王曉霜 呂 藝 韓 芳 金瑩瑩 張家文

能譜CT通過單源瞬時kVp切換技術、序列掃描成像技術、雙層探測器技術、雙球管雙能量成像技術或光子計數(shù)技術，利用不同物質(zhì)有不同的X射線能量吸收特點，提供比常規(guī)CT更多的影像信息。相比于傳統(tǒng)CT，其主要有以下特點及應用：①通過單能量成像消除硬化偽影，并可獲得不同組織隨X射線能量變化產(chǎn)生的衰減特性；②進行物質(zhì)分離，從而獲得配對的兩組基物質(zhì)密度圖；③繪制能譜曲線，推斷組織結構和病理類型；④判定原子序數(shù)，對病灶或組織結構的真實成分進行較準確分析；⑤利用K邊緣成像，降低對比劑或輻射劑量；⑥借助多能譜特性，提高軟組織對比度。能譜CT目前在腫瘤、心血管、炎癥、結石等諸多方面均有應用，近年來能譜CT發(fā)展迅速，本文重點綜述其在腫瘤中的應用，通過結合近年的研究論文闡述其進展，從腫瘤優(yōu)化顯示、診斷與鑒別診斷、療效評價與隨訪、腫瘤血管生成和影像組學五個方面的應用進行系統(tǒng)性地介紹。

腫瘤優(yōu)化顯示

能譜CT的單能量成像可保證同一能量水平下物質(zhì)的衰減系數(shù)恒定，低能量水平可增強組織對比從而突出顯示病灶，但圖像的噪聲增大；高能量水平可減少硬化偽影從而提高顱后窩等處病灶的檢出率，但組織的對比會減弱。因此需對不同病灶選取最佳keV值，以達到噪聲值最低而與正常組織差異最大的效果。而能譜CT的雙能技術不僅可提供與傳統(tǒng)單能CT圖像質(zhì)量可比的內(nèi)聯(lián)默認圖像（DI），還可進行不同的后處理，其中一種方法就是重建不同的預測低能級(keV)，稱為虛擬單色圖像(VMI)，以增加圖像對比度。Matthias等[1]認為在X射線能量為40keV時，頭頸部腫瘤的血管和腫瘤的劑量標準化對比噪聲比（CNRD）值最高，且雙源雙能CT（DS-DECT）比單源雙能CT（SS-DECT）的圖像質(zhì)量更高，腫瘤及其血管在VMI上顯示更清晰。腎臟病變和肺癌均能在70keV的VMI中能達到靈敏度和特異性之間的最佳平衡。不僅在強化明顯的病變中，Gro?e Hokamp等[2]證明低能量VMI也可增加肝內(nèi)微小或無強化病灶的檢出率，低能量VMI還可用于診斷高度血管化的腹部腫瘤（如肝細胞癌、腎細胞癌和神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤），可提高信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR），在不增加對比劑劑量的條件下提高診斷的準確率；在多相肝CT掃描中，40～55 keV的能譜CT-VMI與120kVp迭代重建的標準方式相比，能譜CT在碘用量為后者標準劑量50%的情況下，具有同等或更好的圖像質(zhì)量和病灶的顯著性。此外，基于原子序數(shù)以及不同物質(zhì)在不同能量照射下有特異的質(zhì)量衰減系數(shù)，通過能譜CT可得到物質(zhì)特異圖像從而定性和定量組織的成分和對比劑的分布，其中碘基圖的價值最大，可增強組織對比、擴大異常組織間的微小差異，從而提高病灶的檢出率。Fabian等[3]研究顯示頭頸部腫瘤的碘吸收量明顯高于正常組織，虛擬單能40keV當量(MonoE40)圖像相比傳統(tǒng)CT圖像更能靈敏地顯示出腫瘤邊界和血供情況。在肝硬化的背景下，能譜CT不僅可更清晰定性顯示肝癌灶，且可根據(jù)碘密度值定量診斷癌變灶，有助于解決肝硬化背景下肝癌灶易漏診的難題。能譜CT對甲狀腺乳頭狀微癌診斷價值亦高于傳統(tǒng)CT，其診斷效能可媲于高頻超聲。

腫瘤診斷與鑒別診斷

不同于MRI、CT灌注和多普勒超聲等傳統(tǒng)顯像技術，能譜CT能夠在傳統(tǒng)顯像的同時獲取更高精度的雙能量數(shù)據(jù)，其VMI和物質(zhì)分離（MD）成像技術可在解剖信息之外提供更多的定量信息，因此在腫瘤的鑒別與診斷中具有巨大優(yōu)勢。

