能谱CT在肺部肿瘤中的应用价值

彭棪钰，王 俊

（1. 赣南医科大学第一临床医学院；2. 赣南医科大学第一附属医院医学影像科，江西 赣州 341000）

目前肺癌仍是我国最常见的恶性肿瘤，发病率和死亡率最高，且随着年龄的增长，其发病率和死亡率呈上升趋势［1］。目前肺癌组织学分型包括小细胞癌（Small cell lung cancer，SCLC）和非小细胞癌（Non-small cell lung cancer，NSCLC），一般来说，大约13%的肺癌是SCLC，84%是NSCLC。NSCLC 又分为腺癌、鳞癌和大细胞癌等亚型［2］。影像学技术可为肿瘤的检测、分期和临床疗效评价提供定性或定量信息，为肺癌亚型的鉴别提供潜在的补充价值。虽然目前有很多检查手段，例如胸部平片、螺旋CT、MRI、PET-CT 用来诊断肺癌，但CT 仍是目前的首要方法。近年来，能谱CT在肺部肿瘤的诊断方面成为热点，本文就能谱CT技术原理及其近年来在肺部肿瘤的应用及发展前景进行综述。

1 能谱CT基本原理及相关应用

能谱CT 是在高（140 kvp）、低（80 kvp）两种不同的能量水平下采集图像，基于物质对不同能量X 线的光子衰减的差异，通过对两组匹配的能量信息在投影空间的解析产生40～140 keV（101 幅）单能量图像。经过后处理可获取各种能谱图像，包括虚拟平扫图像、能谱曲线、碘密度图、有效原子序数图像等，能够为病灶的定性诊断及定量分析起到重要的作用。

1.1 虚拟平扫图能谱CT虚拟平扫技术是依据不同组织成分在不同能量（A/B 球管）照射下表现出CT 值的不同，再利用碘抑制技术对CT 增强图像进行物质分离，从而得到相当于平扫的图像。贾玉柱等［3］研究表明，虚拟平扫图像的噪声、信噪比（Signal to noise ratio，SNR）、对比噪声比（Contrast to noise ratio，CNR）和质量评分稍低于真实平扫，孤立性肺结节边缘锐利度较差，但毛刺、胸膜凹陷征和较大的钙化基本显示清楚，完全能满足诊断需求。SIMONS D 等［4］研究表示，能谱CT 虚拟平扫的图像质量基本可以满足影像诊断的要求，并能降低患者接受的辐射剂量。

1.2 单能量图像与标准多能120 kvp采集的图像相比，肺癌患者胸部能谱成像的60 keV 单能量图像可以显著提高病变CNR 和总体主观图像质量，同时显著增加了瘤—肺分界。在40 keV 的单能量图像中显示更高的病变CNR，但增加的图像噪声导致所有评估参数的主观图像得分非常低，因此临床中并不推荐［5］。而在70 keV下的虚拟单能图像显示出与传统的120 kvp图像相同的衰减特性，同时显示出明显较低的SD，这使得SNR得到显著改善［6-7］。

1.3 碘密度图不同的生物活性物质均有一定的微血管和含水量，能谱CT应用物质分离技术能准确测出不同生物活性物质的碘浓度和水浓度，碘浓度能直接反映微血管的含量。新血管的形成促进了肿瘤的生长，是用于评估肿瘤生存能力的标志［8］。在碘密度图像上可以测量肺部肿块或结节的碘成分，这与增强程度的真实值相当。有研究［9］表明，能谱CT中的净碘值可以客观、定量地反映肿瘤潜在的血管生成水平。

1.4 有效原子序数有效原子序数（Effective atomic number，ZEFF）是一个定量指标，它反映了一种化合物或材料混合物的平均原子序数。以原始数据为基础的后处理技术能计算出ZEFF，临床常采用ZEFF来减少受检者体质量及血管对能谱CT参数的影响。

1.5 能谱曲线能谱曲线是能谱CT的特色功能之一。不同的组织由于密度不同及增强后碘的含量在组织中的不同，其形成的能谱曲线斜率也不同，因此能区分及鉴别物质的成分［10］，同时客观反映肿瘤的细微病理变化。

2 肺部肿瘤的影像学诊断

2.1 胸部X 线平片X 线作为过去最常见的影像学检查方式，被广泛用于胸部、腹部及骨骼等。胸部X线平片能很好地显示出肿瘤的位置、形状、边缘等，但对于某些部位的病变难以扫及，例如肺门旁、肋骨旁及心缘旁等，这会导致早期肺结节的误诊、漏诊。在过去很长一段时间内，胸部X 线平片都是作为肺癌的早期筛查方式。但随着计算机断层扫描技术的出现，CT 已经逐渐取代X 线平片，成为肺部病变的首选检查方式。

