双能CT对甲状腺结节诊断价值的研究进展

摘要：随着临床诊断技术的发展及体检的普及，甲状腺结节的检出率逐年增加，已成为目前最常见的甲状腺病变之一，无创的影像学检查对其术前诊断有重要作用。双能CT即利用两种不同能谱的X射线能量进行成像，可为甲状腺结节的诊断提供多种不同参数的图像，是常规CT的重要补充。本文对双能CT的基本原理、多参数成像进行了总结，同时对双能CT在甲状腺结节的诊断、鉴别诊断及评估患者是否存在淋巴结转移的价值以及双能CT的其他潜在应用价值的研究现状进行综述，为未来双能CT在甲状腺结节诊断的相关临床应用及研究提供了思路。

关键词：甲状腺结节；双能CT；碘；原子序数

Research progress of dual-energy CT in the diagnosis of thyroid nodules

ZHAO Zihan1，2， CHEN Yingmin1

1Department of Radiology， Hebei General Hospital， Shijiazhuang 050000， China; 2Department of Graduate School， North China University of Science and Technology， Tangshan 064200， China

Abstract： Thyroid nodules are now among the most frequent thyroid lesions， with a yearly rise in detection rates due to advancements in clinical diagnostic procedures and the widespread use of physical examinations. A non-invasive imaging assessment is crucial to the preoperative diagnosis of this condition. Dual-energy CT is a valuable addition to standard CT because it uses X-ray radiation from two distinct energy spectrums to offer a range of pictures with varied characteristics for the identification of thyroid nodules. This study provides an overview of dual-energy CT's multi-parameter imaging and basic principles. In order to generate ideas for the clinical application and future research of dual-energy CT in the diagnosis of thyroid nodules， the value of dual-energy CT in the diagnosis， differential diagnosis， and evaluation of lymph node metastasis in patients with thyroid nodules， as well as other potential application values， are reviewed concurrently.

Keywords： thyroid nodules; dual-energy CT; iodine; Zeff

甲状腺结节在影像学上表现为甲状腺内的与周围甲状腺实质不同的散在病变［1］ 。甲状腺结节可以分为良性和恶性：良性大多为结节性甲状腺肿和甲状腺腺瘤，恶性以甲状腺乳头状癌居多。另外，根据结节的成分不同还可将甲状腺结节分为实性和囊性：实性结节以腺瘤和癌变为主，囊性结节内成分多为液体，以囊肿为主。甲状腺结节具有恶性肿瘤的风险，在临床上具有重要的意义［2］。目前，甲状腺癌（TC）在全世界的发病率迅速增加［3-4］，是最常见的内分泌恶性肿瘤，占所有恶性肿瘤的1%［5］。在所有最常见的癌症诊断中排名第13，在女性中排名第6［6］。TC发病率的大幅增加主要归因于筛查和影像学检查的增加，有助于偶发结节的检出［7］。目前，超声是诊断甲状腺结节最常用的检查手段，由于超声波的组织穿透力弱，难以评估深层的解剖结构；对于许多侵犯到骨、气管和食管的颈部肿瘤，也很难利用超声对其进行全面定位［8］。在超声引导下细针穿刺活检（FNA）调查的病例中，无法诊断、不确定或可疑的病变占15%～25%，其中30%最终诊断为恶性［9］。甲状腺结节的确定很复杂，涉及血清检测、放射学以及在某些情况下的病理评估［10］。在病理学中，明显良性或恶性病例的一致性通常较高，但不确定类别的报告各不相同［11］。FNA有时不能正确诊断甲状腺结节，因此患者需要接受不必要的甲状腺切除术［12-14］。对于甲状腺结节的其它无创的影像学检查，包括核医学、MRI、CT等。常规CT并非是评估甲状腺结节的主要诊断方式，部分原因是甲状腺对辐射的敏感度较高，故CT对甲状腺结节的鉴别诊断能力差［15］。尽管如此，目前有多个研究表明：双能CT（DECT）的定量参数在甲状腺结节的鉴别诊断中具有潜在的应用价值［16］。本综述旨在综合探讨DECT在甲状腺结节诊断中的价值。文章将分别从基本原理、成像参数、良恶性结节和囊实性结节的鉴别以及淋巴结转移应用等方面展开详细阐述。

