宝石能谱CT成像在肝转移瘤诊断及疗效评价中的应用

张旭婷,刘 琪，任基伟(综述)，靳宏星※(审校)

(1.山西医科大学附属肿瘤医院MR/CT室，太原 030001； 2.山西省肿瘤医院MR/CT室，太原 030013)

近来，利用宝石能谱CT成像(gemstone spectral CT imaging，GSI)对肿瘤病灶的能谱特征进行综合分析，已成为影像学及临床肿瘤学研究的热门课题。GSI作为一种新的影像学检查方法，以瞬时双千伏峰位(kilovolts peak，kVp)为核心技术，实现了高清、低剂量成像，其在硬化伪影消除、物质分离与物质组成分析、优化图像质量、对比噪声比及能谱鉴别诊断等方面较常规CT成像有着显著的优势和突破[1-2]。GSI通过对原始数据的处理，可获得多种单能谱图像和不同基物质图像，综合分析增强各期能谱特征，有利于对肿瘤的定位、定性做出准确判断[3-4]。与常规扫描模式相比，GSI能准确、完善地评价肝转移瘤的诊断、治疗及治疗后的血流动力学变化，为肝转移瘤的诊断及疗效评价提供了更加可靠的影像学依据。

1 GSI的优势

GSI应用具有较高纯度和较高通透性的全新探测器材料，实现了双Kvp的瞬时切换及单能量CT成像，其密度分辨率和空间分辨率是目前最高的，为疾病的准确定性、明确定位、快速诊断和及时制订治疗方案提供更为可靠的信息[5]。

1.1优化图像质量及对比噪声比 GSI可通过选择最佳千电子伏(kilo electronvolt，kev)提高图像质量。赵丽琴等[6]的研究结果表明，肝硬化肝内外门静脉成像最佳单能量为51 kev，肝内、外门静脉51 kev单能量成像载噪比(carrier noise ratio，CNR)较混合能量高出100%，故GSI扫描对提高主观评判图像质量有意义。

1.2物质密度定量分析 GSI可进行基物质分析。GSI碘基图像可直接测定碘含量及均一化的碘含量，从而间接反映不同病变及不同病变进展阶段的血供情况。王明亮等[7]研究结果显示，不同浓度含碘对比剂溶液碘含量的测量值与真实值之间有显著相关性，碘含量测量值与真实值的差异无统计学意义。

1.3伪影消除 GSI所产生的单能量图像弥补了传统CT图像产生射线硬化伪影的不足，结合金属伪影消除技术(metal articacts reduction system，MARs)可提供优质图像，从而为颅脑成像、颅内动脉瘤栓塞术后、骨与关节金属植入物术后复查的诊断提供了更多的有效信息。

1.4小病灶检出 GSI有利于小病灶的检出及鉴别诊断。GSI可同时提供多种单能量图像和基物质图像，优化了图像质量并提高了对比度，从而提高了小病灶的检出率。吕培杰[8]的研究结果表明，GSI碘定量分析鉴别肝脏小血管瘤和小肝癌较常规CT的敏感性和特异性高，同时能谱CT的多种单能量成像及基物质图像对富血供的小肝癌有放大、突显作用，避免了部分肝硬化背景的影响。

1.5物质分离鉴别诊断 GSI可进行物质分离鉴别。Qu等[9]的研究显示，能谱CT 可以准确界定肾结石的分类，而且能够依据有效原子序数判定结石类型。

2 GSI对肝转移瘤的诊断价值

肝脏血液供应丰富，具有门静脉和肝动脉双重供血，全身各部位肿瘤特别是消化道肿瘤出现肝转移的情况十分常见[10]。目前多排螺旋计算机断层摄像术(multisliced computed tomography，MSCT)是诊断肝脏转移瘤的主要方法之一，其诊断典型转移瘤并不困难，但有研究显示，常规CT增强扫描或MR检查定性诊断肝脏微小转移瘤或乏血供的转移灶较为困难，且检出率不高[11]。GSI对肝转移瘤的诊断具有独特的优势与价值。

