宝石能谱CT在肺癌诊断及分型中的应用价值

周静宜 综述 黄劲柏 审校

(长江大学临床医学院，湖北 荆州 434000)

宝石能谱CT在肺癌诊断及分型中的应用价值

周静宜 综述 黄劲柏 审校

(长江大学临床医学院，湖北 荆州 434000)

肺癌是临床上最常见的恶性肿瘤之一。尽管随着影像学飞速发展，但于肺癌的诊断仍然具有一定的局限性。宝石能谱CT成像(GSI)作为新的成像方式，将CT从形态学研究带入功能性研究领域。能谱CT具有多参数成像功能，能够特征性地显示病灶和鉴别特异性病变组织或肿瘤占位，对肿瘤的定位、定性和分级诊断具有极大的临床应用价值。现就能谱CT在肺癌诊断及分型中的应用价值研究作一综述。

肺癌；宝石能谱CT成像；诊断；分型

肺癌是最常见的恶性肿瘤之一，全球的发病率和死亡率均呈上升态势。根据2015年世界卫生组织公布最新的肺癌组织学分类[1]，其中最主要的4种类型的肺癌和发生率[2]依次为肺腺癌31.5%、肺鳞癌29.4%、小细胞肺癌17.8%、大细胞肺癌9%，另外其他类型肺癌约占21.6%。肺癌的精确诊断及病理组织分型能够帮助选择治疗方法和判断预后。在传统影像学中，对于肺癌的诊断，常依据形态学及CT值等数据分析鉴别，然而在实际工作中，肺癌及其他肺部疾病的影像特征常存在着相似的表现，以及患者个体差异性和肺癌影像表现的多样性，一直以来肺癌的诊断与鉴别诊断都是影像学中的一个难点。

1 相关影像学检查在肺癌诊断的价值

肺癌的影像学诊断方法主要有数字X线成像(digital radiaography,DR)、电子计算机体层摄影(computed tomography，CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、数字剪影血管造影(digitalsubtraction angiography)和正电子发射断层与X线计算机断层成像(positron emission computed tomography and computed tomography，PET/CT)[3]。DR具有价格低、操作简单、辐射剂量低及较高的空间分辨率的特点，能够清晰地观察肿瘤整体形态，但解剖结构重叠，早期、隐蔽部位的病灶不易发现，常作为肺部疾病和占位性病变诊断初步筛选的工具。多层螺旋CT在肺癌方面的研究主要表现在低剂量的螺旋CT对早期肺癌的筛查及CT增强扫描的灌注成像。Saltybaeva等[4]根据蒙特卡罗模拟，充分利用患者的形体差异，得到了每位患者的3D剂量分布，从而在保证图像质量的同时，大大降低了患者的辐射剂量。多层螺旋CT灌注成像通过评价血管生成的方式和程度，来评价肿瘤的恶性程度，对于病变组织血管的显示[5]及肿块良恶性的评价有十分重要的意义。磁共振(MRI)常作为CT诊断的补充检查方法，具有较高的密度分辨率，能够较好的显示肿块与周围软组织之间的关系及纵隔淋巴结侵犯情况。PET/CT具有CT高分辨率及PET能够反映病变组织代谢的优点，对肺癌的早期诊断和分期具有较高的敏感性、特异性和准确性[6]。另外PET/CT可以通过对肿瘤代谢信息的检测，进行疗效评价及预后预测。但对于小病灶尤其是直径小于1 cm病灶，PET/ CT的敏感性及准确性较低，并且PET/CT价格昂贵，限制了其在临床上的广泛应用。

2 宝石能谱CT在肺癌诊断的价值

2.1 宝石能谱CT简介 能谱CT设备包括双源双能CT(双源CT)和快速能量切换单源双能CT(宝石能谱CT)，改变了混合能量CT(传统CT技术)以CT值为标准的单一参数成像技术，将CT带入了多参数、功能成像时代。双源CT装配有2个球管和对应的2个探测器系统，2个球管同时同层进行扫描所获得的高能和低能数据，通过能量剪影技术，获得描获得虚拟平扫图及碘剂分布图，另外双源CT具有较高的时间分辨率，因此广泛应用于冠状动脉血管成像。单源双能CT即宝石能谱CT采用自适应统计迭代ASIR (adaptive statistical interative reconstruction)技术，在降低辐射剂量的同时还能够保持较好的图像质量[7]。另外，宝石能谱CT采用纯度及通透性都极高的红宝石作为探测器材料，使得球管能够在瞬时(<0.5 ms时间能量分辨率)进行能量切换，产生双能数据，实现数据空间能谱解析，在提供物质密度图像的同时，还获得了单能量图像及物质的有效原子序数，并且能够对图像中的感兴趣区域进行能谱分析及物质分离。以下便对宝石能谱CT常用的四种技术在肺癌中的诊断及应用逐一阐述。

