赵睿依 刘沛武

长江大学第二临床医学院放射科，湖北省荆州市 434023

近年来，大量研究证明能谱计算机断层扫描在组织表征方面具有比常规CT更广的临床实用性，例如，在骨病变、肾脏肿块、泌尿结石或冠状动脉斑块成分的表征方面。尤其是肿瘤患者可以从能谱CT的应用中获益：能谱CT技术提供了扫描协议和后处理技术，以改善良性和恶性组织的区分。此外，能谱CT技术固有的剂量节省潜力与以治疗为目的的肿瘤患者高度相关，因为他们在分期、治疗反应评估和随访过程中经常接受大量的CT扫描。同时，能谱CT可以提供多定量参数，进一步具体分析结节间的差异。这篇综述旨在介绍胸部能谱CT成像对于不同密度成分肺部结节的分类、分型及分期方面的应用价值。

1 能谱CT的技术发展

1.1 能谱CT的技术优势 传统的CT图像是在一定的管电压下通过单能量技术获得的，从而得到多项常规CT数据。而能谱CT通过其特征的双能量技术进行CT扫描，可以从被检查组织中获得两种不同管电压水平下的光谱信息，由于不同能量水平下信号衰减特性的固有差异，可以改善组织分化。能谱CT图像可以通过三种不同的方式获得：一种是通过双源能谱CT获取技术，两个X射线源同时在两个不同的kV级上运行。第二种能谱CT方法是切换单一X射线源管电压的峰值水平，要么快速交替，要么在不同管电压水平上进行两次连续扫描。第三种方法是通过双层技术获得双能数据，探测器同时有选择性地记录来自单个X射线源的光子。利用在两个不同光谱水平上采集的多目标能谱CT原始数据，也可以获得常规上可以从单能量采集中导出的所有形态学信息。通过从两个采集的数据集中以不同的加权因子重建线性或非线性融合的图像。这产生了类似于传统120kVA图像的数据集。能谱CT技术最明显的好处是可以额外重建多个补充数据集，从而提供增量信息，无须应用额外剂量。

1.2 能谱CT的多定量参数 传统的胸部对比增强计算机断层扫描是从检测到的肺结节中识别疑似肺癌的标准方法。对比增强CT图像用于根据不同的形态学征象和增强模式来表征肺结节。深分叶状或粗糙的毛刺状边缘和20～60Hounsfield单位(HU)的最大衰减通常表明恶性肿瘤或中心致密钙化，而最大衰减≤ 15HU常作为良性的线索。然而，在临床实践中，过度简化的形态学外观或增强值对于从不同类型的肺结节得出准确的肺癌诊断是不可靠的。因为传统CT图像中的增强模式中发现良性和恶性孤立性肺结节之间存在相当大的重叠。能谱CT是通过分析和放大传统CT成像的机制和细节，计算X射线衰减系数的能量依赖性，通过单色光谱图像在40～140keV能级范围内获取多个参数，以及精确的材料分解图像，如单色成像、材料分解图像和光谱HU曲线[1]。此外，单能级的单色光谱图像提供了不同材料中衰减变化的信息，作为X射线光子能量的函数[2]。光谱CT材料分解图像能够在碘增强图像上测量肺结节的碘成分，这被认为与增强程度的真实值(净增强)相当[3]。为了使用光谱CT图像识别肺结节，一些研究使用了多个参数，包括碘浓度 (IC)、归一化碘浓度 (NIC)、40或70keV单色图像的CT数(CT 40keV或CT 70keV)，以及光谱衰减曲线 (λHU) 以区分炎症、肉芽肿、良性结节和恶性肿瘤。这些研究表明，尽管存在争议和分歧，但光谱CT是具有潜在临床应用的最有前途的成像技术之一。因此，利用这些能谱定量参数可以区分表现为纯磨玻璃结节 (pGGN)、混合磨玻璃结节 (mGGN)和良性孤立性结节，以及实性结节(SN)[4]。

