雙能量CT在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

竺夢霞，麥筱莉,2，朱斌,2

(1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬鼓樓臨床醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京 210008；2.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京 210008)

前列腺癌(prostate cancer，PCa)是男性泌尿生殖系統(tǒng)中最常見的腫瘤，據(jù)2021年數(shù)據(jù)顯示，PCa已成為全球男性腫瘤特異性死亡的第二常見原因，僅次于肺癌[1]。近年來，隨著人口老齡化的加劇、人們對健康重視程度的提高以及前列腺特異性抗原(prostate specific antigen)篩查的推廣，我國PCa的發(fā)現(xiàn)率逐年升高。在晚期PCa患者中，骨骼是最常見的轉(zhuǎn)移部位，幾乎所有死于PCa的患者都有轉(zhuǎn)移性骨疾病[2]。骨轉(zhuǎn)移患者會產(chǎn)生一系列的骨骼相關(guān)癥狀，如骨痛、病理性骨折、腫塊壓迫和高鈣血癥等，增加了患者的痛苦，降低了患者的生活質(zhì)量。一旦發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，患者即失去了手術(shù)的機(jī)會，只能進(jìn)行激素和(或)化療以及非類固醇抗鎮(zhèn)痛藥、阿片類藥物、雙酚類藥物和放療保守姑息治療[3]。

PCa骨轉(zhuǎn)移主要為成骨性轉(zhuǎn)移，全身骨顯像(bone scan，BS)仍然是檢測成骨性骨轉(zhuǎn)移病灶的主要手段。雖然骨掃描的診斷敏感性高[4-5]，但因良性病變對示蹤劑的非特異性攝取易導(dǎo)致假陽性率升高。BS對轉(zhuǎn)移灶的檢測主要是通過99m锝-亞甲基二磷酸鹽放射性核素示蹤劑進(jìn)行顯像，顯像劑在骨骼中均勻、對稱性異常濃聚或廣泛多發(fā)異常濃聚伴腎和軟組織攝取降低(也稱為“超級骨顯像”)是惡性腫瘤廣泛轉(zhuǎn)移的跡象[3]。因BS對骨組織細(xì)微結(jié)構(gòu)變化顯示不如X線精細(xì)準(zhǔn)確，濃聚程度只能通過肉眼辨別，當(dāng)發(fā)生全身多發(fā)骨轉(zhuǎn)移時，不能精準(zhǔn)確定病灶數(shù)量和攝取變化，即不能進(jìn)行定量分析，對于病灶的轉(zhuǎn)歸判斷具有主觀性。計算機(jī)斷層掃描(computed tomography，CT)能更好地檢測出骨性病變，更準(zhǔn)確地顯示骨破壞和成骨性改變，但對單發(fā)、體積較小的成骨性轉(zhuǎn)移與骨島難以鑒別，另一方面對于轉(zhuǎn)移性骨腫瘤的活性以及治療后的療效評估能力較差，目前只能通過腫瘤數(shù)量、體積和密度的變化來評估療效，具有滯后性及不確定性。磁共振成像(MRI)則能更清楚地顯示骨髓受累的情況，但其相對昂貴且費時，體內(nèi)安裝有人工心臟起搏器、胰島素泵或人工耳蝸植入者禁止進(jìn)行MRI檢查[6]。從現(xiàn)有的資料來看，MRI對PCa骨轉(zhuǎn)移的研究并不多，且研究病例樣本量不夠大，需要有更大的單中心或多中心研究驗證其骨轉(zhuǎn)移診斷的效能。

雙能量CT(dual energy CT，DECT)的發(fā)展為骨轉(zhuǎn)移性病變的發(fā)現(xiàn)及評價提供了新的思路及技術(shù)支持。DECT也被稱為光譜或多能量CT，經(jīng)過后處理分析可提供多種參數(shù)圖像信息，能夠進(jìn)行更精確的物質(zhì)分析。本文作者從PCa骨轉(zhuǎn)移機(jī)制及多參數(shù)CT能譜成像兩方面綜述DECT在PCa骨轉(zhuǎn)移應(yīng)用中的進(jìn)展。

