能譜CT成像技術及其在原發(fā)性肝癌中的應用新進展

葉蘭靜，吳英寧

(1.右江民族醫(yī)學院附屬醫(yī)院放射科，廣西百色 533000；2.右江民族醫(yī)學院研究生學院，廣西百色 533000)

原發(fā)性肝癌(primary hepatic carcinoma，PHC)，又簡稱肝癌，是發(fā)生在肝臟最常見的惡性腫瘤之一，我國是肝癌負擔最重的國家之一，患病數約占全球人數近一半[1]。其病理分型分為肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)、肝內膽管癌(intrahepatic cholangiocarcinoma，ICC)和混合型肝細胞癌-膽管癌(combined hepatocellular cholangiocarcinoma，cHCC-CCA)三種。肝癌的治療一般分為外科手術類及非手術類，后者常使用的是經皮肝動脈化療栓塞術。由于早期的肝癌臨床癥狀不明顯，等到患者來院檢查時多已經處于中晚期，因此對肝癌的診斷時間越早，對于治療方案的制定、患者的生存預后越有很高的價值。如今肝癌的影像確診以常規(guī)計算機斷層成像(computer tomography，CT)及磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)為主，當在動態(tài)增強影像上病灶表現(xiàn)出典型的“快進快出”征象時，對肝癌的診斷明確，但是對于一些不典型強化的小肝癌來說，此時的常規(guī)影像易漏診，甚至與肝臟其他腫瘤鑒別困難[2]。隨著近年CT技術的發(fā)展，能譜CT(Spectral energy CT)以一種提供多種參數成像定量定性結合分析的診斷方式，例如單能量圖、物質分離基圖、有效原子序數、能譜曲線等，不僅為臨床醫(yī)生提供病變在常規(guī)影像上所見的解剖結構，還提供其肉眼所不能見的內部成分信息?，F(xiàn)今能譜CT在腹部的臨床應用日漸成熟、較為廣泛?，F(xiàn)就能譜CT成像技術在原發(fā)性肝癌的應用新進展進行闡述。

1 能譜CT成像原理及各項參數

隨著CT技術的不斷發(fā)展，從以往的頭顱CT、單螺旋CT等到現(xiàn)在多排螺旋CT、全身CT技術，能譜CT則是近幾年較為熱門的一項新技術，目前在臨床上較多運用的主要以雙X線球管為中心的雙源CT和本文闡述的單球管為中心的能譜CT。后者能在0.5 s內進行高低能量(40～140 kev)的切換模式掃描，在縮短檢查時間的同時采集到同源、同時及同向的數據，最終可以產生101組單能量圖像，為臨床醫(yī)生后期進行圖像分析處理提供多種信息。這一成像技術是由GE公司在十三年前所推出，而此項技術中使用的硬件材料和迭代算數重建法相比于傳統(tǒng)CT來說較大提高了圖像清晰度及空間分辨率，患者在檢查時所受到輻射劑量也減低，同時能減少CT掃描里不能避免的偽影，提高病灶與周圍組織的對比度[3-4]。能譜CT最大的優(yōu)勢是其不僅能觀察病變的形態(tài)、大小及影像表現(xiàn)，還擁有特有的多參數成像方式，這些參數如單能量圖像、能譜曲線、物質分離基圖、有效原子序數等技術能將疾病定量化展現(xiàn)在人們面前。

1.1 單能量成像和能譜曲線單能量成像是當某一水平能量X線穿過物質后衰減所產生的圖像，其衰減的程度和物質自身密度相關。相比于傳統(tǒng)CT的混合能量，由于能譜CT有101組單能量圖像，臨床上便能根據自身需求運用能譜CT選擇出某一能量水平的最佳圖像進行分析，這類圖像的噪聲低，即病灶與周圍組織的對比度增高，更有利于小病灶的診斷，特別是在傳統(tǒng)影像上難以用肉眼直接分辨出的病變。由于不同物質對X射線的吸收衰減不同，隨著X射線能量的變化而變化所形成的曲線稱為能譜曲線，能譜曲線反映了物質的能量衰減特性，其在判定物質成分同源性應用價值高，特別是對轉移淋巴結的來源判斷上應用較多。