2.2 单能量成像 与传统混合能量CT相比，宝石能谱成像能够获的40～140 keV的101个单能量图像，可以根据不同组织器官及病灶需求进行选择最佳的单能量图像。低能量水平下的单能量图像，组织的对比较强，高能量水平下的单能量图像下，硬化伪影较少，通过调节keV值及多种伪影去除系统(metal artifactreduction system，MARs)技术联合应用，可以得到噪声最低、组织结构对比度最好的图像。提高和优化了小病灶的显示，从而增加了对于病灶尤其是肿瘤早期诊断敏感度及准确性[8]。有研究表明，CT能谱成像可以通过提供对比噪声比(CNR)最佳的单能量图像，来提高早期肺癌筛查的阳性率[9]。通过提高密度分辨率，扫描出常规CT不能发现的细小病灶，实现高清晰成像。并且通过低能量的单能量成像，实现低剂量CT扫描，优化图像质量的同时，降低来患者的辐射剂量，成为了早期肺癌筛查的重要方法。另外，Yuan等[10]利用最佳单能量技术以成像血管为目标、血管周围组织为背景获得了目标血管最佳的单能量图像，使得目标血管的CNR达到最高，从而获得更加满意的CTA图像。葛莹等[11]对42例中央型肺癌患者能谱CT扫描，发现支气管动脉的最佳单能量为49 keV，与混合能量图像相比，最佳单能量图像的噪声及CRN提高，并且图像质量明显高于后者，更有利于细小及变异的支气管动脉的显示，进而对临床在中心型肺癌进行支气管动脉灌注、化疗和栓塞的介入治疗手术提供帮助。

2.3 物质分离与定量 在能谱成像过程中，根据特定物质在X线吸收的表达规律，采用两种不同的基物质配对的方法将物质进行分离[12]，常用来配对的基物质有水、碘、钙、尿酸等。能谱CT碘基图是通过物质分离的原理，将碘成分从其他物质中分离出来，临床上对比剂的主要成分是碘，在灌注成像中，通过对碘的定量分析，可以间接反映肿瘤及周围组织血液动力学变化[13-14]。恶性肿瘤是血管生成依赖性疾病，肺内恶性肿瘤细胞自身可以产生血管内皮生长因子，可使肿瘤组织原有的宿主血管增殖与分裂速度加快，从而生成大量分化不成熟的幼稚肿瘤血管[15]。在血管内皮生长因子的作用下，使微血管的通透性增加，因此恶性肿瘤的血管容量及血流量明显升高。而结核球及其他良性肿瘤一般生长缓慢，内部血供稀少，进入组织内的对比剂很少，而且对比剂扩散速度慢。有研究表明，通过碘基图，对病灶及周围组织内碘的定量分析对鉴别诊断肺癌及其他良性肿块有一定的价值[16]。吴维等[17]对33例肺内结节、肿块患者病灶内标准化碘浓度(NIC)分析，炎性肿块及恶性肿块在动脉早期及延迟期的差异具有统计学意义，对鉴别诊断肺结节、肿块具有较高的价值。Sun等[18]研究发现，通过对碘的定量分析，能够更加准确的反映肺组织的灌注状态。Xiao等[19]通过对42例良性肺结节及20例恶性肺结节患者对比分析，发现恶性肺结节患者在动脉期及静脉期的碘含量及标准碘含量明显高于良性肺结节患者。李梦颖等[20]通过能谱CT肺灌注血容量图像对30例肺癌患者癌周灌注进行定量分析研究指出，中心型肺癌更易引发癌周肺组织的缺血改变，引起大面积的灌注缺损。另外在肺癌的分型上，Kang等[21]研究发现，肺鳞癌的肿瘤细胞较腺癌生长更加迅速，但瘤体内微血管的生成较腺癌少，增强后进入瘤体的碘的摄入量较少，通过动脉期碘基图的定量分析，指出动脉其鳞癌的碘含量小于腺癌。许彬等[22]通过对小细胞肺癌与非小细胞肺癌能谱CT增强扫描研究，发现两种肺癌能谱成像上碘含量不同的特征，可以初步区分小细胞肺癌与非小细胞肺癌，为影像学鉴别诊断提供一定的参考价值。肺癌钙化较为少见，多无定型，分布弥散，CT值偏低，以往CT影像不易发现，但能谱CT利用物质分离技术，可以对不同类型肺癌瘤体内钙含量进行定量分析。Johson等[23]认为，鳞癌瘤体偏大，肿瘤内部微血管分布不均，且瘤细胞易发生变性坏死，局部酸碱度相应的产生改变，较其他类型肺癌更易发生钙质沉积。有学者通过对不同类型肺癌患者肿瘤组织钙含量的定量分析，验证了鳞癌的钙含量高于腺癌及小细胞肺癌，为肺癌的分型提供了新的依据[24]。