2.2 螺旋CT诊断螺旋CT，又称多排计算机断层扫描（MDCT），对肺部病变的诊断相较于X 线更具有优势。MDCT 能准确显示肺部肿瘤的位置、大小、形态、数目、边缘、密度及周围胸膜情况等，并能对有无转移做出较准确的判断。这是X线平片所不具备的。然而MDCT 只能识别肿瘤的形态学特征，对肿瘤本身的功能信息没有任何帮助。

2.3 MRI 诊断虽然MRI 已经运用在许多肿瘤的诊断当中，但在肺部肿瘤这一方面还是应用较少。这是由于在肺部疾病研究中受到呼吸运动伪影、心脏跳动等影响。尽管存在这些限制，但对于胸壁、椎体或纵隔附近的病变［11］，MRI 可以提供更准确的图像，因为与CT 相比，MRI 的软组织对比度有所改善，并且能够识别邻近结构的局部侵犯，包括纵隔、肋骨、神经根、胸膜，为诊断提供关键信息［12］。目前功能性MR 成像，包括弥散加权MRI 和动态对比增强MRI，正在成为诊断和评估肺癌治疗疗效的检查手段［13］。

2.4 PET-CT 诊断18FDG-PET/CT 代表了各种癌症类型的首选代谢成像。目前PET-CT 大多用于肿瘤的分期。与传统CT 相比，PET-CT 可以更准确地判断肿瘤范围，并且能够更早地预测治疗疗效。此外，PET-CT 对发现软组织、胸膜、淋巴结、内脏（肺、肝、肾上腺等）及骨中的转移表现良好。由于脑实质可能固有强烈的FDG 摄取［14］，掩盖FDG 的病变，因此对于脑转移瘤的诊断还需结合其他影像学检查。有研究表明［15］，PET-CT在检测局部复发方面相当或优于临床检查和传统CT，其用于识别远处转移，敏感性为97%，特异性为62%。总之，PET-CT 在评估肺癌治疗疗效和指导分期方面起着至关重要的作用，并且被认为比传统CT 更准确、更灵敏地检测治疗后有无肿瘤复发。

3 能谱CT在肺部肿瘤的应用

3.1 肺鳞状细胞癌与肺腺癌近年来，随着CT 和AI 的不断发展，肺癌的检出率不断提高。临床上肺癌分为SCLC 和NSCLC，而NSCLC 又以腺癌和鳞癌多见。肺腺癌以周围型多见，常表现为孤立性混合性磨玻璃结节，常具有细短毛刺、胸膜凹陷及支气管破坏等恶性征象［16］。鳞癌多为中央型，瘤体一般较大，易发生液化坏死，空洞常见，常伴有阻塞性肺不张［17］。肿瘤病理类型不同，其治疗方法及预后亦不相同［18］。目前活检仍是确定肿瘤病理分型、分级的参考标准，获取病理组织的方式通常是CT引导下经皮穿刺活检和支气管镜内活检等，然而，这些方法都是有创性操作，可能会伴随一定的并发症，例如气胸、血胸等。此外有些位置靠深或者靠近大血管的肿瘤并不容易获得病理组织。同时有些腺癌和低分化鳞癌在光镜下不易区分，有时还需要靠免疫组化来确定分型。因此还需要一种能无创简便的方法来鉴别肺癌的分型。

肺癌早期临床症状不是十分明显，随着病情发展才会出现相应症状［19］。因此，早发现、早诊断、早治疗能显著降低肺癌患者的死亡率。传统CT 一般是通过对肺部结节的形态学特征、CT值及增强后强化程度来鉴别肿瘤的良恶性。但传统CT 只能发现肺结节，对肺结节的良恶性鉴别不是特别敏感。一项多中心研究显示［20］：传统增强CT对肺内良恶性结节检出的敏感性为96%，但特异性仅为68%。因此，传统增强CT并不是鉴别肿瘤的最好方式。

