能谱CT成像技术及其在原发性肝癌中的应用新进展

叶兰静，吴英宁

(1.右江民族医学院附属医院放射科，广西百色 533000；2.右江民族医学院研究生学院，广西百色 533000)

原发性肝癌(primary hepatic carcinoma，PHC)，又简称肝癌，是发生在肝脏最常见的恶性肿瘤之一，我国是肝癌负担最重的国家之一，患病数约占全球人数近一半[1]。其病理分型分为肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)、肝内胆管癌(intrahepatic cholangiocarcinoma，ICC)和混合型肝细胞癌-胆管癌(combined hepatocellular cholangiocarcinoma，cHCC-CCA)三种。肝癌的治疗一般分为外科手术类及非手术类，后者常使用的是经皮肝动脉化疗栓塞术。由于早期的肝癌临床症状不明显，等到患者来院检查时多已经处于中晚期，因此对肝癌的诊断时间越早，对于治疗方案的制定、患者的生存预后越有很高的价值。如今肝癌的影像确诊以常规计算机断层成像(computer tomography，CT)及磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)为主，当在动态增强影像上病灶表现出典型的“快进快出”征象时，对肝癌的诊断明确，但是对于一些不典型强化的小肝癌来说，此时的常规影像易漏诊，甚至与肝脏其他肿瘤鉴别困难[2]。随着近年CT技术的发展，能谱CT(Spectral energy CT)以一种提供多种参数成像定量定性结合分析的诊断方式，例如单能量图、物质分离基图、有效原子序数、能谱曲线等，不仅为临床医生提供病变在常规影像上所见的解剖结构，还提供其肉眼所不能见的内部成分信息。现今能谱CT在腹部的临床应用日渐成熟、较为广泛。现就能谱CT成像技术在原发性肝癌的应用新进展进行阐述。

1 能谱CT成像原理及各项参数

随着CT技术的不断发展，从以往的头颅CT、单螺旋CT等到现在多排螺旋CT、全身CT技术，能谱CT则是近几年较为热门的一项新技术，目前在临床上较多运用的主要以双X线球管为中心的双源CT和本文阐述的单球管为中心的能谱CT。后者能在0.5 s内进行高低能量(40～140 kev)的切换模式扫描，在缩短检查时间的同时采集到同源、同时及同向的数据，最终可以产生101组单能量图像，为临床医生后期进行图像分析处理提供多种信息。这一成像技术是由GE公司在十三年前所推出，而此项技术中使用的硬件材料和迭代算数重建法相比于传统CT来说较大提高了图像清晰度及空间分辨率，患者在检查时所受到辐射剂量也减低，同时能减少CT扫描里不能避免的伪影，提高病灶与周围组织的对比度[3-4]。能谱CT最大的优势是其不仅能观察病变的形态、大小及影像表现，还拥有特有的多参数成像方式，这些参数如单能量图像、能谱曲线、物质分离基图、有效原子序数等技术能将疾病定量化展现在人们面前。

1.1 单能量成像和能谱曲线单能量成像是当某一水平能量X线穿过物质后衰减所产生的图像，其衰减的程度和物质自身密度相关。相比于传统CT的混合能量，由于能谱CT有101组单能量图像，临床上便能根据自身需求运用能谱CT选择出某一能量水平的最佳图像进行分析，这类图像的噪声低，即病灶与周围组织的对比度增高，更有利于小病灶的诊断，特别是在传统影像上难以用肉眼直接分辨出的病变。由于不同物质对X射线的吸收衰减不同，随着X射线能量的变化而变化所形成的曲线称为能谱曲线，能谱曲线反映了物质的能量衰减特性，其在判定物质成分同源性应用价值高，特别是对转移淋巴结的来源判断上应用较多。

1.2 去伪影硬化束传统CT扫描检查的图像因易受硬化效应、电子饥饿效应等因素对骨关节金属植入物术和颅内动脉瘤栓塞术后的评估都较为欠佳，能谱CT的去金属伪影技术能很大改善这一不足，在相关研究里发现这项技术在前者对植入物周围的软组织结构如肌肉和肌间隙的清晰度有很大提高，并且在高能量区间伪影相对减小较多，甚至还发现在110 kev水平的去伪影技术能使图像质量评分高于传统CT的混合能量，在后者则发现在60～65 kev的低能量水平段对颅内血管结构显示较好，同时伪影减少[5-7]。