2.1GSI对微小肝转移瘤的诊断 能谱衰减曲线与组成物质的化学分子结构明显相关，不同能谱衰减曲线反映不同化学构成的组织，由此可以区分人体内不同化学成分[12-14]，能谱衰减曲线的差异也可通过能谱衰减曲线的斜率来评价。杨璐等[15]的研究结果显示，肝脏微小转移瘤的能谱曲线均呈速降型，平均斜率为(0.91±0.27)；肝脏小囊肿的曲线呈缓慢下降型，平均斜率为(0.43±0.14)；肝脏微小转移瘤的能谱曲线斜率显著大于肝脏小囊肿(t=6.831，P<0.001)。

对比剂的主要成分是碘，以碘和水作为最常用的基物质对，GSI碘基图可进行碘定量分析。杨璐等[15]研究显示，肝脏微小转移瘤的碘(水)浓度、水(碘)浓度[(10.83±3.18) g/L、(1030.24±11.72) g/L]、有效原子序数(8.26±0.19)均显著高于肝脏小囊肿的碘(水)浓度、水(碘)浓度[(5.04±1.68) g/L、(1005.964±5.79) g/L]及有效原子序数(7.89±0.11)。故GSI能够提高微小肝转移瘤诊断的准确性。

2.2GSI对肝脏乏血供转移瘤的诊断 GSI低能量可提高强化病变与正常肝组织间CT值的对比度以及组织间的对比度，故对于肝内多发性乏血供转移灶，单能图像能够提高病灶的检出率，较清楚显示病变确切的大小及范围[16]。周茂义等[17]选取肝脏乏血供小转移瘤患者12例共46个转移灶进行GSI检查，通过测量转移瘤最佳CNR的kev得出动静脉期68 kev图像的CNR以及病灶与肝实质的CT值差值均显著高于混合能量图像(P<0.05)。GSI可以提高肝脏乏血供小转移癌的检出率，单能量图像能增加病灶与正常组织的对比，可为病情的评价提供更多的信息。叶晓华等[18]的研究结果表明，肝脏病变的最佳单能量为70 kev，此时能够显著提高病变与正常肝实质的对比度，从而为肝内小病灶及多发病灶的影像诊断提供有效信息。

2.3肝转移瘤的治疗手段及疗效评价 肝转移瘤治疗的最佳选择为手术切除，其可明显提高患者的生存率，但往往因肝内存在多发转移和(或)出现肝外转移灶，部分患者无法进行手术切除。目前该部分患者多采用非手术方法进行治疗(化疗、放疗、分子靶向治疗等)[19-21]。肿瘤治疗后的疗效评价是临床医师选择最优治疗方案或调整适合患者治疗方案的重要依据[20-21]。传统影像学方法主要观察肿瘤的形态学变化，但是肿瘤大小变化多发生于化疗后3～6个月[22]，这时调整治疗方案可能已经错过最佳时机。早期评价肿瘤大小有助于制订更为有效的治疗方案，包括药物剂量、用药次数以及药物无效时的及时停止与更换,避免不良反应以及进一步经济负担的产生，这些从客观上要求临床提供更好的早期疗效评价方法。

临床评价肝转移瘤疗效的手段较多，包括CT灌注成像技术、核医学蛋白显像或灌注成像技术、超声造影技术、MR弥散成像技术、正电子发射型计算机断层显像(positron emission tomography-computed tomography,PET-CT)技术等，为无创性评价肿瘤化疗前后血供的改变提供了可能。临床试验表明，GSI用于定量诊断较常规CT在物质成分评价方面有较好的优越性[2]。通过测量局部组织的碘聚集量，可以得到局部组织的血流灌注量，从而反映微循环水平组织器官的血流灌注情况。王明亮等[23]通过对荷瘤鼠体内胰腺癌的碘含量进行测定，从而监测抗血管生成治疗前后肿瘤内碘含量的变化，进而评估肿瘤的微循环灌注参数。该方法可用于评估活体内肿瘤抗血管生成治疗的疗效。

3 GSI在肝转移瘤诊断及疗效评价中的优缺点

GSI作为一种新的影像学技术，在肝转移瘤诊疗及疗效评价中具有明显的优势与应用前景。

3.1GSI可提高微小肝转移瘤病灶的检出率 传统混合能量CT对部分微小转移癌病灶的显示呈等密度，因而常出现漏诊。单能低能量X线成像可显著提高组织间的对比度，有助于小病灶的检出。进一步研究表明，对一些通过混合能量图像和单能图像都不能够清楚显示的小病灶，碘基图可明确显示[24]。因此，通过能谱成像可有效、准确的判断肝转移瘤治疗后的微小残留病灶，提高其检出率，为准确评价疗效、指导最佳治疗方案的选择提供依据。肝转移瘤介入治疗后的患者，由于血流动力学的变化使病变与周围组织间的对比差，但在低能量下强化病变与正常肝组织间CT值差值增加，组织间的对比度增加，因此对于肝内多发性乏血供转移灶，单能图像可以增加病灶的检出率，较好的显示病变确切的大小及范围[25]。

