能譜CT對(duì)于不同密度成分肺結(jié)節(jié)診斷的應(yīng)用研究進(jìn)展

趙睿依 劉沛武

長(zhǎng)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(lái)，大量研究證明能譜計(jì)算機(jī)斷層掃描在組織表征方面具有比常規(guī)CT更廣的臨床實(shí)用性，例如，在骨病變、腎臟腫塊、泌尿結(jié)石或冠狀動(dòng)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?yàn)樗麄冊(cè)诜制?、治療反?yīng)評(píng)估和隨訪過(guò)程中經(jīng)常接受大量的CT掃描。同時(shí)，能譜CT可以提供多定量參數(shù)，進(jìn)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(duì)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(jià)值。

1 能譜CT的技術(shù)發(fā)展

1.1 能譜CT的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 傳統(tǒng)的CT圖像是在一定的管電壓下通過(guò)單能量技術(shù)獲得的，從而得到多項(xiàng)常規(guī)CT數(shù)據(jù)。而能譜CT通過(guò)其特征的雙能量技術(shù)進(jìn)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(hào)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(guò)三種不同的方式獲得：一種是通過(guò)雙源能譜CT獲取技術(shù)，兩個(gè)X射線源同時(shí)在兩個(gè)不同的kV級(jí)上運(yùn)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(jìn)行兩次連續(xù)掃描。第三種方法是通過(guò)雙層技術(shù)獲得雙能數(shù)據(jù)，探測(cè)器同時(shí)有選擇性地記錄來(lái)自單個(gè)X射線源的光子。利用在兩個(gè)不同光譜水平上采集的多目標(biāo)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(guò)從兩個(gè)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(gè)補(bǔ)充數(shù)據(jù)集，從而提供增量信息，無(wú)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(duì)比增強(qiáng)計(jì)算機(jī)斷層掃描是從檢測(cè)到的肺結(jié)節(jié)中識(shí)別疑似肺癌的標(biāo)準(zhǔn)方法。對(duì)比增強(qiáng)CT圖像用于根據(jù)不同的形態(tài)學(xué)征象和增強(qiáng)模式來(lái)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(shí)踐中，過(guò)度簡(jiǎn)化的形態(tài)學(xué)外觀或增強(qiáng)值對(duì)于從不同類型的肺結(jié)節(jié)得出準(zhǔn)確的肺癌診斷是不可靠的。因?yàn)閭鹘y(tǒng)CT圖像中的增強(qiáng)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(dāng)大的重疊。能譜CT是通過(guò)分析和放大傳統(tǒng)CT成像的機(jī)制和細(xì)節(jié)，計(jì)算X射線衰減系數(shù)的能量依賴性，通過(guò)單色光譜圖像在40～140keV能級(jí)范圍內(nèi)獲取多個(gè)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(jí)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(qiáng)圖像上測(cè)量肺結(jié)節(jié)的碘成分，這被認(rèn)為與增強(qiáng)程度的真實(shí)值(凈增強(qiáng))相當(dāng)[3]。為了使用光譜CT圖像識(shí)別肺結(jié)節(jié)，一些研究使用了多個(gè)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(zhēng)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(shí)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(duì)于不同密度成分肺結(jié)節(jié)鑒別的價(jià)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(lái)說(shuō)，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(shí)性成分和磨玻璃混濁的比例對(duì)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(shí)體大小相同，實(shí)體結(jié)節(jié)的預(yù)后也比部分實(shí)體結(jié)節(jié)伴磨玻璃樣混濁的預(yù)后差[7]。對(duì)于可切除的肺癌，術(shù)前影像診斷對(duì)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(lái)預(yù)測(cè)小型實(shí)體肺癌的術(shù)后預(yù)后。根據(jù)肺結(jié)節(jié)診治專家共識(shí)，將肺結(jié)節(jié)按密度成分分為實(shí)性結(jié)節(jié)、部分實(shí)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(jì)學(xué)意義。另有研究報(bào)道，碘量化的能譜CT圖像在區(qū)分實(shí)性結(jié)節(jié)和磨玻璃結(jié)節(jié)方面具有不同的價(jià)值，并且可能比實(shí)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(shí)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(duì)于不同密度分類的結(jié)節(jié)單獨(dú)研究更具有意義。