腫瘤的診斷包括判斷原發(fā)部位、分類、分級和分期，病灶定位判斷一般的影像均可較清楚顯示，但需注意原發(fā)瘤與轉移瘤的鑒別。在腫瘤性質(zhì)的判斷中，Liu等[4]研究表明碘濃度（IC）和基于VMI所得的能譜曲線斜率（λHU）可定量診斷C6膠質(zhì)瘤中Ki67陽性細胞百分比，以此判斷膠質(zhì)瘤的增殖和侵犯情況；標準化碘濃度（nIC）值也可能是肺腺癌中表皮生長因子受體變異的潛在定量檢測手段。在腫瘤的分級中，Lin等[5]研究表明nIC值和λHU可區(qū)分高級別和低級別非小細胞肺癌（NSCLC）；此外，IC還可用于中分化和低分化的進展期胃癌以及腎透明細胞癌的高級別和低級別的劃分。腫瘤有無其他部位轉移一直是分期的重要指標，有研究表明，當能譜CT中碘密度圖（IDM）的ID定為4.5 mg/ml時，椎體小梁骨轉移的診斷特異性和敏感性分別為77.5%和90.7%；λHU作為乳腺癌前哨淋巴結轉移和非小細胞肺癌淋巴結轉移的判斷指標時診斷的準確性均可達87.0%；靜脈期IC以及基于雙能CT定量的諾模圖可用于胃癌淋巴結轉移的診斷，后者診斷的準確率可達75.7%； 但亦有研究表明標準化靜脈期IC值與進展期胃癌的淋巴結轉移并無顯著相關性。

病灶的良惡性鑒別診斷一直是臨床醫(yī)師和病人關注的焦點之一，也一直是影像等輔助診斷技術的重難點之一，能譜CT的應用有望解決此難題。Lin等[6]研究發(fā)現(xiàn)，肺部實性病灶的λHU、IC和nIC 在炎性結節(jié)、惡性結節(jié)和結核結節(jié)中的值依次遞減，且差異均有顯著性意義；這些指標同樣可用于腮腺惡性腫瘤與多形性腺瘤和Warthin瘤、胃黏膜惡性病變與炎性病變、肝癌與肝硬化、胃神經(jīng)鞘瘤與胃間質(zhì)瘤的鑒別診斷；碘-水物質(zhì)衰減圖在診斷的敏感性為100%時，對腎局灶性小病灶良惡性鑒別的特異性可達93%，遠高于傳統(tǒng)CT的81%[7]。此外，能譜CT的定量組織分離、定性組織分離、IVM與碘基圖等功能在骨肌系統(tǒng)良惡性病變的鑒別診斷中亦有較高的診斷價值，且可在能譜CT中應用新的對比劑以提高病灶的檢出率，比如在傳統(tǒng)CT造影時難以區(qū)分的骨肉瘤碘放射性濃聚與高密度健康骨組織中，將镥基上轉換發(fā)光材料NaLuF4：Yb/Er作為對比劑成像于能譜CT時，可明顯提高骨肉瘤與正常骨組織的對比從而提高診斷的準確率[8]。

腫瘤的組織來源判斷也是鑒別診斷的重要方式之一，傳統(tǒng)CT利用HU值區(qū)分不同的組織結構，但各組織的HU值存在很大的重疊使其應用價值受到極大限制，而能譜CT特有的定量成像功能為腫瘤同源性分析提供了可能。根據(jù)每種物質(zhì)有其特定的能譜曲線，可得到腫瘤的密度及原子序數(shù)等信息，推斷出能譜CT成像中不同的能譜曲線所代表的結構及病理類型，因此可推斷出腫瘤的特征，而類似的能譜曲線則表明有相同或者相似的結構和病理類型，從而可用于腫瘤的同源性分析，便于異病同影等腫瘤的鑒別，也可用于全身多發(fā)腫瘤的性質(zhì)和來源鑒定。

