能谱CT在肝细胞癌诊疗中的研究进展

黄 晖 刘沛武

长江大学附属荆州医院放射科，湖北省荆州市 434023

随着CT技术的不断革新、发展，CT目前已经成为临床筛查、诊断疾病以及评估疾病疗效、预后的重要手段。将高分辨率、高清晰度的图像质量与低剂量成像完美结合的能谱CT已然使CT技术提高到一个新的高度。能谱CT利用单能量成像、物质定量与分离、有效原子序数及最佳信噪比、碘密度图、有效原子序数图，能谱曲线、尿酸图、钙抑制图、加权平均曲线、组织强化图、直方图，可以提供比常规CT更为丰富的信息，进一步为临床提供指导，在肿瘤患者方面表现尤为突出。原发性肝癌(Primary carcinoma of liver，PCL)，是肝脏常见的原发性恶性肿瘤，东南沿海地区的发病率较高，在我国恶性肿瘤的患者中第4位常见，也是第2位常见的致死原因，其以肝细胞肝癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)为主，约占90%[1]。本文综述能谱CT在HCC中的应用价值，分别从HCC的早期诊断、鉴别诊断、血管成像、微血管侵犯的评估及肝癌TACE治疗后疗效评估五个方面的应用进行系统性的介绍。

1 能谱CT的原理及优势

能谱CT以极速千伏峰值切换为技术核心，在0.25～0.5ms内峰值管电压可从80kVp到140kVp快速切换，同时可获得大约1 000个高能(140kVp)和1 000个低能(80kVp)两组数据进行后续处理，通常可获得40～140keV能量范围内的衰减系数及定量分析或后处理图像，例如单能量成像图、碘密度图、有效原子序数、能谱曲线、尿酸图、钙抑制图、双能量散点图及加权平均曲线。由此可以看出能谱CT技术可以在传统CT技术的基础上重建出多个增量信息及图像，避免了多次多剂量的检查。

传统CT成像与X线穿透物质的衰减系数有关，探测器将衰减系数转化为CT值，反映在图像上。但由于组织对X线的衰减与组织的质量密度及原子序数有关，因此容易出现异物同影或者同物异影。基于此原理，某混合物质的衰减效果可以用某一元素的衰减效果来等比衡量，这样该混合物质的有效原子序数(Effective-Z)则可以用相应元素的原子序数来表示，能谱CT的有效原子序数图以彩图或灰阶显示，便于量化测量感兴趣区的Eff-Z；能谱CT还可以通过极速千伏值切换所采集到的图像数据自动重建出从40～140keV(以1keV间隔)的101张单能量图像[2]。单能量图像的获得也是能谱CT区别于与常规CT最明显的特征。在很短时间里获取的图像相对纯洁，有助于消除金属伪影的影响，同时也保证了两组图像的数据统一变化，使所得数据从时间及空间上甚至不同病人都能更加一致和可靠，从而获得更高分辨率及低伪影率的图像，辐射剂量也能进一步减少。其中，能谱CT单能量成像特有的去金属伪影技术——能谱 CT 去金属伪影(Multi-artifact reduction，MAR)技术算法可进一步减轻金属伪影[3]。

能谱CT可以通过物质分离获得两种已知基物质(例如碘和水)的物质密度图像，任何一种物质的X线衰减系数都可由两种基物质的衰减系数决定，由此可实现物质的成分分析与分离。进一步根据不同能量级上不同物质的CT值可绘制出不同物质随能级变化CT值的变化曲线(即能谱曲线)。能谱曲线的差异可由能谱曲线斜率来评估，曲线斜率反映了病灶的不同成分及密度，每种物质对应着其特有的能谱曲线，根据能谱曲线的不同可以从不同组织结构及病理类型上分析病灶形态学特征。同时具有类似能谱曲线的病灶则说明具有相似的组织结构和病理类型，对一些异病同影的疾病能更好地鉴别诊断，同时对一些全身多发性疾病的同源性分析有一定的价值。