能谱CT 是在高低两种不同的能量下同时采集图像，基于不同成分的组织在不同X 线能量照射下表现出不同的衰减特性。它可以在40～140 keV 范围内重建101幅单能量图像，分离组织成分，在鉴别肺部肿块方面较传统CT更具优势。能谱CT能够在活体状态下实现对组织代谢、生理变化的评估。邓靓娜等［21］通过对211 例周围型肺癌患者行能谱CT双期增强扫描，得出动脉期和静脉期周围型肺腺癌的K70 keV（能谱曲线斜率）、IC（碘浓度）及ZEFF 均大于周围型肺鳞癌，差异有统计学意义（P＜0.05）。ROC 曲线分析显示：动脉期各定量参数较静脉期定量参数的诊断效能好，曲线下面积、敏感性和特异性分别为0.86、77%、83%。ZHANG Z 等［22］通过对62 例肺癌患者（32 例鳞癌，30 例腺癌）进行了能谱CT 双期增强扫描，得出腺癌的IC、NIC（标准化碘浓度）、K值在动脉期和静脉期两个扫描时相均高于鳞癌。然而，这两种类型的癌症在这些参数上的差异仅在静脉期显著，而在动脉期则不显著。研究表明，IC+NIC+K 对两种肺癌的诊断效率最高，但敏感性较低。而IC 和IC+NIC 的诊断效率较低，但具有较高的敏感性和特异性。多数研究均表明［9，22-23］，肺腺癌在增强后碘含量高于鳞癌，这可能是腺癌内血管较鳞癌丰富导致。

3.2 炎性肿块一些良性的炎性肿块，如肉芽肿性炎症、局灶性机化性肺炎［24］、肺脓肿等，在肺部也很常见。肺癌和炎性肿块的鉴别非常重要，因为这两种疾病的治疗方法不同。炎性肿块的治疗方案多种多样，包括大剂量激素［25］、放疗及抗生素等，并应避免不必要的手术切除和穿刺活检。MDCT 在基于肺部肿块的形态、边界、内部密度及增强后强化程度来无创地诊断肺部肿块方面起着重要作用。然而，炎性肿块的CT 表现与肺癌十分相似，常规扫描方法难以区分这两种常见的肺部病变［26］。炎性肿块通常表现为局限性、孤立性肺部肿块，CT 表现多变且无特异性，有空洞、毛刺征、胸膜凹陷征、支气管充气征及液化坏死等。两种常见肺部病变在现有的MDCT 扫描中存在大量重叠征象，其峰值增强值（45 HU）也与肺癌（42 HU）非常相似，这使得现有的MDCT扫描难以与肺癌鉴别［27-28］。而能谱CT能通过能谱成像得到碘（水）图、单能量图、能谱曲线及ZEFF，这对鉴别炎性肿块及肺癌起到一定的作用。

HOU W S等［29］通过对60例患者（35例肺癌，25例炎性肿块）进行了动脉期和静脉期的能谱CT 增强扫描，得出炎性肿块在动脉期和静脉期时，中心区净强化值、NIC 值、中心区和周围区能谱曲线斜率均明显高于肺癌。这是由于肺癌会通过影响附近组织的血供来满足自体生长，肿瘤血管生成，血管通透性强，从而在瘤体内聚集较多的对比剂。静脉期中央区NIC 值鉴别恶性肿块和炎性肿块的敏感性（86%）和特异性（100%）最高。ZHU L H等［30］通过对78 例孤立性肺部病变患者进行能谱CT 双期增强扫描，得出炎症组在动脉期和静脉期CT（40 keV）、ZEFF、IC、NIC、K（30 keV）和K（40 keV）值均显著高于肺癌组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。这些研究表明，能谱多参数成像是区分孤立性肺癌与孤立性炎症性病变的可靠方法。

3.3 结核球肺结核是由结核分枝杆菌感染引起的慢性传染病，其诊断主要是靠临床症状、痰培养、胸部X 线或CT 检查等。结核球是一种干酪性病变被纤维组织包裹形成的球形病灶，好发上叶尖后段及下叶背段，其他部位也可出现。结核球外表多光滑，密度较高，浅分叶，可见钙化，周围散在卫星灶，增强多无强化。结核球的形态及强化特点与肺黏液腺癌有较多重叠［31］，在传统CT上鉴别诊断较为困难。能谱CT扫描能提供多参数定量分析，可客观反映病灶的细微病理变化。梁远凤等［32］采用能谱CT平扫分析结核球与周围型肺癌，发现40～70 keV 平扫图像中结核组CT值均低于肺癌组，差异有统计学意义（P＜0.05）。庞余平［33］采用能谱CT 平扫分析40 例不典型结核患者及肺癌患者，结果显示结核组及肺癌组IC、ZEFF、K 值存在差异，有统计学意义（P＜0.05）；碘浓度、ZEFF、能谱曲线斜率分别为0.82、0.86、0.89，这与梁远凤等［32］研究结果相符。综上所述，应用能谱CT 鉴别肺癌与结核球，具有显著的诊断价值，值得临床推广应用。