2 能谱CT—肺部结节应用

2.1 能谱CT对于不同密度成分肺结节鉴别的价值 原发性肺癌的预后受到许多临床、影像学和组织病理学表现的影响。一般来说，直径≤3cm的小型肺癌术后预后良好[5]。此外，薄层CT图像中结节内实性成分和磨玻璃混浊的比例对预后有重要影响[6]。因此，在最近的TNM分期中，结节中的固体大小被作为t因素。然而，最近的一些研究表明，即使肿瘤的实体大小相同，实体结节的预后也比部分实体结节伴磨玻璃样混浊的预后差[7]。对于可切除的肺癌，术前影像诊断对于确定最佳治疗策略至关重要，包括手术方式。因此，需要影像学技术来预测小型实体肺癌的术后预后。根据肺结节诊治专家共识，将肺结节按密度成分分为实性结节、部分实性结节及磨玻璃结节。宋婷妮等[8]利用仿真模型研究能谱CT下不同性质的孤立性肺结节，提出不同密度的结节在不同单能谱图像上噪声、SNR及CNR的差异有统计学意义。另有研究报道，碘量化的能谱CT图像在区分实性结节和磨玻璃结节方面具有不同的价值，并且可能比实性结节更有助于区分良恶性磨玻璃结节[9]。由于实性成分的多少与结节恶性程度及病理类型不同有关，所以对于不同密度分类的结节单独研究更具有意义。

2.2 能谱CT对于实性肺结节的诊断 有研究提出，实性结节对光子能量的吸收发生在低发射能量范围内，并且在40keV时最高。在能量范围为40～80keV区间的能谱CT虚拟单色图像中评估肺部实性结节是最有价值的。在最低能谱CT扫描能量(40keV)的情况下，与吸收的高相关系数表明VMI在基于血管生成的局灶性病变诊断中的高临床实用性。在此阶段的碘对比增强的足以为评估肺部结节的特征提供大量的诊断信息，同时减少病人吸收的辐射剂量，也减少存储在存档设备上的数据量有助于优化工作[10]。能谱CT在鉴别实性结节的良恶性上，也具有比常规CT更高的鉴别能力。Wen等[11]利用最新光谱CT研究实性肺结节，发现除了归一化动脉增强分数(NAEF)外，恶性结节的NIC、λhu 和CT 40keV在VP (NICVP)、λvphu和CTVP 40keV均高于良性结节，且在区分非小细胞肺癌和小细胞癌的亚组实性结节中，NICAP的诊断率高于其他指标。同时，该研究还提出NSCLC 组的CT 40keV、NIC、λHU和NAEF值显著高于SCLC组，这对于区分SCLC和NSCLC对于准确的治疗和预后评估至关重要。有日本学者通过结节三维的点相关衰减(3D-IRA)的方法测量了<3cm的实性肺癌患者，发现小体积实体型肺癌的 3D-IRA对比增强能CT与术后预后显著相关，低3D-IRA肿瘤显示较高的TNM分期和明显较差的预后[12]。在对实性结节的增强研究中发现，在对比剂给药后35s和90s两个阶段进行碘浓度测量，无论良性或恶性，实体肺结节患者的碘浓度测量没有显著差异。在对非小细胞肺癌患者的评估中，评估低级别和高级别非小细胞肺癌患者的NIC和λHU时没有发现动脉期和静脉期之间的显著差异，但ROC分析[ROC曲线下面积(AUC)]表明静脉期λHU 在区分高级别癌症和低级别癌症方面提供了最佳的诊断性能[13]。另一方面，Zhang等[14]在2020年发表的工作中，对非小细胞肺癌、肺腺癌和鳞状细胞癌患者进行了两个同质研究组，表明能谱CT在早期VP期的非小细胞肺癌鉴别中具有潜力，而在AP期则没有。然而,李等人发现非小细胞肺癌患者在40keV时碘浓度的显著差异取决于血管内皮生长因子(VEGF)的表达,血管内皮生长因子是肿瘤血管生成的刺激因子之一,并且与动脉期和静脉期中VEGF的表达水平呈正相关。作者认为,除了检查肿瘤的大小和选择的动脉期和静脉期延迟之外,用于评估碘浓度的能量水平的适当选择可能是获得结果差异的主要原因。