2 能谱CT在肝癌诊疗方面的应用

2.1 肝癌的早期诊断 肝细胞癌是消化道系统肿瘤中较为常见的一种，在我国发病率及死亡率逐年递增，早期肝癌又称为小肝癌，由于其早期临床表现无典型性，早期诊断存在一定难度，由于传统CT采用混合单能量扫描模式，其对于病灶形态、边缘、密度及强化方式的显示诊断效能较差[4]，对于早期小病灶的检出及病灶的定性有一定的局限性。能谱CT可利用单能量成像、能谱曲线斜率及碘水密度图像对病灶进行综合分析，大大降低了漏诊率。樊延龙[5]通过对疑似原发性肝癌患者98例同时进行普通螺旋CT及能谱CT扫描分析，能谱CT单能量成像技术有清除硬化伪影的作用，在减少容积效应对小病灶检出的影响方面效果显著，特别是对肝脏富血供病灶的检出有利[6]。加之碘水物质密度图像联合分析，对于部分具有富血供及高代谢特点的肝细胞癌的检出更为明显。当乏血供病灶或微小病灶进行能谱CT扫描时，能谱CT能提供不同KeV单能量成像，可优先选择相对低的KeV单能量图像观察[7]。Yoon JH等[8]发现能谱CT低单能量图像(50 keV)能显著提高病灶的显影率，结合其病理结果，发现能谱CT诊断特异度(93.10%)、准确度(90.82%)均较普通螺旋CT诊断特异度(72.41%)、准确度(76.53%)高。陶力军[9]也对96例疑似肝癌患者同时进行能谱CT、MRI及普通螺旋CT检查，同样也得出能谱CT对于肝癌病灶的检出优于MRI及普通螺旋CT，能谱CT在病灶来源性分析方面也有一定的意义。付志浩等[10]通过对病理已确诊为小肝癌的64例患者进行能谱CT扫描，将能谱数据在能谱工作台进行单能量图像处理，将感兴趣区进行CT值和标准差(SD)值测量，得出信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)，发现在单能量为40keV时，病灶与肝背景的对比度最高，病灶在图像中显示最清晰。有研究表明基物质碘水密度图对碘剂沉积敏感，对于肝背景CT值有一定抑制作用，对肝癌的检出存在优势[11]。对于小肝癌的检出，不仅能谱CT表现出了优势，在后处理站进行的特定数值单能量图像、物质定量与分离及最佳信噪比、碘水密度图都能进一步提高病灶的检出率。

2.2 肝癌的鉴别诊断 肝脏常见的占位性病变在CT上常难以鉴别，比如肝细胞癌(HCC)、局灶结节增生(FNH)、肝转移瘤及肝脓肿等。能谱CT通过多参数信息可反映病灶的组织结构便于鉴别诊断。有研究表明，依据能谱CT后处理得到的碘基图，计算出感兴趣区动脉期及静脉期的碘浓度比(NIC),进一步得出感兴趣区的供血比例，即供血比例=NIC(动脉期)/NIC(静脉期)。发现肝癌组NIC明显高于局灶性结节增生组NIC，肝癌组供血比例高于局灶性增生结节，且均大于正常组[12]。Ronot M等[13]也通过对肝细胞癌及局灶性增生结节病灶感兴趣区碘浓度比(ratio of iodine concentratio，ICR)及标准碘浓度的测量，发现能谱CT在两者的鉴别诊断上有一定参考价值。有研究[14]通过分别测量动脉期肝细胞癌、肝转移瘤及肝脏血管瘤70keV单能量图像上的CT值、能谱曲线斜率、ICR及病灶与正常肝组织碘浓度比值(Lesion-to-normal hepatic tissue ratio，LNR)，发现在70keV单能量图像上，病灶动脉期的CT值、能谱曲线斜率、ICR及LNR均有一定的鉴别意义，其中能谱CT 70 keV动脉期的CT值对于鉴别肝脏转移癌及肝脏血管瘤的效能较好。甘郑宁等[15]发现门静脉期碘浓度参数及能谱曲线斜率是鉴别诊断肝细胞癌与肝转移瘤的可靠性指标。研究[16]表明对于肝细胞癌的鉴别诊断，能谱CT的单能量成像技术在动脉期50keV图像及门静脉期70keV图像上具有最佳的病灶/肝脏对比噪声比(CNR)，即组织对比度较大，更利于病灶的检出。能谱CT的定量参数也被发现与肝细胞癌的血清甲胎蛋白(AFP)及异常凝血酶原(DCP)有相关性，发现其中最佳单能量图像、钙(脂肪)浓度、LNR、NIC与AFP、DCP呈负相关，AFP、DCP是诊断肝细胞癌的肿瘤标志物，并与肝细胞癌的病理特征及预后有关[17]。王翠祥等[18]通过对原发性肝癌与肝脓肿动、静脉期坏死囊变区及实性成分区的能谱定量分析，发现患者病灶实性成分动脉期LNR具有较大的鉴别意义。对于门静脉内有栓子患者，还可通过能谱CT的后处理技术对门静脉内栓子定性分析来鉴别肝内原发病灶[19]。这些研究表明，目前能谱CT已经成为未来应用于肝细胞癌鉴别诊断最有前景的影像诊断手段之一，对于肝细胞癌与其他肝内结节的鉴别诊断研究较多，但并未对肝内结节及肝细胞癌不同亚型的性质进行细分，可以通过能谱CT特有的对病灶组织特点及病理类型的后处理分析及某些定量参数来实现肝内结节的定性诊断。