3.2GSI可提高肝转移瘤病灶治疗前后变化测量的敏感性 血管靶向治疗是治疗肝转移瘤的新的治疗手段，其以病灶内部出现坏死为主，但病灶大小未见显著变化。传统的评价方法不能全面地反映转移瘤的治疗效果，而GSI可全面反映肿瘤的大小、密度，同时显示功能信息。GSI通过物质分离技术，可以清楚地判断对比剂(碘)的分布以及病变治疗前后出现囊变坏死的变化程度。GSI还可通过水基和碘基图像分析病灶碘摄入量的分布，由于碘含量变化的敏感性高于传统CT值变化，故通过测量病灶治疗前后碘浓度变化评估转移病灶的治疗效果，较传统CT值测量更准确、更敏感。

3.3GSI对肝转移瘤治疗前后病灶变化的定量诊断 肿瘤形态学变化通常晚于肿瘤的血管变化，所以形态学评价并不能满足疗效评价的要求。与传统CT值相比，能谱模式扫描获得的单能量下的CT值与碘浓度有更高的相关性，表明单能量下的CT值误差更小、更准确，更能反映真实的碘浓度[25-26]。GSI的碘基图像及水基图像可以对物质密度进行定量测定，较传统CT值测量对物质成分的评价更为准确、更具说服力。通过对局部组织碘聚集量的测量，间接反映组织器官的血流灌注。GSI碘基图可准确定量测定碘含量，无论是在静止亦或是特定的运动状态下，定量测量都显示了更高的稳定性。通过对肝转移瘤治疗前后病灶内碘含量的测定，可准确反映病灶血流动力学变化，更能全面反映肝转移瘤治疗后病灶的坏死程度及是否存在残留。

3.4GSI可以提示肝转移瘤的不同组织来源 肿瘤治疗的疗效反应不同，不同实质器官、同一部位不同组织来源的肿瘤其治疗疗效是不同的，常规影像学检查无法判断肝转移瘤的原发病变，或当多元病变同时存在时无法判别肝转移瘤的组织来源，此时需要确定其性质从而指导治疗方案的制订。能谱CT的临床研究及基础研究显示，传统CT值相同的糖水和盐水，其单能量衰减曲线不同[27]，故GSI在鉴别物质成分方面有一定突破，对于不同实质脏器的肿瘤、同一部位转移灶不同原发灶的肿瘤以及同一病灶内的不同物质成分，其单能量衰减曲线是不同的，它们的物质含量分布图(散点图、直方图)、物质分离图像的表现不同。综合分析其能谱特征可为病灶的定位及定性提供有效信息。通过分析观察能谱曲线，曲线的斜率可以半定量测定病变成分的相似性，从而为病变的性质和起源提供一定指导价值，指导治疗方案的选择。

4 GSI在肝转移瘤诊断及疗效评价应用的缺点

GSI技术对肝转移瘤诊疗及疗效评价仍存在很多问题及缺陷：GSI技术中感兴趣区域的选择主观因素影响大，由于人为因素能谱曲线斜率变化大；②增强的不同时相所选择的单能量的最佳CNR值不同。针对此，需在长期实践中不断优化GSI相关扫描技术和量化扫描参数。

5 小 结

GSI技术可以增加微小肝转移瘤病灶、乏血供病灶与正常肝组织间的对比度，优化图像质量，结合碘基图像观察及定量分析可明显提高肝转移癌治疗前后病灶变化的检出率，准确全面反映病灶情况，同时显示病灶的相关功能和解剖信息，有效监测和早期评价肝转移瘤治疗的疗效，从而指导下一步治疗。GSI对肝转移瘤性质及不同组织来源的判断有一定指导意义。GSI有较好的临床应用前景，但由于GSI技术扫描缺乏规范性、标准化，其要真正用于临床，还有大量更加严谨、细致的研究工作要做。

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