趙睿依 劉沛武

長江大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院放射科，湖北省荊州市 434023

近年來，大量研究證明能譜計算機斷層掃描在組織表征方面具有比常規(guī)CT更廣的臨床實用性，例如，在骨病變、腎臟腫塊、泌尿結(jié)石或冠狀動脈斑塊成分的表征方面。尤其是腫瘤患者可以從能譜CT的應(yīng)用中獲益：能譜CT技術(shù)提供了掃描協(xié)議和后處理技術(shù)，以改善良性和惡性組織的區(qū)分。此外，能譜CT技術(shù)固有的劑量節(jié)省潛力與以治療為目的的腫瘤患者高度相關(guān)，因為他們在分期、治療反應(yīng)評估和隨訪過程中經(jīng)常接受大量的CT掃描。同時，能譜CT可以提供多定量參數(shù)，進一步具體分析結(jié)節(jié)間的差異。這篇綜述旨在介紹胸部能譜CT成像對于不同密度成分肺部結(jié)節(jié)的分類、分型及分期方面的應(yīng)用價值。

1 能譜CT的技術(shù)發(fā)展

1.1 能譜CT的技術(shù)優(yōu)勢 傳統(tǒng)的CT圖像是在一定的管電壓下通過單能量技術(shù)獲得的，從而得到多項常規(guī)CT數(shù)據(jù)。而能譜CT通過其特征的雙能量技術(shù)進行CT掃描，可以從被檢查組織中獲得兩種不同管電壓水平下的光譜信息，由于不同能量水平下信號衰減特性的固有差異，可以改善組織分化。能譜CT圖像可以通過三種不同的方式獲得：一種是通過雙源能譜CT獲取技術(shù)，兩個X射線源同時在兩個不同的kV級上運行。第二種能譜CT方法是切換單一X射線源管電壓的峰值水平，要么快速交替，要么在不同管電壓水平上進行兩次連續(xù)掃描。第三種方法是通過雙層技術(shù)獲得雙能數(shù)據(jù)，探測器同時有選擇性地記錄來自單個X射線源的光子。利用在兩個不同光譜水平上采集的多目標能譜CT原始數(shù)據(jù)，也可以獲得常規(guī)上可以從單能量采集中導(dǎo)出的所有形態(tài)學(xué)信息。通過從兩個采集的數(shù)據(jù)集中以不同的加權(quán)因子重建線性或非線性融合的圖像。這產(chǎn)生了類似于傳統(tǒng)120kVA圖像的數(shù)據(jù)集。能譜CT技術(shù)最明顯的好處是可以額外重建多個補充數(shù)據(jù)集，從而提供增量信息，無須應(yīng)用額外劑量。

1.2 能譜CT的多定量參數(shù) 傳統(tǒng)的胸部對比增強計算機斷層掃描是從檢測到的肺結(jié)節(jié)中識別疑似肺癌的標準方法。對比增強CT圖像用于根據(jù)不同的形態(tài)學(xué)征象和增強模式來表征肺結(jié)節(jié)。深分葉狀或粗糙的毛刺狀邊緣和20～60Hounsfield單位(HU)的最大衰減通常表明惡性腫瘤或中心致密鈣化，而最大衰減≤ 15HU常作為良性的線索。然而，在臨床實踐中，過度簡化的形態(tài)學(xué)外觀或增強值對于從不同類型的肺結(jié)節(jié)得出準確的肺癌診斷是不可靠的。因為傳統(tǒng)CT圖像中的增強模式中發(fā)現(xiàn)良性和惡性孤立性肺結(jié)節(jié)之間存在相當大的重疊。能譜CT是通過分析和放大傳統(tǒng)CT成像的機制和細節(jié)，計算X射線衰減系數(shù)的能量依賴性，通過單色光譜圖像在40～140keV能級范圍內(nèi)獲取多個參數(shù)，以及精確的材料分解圖像，如單色成像、材料分解圖像和光譜HU曲線[1]。此外，單能級的單色光譜圖像提供了不同材料中衰減變化的信息，作為X射線光子能量的函數(shù)[2]。光譜CT材料分解圖像能夠在碘增強圖像上測量肺結(jié)節(jié)的碘成分，這被認為與增強程度的真實值(凈增強)相當[3]。為了使用光譜CT圖像識別肺結(jié)節(jié)，一些研究使用了多個參數(shù)，包括碘濃度 (IC)、歸一化碘濃度 (NIC)、40或70keV單色圖像的CT數(shù)(CT 40keV或CT 70keV)，以及光譜衰減曲線 (λHU) 以區(qū)分炎癥、肉芽腫、良性結(jié)節(jié)和惡性腫瘤。這些研究表明，盡管存在爭議和分歧，但光譜CT是具有潛在臨床應(yīng)用的最有前途的成像技術(shù)之一。因此，利用這些能譜定量參數(shù)可以區(qū)分表現(xiàn)為純磨玻璃結(jié)節(jié) (pGGN)、混合磨玻璃結(jié)節(jié) (mGGN)和良性孤立性結(jié)節(jié)，以及實性結(jié)節(jié)(SN)[4]。