1 PCa骨轉(zhuǎn)移機(jī)制

PCa骨轉(zhuǎn)移在影像上主要表現(xiàn)為骨密度增高，為前列腺腫瘤細(xì)胞、成骨性細(xì)胞和溶骨性細(xì)胞相互作用的結(jié)果。PCa細(xì)胞可調(diào)控血供從而逃脫免疫系統(tǒng)的監(jiān)控，使得癌細(xì)胞優(yōu)先“歸巢”于富血供區(qū)域[7]，癌細(xì)胞分泌的骨形成蛋白4(bone morphogenetic protein 4)、轉(zhuǎn)移生長因子(transforming growth factor,TGF)-β和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等可以將腫瘤相關(guān)的內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為骨髓中的成骨細(xì)胞[8-9]，這種內(nèi)皮細(xì)胞到成骨細(xì)胞的轉(zhuǎn)化是PCa骨轉(zhuǎn)移成骨病變形成的一個潛在機(jī)制。同時，腫瘤細(xì)胞在骨骼中的生長是腫瘤細(xì)胞對骨穩(wěn)態(tài)干擾的結(jié)果，PCa細(xì)胞外泌體中miR-141-3p和miR-940等已被證明可破壞腫瘤細(xì)胞在成骨細(xì)胞骨形成和破骨細(xì)胞骨吸收之間的微環(huán)境[10]，為轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞的生長和繁殖提供條件。成骨細(xì)胞可分泌TGF、VEGF和胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor,IGF)等促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[9]，最終各種細(xì)胞及物質(zhì)間相互作用形成骨質(zhì)破壞“惡性循環(huán)”，促進(jìn)骨轉(zhuǎn)移瘤的生成。

2 多參數(shù)成像

2.1 單能量圖像和能譜曲線

DECT掃描過程中利用旋轉(zhuǎn)過程中高、低管電壓的能量瞬間切換同時產(chǎn)生2個X射線能譜，生成一組能量在40～200 keV之間的虛擬單色圖像(virtual monoenergetic images，VMI)。Kalisz等[11]研究首次證明，DECT在40～200 keV的能量水平上所獲得的VMI相對常規(guī)CT具有較好的信噪比(signal to noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)。研究顯示不同組織在不同能量下的圖像質(zhì)量不同，低能VMI有助于增強(qiáng)血管與周圍組織的對比度，提高病變的顯著性；高能水平的VMI有助于減少鈣化和金屬等偽影，同時使處于最佳SNR的單能量圖像無硬化偽影，因此選擇相對平衡的SNR和CNR單能量圖像才能更好地顯示靶點，如血管增強(qiáng)和整體圖像質(zhì)量在70 keV 時顯著升高，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的圖像[12]。因此為提高骨轉(zhuǎn)移瘤的檢測敏感性及特異性，選擇最佳單能量優(yōu)化圖像至關(guān)重要。

能譜曲線是物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的衰減(即CT值)隨X線能量變化的曲線，是能反映不同病變和人體組織的特征性曲線。理論上繪制原發(fā)病灶及骨轉(zhuǎn)移灶的感興趣區(qū)(region of interest，ROI)的能譜曲線，如兩條曲線能夠重疊或具有相同的斜率，則說明兩者具有同源性，可用于骨轉(zhuǎn)移瘤的同源性分析、診斷及鑒別診斷。繼Dong等[13]利用虛擬單色能譜圖像和繪制ROI能譜曲線成功鑒別94例肺癌患者的骨島和成骨性轉(zhuǎn)移灶之后，田曉娟[14]對48例惡性腫瘤(4例前列腺癌)患者椎體成骨性轉(zhuǎn)移進(jìn)行回顧性研究，計算40～140 keV 單能量圖像(間隔10 keV)的SNR和CNR。結(jié)果顯示在選擇60 keV時圖像的SNR、CNR高于常規(guī)CT，且是單能量圖像中最高者，為顯示椎體成骨性骨轉(zhuǎn)移瘤的最佳單能量水平，表明不同單能量圖像質(zhì)量不同，要提高轉(zhuǎn)移病灶的診斷率，需選擇最佳虛擬單能量圖。與此同時，該研究團(tuán)隊以BS作為金標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)DECT骨髓成像與BS對椎體成骨性骨轉(zhuǎn)移瘤的診斷效能無統(tǒng)計學(xué)差異，且兩者的敏感性均優(yōu)于常規(guī)CT。