1 "DECT的基本原理及成像参数

1.1 "基本原理

常规CT成像是基于人体不同组织对X射线产生不同程度的衰减作用， 从而形成不同组织或器官的灰阶图。近年来新引进的DECT技术，其基本原理是利用两种不同能谱的X射线能量对同一物质成像［17］，获得两个不同X射线能级的CT衰减数据集，并根据不同能级的衰减差异进行物质分离区分具有不同分子组成（原子序数）的物质［18］，即使用不同能谱获得的衰减测量，以及使用两个光谱之间已知的衰减变化，来量化并区分物质的组成成分。DECT扫描仪包括双源CT、快速管电压切换CT、双层探测器CT、分割滤光器CT［19］。DECT探索了X射线衰减和光子能量的相互依赖性，相比于常规CT，DECT的主要优势在于它可以根据不同X射线能量下的X射线衰减来区分化学性质不同的物质，即物质分离［20］。除此以外，其使用在旋转过程中快速切换高、低管电压产生的双能X射线，能获取更丰富的图像特征，以便于筛选出更多的放射组学特征，虚拟单能图像（VMI）是模拟在单一能量下获得的图像的衰减［21］。在CT成像中物质衰减主要通过康普顿散射和光电吸收效应的结合发生的，康普顿散射在高能量下占优势，主要取决于物质的电子密度；光电子吸收在较低能量下占主导地位，并与物质的原子序数和质量密度有关［21］。在DECT模式下可以得到不同肿瘤的含碘量、VMI、能谱曲线及其斜率、有效原子序数（Zeff）等多个参数，提供更多、更全面的信息，为临床提供更多的信息用于诊断，与常规CT相比DECT可使甲状腺结节的诊断及鉴别诊断更加准确［22］。有研究表明，接受DECT的患者其辐射剂量接近或低于常规CT，但其图像质量要远远优于常规CT［23］。且与常规单能量CT相比，DECT扫描上的大量定量信息利于医生对图像的特征进行定量描述，以便对甲状腺结节的定位并判断其良、恶性［24］。

1.2 "成像参数

1.2.1 "VMI " DECT的混合图像是通过采集的低能量和高能量数据集组合生成，通过手动更改特定的能量水平，以获得类似于常规单能CT数据的图像，即VMI，使用高能量（95～140 keV）的VMI可以减少金属植入物的伪影，60～75 keV的图像是评估软组织的最佳选择，因为它在足够对比度和降低图像噪声之间取得了平衡［25］。这些图像的能量重建范围与使用的扫描仪密切相关，管电压可以达到40～140 keV或更高［24］。VMI应用的优势在于可以调节keV值，以达到最佳显影的效果［26］。在50～55 keV的VMI重建为大多数实质器官提供了最佳的对比度-噪声比［27］。通过使用低能量的VMI（40～55 keV）可以实现碘衰减的显著增加，从而获得更好的图像质量，注射碘造影剂的剂量也大大减少，可有效减少肾毒性（特别有益于暴露于肾毒性药物或经历过肾切除术的患者）［28］。

1.2.2 "能谱曲线及其斜率 " 物质的能谱曲线是由其分子结构决定的，不同分子结构的物质的能谱曲线是不同的［29］。DECT进行物质分离，是每种物质在两个不同的管电压下的衰减变化中获得的，得到管电压在40～140 keV范围内的能谱曲线，从而计算得到其斜率，即（40 ～100 keV的CT值）/60，这可以帮助我们对目标组织进行定量、定性分析［30］。能谱曲线斜率代表了不同的物质，而物质在曲线上的位置本身取决于其含量［31］。

1.2.3 "碘图 " 碘摄取是甲状腺的特征功能，甲状腺结节的形成会影响其碘摄取功能，可用于区分良恶性［32］。基于DECT的物质分离技术，碘图可以对碘含量进行定量测量，从而对碘含量进行定量分析。所谓的碘图是用灰度值表示，并可以对感兴趣区域组织的碘含量进行定量检测的图像［33］。碘含量可以很好地用于病变的鉴别，不仅可以区分肿瘤的良恶性，还可区分高密度囊性病变和血肿［34］。例如：良性甲状腺结节的碘含量低于其周围正常甲状腺组织，甲状腺乳头状癌的碘含量更低。利用DECT技术绘制的碘图可区分良性结节与甲状腺乳头状癌中极小的碘含量差异［35］。

1.2.4 "Zeff "DECT在肿瘤学中最具有临床意义的应用除了碘或钙的物质分离，还可以显示相对电子密度和Zeff ［27］。DECT对物质的鉴别主要依赖于组织的Zeff，但正常甲状腺组织与甲状腺结节的Zeff均较低，导致其难以区分，而碘的Zeff要高得多（Zeff=53），故可通过碘造影剂区分甲状腺结节与正常甲状腺，将其应用于对甲状腺病变的评估［36］。