2 能譜CT—肺部結(jié)節(jié)應(yīng)用

2.1 能譜CT對于不同密度成分肺結(jié)節(jié)鑒別的價值 原發(fā)性肺癌的預(yù)后受到許多臨床、影像學(xué)和組織病理學(xué)表現(xiàn)的影響。一般來說，直徑≤3cm的小型肺癌術(shù)后預(yù)后良好[5]。此外，薄層CT圖像中結(jié)節(jié)內(nèi)實性成分和磨玻璃混濁的比例對預(yù)后有重要影響[6]。因此，在最近的TNM分期中，結(jié)節(jié)中的固體大小被作為t因素。然而，最近的一些研究表明，即使腫瘤的實體大小相同，實體結(jié)節(jié)的預(yù)后也比部分實體結(jié)節(jié)伴磨玻璃樣混濁的預(yù)后差[7]。對于可切除的肺癌，術(shù)前影像診斷對于確定最佳治療策略至關(guān)重要，包括手術(shù)方式。因此，需要影像學(xué)技術(shù)來預(yù)測小型實體肺癌的術(shù)后預(yù)后。根據(jù)肺結(jié)節(jié)診治專家共識，將肺結(jié)節(jié)按密度成分分為實性結(jié)節(jié)、部分實性結(jié)節(jié)及磨玻璃結(jié)節(jié)。宋婷妮等[8]利用仿真模型研究能譜CT下不同性質(zhì)的孤立性肺結(jié)節(jié)，提出不同密度的結(jié)節(jié)在不同單能譜圖像上噪聲、SNR及CNR的差異有統(tǒng)計學(xué)意義。另有研究報道，碘量化的能譜CT圖像在區(qū)分實性結(jié)節(jié)和磨玻璃結(jié)節(jié)方面具有不同的價值，并且可能比實性結(jié)節(jié)更有助于區(qū)分良惡性磨玻璃結(jié)節(jié)[9]。由于實性成分的多少與結(jié)節(jié)惡性程度及病理類型不同有關(guān)，所以對于不同密度分類的結(jié)節(jié)單獨研究更具有意義。