2.2 碘基圖

DECT可以根據(jù)物質(zhì)在高、低能量下衰減效應(yīng)的不同，實現(xiàn)增強(qiáng)后從兩種不同材料的兩個離散X射線光譜中獲取兩個圖像數(shù)據(jù)集，從而獲得碘基物質(zhì)圖。在腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移過程中，高度依賴微血管的生成和持續(xù)供血，腫瘤血管生成過程中可能由于各種因素導(dǎo)致其功能不全，血管通透性增高，在增強(qiáng)掃描中對比劑通過功能不全的腫瘤血管滲透入腫瘤組織而使其強(qiáng)化。CT增強(qiáng)掃描常用碘對比劑，DECT的掃描模式可以提供準(zhǔn)確的物質(zhì)分解(material decomposition，MD)圖像，將碘作為基物質(zhì)可以測量出定量碘濃度(iodine concentration，IC)值。Tang等[15]在模擬實驗中證明能譜CT碘基圖測量得到的IC值與實際IC值具有一致性，因此病灶碘基圖的定量IC值反映了組織中碘的真實沉積情況，間接反映出病灶局部血供狀況。DECT這一優(yōu)勢，使其可以用于與腫瘤供血相關(guān)疾病的診斷及療效評價。

PCa發(fā)生骨轉(zhuǎn)移后增強(qiáng)掃描轉(zhuǎn)移灶可有碘攝取，但因為在傳統(tǒng)增強(qiáng)CT檢查時骨和碘都顯示為高密度，難以區(qū)別，我們可利用DECT將骨與碘分離后繪制骨-碘圖以檢測骨轉(zhuǎn)移灶并進(jìn)行進(jìn)一步分析。Lee等[16]對54例骨轉(zhuǎn)移(4例前列腺癌)患者利用DECT的骨-碘分離與光譜參數(shù)分割技術(shù)顯示,在成骨細(xì)胞的轉(zhuǎn)移中患者正常皮質(zhì)骨與成骨細(xì)胞的轉(zhuǎn)移病灶分離，實現(xiàn)了骨轉(zhuǎn)移的可視化。不同組織來源的骨轉(zhuǎn)移病灶與其他骨性病變的血管通透性和細(xì)胞活性不同，應(yīng)用DECT碘基圖測定碘含量可鑒別病變組織的生物學(xué)活性。袁軍輝[17]測量碘(水)圖上ROI靜脈期密度增強(qiáng)幅度值(the increase value of venous phase，IVV)(靜脈期密度值-平掃密度值)發(fā)現(xiàn)，乳腺癌成骨性轉(zhuǎn)移瘤IVV碘(水)高于肺癌成骨性轉(zhuǎn)移瘤的IVV碘(水)有助于兩者的鑒別。

