治疗疗效评估的可行性等，需进一步挖掘双能量CT在肺癌中的应用潜能。此外，仍需验证碘相关参数测量的一致性、稳定性，包括观察者间、观察者内一致性等。在技术方面，光子计数探测器CT成为当前的技术研究热点，通过计算离散光子的相互作用及每种能量下单个光子的吸收程度，光子探测器能够获取更多细节信息，使对比噪声比增加、空间分辨率更高、物质分解能力更优、辐射剂量更低。但目前光子计数CT临床应用经验非常有限[3]。未来，随着双能量CT数据后处理算法、扫描序列的优化及光子计数探测器技术的发展，有望获得更准确、详细的病变信息及更广泛的应用。总之，双能量CT的技术进步及其在肺癌应用中的不断探索，有助于充分验证双能量CT的临床实用价值及适用范围，进而推动双能量CT评估肺癌的临床应用。