2.4 能谱曲线 能谱曲线是物质在不同keV射线下的CT值的变化规律，不同组织来源的病灶其能谱曲线不同，能谱CT成像可以获得反应组织器官、病变特征和规律的能谱曲线，通过对能谱曲线特点的分析，可以区分正常组织及肿瘤病灶，提高肿瘤检出率，确定肿瘤性质及来源，林晓珠等[25]利用宝石能谱CT定位、定性诊断肝肾间隙肿瘤，发现能谱CT能够提高富血供小肿瘤的检出率，并且利用能谱曲线可以对不同组织类型的肿瘤进行鉴别。Lv等[26]研究也发现，能谱技术是能够提高鉴别小肝癌及肝脏微小血管瘤的敏感性，通过肝脏及血管瘤的不同的能谱曲线，可以用于其鉴别诊断。徐彬等[22]通过对小细胞肺癌及非小细胞肺癌的能谱曲线及40 KeV及70 KeV的能谱曲线斜率的差异性比较，能够将其初步鉴别区分。田彤彤[24]通过对不同病理类型肺癌患者回顾性研究发现，在低能量水平(50～100 Kev)时，鳞癌病灶的CT值明显低于腺癌及小细胞癌，而此能量水平腺癌能谱曲线斜率是小于小细胞癌。通过对不同组织来源的肺癌具有不同的能谱曲线，可以对不同类型的肺癌进行初步鉴别。

2.5 有效原子序数(Effective-Z) 有效原子序数是指如果某元素对X线的质量衰减系数与某化合物或混合物的质量衰减系数相同，该元素的原子序数称为某化合物或混合物的有效原子序数。能够反映组织或病变内部无机物的有效原子序数，从而对物质的成分进行定性分析。肺癌侵犯正常肺组织后，内部组织结构发生了相应变化：鳞癌易存在角化及细胞间桥，腺癌具有腺样分化或黏液产生，两种组织在能量水平的质量衰减系数将发生不同变化。王雪梅等[27]在分析肺鳞癌与腺癌的有效原子序数后，得出平扫肺鳞癌的Effective-Z略高于腺癌。

3 展望

宝石能谱CT是当前CT发展的趋势之一。虽然目前宝石能谱CT在肺癌的应用及研究还处在初步探索阶段，但随着研究的深入，它在肺癌诊断方面的优势越加凸显。宝石能谱CT成像能够为肺癌的影像学诊断提供了更加完善的多参数及功能性成像，丰富了CT成像技术，提高了诊断的敏感性及准确度，降低了患者的辐射剂量。并且能够根据不同类型肺癌的能谱特征进行初步的鉴别诊断，为肺癌的影像学诊断及鉴别诊断提供了新的平台。

[1]Travis WD,Brambilla E,Burke AP,et al.Introduction to the 2015 WHO Classification of tumors of the lung,pleura,thymus and heart [J].JThorac Oncol,2015,10(9):1240-1242.

[2]Hashimoto M,Miyauchi T,Heianna J,etal.Accurate diagnosis of peripheral small cell lung cancer with computer tomography[J].Tohoku J Exp Med,2009,217(3):217-221.

[3]湛先发,范小涛,熊伸林.肺癌影像学诊断的研究进展[J].西部医学:电子版,2012,24(4):808-809.

[4]Saltybaeva N,Martini K,Frauenfelder T,et al.Organ dose and attributable cancer risk in lung cancer screening with low-dose computed tomography[J].PLoS One,2016,11(5):e0155722.

[5]熊曾,刘进康,周漠玲,等.非小细胞肺癌组织中EphB4和ephrinB2的表达与CT肺灌注成像的关系[J].中华肿瘤杂志,2011,33(3): 192-196.

[6]Sanli M,Isik AF,Zincirkeser S,et al.Reliability of positron emission tomography-computed tomography in identification of mediastinal lymph node status in patients with non-small cell lung cancer[J].J Thorac Cardiovsc Surg,2009,138(5):1200-1205.

[7]Zhu Z,Zhao XM,Zhao YF,etal.Feasibility study of using gemstone spectral imaging(GSI)and adaptive statistical iterative reconstruction(ASIR)for reducing radiation and iodine contrastdose in abdominal CT patients with high BMI values[J].PLoS One,2015,10(6): e0129201.