2.2 能譜CT對于實性肺結(jié)節(jié)的診斷 有研究提出，實性結(jié)節(jié)對光子能量的吸收發(fā)生在低發(fā)射能量范圍內(nèi)，并且在40keV時最高。在能量范圍為40～80keV區(qū)間的能譜CT虛擬單色圖像中評估肺部實性結(jié)節(jié)是最有價值的。在最低能譜CT掃描能量(40keV)的情況下，與吸收的高相關(guān)系數(shù)表明VMI在基于血管生成的局灶性病變診斷中的高臨床實用性。在此階段的碘對比增強的足以為評估肺部結(jié)節(jié)的特征提供大量的診斷信息，同時減少病人吸收的輻射劑量，也減少存儲在存檔設(shè)備上的數(shù)據(jù)量有助于優(yōu)化工作[10]。能譜CT在鑒別實性結(jié)節(jié)的良惡性上，也具有比常規(guī)CT更高的鑒別能力。Wen等[11]利用最新光譜CT研究實性肺結(jié)節(jié)，發(fā)現(xiàn)除了歸一化動脈增強分數(shù)(NAEF)外，惡性結(jié)節(jié)的NIC、λhu 和CT 40keV在VP (NICVP)、λvphu和CTVP 40keV均高于良性結(jié)節(jié)，且在區(qū)分非小細胞肺癌和小細胞癌的亞組實性結(jié)節(jié)中，NICAP的診斷率高于其他指標。同時，該研究還提出NSCLC 組的CT 40keV、NIC、λHU和NAEF值顯著高于SCLC組，這對于區(qū)分SCLC和NSCLC對于準確的治療和預(yù)后評估至關(guān)重要。有日本學(xué)者通過結(jié)節(jié)三維的點相關(guān)衰減(3D-IRA)的方法測量了<3cm的實性肺癌患者，發(fā)現(xiàn)小體積實體型肺癌的 3D-IRA對比增強能CT與術(shù)后預(yù)后顯著相關(guān)，低3D-IRA腫瘤顯示較高的TNM分期和明顯較差的預(yù)后[12]。在對實性結(jié)節(jié)的增強研究中發(fā)現(xiàn)，在對比劑給藥后35s和90s兩個階段進行碘濃度測量，無論良性或惡性，實體肺結(jié)節(jié)患者的碘濃度測量沒有顯著差異。在對非小細胞肺癌患者的評估中，評估低級別和高級別非小細胞肺癌患者的NIC和λHU時沒有發(fā)現(xiàn)動脈期和靜脈期之間的顯著差異，但ROC分析[ROC曲線下面積(AUC)]表明靜脈期λHU 在區(qū)分高級別癌癥和低級別癌癥方面提供了最佳的診斷性能[13]。另一方面，Zhang等[14]在2020年發(fā)表的工作中，對非小細胞肺癌、肺腺癌和鱗狀細胞癌患者進行了兩個同質(zhì)研究組，表明能譜CT在早期VP期的非小細胞肺癌鑒別中具有潛力，而在AP期則沒有。然而,李等人發(fā)現(xiàn)非小細胞肺癌患者在40keV時碘濃度的顯著差異取決于血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達,血管內(nèi)皮生長因子是腫瘤血管生成的刺激因子之一,并且與動脈期和靜脈期中VEGF的表達水平呈正相關(guān)。作者認為,除了檢查腫瘤的大小和選擇的動脈期和靜脈期延遲之外,用于評估碘濃度的能量水平的適當選擇可能是獲得結(jié)果差異的主要原因。