1.3 物质分离基图任意两种基本物质的X线吸收系数能决定任何物质的吸收系数，反之，这个物质对于X射线的衰减改变在一定程度上可等于两种基物质的密度。对于基物质的选择是没有局限性的，在临床上常常使用的有碘水基图、水碘基图及钙脂基图等，主要还是碘水图，这是因为影像上增强扫描所用的对比剂是以碘元素为主要成分，在能谱CT动态增强各期通过测定碘的含量，可以间接反映所圈画的病灶或者器官组织内部的血流丰富缺乏情况，这一原理已经广泛应用于临床肿瘤疾病的诊断，如对肝脏良、恶性疾病的鉴别、传统CT难以诊断的小肝癌、强化方式不典型的肝癌或血管瘤、肝癌经放疗或化疗后的疗效评估等[8-11]。

1.4 有效原子序数如果某一元素对X射线的衰减系数约与某化合物质的衰减系数相同，那么该物质的原子序数是这一元素的原子序数。在临床上这一参数常用于结石成分的分析，有研究表明能谱CT分析草酸钙、尿酸、胱氨酸、磷酸镁胺四类成分结石和体外光谱分析法没有差异，能较准确地分析出这四种纯成分的结石，同时也有人将原子序数和直方图像相互结合能准确区分出尿酸和非尿酸类的结石[12-13]。

2 能谱CT成像在原发性肝癌的临床应用

2.1 肝癌的检出大部分原发性肝癌在影像学动态增强上因典型的强化方式而较易诊断，但对于临床症状不突出的早期小肝癌或者乏血供肝癌而言，因为强化方式不显著则容易漏诊，能谱CT在这一诊断上较传统影像有着高敏感、特异性。在YOO等人[14]研究里受到相同辐射剂量时，应用能谱CT在40 kev能量水平显示出更高的HCC对比度噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)，即生成的图像的质量更好，病灶显示更清晰，对HCC的检出更有利。另外YOON等人[15]的研究发现能量处于50 kev时显示HCC的CNR最佳。与前两者结果相反的研究中[16]发现能量值与图像主观质量评分之间呈正比，即随着能量的增加，病灶显示更清晰，同时研究得到在能量处于140 kev水平时，图像的主观质量最高，意味着病灶与周围肝实质间的对比度有所提高，同时图像噪声被降低，能有效提高肝脏病变的检出，这对于早期小肝癌及时检出有着较大应用价值。王朝军等[17]研究发现相对于传统CT影像，能谱CT的单能量参数检出小肝癌准确率较高，其中在动脉期(arterial phase，AP)及门静脉期(portal vein phase，PVP)增强两期的对比度信噪比以及图像质量评分上，能谱CT比传统CT有较大的优势。而在郑应心等[18]研究中两类扫描方式得出的图像质量、CNR值上无统计学意义，但应用能谱方式扫描的辐射剂量明显低于常规CT方式扫描，表明当拥有相同诊断需求的图像时，为了减少辐射剂量对患者的影响，可以选择能谱CT成像方式。对于肝癌病灶诊断的敏感性，多个研究均表明能谱CT成像的优势，在ANZIDEI等人[19]研究中发现处于80 kev水平时对HCC的诊断更敏感。ALTENBERND等人[20]研究表明低能量图像在检测HCC病变方面更敏感，这一点和李卫侠等[21]的研究结论相似，后者得出处于AP的50 kev水平的CT值对肝血管瘤(hepatic hemangioma，HH)和HCC鉴别有较高的敏感性、特异性，HH低于HCC。在XU等人[22]研究中得到HCC和局灶性结节增生(focal nodular hyperplasia，FNH)的CNR与能量增加呈反比，即随着能量增大，图像质量越差，病灶和周围肝实质对比度减低，肉眼分辨较困难；并且该研究得出在40～70 kev水平时对两者的检出率更高。也有人得出在55～75 kev范围的值对两者更敏感[23]。对比能谱CT和MRI对肝癌成像上，PFEIFFER等人[24]的研究结果则是能谱CT的单能量图像在HCC图像质量改善上有着较大的提升，从而病灶的检出率较高。