療效評價與隨訪

腫瘤療效的評價在CT檢查上通常依賴于監(jiān)測腫瘤大小變化和灌注改變情況，但前者靈敏性較差且瘤徑改變具有延遲性，后者空間分辨率不高且低管電壓使圖像質(zhì)量較差，因此反映治療效果有待提高；而能譜CT可重建出物質(zhì)分離圖（如水基圖和碘基圖），以此定量感興趣部位的碘濃度，可用于定量監(jiān)測腫瘤放化療后的改變。Lv等[9]研究認為標準化碘濃度(nIC)的變化與治療后腫瘤直徑、壞死分數(shù)以及微血管密度的變化均有相關性，可用于監(jiān)測VEGF受體激酶抑制劑AG-013736對肝腫瘤的治療效果。通過鈣基圖的定量分析，Ma等[10]監(jiān)測到甲狀旁腺切除術兩年后可使皮質(zhì)骨鈣濃度上升而髓質(zhì)骨鈣丟失。腫瘤放療有效時會有癌灶壞死，通過比較肺癌射頻消融術治療前后腫瘤大小、水含量和碘含量的變化，可監(jiān)測腫瘤形態(tài)和代謝的改變，以此評估腫瘤療效。此外，在可疑腫瘤的隨訪以及腫瘤轉移的監(jiān)測中，能譜CT也因其VMI技術和物質(zhì)分解圖的定量功能而比傳統(tǒng)CT更有價值。Dong等[11]研究表明70keV的VMI可能是檢測和診斷肺癌不明顯成骨細胞轉移的最優(yōu)方法，相比傳統(tǒng)CT和其他能量的VMI有最佳的CNR和最低的圖像噪聲。

能譜CT在腫瘤血管生成中的研究

能譜CT的物質(zhì)分離技術是一種可定量測量碘濃度（IC）和水含量（WC）的新方法，去除了傳統(tǒng)CT中射線硬化效應的影響，極大提升了測量的準確性。而碘是一種進行血管顯像的對比劑，故可通過測量碘的含量以確定局部血流量，判斷血供狀態(tài)，推測腫瘤血管生成，從而進行腫瘤惡性程度和預后評估。Liu等[12]用碘/水物質(zhì)分離圖評估肺部磨玻璃結節(jié)（GGO）的血供狀態(tài)，并比較不同類型GGO血供水平的差異，結果顯示GGO的的IC和WC均大于正常組織，即GGO的血供增加，且純GGO和混合性GGO的標準化碘濃度（nIC）和WC值的差異有顯著性、WC值隨肺腺癌的侵襲程度增加而增加，從而說明碘濃度及水含量在GGO的診斷和惡性程度的評估中均有重要意義。Chen等[13]研究亦表明，門脈期標準化碘濃度（nICvp）值與進展期胃癌血管生成的密度呈正線性相關，可作為判斷腫瘤新生血管的非侵入式標記物，且nICvp值隨著進展期胃癌的分化程度增加而降低。此外，在非小細胞肺癌（NSCLC）和C6膠質(zhì)瘤中，IC值也與血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的表達水平成正相關。

能譜CT與影像組學

能譜CT在兩種不同能量下獲得掃描數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)的單能CT在組織特征定量和后處理方面更有優(yōu)勢。紋理分析多用于分析傳統(tǒng)CT、MRI和PET所成的圖像，而能譜CT可定量不同組織的能量依賴性吸收改變，這些豐富的定量數(shù)據(jù)在紋理分析應該具有更大的應用潛能。Al Ajmi等[14]通過能譜曲線獲得多能量紋理特征，并利用機器學習對兩種最常見的腮腺良性腫瘤進行組織學分類，隨后將多能量紋理特征納入上述預測模型，運用隨機森林法并編寫特定計算機程序以建立最準確的預測模型，最終證明多能量紋理分析比傳統(tǒng)CT的單能量紋理分析具有更好的診斷效能。用紋理分析提取附加的診斷信息正受到關注，但結合能譜CT的定量信息與計算機學習的方法以提高診斷準確率研究較少，相信隨著多能量紋理分析技術的完善，腫瘤良惡性鑒別的檢查方法有望從有創(chuàng)的病理活檢轉為無創(chuàng)的基于人工智能深度學習的多能量紋理分析。

能譜CT已成為當前研究的熱點，其有別于傳統(tǒng)CT成像的強大的定量功能成像為腫瘤的影像診斷帶來新的方向，當然，尚有更多的定量數(shù)據(jù)仍有待進一步探索和應用。此外，由于大數(shù)據(jù)時代推動著影像組學的快速發(fā)展，如何將能譜CT的定量和定性信息與影像組學有機結合也是一個極具潛力的研究方向。通過對能譜CT的進一步深入研究，有望對其數(shù)據(jù)和功能充分挖掘，為臨床帶來更多有價值的信息和應用。