2.3 虛擬去鈣技術(shù)和水-羥基磷灰石(hydroxyapatite,HAP)圖像

PCa轉(zhuǎn)移主要是通過血行播散，脊柱是最常見的轉(zhuǎn)移部位。脊柱具有豐富的靜脈系統(tǒng)，脊柱的Batson椎靜脈系統(tǒng)無瓣膜且與胸腔、腹腔及盆腔靜脈有交叉，此處的血流具有流動緩慢、可發(fā)生逆流的特點，在胸腹腔壓力增大或重力的作用下癌栓可輕易經(jīng)過靜脈系統(tǒng)播散至脊柱[18]，癌栓到達(dá)此處后可能因為彌漫性炎癥作用、毛細(xì)血管滲透增大或破損血管引流等各種機(jī)制對骨髓進(jìn)行破壞，從而出現(xiàn)“骨髓水腫”的現(xiàn)象。大多數(shù)DECT選擇虛擬去鈣骨髓成像技術(shù)(virtual noncalcium subtraction,VNCa)來評價骨髓水腫，骨髓中主要成分包括骨組織、黃骨髓和紅骨髓，通過物質(zhì)分離的方法將骨組織中的鈣有效去除，可以更好地顯示骨髓水腫，常用于檢測多發(fā)性骨髓瘤、骨創(chuàng)傷及炎癥性骨關(guān)節(jié)病等疾病[6,19-21]骨髓水密度的變化，以明確病灶對骨質(zhì)破壞的程度。有研究人員[16]在VNCa上對正常及病變轉(zhuǎn)移椎體骨髓密度進(jìn)行測量，顯示正常椎體的骨髓CT 值明顯高于病變椎體轉(zhuǎn)移灶的骨髓CT值，證明虛擬去鈣技術(shù)有助于提高椎體成骨性骨轉(zhuǎn)移瘤的診斷及檢測，可用于評價椎體成骨性骨轉(zhuǎn)移瘤。有學(xué)者進(jìn)一步研究鈣抑制指數(shù)對骨病變的影響，不同的鈣抑制率去鈣的程度不同，顯示骨髓水腫的對比度也不同。Abdullayev等[22]采用低(25級)、中(50級)、高(90級)鈣抑制指數(shù)對21位患者的336個椎體進(jìn)行圖像重建，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)CT和中、高VNCa相比，低水平VNCa顯示正常骨和轉(zhuǎn)移骨的CT值重疊度最小，獲得的圖像能更好地鑒別正常骨和轉(zhuǎn)移骨。將VNCa圖像以彩色編碼疊加圖與加權(quán)平均CT圖像合并顯示，對彩色編碼圖像進(jìn)行視覺分析，不僅提升了病灶的可視性，也顯著提高了病灶檢測的敏感性。Issa等[23]對18例骨轉(zhuǎn)移患者(8例前列腺癌)的227個病灶繪制骨髓水腫彩色編碼圖，顯示彩色編碼圖能提高骨轉(zhuǎn)移檢測的敏感性和特異性，或許可以作為常規(guī)CT的補(bǔ)充。

近年來，Son等[6]研究證明DECT水-HAP技術(shù)對非外傷性髖關(guān)節(jié)疼痛患者骨髓水腫有良好的診斷效果，為顯示骨轉(zhuǎn)移瘤骨髓水腫的可行性提供了支持。兩種不同管電壓的X射線DECT進(jìn)行后處理后可獲得水-HAP圖像，重建出骨轉(zhuǎn)移灶內(nèi)水密度的信息。人體骨骼大致由50%的有機(jī)物(蛋白質(zhì))和50%的鈣(HAP)組成，所以選擇水和HAP進(jìn)行雙物質(zhì)DECT分解具有可行性。Ishiwata等[24]回顧性分析83例PCa患者(骨轉(zhuǎn)移31例)，結(jié)果DECT水-HAP圖像對診斷骨轉(zhuǎn)移的敏感性為100%，傳統(tǒng)CT為86.1%，特異性分別為99.0%和83.4%，表明DECT水-HAP圖像可以提高骨轉(zhuǎn)移瘤的診斷效能。但DECT水-HAP圖像在檢測骨轉(zhuǎn)移瘤上的報道目前還較少，有待進(jìn)一步的研究。

3 局限性與小結(jié)

以上介紹的多種DECT分析法還有許多局限和不足:(1)以上所有研究的樣本數(shù)量均較少，仍需要大樣本研究來證明結(jié)果的真實性和有效性。(2)研究局限于對骨轉(zhuǎn)移灶的診斷和鑒別診斷，還沒有對骨轉(zhuǎn)移灶的療效分析相關(guān)文章。(3)技術(shù)不夠成熟，DECT是近年來新發(fā)展的影像技術(shù)，其在參數(shù)統(tǒng)一等方面還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，PCa發(fā)病率逐年升高，晚期PCa容易遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，以骨轉(zhuǎn)移最為常見，盡早地預(yù)測和診斷出骨轉(zhuǎn)移，從而采取相應(yīng)治療措施以改善PCa患者的生活質(zhì)量及總生存率是至關(guān)重要的。DECT多參數(shù)后處理方法在PCa成骨性轉(zhuǎn)移定性及定量分析方面具有良好的應(yīng)用價值，單能量成像、能譜曲線及碘基圖能較好地診斷及鑒別轉(zhuǎn)移灶，VNCa和水-HAP圖像有利于對骨髓水腫程度的判斷。隨著科技的發(fā)展，DECT安全、高效、無創(chuàng)及相對價廉的優(yōu)勢將在PCa骨轉(zhuǎn)移中的應(yīng)用有更好的前景。