2.3 肝癌微血管侵犯的评估 肝细胞癌在我国的发病率及病死率均较高，早发现、早治疗是肝癌患者挽救生命、改善预后的关键，其中手术切除的治疗方式仍是其根治的主要手段之一。有研究表明若病灶发生微血管侵犯手术成功率会明显降低，患者术后复发率也显著增加[20]。能谱CT作为一种新兴的影像检查手段，其功能性的定量参数能为病灶微血管侵犯的评估提供价值。罗容等[21]研究发现肝细胞癌侵犯微血管组的动静脉期碘基值、Eff-Z及能谱曲线斜率均较肝细胞癌未侵犯微血管组大，其中病灶动脉期碘基质的诊断效能最佳。Yang CB等人[22]也提出具有微血管侵犯的肝细胞癌的NIC显著高于没有微血管侵犯的肝细胞癌患者。Kim TM等[23]研究发现，能谱CT所计算出的感兴趣区动脉期及静脉期NIC比衰减测量更能准确地反映血流微循环引起的瘤周灌注异常，其中病灶动脉期肿瘤周围区域的NIC可能更有助于能谱CT在肝细胞癌微血管侵犯方面的预测。有研究[24]表明，肝硬化时非常容易合并肝癌，肝硬化门静脉高压最常见的并发症是食管静脉曲张(EV)，当患者肝硬化程度加重时，肝动脉期标准化碘浓度(NIDLAP)、NIDLAP与肝门脉期标准化碘浓度(NIDLVP)的比值均会增大，脾实质门脉期标准化碘浓度(NIDSVP)可反映门静脉期脾脏血流灌注情况，当肝硬化程度加重门静脉压力增高时，脾脏血流量会显著增加，相应NIDSVP值也会增加，此时意味着高危EV的存在。能谱CTA技术通过最佳单能量图像可从多平面重建、最大密度投影和容积再现图像多方位、多角度地显示病灶及肝内血管分布、走形及其与周围组织的关系，通过比较发现可获得比数字减影血管造影(DSA)更多的信息，大大减低漏诊率，为手术治疗提供有效的帮助[25]。李彦龙等[26]发现术前运用能谱CT对肿瘤直径、形态、肿瘤包膜类型及瘤周强化方式等进行评估分析，为患者术后预后及早期复发提供了理论依据。目前，临床上多采用病灶穿刺活检及病理学结果作为诊断肝细胞癌微血管侵犯的金标准，但传统的病理学结果需要在手术结束后通过检测所取标本获得，这样也就限制了患者治疗方案、治疗效果及预后评估的选择。能谱CT较传统CT的多参数分析可明显改善这一限制，但由于肝细胞癌并非均为单一病灶，所以日后对于肝细胞癌肝内多病灶的患者进一步研究也很有意义。

2.4 肝癌TACE治疗后疗效评估 经皮肝动脉化疗栓塞术(Transcatheter arterial chemoembolization，TACE)是目前肝细胞癌非手术治疗方式中效果较好的一种，也是目前的首选疗法。TACE术可使肿瘤细胞发生不同程度的坏死，阻滞肿瘤的进一步发展，但部分患者术后仍有残余瘤体的风险，这样就需多次反复治疗。冯渭昌等学者[27]对经TACE治疗后1～3个月的肝细胞癌患者进行常规CT、能谱CT及DSA检查，发现对于有术后转移或复发的情况，以DSA检查结果为标准，能谱CT的能谱曲线及碘基图像对于病灶的检出效果更好。应用能谱CT扫描，在评估肝脏组织中是否有新的病灶出现、原肿瘤病灶的坏死程度及经TACE治疗后是否有残留病灶等方面，能谱CT表现出的诊断价值较常规CT更为突出。有学者对比研究[28]能谱CT与MRI技术对于TACE治疗后患者的疗效，由于TACE术后会在病灶周围形成包膜，以此来抑制肿瘤细胞的进一步发展，因此，对于肿瘤周围包膜完整性的检测对TACE术后疗效的评估有很大的意义。能谱CT的碘成像技术对于肝内及病灶周围供血动脉的显示情况较好。在能谱CT特有的单能量成像技术基础上加上其特有的MAR后处理技术可减少TACE术后碘油沉积所造成的硬化伪影，进一步提高残余、复发、转移病灶的检出。TACE是对于肝细胞癌患者治疗效果较好的非手术治疗方式之一，但其术后存在一定的残余瘤体及后期复发的风险，所以TACE治疗后的患者需要在短期内多次随诊复查。现在临床上较常用的影像学检查技术是DSA，其作为肝癌TACE治疗后疗效判定及随诊复查的金标准，但属于有创检查，术后单一使用DSA检查复查并不现实。目前能谱CT的出现，提供了一种无创、有效且可重复检查的影像检查技术，能谱CT的应用将会提供更大的附加价值。

3 小结

能谱CT将其特有的瞬时双能量切换及单能量成像技术应用到临床实践中，具有目前同类技术中最高的空间分辨率及组织密度分辨率，其对于肝细胞癌的早期诊断、鉴别诊断、手术治疗及预后评估方面都能提供更为丰富的影像信息，但在临床上依然不如常规CT及MRI的运用广泛。由于能谱CT是一种新兴的影像诊断技术，目前对于能谱CT在肝细胞癌方面的研究存在一定的局限性及不足，仍需要大量的病例数据及研究来支撑，进一步对肝内占位性质及肝细胞癌不同亚型进行区分鉴别。随着近几年影像组学的兴起，其在定量研究方面的应用有着独特的作用，如果把影像组学与能谱CT结合起来应用于肝细胞癌的诊断与治疗，将肝细胞癌的各个亚型及肝内结节的不同类型分类研究，对于肝内占位的诊断与鉴别诊断的准确性、肝细胞癌术前评估方面及术后预后方面将会有着广阔的应用前景，为临床提供更优的价值。