1.2 去偽影硬化束傳統(tǒng)CT掃描檢查的圖像因易受硬化效應、電子饑餓效應等因素對骨關節(jié)金屬植入物術和顱內動脈瘤栓塞術后的評估都較為欠佳，能譜CT的去金屬偽影技術能很大改善這一不足，在相關研究里發(fā)現(xiàn)這項技術在前者對植入物周圍的軟組織結構如肌肉和肌間隙的清晰度有很大提高，并且在高能量區(qū)間偽影相對減小較多，甚至還發(fā)現(xiàn)在110 kev水平的去偽影技術能使圖像質量評分高于傳統(tǒng)CT的混合能量，在后者則發(fā)現(xiàn)在60～65 kev的低能量水平段對顱內血管結構顯示較好，同時偽影減少[5-7]。

1.3 物質分離基圖任意兩種基本物質的X線吸收系數能決定任何物質的吸收系數，反之，這個物質對于X射線的衰減改變在一定程度上可等于兩種基物質的密度。對于基物質的選擇是沒有局限性的，在臨床上常常使用的有碘水基圖、水碘基圖及鈣脂基圖等，主要還是碘水圖，這是因為影像上增強掃描所用的對比劑是以碘元素為主要成分，在能譜CT動態(tài)增強各期通過測定碘的含量，可以間接反映所圈畫的病灶或者器官組織內部的血流豐富缺乏情況，這一原理已經廣泛應用于臨床腫瘤疾病的診斷，如對肝臟良、惡性疾病的鑒別、傳統(tǒng)CT難以診斷的小肝癌、強化方式不典型的肝癌或血管瘤、肝癌經放療或化療后的療效評估等[8-11]。

1.4 有效原子序數如果某一元素對X射線的衰減系數約與某化合物質的衰減系數相同，那么該物質的原子序數是這一元素的原子序數。在臨床上這一參數常用于結石成分的分析，有研究表明能譜CT分析草酸鈣、尿酸、胱氨酸、磷酸鎂胺四類成分結石和體外光譜分析法沒有差異，能較準確地分析出這四種純成分的結石，同時也有人將原子序數和直方圖像相互結合能準確區(qū)分出尿酸和非尿酸類的結石[12-13]。