2 " DECT多参数成像评价甲状腺结节的研究进展

2.1 "DECT在甲状腺良恶性结节诊断及鉴别诊断中的应用

研究表明， DECT数据重建的VMI在低keV上以提高对比度，但其噪声大量增加降低图像质量。对于颈部肿瘤，其他作者建议使用60 keV的VMI，但是文献中并没有基于国际标准的物理参数对VMI图像质量进行全面研究［37］。常规使用50 keV的VMI最适合对比度优化，因为在这种能量下增强衰减与可图像清晰度合理组合，而对于特定应用的能量水平可以在40～60 keV进行优化［38］。在高keV条件下获得的VMI可以提高甲状腺结节诊断及鉴别诊断的预测能力［30］。但目前影像学界尚未就DECT进行肿瘤评估的最佳重建图像所需的管电压达成共识。

有研究通过对97份手术标本中已病理确诊的108例甲状腺肿、47例滤泡性腺瘤、14例乳头状癌进行DECT平扫［35］，发现良性组（结节性甲状腺肿108例、滤泡性腺瘤47例）与正常甲状腺组织的能谱曲线均呈下降型，恶性组（甲状腺乳头状癌）的能谱曲线呈上升型；碘定量评估显示：甲状腺良恶性结节之间的碘定量存在差异，癌性结节中未检测到碘，而不同的良性结节之间的碘定量无差异。该研究也发现，良性组的Zeff无差异，但高于甲状腺乳头状癌；且在甲状腺结节周围正常的甲状腺组织中，Zeff无明显差异。有学者对44例甲状腺结节患者（6例甲状腺乳头状癌、1 例甲状腺滤泡状癌、1 例甲状腺髓样癌，28例结节性甲状腺肿，8例甲状腺腺瘤）应用DECT平扫技术研究得出，良性结节组（结节性甲状腺肿、甲状腺腺瘤）之间的碘含量的差异无统计学意义（P=0.187），但均高于甲状腺癌组（甲状腺乳头状癌、甲状腺滤泡状癌、甲状腺髓样癌）的碘含量，即甲状腺腺瘤gt;结节性甲状腺肿gt;甲状腺癌；良性结节组λHu为正值，甲状腺癌组为负值或较小的正值；结节性甲状腺肿Zeff最高，甲状腺腺瘤次之，甲状腺癌最低［39］。

但目前还有一些研究持不同观点。有学者通过对30例患者的139个结节进行DECT平扫和增强扫描研究，其中67例恶性结节（64例乳头状癌，2例滤泡癌，1例髓样癌），72例良性结节［16］。该研究发现，恶性结节的碘含量、λHu、Zeff明显高于良性结节，动脉期良、恶性结节的λHu差异更显著，而Zeff相对于增强扫描的动脉期而言，平扫时良恶性结节的差异性更显著，平扫时良恶性结节的碘含量无显著差异。理论上，恶性结节碘含量应该低于良性组，因为甲状腺滤泡细胞具有碘摄取功能，这种功能在恶性结节中几乎不存在，而在良性结节中存在。本研究结果的差异是因为Siemens Healthineers的双能量模型是为肝脏成像设计的，不能识别微钙化，而甲状腺乳头状癌的微钙化可能会影响其碘含量。能谱曲线可以用来区分纤维、脂肪、钙和碘，因为它们在不同的能量水平上有不同的衰减。此前有研究报道，乳头状癌中的λHu呈负值，这可能是由于细胞中存在脂质物质所致［40］。而该研究中，一些滤泡腺瘤、结节性甲状腺肿、亚急性甲状腺炎、肉芽肿性甲状腺炎的λHu也呈负值，推断脂质物质不仅存在于乳头状癌中，也存在于其他良性结节中。在动脉期，恶性结节的Zeff值高于良性结节，可能与恶性结节的高灌注有关，恶性结节的细胞密度高于良性结节［41］；此外，微钙化也可能导致恶性结节的Zeff高于良性结节。并且指出，平扫时Zeff是预测甲状腺结节恶性的最重要指标。

有研究发现，良性组病变的能谱曲线普遍呈下降型，恶性组则呈上升型曲线［42］。然而，其他研究也对该结论发表了不同的观点，他们应用DECT扫描技术得出结论：良性结节（41例）与正常甲状腺组织的能谱曲线均表现为下降型，而35例恶性结节（25例甲状腺乳头状癌，7例灶性乳头状癌，2例滤泡状癌，l例髓样癌）的能谱曲线既可表现为上升型，又可以表现为下降型［43］。目前此结论仍存在争议，可能与样本数量不足有关，仍需增加样本数量进一步研究。

就目前而言，有研究者发现良恶性结节的碘含量至少有0.4 mg/mL的差异，因此得出碘含量分析有助于鉴别甲状腺结节的良恶性。我们需要更多的循证医学依据来确定碘含量的参考范围的来进行甲状腺良恶性结节的诊断及鉴别诊断。鉴于正常甲状腺组织本身含碘，我们有理由认为甲状腺组织的Zeff可能高于病变的甲状腺组织，因此DECT平扫技术也可用于区分病变组织，也有研究者从该角度进行相关研究。另外，Zeff值在甲状腺结节良恶性的鉴别诊断研究中仍存在着争议，需在今后的研究中排除微钙化对Zeff值的影响，以提高Zeff值在甲状腺结节良恶性诊断中的应用价值。