2.3 能譜CT對于部分磨玻璃及純磨玻璃結(jié)節(jié)的診斷 能譜CT技術(shù)在確定良性或惡性方面的有效性不僅在實體結(jié)節(jié)中進行了研究，而且在磨玻璃結(jié)節(jié)中也進行了研究。近年來，隨著高分辨率胸部CT應(yīng)用的增加，在肺部發(fā)現(xiàn)GGO的機會增加。GGO可以是多種疾病的影像學(xué)表現(xiàn)，包括良性疾病、癌前病變或惡性腫瘤，如非典型腺瘤樣增生(AAH)、原位腺癌(AIS)、微腺癌(MIA)和侵襲性腺癌(IA)，后兩者統(tǒng)稱為IPAs[15]。每一種的精確成像特征可以為確定治療計劃和預(yù)測預(yù)后提供巨大優(yōu)勢。在CT成像中，GGO通常分為純磨玻璃不透明度(pGGO)和混合磨玻璃不透明度(mGGO)。pGGO值定義為無實體成分的肺局灶性密度增高，mGGO定義為有實體成分的肺局灶性密度增高。固體成分在肺窗中表現(xiàn)為高密度陰影(除了肺血管)，而沒有蔓延到肺血管或肺實質(zhì)。最近的幾項研究表明，直徑是評估pGGO是否具有侵襲性的關(guān)鍵因素[16]。另一方面，須民欣等[17]證明了CT值對于鑒別肺磨玻璃結(jié)節(jié)的性質(zhì)具有一定的參考價值。然而，上述所有的研究都集中在GGOs的形態(tài)特征上。使用傳統(tǒng)的CT表現(xiàn)來區(qū)分癌前病變與侵襲性病變是非常困難的。且常規(guī)CT增強不能準確量化磨玻璃結(jié)節(jié)，因此更無法區(qū)分磨玻璃結(jié)節(jié)分型。正電子發(fā)射斷層掃描使用標準化攝取值評估GGO的假陰性率高，而灌注CT雖可進行，但對輻射劑量要求較高，這極大地限制了其臨床應(yīng)用。而能譜CT成像或許是一種更有前途的成像方法，能譜CT所帶的后處理軟件可以使用材料分解方法將碘與其他材料區(qū)分開來。借助該軟件，增強DECT提供了碘增強圖像，可以計算病變的碘濃度(IC)，這有望實現(xiàn)對病變增強的更準確評估，并有助于診斷[18]。Kawai等人用不同鈣和碘濃度的人工GGOs進行了一項模擬研究，作為第二步，將能譜CT技術(shù)應(yīng)用于臨床病例。他們在小型臨床研究隊列中發(fā)現(xiàn)24例患者使用能譜CT對比劑圖像顯示，22例腺癌可見對比劑增強，但單一肺出血或炎性包塊不可見。因此得出結(jié)論，使用能譜CT技術(shù)可以提高良性和惡性GGOs的鑒別。能譜CT最重要的應(yīng)用之一是利用肺結(jié)節(jié)中的碘/水物質(zhì)分解來定量確定血流，有學(xué)者利用雙能譜CT和材料分解分析定量測定GGO中的水濃度和碘濃度，得出此方法可以提示GGO病變的血液供應(yīng)，從而進一步評價肺部GGO病變的血供狀況，為肺癌的診斷和預(yù)后提供更準確的依據(jù)[19]。對于有癌前病變(即AAHs和AISs)的患者，由于其生長非常緩慢，故建議CT隨訪。如需手術(shù)，一般方式為肺葉切除，且5年生存率為100%。而微腺癌(MIA)和侵襲性腺癌(IA)的5年生存率均低于癌前病變患者，且侵襲性腺癌(IA)更低，手術(shù)方式為肺葉切除加淋巴結(jié)清掃。因此，區(qū)分IPAs和侵襲前病變對于正確處理是很重要的。有學(xué)者利用能譜CT進一步量化浸潤性腺癌在表現(xiàn)為磨玻璃結(jié)節(jié)中的鑒別點，即在pGGO中，標準化NIC值>0.29的病變可以作為IPAs與侵襲前病變的一個非常重要的鑒別點，而且使用增強的雙源能譜CT結(jié)合三維平面測量可以準確可靠地將IPAs與侵襲前病變區(qū)分開來[20]。Ji等人通過結(jié)合虛擬平掃和碘增強成像，得出虛擬平掃成像的質(zhì)量和碘增強成像的均勻性是侵襲性腺癌的獨立預(yù)測因子，且在鑒別侵襲性腺癌與AIS或MIA時，使用碘增強成像指標的定量分析對能譜CT單獨生成的虛擬平掃成像而言具有附加價值[21]。

3 結(jié)論

據(jù)以往有關(guān)肺結(jié)節(jié)的能譜報道，對于肺結(jié)節(jié)的研究點通常集中于良惡性鑒別、鱗癌與腺癌的比較、不同TNM分級間結(jié)節(jié)的區(qū)別以及浸潤程度之間的差異，而鮮有文章單獨對實性結(jié)節(jié)或磨玻璃結(jié)節(jié)進行研究。常規(guī)CT已經(jīng)證明不同密度成分結(jié)節(jié)良惡性程度具有差異，而我們更應(yīng)利用能譜CT多定量參數(shù)的特點，將結(jié)節(jié)按密度成分分類研究，或許相關(guān)參數(shù)的可靠性及準確率會更高，更有助于指導(dǎo)臨床。