2 能譜CT成像在原發(fā)性肝癌的臨床應用

2.1 肝癌的檢出大部分原發(fā)性肝癌在影像學動態(tài)增強上因典型的強化方式而較易診斷，但對于臨床癥狀不突出的早期小肝癌或者乏血供肝癌而言，因為強化方式不顯著則容易漏診，能譜CT在這一診斷上較傳統(tǒng)影像有著高敏感、特異性。在YOO等人[14]研究里受到相同輻射劑量時，應用能譜CT在40 kev能量水平顯示出更高的HCC對比度噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)，即生成的圖像的質量更好，病灶顯示更清晰，對HCC的檢出更有利。另外YOON等人[15]的研究發(fā)現(xiàn)能量處于50 kev時顯示HCC的CNR最佳。與前兩者結果相反的研究中[16]發(fā)現(xiàn)能量值與圖像主觀質量評分之間呈正比，即隨著能量的增加，病灶顯示更清晰，同時研究得到在能量處于140 kev水平時，圖像的主觀質量最高，意味著病灶與周圍肝實質間的對比度有所提高，同時圖像噪聲被降低，能有效提高肝臟病變的檢出，這對于早期小肝癌及時檢出有著較大應用價值。王朝軍等[17]研究發(fā)現(xiàn)相對于傳統(tǒng)CT影像，能譜CT的單能量參數檢出小肝癌準確率較高，其中在動脈期(arterial phase，AP)及門靜脈期(portal vein phase，PVP)增強兩期的對比度信噪比以及圖像質量評分上，能譜CT比傳統(tǒng)CT有較大的優(yōu)勢。而在鄭應心等[18]研究中兩類掃描方式得出的圖像質量、CNR值上無統(tǒng)計學意義，但應用能譜方式掃描的輻射劑量明顯低于常規(guī)CT方式掃描，表明當擁有相同診斷需求的圖像時，為了減少輻射劑量對患者的影響，可以選擇能譜CT成像方式。對于肝癌病灶診斷的敏感性，多個研究均表明能譜CT成像的優(yōu)勢，在ANZIDEI等人[19]研究中發(fā)現(xiàn)處于80 kev水平時對HCC的診斷更敏感。ALTENBERND等人[20]研究表明低能量圖像在檢測HCC病變方面更敏感，這一點和李衛(wèi)俠等[21]的研究結論相似，后者得出處于AP的50 kev水平的CT值對肝血管瘤(hepatic hemangioma，HH)和HCC鑒別有較高的敏感性、特異性，HH低于HCC。在XU等人[22]研究中得到HCC和局灶性結節(jié)增生(focal nodular hyperplasia，F(xiàn)NH)的CNR與能量增加呈反比，即隨著能量增大，圖像質量越差，病灶和周圍肝實質對比度減低，肉眼分辨較困難；并且該研究得出在40～70 kev水平時對兩者的檢出率更高。也有人得出在55～75 kev范圍的值對兩者更敏感[23]。對比能譜CT和MRI對肝癌成像上，PFEIFFER等人[24]的研究結果則是能譜CT的單能量圖像在HCC圖像質量改善上有著較大的提升，從而病灶的檢出率較高。

2.2 肝癌的鑒別診斷在肝癌和肝臟常見病變的鑒別研究中，通過測量基物質圖的參數值進行不同比較這一主題如今也是較為熱門，有研究得出處于PVP的碘濃度(iodine concentration，IC)、病灶與周圍肝實質碘濃度比值(lesion to normal ratio，LNR)、能譜曲線斜率這些參數值上富血供肝轉移瘤(hypervascular hepatic metastasis，HM)均高于HCC[25]。這一點和楊傳紅等[26]研究結果相反，該研究中發(fā)現(xiàn)處于PVP的三個能量下HCC的IC比HM高。這一點可能與HCC也有一定程度門靜脈供血，而轉移瘤多無肝硬化背景，門靜脈未見供血改變有關。有研究[9]表明在40～140 kev范圍的HH、HCC、FNH的CT值都隨著能量增加而下降，并且HH的平均值最低，F(xiàn)NH則是三者中最高，這表明不同能量水平對于鑒別不同肝臟病變有較高價值。另外AP的碘攝取率(iodine uptake ratio，IUR)在HCC與FNH的鑒別中具有更好的性能，IUR為病灶和周圍肝實質碘濃度比值。FNH是由正常肝細胞異常排列形成的良性病變，不伴有肝硬化，除中心瘢痕以外呈富血供均勻強化改變，HCC則以肝動脈供血為主，且多伴有肝硬化背景，兩者的IUR對比顯著；碘濃度比(iodine concentration ratio，ICR)在區(qū)分HCC與HH較好，考慮HCC增強以“快進快出”方式強化，HH呈“快進慢出”強化方式，兩者碘濃度差值較顯著。在彭誠初等[10]研究中能量處于70 kev時對PHC和HH的鑒別診斷效果最好。也有相關研究得出FNH在AP、PVP中參數值均比肝癌高。同樣在張晨彩等[27]的研究中得到處于某一低能量范圍時HH的CT值低于肝癌，反之能量處于較高水平時則肝癌CT值低于HH，同時觀察得出兩者能譜曲線均呈下降趨勢。在LAROIA等人[28]研究里用能譜CT碘基圖參數來區(qū)分肝硬化背景下肝臟結節(jié)的良惡性以及潛在惡性，并將所得結果與病理相對比，最終證明結節(jié)處于AP的標準化碘濃度(normalize iodine concentration，NIC)、碘濃度差值(iodine concentration difference，ICD)的統(tǒng)計學差異能夠將病理證實的 HCC 或潛在惡性結節(jié)與再生結節(jié)區(qū)分開。少數學者[29]研究HCC和肝神經內分泌腫瘤之間的鑒別，通過研究發(fā)現(xiàn)標準碘攝取(normal iodine uptake，NIU)是區(qū)別兩者的最佳參數。