2.2 能譜CT對(duì)于實(shí)性肺結(jié)節(jié)的診斷 有研究提出，實(shí)性結(jié)節(jié)對(duì)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(shí)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(píng)估肺部實(shí)性結(jié)節(jié)是最有價(jià)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?cè)\斷中的高臨床實(shí)用性。在此階段的碘對(duì)比增強(qiáng)的足以為評(píng)估肺部結(jié)節(jié)的特征提供大量的診斷信息，同時(shí)減少病人吸收的輻射劑量，也減少存儲(chǔ)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(shí)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(shí)性肺結(jié)節(jié)，發(fā)現(xiàn)除了歸一化動(dòng)脈增強(qiáng)分?jǐn)?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(xì)胞肺癌和小細(xì)胞癌的亞組實(shí)性結(jié)節(jié)中，NICAP的診斷率高于其他指標(biāo)。同時(shí)，該研究還提出NSCLC 組的CT 40keV、NIC、λHU和NAEF值顯著高于SCLC組，這對(duì)于區(qū)分SCLC和NSCLC對(duì)于準(zhǔn)確的治療和預(yù)后評(píng)估至關(guān)重要。有日本學(xué)者通過(guò)結(jié)節(jié)三維的點(diǎn)相關(guān)衰減(3D-IRA)的方法測(cè)量了<3cm的實(shí)性肺癌患者，發(fā)現(xiàn)小體積實(shí)體型肺癌的 3D-IRA對(duì)比增強(qiáng)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(duì)實(shí)性結(jié)節(jié)的增強(qiáng)研究中發(fā)現(xiàn)，在對(duì)比劑給藥后35s和90s兩個(gè)階段進(jìn)行碘濃度測(cè)量，無(wú)論良性或惡性，實(shí)體肺結(jié)節(jié)患者的碘濃度測(cè)量沒(méi)有顯著差異。在對(duì)非小細(xì)胞肺癌患者的評(píng)估中，評(píng)估低級(jí)別和高級(jí)別非小細(xì)胞肺癌患者的NIC和λHU時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)動(dòng)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(jí)別癌癥和低級(jí)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(duì)非小細(xì)胞肺癌、肺腺癌和鱗狀細(xì)胞癌患者進(jìn)行了兩個(gè)同質(zhì)研究組，表明能譜CT在早期VP期的非小細(xì)胞肺癌鑒別中具有潛力，而在AP期則沒(méi)有。然而,李等人發(fā)現(xiàn)非小細(xì)胞肺癌患者在40keV時(shí)碘濃度的顯著差異取決于血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)的表達(dá),血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子是腫瘤血管生成的刺激因子之一,并且與動(dòng)脈期和靜脈期中VEGF的表達(dá)水平呈正相關(guān)。作者認(rèn)為,除了檢查腫瘤的大小和選擇的動(dòng)脈期和靜脈期延遲之外,用于評(píng)估碘濃度的能量水平的適當(dāng)選擇可能是獲得結(jié)果差異的主要原因。

2.3 能譜CT對(duì)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(shí)體結(jié)節(jié)中進(jìn)行了研究，而且在磨玻璃結(jié)節(jié)中也進(jìn)行了研究。近年來(lái)，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(jī)會(huì)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(jì)劃和預(yù)測(cè)預(yù)后提供巨大優(yōu)勢(shì)。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(wú)實(shí)體成分的肺局灶性密度增高，mGGO定義為有實(shí)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(méi)有蔓延到肺血管或肺實(shí)質(zhì)。最近的幾項(xiàng)研究表明，直徑是評(píng)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(duì)于鑒別肺磨玻璃結(jié)節(jié)的性質(zhì)具有一定的參考價(jià)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(lái)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(qiáng)不能準(zhǔn)確量化磨玻璃結(jié)節(jié)，因此更無(wú)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(biāo)準(zhǔn)化攝取值評(píng)估GGO的假陰性率高，而灌注CT雖可進(jìn)行，但對(duì)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(kāi)來(lái)。借助該軟件，增強(qiáng)DECT提供了碘增強(qiáng)圖像，可以計(jì)算病變的碘濃度(IC)，這有望實(shí)現(xiàn)對(duì)病變?cè)鰪?qiáng)的更準(zhǔn)確評(píng)估，并有助于診斷[18]。Kawai等人用不同鈣和碘濃度的人工GGOs進(jìn)行了一項(xiàng)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?cè)谛⌒团R床研究隊(duì)列中發(fā)現(xiàn)24例患者使用能譜CT對(duì)比劑圖像顯示，22例腺癌可見(jiàn)對(duì)比劑增強(qiáng)，但單一肺出血或炎性包塊不可見(jiàn)。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(lái)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(cè)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(jìn)一步評(píng)價(jià)肺部GGO病變的血供狀況，為肺癌的診斷和預(yù)后提供更準(zhǔn)確的依據(jù)[19]。對(duì)于有癌前病變(即AAHs和AISs)的患者，由于其生長(zhǎng)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(duì)于正確處理是很重要的。有學(xué)者利用能譜CT進(jìn)一步量化浸潤(rùn)性腺癌在表現(xiàn)為磨玻璃結(jié)節(jié)中的鑒別點(diǎn)，即在pGGO中，標(biāo)準(zhǔn)化NIC值>0.29的病變可以作為IPAs與侵襲前病變的一個(gè)非常重要的鑒別點(diǎn)，而且使用增強(qiáng)的雙源能譜CT結(jié)合三維平面測(cè)量可以準(zhǔn)確可靠地將IPAs與侵襲前病變區(qū)分開(kāi)來(lái)[20]。Ji等人通過(guò)結(jié)合虛擬平掃和碘增強(qiáng)成像，得出虛擬平掃成像的質(zhì)量和碘增強(qiáng)成像的均勻性是侵襲性腺癌的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，且在鑒別侵襲性腺癌與AIS或MIA時(shí)，使用碘增強(qiáng)成像指標(biāo)的定量分析對(duì)能譜CT單獨(dú)生成的虛擬平掃成像而言具有附加價(jià)值[21]。

3 結(jié)論

據(jù)以往有關(guān)肺結(jié)節(jié)的能譜報(bào)道，對(duì)于肺結(jié)節(jié)的研究點(diǎn)通常集中于良惡性鑒別、鱗癌與腺癌的比較、不同TNM分級(jí)間結(jié)節(jié)的區(qū)別以及浸潤(rùn)程度之間的差異，而鮮有文章單獨(dú)對(duì)實(shí)性結(jié)節(jié)或磨玻璃結(jié)節(jié)進(jìn)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(diǎn)，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(zhǔn)確率會(huì)更高，更有助于指導(dǎo)臨床。