2.3 能谱CT对于部分磨玻璃及纯磨玻璃结节的诊断 能谱CT技术在确定良性或恶性方面的有效性不仅在实体结节中进行了研究，而且在磨玻璃结节中也进行了研究。近年来，随着高分辨率胸部CT应用的增加，在肺部发现GGO的机会增加。GGO可以是多种疾病的影像学表现，包括良性疾病、癌前病变或恶性肿瘤，如非典型腺瘤样增生(AAH)、原位腺癌(AIS)、微腺癌(MIA)和侵袭性腺癌(IA)，后两者统称为IPAs[15]。每一种的精确成像特征可以为确定治疗计划和预测预后提供巨大优势。在CT成像中，GGO通常分为纯磨玻璃不透明度(pGGO)和混合磨玻璃不透明度(mGGO)。pGGO值定义为无实体成分的肺局灶性密度增高，mGGO定义为有实体成分的肺局灶性密度增高。固体成分在肺窗中表现为高密度阴影(除了肺血管)，而没有蔓延到肺血管或肺实质。最近的几项研究表明，直径是评估pGGO是否具有侵袭性的关键因素[16]。另一方面，须民欣等[17]证明了CT值对于鉴别肺磨玻璃结节的性质具有一定的参考价值。然而，上述所有的研究都集中在GGOs的形态特征上。使用传统的CT表现来区分癌前病变与侵袭性病变是非常困难的。且常规CT增强不能准确量化磨玻璃结节，因此更无法区分磨玻璃结节分型。正电子发射断层扫描使用标准化摄取值评估GGO的假阴性率高，而灌注CT虽可进行，但对辐射剂量要求较高，这极大地限制了其临床应用。而能谱CT成像或许是一种更有前途的成像方法，能谱CT所带的后处理软件可以使用材料分解方法将碘与其他材料区分开来。借助该软件，增强DECT提供了碘增强图像，可以计算病变的碘浓度(IC)，这有望实现对病变增强的更准确评估，并有助于诊断[18]。Kawai等人用不同钙和碘浓度的人工GGOs进行了一项模拟研究，作为第二步，将能谱CT技术应用于临床病例。他们在小型临床研究队列中发现24例患者使用能谱CT对比剂图像显示，22例腺癌可见对比剂增强，但单一肺出血或炎性包块不可见。因此得出结论，使用能谱CT技术可以提高良性和恶性GGOs的鉴别。能谱CT最重要的应用之一是利用肺结节中的碘/水物质分解来定量确定血流，有学者利用双能谱CT和材料分解分析定量测定GGO中的水浓度和碘浓度，得出此方法可以提示GGO病变的血液供应，从而进一步评价肺部GGO病变的血供状况，为肺癌的诊断和预后提供更准确的依据[19]。对于有癌前病变(即AAHs和AISs)的患者，由于其生长非常缓慢，故建议CT随访。如需手术，一般方式为肺叶切除，且5年生存率为100%。而微腺癌(MIA)和侵袭性腺癌(IA)的5年生存率均低于癌前病变患者，且侵袭性腺癌(IA)更低，手术方式为肺叶切除加淋巴结清扫。因此，区分IPAs和侵袭前病变对于正确处理是很重要的。有学者利用能谱CT进一步量化浸润性腺癌在表现为磨玻璃结节中的鉴别点，即在pGGO中，标准化NIC值>0.29的病变可以作为IPAs与侵袭前病变的一个非常重要的鉴别点，而且使用增强的双源能谱CT结合三维平面测量可以准确可靠地将IPAs与侵袭前病变区分开来[20]。Ji等人通过结合虚拟平扫和碘增强成像，得出虚拟平扫成像的质量和碘增强成像的均匀性是侵袭性腺癌的独立预测因子，且在鉴别侵袭性腺癌与AIS或MIA时，使用碘增强成像指标的定量分析对能谱CT单独生成的虚拟平扫成像而言具有附加价值[21]。

3 结论

据以往有关肺结节的能谱报道，对于肺结节的研究点通常集中于良恶性鉴别、鳞癌与腺癌的比较、不同TNM分级间结节的区别以及浸润程度之间的差异，而鲜有文章单独对实性结节或磨玻璃结节进行研究。常规CT已经证明不同密度成分结节良恶性程度具有差异，而我们更应利用能谱CT多定量参数的特点，将结节按密度成分分类研究，或许相关参数的可靠性及准确率会更高，更有助于指导临床。