[8]Lu P,Lin XZ,Chen K,etal.Spectral CT in patients with small HCC: investigation of image quality and diagnostic accuracy[J].Eur Radial,2012,22(10):2117-2124.

[9]胡兴和.宝石能谱CT在早期肺癌筛查中的应用价值[J].医疗卫生装备,2011,32(12):64-65.

[10]Yuan R,Shuman WP,Earls JP,et al.Reduced iodine load at CT pulmonary angiography with dual-energy monochromatic imaging:comparison with standard CT pulmonary angiography—a prospective randomized trial[J].Radiology,2012,262(1):290-297．

[11]葛莹,包如意.能谱CT在中心型肺癌支气管动脉显示中的初步应用[J].实用医学杂志,2014,30(14):2253-2255.

[12]Wang XL,Meier D,Taguchi K,et al.Material separation in X-ray CT with energy resolved photon-counting detectors[J].Med Phys, 2011,38(3):1534-1546.

[13]栗鸿民,赵卫东,蔡琳,等.能谱CT碘基图对胰腺癌生物治疗疗效的分析[J].中国当代医药,2012,19(10):13-14.

[14]Chae EJ,Song JW,Seo JB,etal.Clinicalutility of dual-energy CT in the evaluation of solitary pulmonary nodules:initial experience[J]. Radiology,2008,249(2):671-681.

[15]Li GJ,Gao J,Wang GL,etal.Correlation between vascular endothelial growth factor and quantitative dual-energy spectral CT in non-small-celllung cancer[J].Clin Radiol,2016,71(4):363-368.

[16]管乃超.能谱CT对肺部良恶性肿块诊断价值的初步研究[D].苏州:苏州大学,2014.

[17]吴维,张进华,万维佳,等.能谱CT诊断孤立性肺结节/肿块的初步研究[J].放射学实践,2014,29(9):998-1002.

[18]Sun YS,Zhang XY,Cui Y,etal.Spectral CT imaging as a new quantitative tool?Assessment of perfusion defects of pulmonary parenchyma in patients with lung cancer[J].Chin J Cancer Res,2013,25(6): 722-728.

[19]Xiao H,Liu Y,Tan H,et al.A pilotstudy using low-dose spectral CT and ASIR(Adaptive Statistical Iterative Reconstruction)algorithm to diagnose solitary pulmonary nodules[J].BMC Med Imaging,2015, 15:54.

[20]李梦颖,浦仁旺,李智勇,等.能谱CT肺灌注血容量图对肺癌癌周组织灌注的定量研究[J].中华肿瘤防治杂志,2013,20(18): 1433-1435.

[21]Kang MJ,Park CM,Lee CH,et al.Dual-energy CT:clinical applications in various pulmonary diseases[J].Radiographics,2010,30(3): 685-698.

[22]许彬,薛雁山,崔龚.小细胞肺癌与非小细胞肺癌宝石CT能谱研究[J].中国当代医药,2013,20(9):16-18.

[23]Johson TR,Krauss B,Sedlmir M,etal.Materialdifferentiation by dual-energy CT initial experience[J].Eur Radiol,2007,17(6): 1510-1517.

[24]田彤彤.能谱CT定量分析对肺癌病理类型的诊断价值[D].扬州:扬州大学,2014.

[25]林晓珠,李卫侠,朱延波,等.宝石能谱CT在肿瘤诊断中的初步应用[J].诊断学理论与实践,2010,9(2):155-160.

[26]Lv P,Lin XZ,Li J,et al.Differentiation of small hepatic hemangioma from small hepatocellular carcinoma:recently introduced spetral CT method[J].Radiology,2011,259(3):720-729.

[27]王雪梅,石华,杨露露,等.能谱CT定量分析在鉴别诊断肺鳞癌与腺癌中的应用价值[J].宁夏医科大学学报,2013,35(4):415-418.

Value of gemstone spectral imaging in the diagnosis and classification of lung cancer.

ZHOU Jing-yi,HUANG Jing-bai.The First Affiliated Hospitialof Yangtze University,Jingzhou 434000,Hubei,CHINA

Lung cancer is one of the most common malignanttumors in the world.With the rapid development of medical imaging,the diagnosis of lung cancer stillhas limitations.Gemstone Spectral Imaging(GSI),as a new imaging method,has developed CT from morphological research to functional areas.With multi-parameter imaging function,GSI can not only display lesions and identify specific pathological tissue or tumor,but also is valuable in location,identification and classification of tumor.This review summarizes the value of GSIin the diagnosis and classification oflung cancer.

Lung cancer;Gemstone spectralimaging(GSI);Diagnosis;Classification

R734.2

A

1003—6350（2017）09—1478—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.09.035

2016-05-06)

黄劲柏。E-mail：935944809@qq.com