2.3 肝癌預后相關因素評估小肝癌早期手術切除后病灶仍容易復發(fā)，微血管侵及是引起此現(xiàn)象的一個重要的因素，確診微血管侵及情況主要依靠術后病理。能譜CT技術在預測肝癌微血管侵犯方面有研究[30]發(fā)現(xiàn)血管未侵犯組在AP的參數值均低于侵犯組，且AP的IC及曲線斜率對于二者的鑒別效能最好，測量碘濃度可間接反映腫瘤血流微循環(huán)情況，而肝癌微循環(huán)變化和肝癌血管侵及有關，當肝癌內見微血管侵及時，其血管內皮細胞因子表達異常，致使新生微血管異常增生，血管通透性增加，碘含量相應增加，這一結論與一些文獻結果相一致[31-32]，且在前者文獻研究里新增了有效原子序數參數；在YANG等人[33]研究里研究人員得出當選擇0.188作為NIC閾值時對區(qū)別血管是否有侵及效能最大，這一值與李迪等人[30]研究得出的值(0.2)相近。淋巴結轉移是另一影響肝癌預后的重要因素，為了更好區(qū)分轉移性和非轉移性淋巴結，在ZENG等人[34]研究中將經能譜CT模式掃描的淋巴結的可量化參數和病理結果相比較，得出在PVP中的IC、NIC診斷效率是最好的，其敏感度和特異度均高。

2.4 肝癌TACE術后療效監(jiān)測目前肝癌主要以外科手術切除為主，但是對于處于中晚期及不符合手術切除指征的病灶則經皮肝動脈化療栓塞術(transcatheter arterial chemoembolization，TACE)作為首選方法，但因腫瘤血管再生等因素，術后復發(fā)、轉移率較高，對肝癌術后療效、預后的監(jiān)測便成為關注的重點，DSA是診斷的金標準，但DSA是一項有創(chuàng)檢查，因此暫時不能成為首要選擇；能譜CT作為無創(chuàng)的一項技術，對于術后監(jiān)測不論是靈敏性還是特異度均高于傳統(tǒng)CT掃描[35]；在另一研究中[36]將能譜CT技術和MRI相對比，得出其對TACE術后的殘余病灶、復發(fā)病灶的檢出靈敏度高于MRI，漏診低于MRI。而在訾學榮等[37]研究中將兩者成像方式聯(lián)合檢測得出以能譜成像和DWI功能成像結合對TACE術后效果預后檢測比單獨應用較好。另外有研究[11]得出PVP的NIC在區(qū)分腫瘤活力區(qū)和相鄰正常肝實質背景方面效率較低，能譜單能量CT值和AP的NIC在區(qū)別腫瘤壞死區(qū)及活動區(qū)有很高的性能，可有效評估TACE術后的腫瘤活力。

3 小結與展望

能譜CT作為一項無創(chuàng)的新技術，其在腹部疾病的應用上較為廣泛，除了像傳統(tǒng)CT掃描技術能觀察人體各個部位的解剖結構以外，其特有的多參數成像方式還能分析肉眼無法分辨的病理組織信息，對病灶進行定性定量分析，使得病變可視化、定量化將其展現(xiàn)在人們面前，如上述單能量成像檢出小病灶能力、鑒別肝臟各類良惡性病變、預測術后療效及肝癌預后影響因素的評估等。隨著多方面深入研究，今后若將能譜CT成像技術和其他先進影像技術相結合，如影像組學、機器深度學習、分子影像學等，應會有更廣闊的應用前景及相應的應用價值。