3.4 肺癌的分期肺癌的准确分期有助于临床早期制定治疗方案、评估预后，能谱CT 对肿瘤的分期存在一定的作用。肺癌患者出现淋巴结转移是肺癌国际TNM 分期的核心指标，确定患者是否出现淋巴结转移对治疗方法和预后具有重要影响［34］。CT是临床上常用的评估纵隔淋巴结转移的方法，病灶直径大于1 cm 通常作为淋巴结转移的诊断标准，但总体准确性不高［35］。PET-CT 也可以诊断肺癌淋巴结转移，但其局限性是辐射量大、可用性有限及经济要求高。淋巴结活检是诊断的金标准，但侵入性操作会增加患者的不适和并发症的风险。能谱CT是一种能用于诊断肺癌淋巴结转移的全新方法，相比常规CT 一般通过测量淋巴结的大小来判断淋巴结的转移，能谱CT扫描更有助于肺癌的分期评估。

HUANG S 等［36］采用能谱CT 扫描分析肺癌纵隔淋巴结转移与非淋巴结转移，发现平扫时转移性淋巴结的密度低于非转移性淋巴结，差异有统计学意义（P＜0.001），但在增强后CT 值无差异。何家伟等［37］采用能谱CT 扫描86 例NSCLC 患者，并行肺癌切除及纵隔淋巴结清扫术，一共获取143 枚淋巴结，其中转移93 枚，未转移50 枚。通过能谱分析软件得出转移组淋巴结在动、静脉期IC、NIC 及ZEFF 值均低于未转移组淋巴结，差异均有统计学意义（P＜0.05），其中以NIC 参数诊断效能最高，可为肺癌患者术前淋巴结鉴别诊断及确定治疗方案提供重要依据。GAO L 等［38］通过对93 例接受能谱双期增强扫描的肺癌患者分析得出，AEF（动脉增强分数）对转移性淋巴结的诊断效率最高［ROC 曲线下面积（AUC）=0.885］，转移性淋巴结的AEF 值高于非转移性淋巴结。GAO L等［38］使用了一种新的参数AEF 来诊断淋巴结的转移，这与以往的研究都不相同，可能是以后的一种新研究思路。也有研究表明［39］，纵隔淋巴结转移与非转移的能谱曲线斜率与原发病灶不同，转移组的能谱曲线斜率与原发病灶相仿，而非转移组的则与原发病灶有较大差异。能谱CT 多参数成像对肺癌淋巴结转移的评估有重要作用，可以显著提高肺癌分期的准确率。

3.5 肺癌疗效的评价对肺癌治疗疗效的评价一直是临床诊治肺癌中重要的环节。临床工作中，外科手术治疗是Ⅰ、Ⅱ期NSCLC 的推荐优选局部治疗方式，有纵隔淋巴结转移的ⅢA 及ⅢB 期肺癌一般采用同步放化疗，Ⅳ期肺癌患者一般采用化疗合并姑息放疗［19］。为了更好地指导临床治疗，调整方案及改善预后，因此对肺癌疗效的评价十分必要。实体瘤疗效评价标准（Response evaluation criteria in solid tumors，RECIST）是目前临床上评估肺癌疗效的常用标准，该标准主要基于肿瘤最大径的变化来判断疗效［40］，但其存在一定局限性。在靶向治疗过程中肿瘤易出现囊变、出血、坏死等表现，导致肿瘤体积出现变化，易被误认为病情进展，致使疗效评价不准确。

目前国内外使用能谱CT 评估肺癌非手术治疗疗效的研究相对较少，且增强后测量IC 的时期不同，但都发现肺癌治疗后有效组的IC 较治疗前降低。朱巧等［41］通过采用能谱CT 双期增强扫描化疗前后的晚期非小细胞肺癌患者，得出化疗前静脉的NIC 及K 值越高，化疗有效的概率越大，两者联合可以提高预测的准确性；且化疗后动脉和静脉的NIC值均较化疗前降低。余花艳等［42］通过研究肺癌患者化疗前后能谱CT成像中碘浓度与疗效的关系，发现治疗后无效组的碘基值高于有效组。能谱CT 通过对肿瘤内含碘量的分析，能准确反映肺癌患者治疗前后碘浓度的变化，不仅能检测肿瘤的治疗效果，还能预判下次的检测结果，为评估肿瘤疗效提供了重要信息。

4 总结与展望

随着CT 技术的发展，能谱CT 已经成为目前的主流，大量研究围绕着能谱CT 展开。能谱CT 通过扫描获得能谱图像，能够多参数定量分析病灶的形态、功能，与常规CT 比较更加准确，并在肺癌的鉴别、分期、疗效评价等方面起到重要的作用。随着能谱技术的不断发展，能谱CT将会在肺部肿瘤的评估中发挥更大的作用。