2.2 肝癌的鉴别诊断在肝癌和肝脏常见病变的鉴别研究中，通过测量基物质图的参数值进行不同比较这一主题如今也是较为热门，有研究得出处于PVP的碘浓度(iodine concentration，IC)、病灶与周围肝实质碘浓度比值(lesion to normal ratio，LNR)、能谱曲线斜率这些参数值上富血供肝转移瘤(hypervascular hepatic metastasis，HM)均高于HCC[25]。这一点和杨传红等[26]研究结果相反，该研究中发现处于PVP的三个能量下HCC的IC比HM高。这一点可能与HCC也有一定程度门静脉供血，而转移瘤多无肝硬化背景，门静脉未见供血改变有关。有研究[9]表明在40～140 kev范围的HH、HCC、FNH的CT值都随着能量增加而下降，并且HH的平均值最低，FNH则是三者中最高，这表明不同能量水平对于鉴别不同肝脏病变有较高价值。另外AP的碘摄取率(iodine uptake ratio，IUR)在HCC与FNH的鉴别中具有更好的性能，IUR为病灶和周围肝实质碘浓度比值。FNH是由正常肝细胞异常排列形成的良性病变，不伴有肝硬化，除中心瘢痕以外呈富血供均匀强化改变，HCC则以肝动脉供血为主，且多伴有肝硬化背景，两者的IUR对比显著；碘浓度比(iodine concentration ratio，ICR)在区分HCC与HH较好，考虑HCC增强以“快进快出”方式强化，HH呈“快进慢出”强化方式，两者碘浓度差值较显著。在彭诚初等[10]研究中能量处于70 kev时对PHC和HH的鉴别诊断效果最好。也有相关研究得出FNH在AP、PVP中参数值均比肝癌高。同样在张晨彩等[27]的研究中得到处于某一低能量范围时HH的CT值低于肝癌，反之能量处于较高水平时则肝癌CT值低于HH，同时观察得出两者能谱曲线均呈下降趋势。在LAROIA等人[28]研究里用能谱CT碘基图参数来区分肝硬化背景下肝脏结节的良恶性以及潜在恶性，并将所得结果与病理相对比，最终证明结节处于AP的标准化碘浓度(normalize iodine concentration，NIC)、碘浓度差值(iodine concentration difference，ICD)的统计学差异能够将病理证实的 HCC 或潜在恶性结节与再生结节区分开。少数学者[29]研究HCC和肝神经内分泌肿瘤之间的鉴别，通过研究发现标准碘摄取(normal iodine uptake，NIU)是区别两者的最佳参数。

2.3 肝癌预后相关因素评估小肝癌早期手术切除后病灶仍容易复发，微血管侵及是引起此现象的一个重要的因素，确诊微血管侵及情况主要依靠术后病理。能谱CT技术在预测肝癌微血管侵犯方面有研究[30]发现血管未侵犯组在AP的参数值均低于侵犯组，且AP的IC及曲线斜率对于二者的鉴别效能最好，测量碘浓度可间接反映肿瘤血流微循环情况，而肝癌微循环变化和肝癌血管侵及有关，当肝癌内见微血管侵及时，其血管内皮细胞因子表达异常，致使新生微血管异常增生，血管通透性增加，碘含量相应增加，这一结论与一些文献结果相一致[31-32]，且在前者文献研究里新增了有效原子序数参数；在YANG等人[33]研究里研究人员得出当选择0.188作为NIC阈值时对区别血管是否有侵及效能最大，这一值与李迪等人[30]研究得出的值(0.2)相近。淋巴结转移是另一影响肝癌预后的重要因素，为了更好区分转移性和非转移性淋巴结，在ZENG等人[34]研究中将经能谱CT模式扫描的淋巴结的可量化参数和病理结果相比较，得出在PVP中的IC、NIC诊断效率是最好的，其敏感度和特异度均高。

2.4 肝癌TACE术后疗效监测目前肝癌主要以外科手术切除为主，但是对于处于中晚期及不符合手术切除指征的病灶则经皮肝动脉化疗栓塞术(transcatheter arterial chemoembolization，TACE)作为首选方法，但因肿瘤血管再生等因素，术后复发、转移率较高，对肝癌术后疗效、预后的监测便成为关注的重点，DSA是诊断的金标准，但DSA是一项有创检查，因此暂时不能成为首要选择；能谱CT作为无创的一项技术，对于术后监测不论是灵敏性还是特异度均高于传统CT扫描[35]；在另一研究中[36]将能谱CT技术和MRI相对比，得出其对TACE术后的残余病灶、复发病灶的检出灵敏度高于MRI，漏诊低于MRI。而在訾学荣等[37]研究中将两者成像方式联合检测得出以能谱成像和DWI功能成像结合对TACE术后效果预后检测比单独应用较好。另外有研究[11]得出PVP的NIC在区分肿瘤活力区和相邻正常肝实质背景方面效率较低，能谱单能量CT值和AP的NIC在区别肿瘤坏死区及活动区有很高的性能，可有效评估TACE术后的肿瘤活力。

3 小结与展望

能谱CT作为一项无创的新技术，其在腹部疾病的应用上较为广泛，除了像传统CT扫描技术能观察人体各个部位的解剖结构以外，其特有的多参数成像方式还能分析肉眼无法分辨的病理组织信息，对病灶进行定性定量分析，使得病变可视化、定量化将其展现在人们面前，如上述单能量成像检出小病灶能力、鉴别肝脏各类良恶性病变、预测术后疗效及肝癌预后影响因素的评估等。随着多方面深入研究，今后若将能谱CT成像技术和其他先进影像技术相结合，如影像组学、机器深度学习、分子影像学等，应会有更广阔的应用前景及相应的应用价值。