2.2 "DECT在甲状腺囊实性结节诊断及鉴别诊断中的应用

有研究对76例甲状腺结节患者应用DECT增强技术进行研究，包括46例甲状腺乳头状癌，17例甲状腺良实性结节及13例甲状腺囊肿。研究表明，甲状腺囊肿的碘含量最低，甲状腺良实性结节碘含量最高，而甲状腺乳头状癌的碘含量介于两者之间，这是因为其对碘的摄取不同；且在甲状腺结节/同侧甲状腺实质IC值和甲状腺结节/同侧颈总动脉IC值的统计中发现，甲状腺良性实性结节的值最大，甲状腺乳头状癌次之，甲状腺囊肿最小［34］。

2.3 "DECT在是否发生淋巴结转移中的应用

研究表明，DECT可以提高对病理性淋巴结的诊断。碘含量是鉴别甲状腺良恶性淋巴结［33-34］的高灵敏度和特异度参数。转移性淋巴结可以摄取碘，使用DECT多参数定量分析可用于鉴别甲状腺癌的淋巴结转移，特别用于鉴别颈部淋巴结［32］。术前准确的诊断颈部有无转移性淋巴结对于甲状腺结节的分期和治疗计划至关重要［44-45］。研究人员目前正在研究这些重建参数在评估淋巴结异质性方面的潜在用途。有学者建立了一个基于DECT碘物质分离图的放射组学模型，用于甲状腺乳头状癌患者术前转移性淋巴结的诊断，并得出结论：转移性淋巴结比非转移性淋巴结在动脉期表现出较高的组织异质性［46］。也有研究证实了IC在鉴别转移与非转移淋巴结方面具有良好的鉴别诊断效果。同时得出转移性淋巴结的动脉期CT值、IC、λHU、Zeff均高于非转移性淋巴结［47］。另有研究表明， 甲状腺乳头状癌术前转移性淋巴结在动脉和静脉期测量的λHu、标准化碘浓度和标准化Zeff高于良性淋巴结，尤其是静脉期λHu和动脉期标准化碘浓度联合评估，对其诊断具有更高的准确性［48］。有研究证实，40 keV VMIs可能有助于头颈部淋巴结转移和淋巴结坏死的诊断［49］。也有研究表明，40 keV VMIs不仅提高原发肿瘤的可见性外，还能提高转移淋巴结的显著性［50］。

2.4 "其他潜在应用

结节性甲状腺肿和甲状腺腺瘤有囊性变和结节内出血的趋势，而超过90%的甲状腺癌没有囊性变或结节内出血［51-52］。DECT采用先进的能谱成像技术，能够区分物质的分子组成，在鉴别结节内出血患者的甲状腺及其周围组织的形态特征方面具有潜在的临床应用价值。游离血红素是血液在甲状腺病变（特征性恶性结节）附近组织分解时释放的，因此，DECT可以通过检测游离血红素中的铁来提示局限性出血［53］。有研究发现，DECT可检出结节内出血，在所有样本中结节内出血均表现出较高水含量（约1100 mg/mL），表明光谱CT上1075 mg/mL的水含量阈值可用于鉴别结节内出血和甲状腺结节的实性成分，具有极好的敏感度和特异性；结节内出血其能谱特征表现为明显的负碘含量和高水含量、低Zeff和负λHu值［29］。 因此，高准确度的结节内出血检测有助于甲状腺结节的鉴别诊断。详细准确的分析甲状腺结节内出血的化学成分可能有助于制定基于DECT的诊断标准，从而能够在复杂的甲状腺疾病中进行鉴别诊断。

3 "小结

DECT 碘图、VMI、物质分离技术等多参数成像为甲状腺结节的诊断提供了较高影像质量的同时还可减少患者的辐射摄入量，是一种无创精准的新型诊断技术。DECT 有望替代常规CT、FNA等诊断技术，在鉴别诊断甲状腺结节的良恶性方面且具有优势。尽管目前DECT在甲状腺结节的诊断及鉴别诊断方面的报道较多，然而部分结论尚存争议［35， 54］，今后仍需要通过增加样本数量的同时开发新的后处理技术以减少出血钙化对于成像的影响，以提高甲状腺结节的诊断及鉴别诊断的准确性。对于DECT在甲状腺结节病理评估中的应用，未来几年可能会有更多的应用，来提高目前使用传统影像学评估甲状腺结节良恶性病理的准确性。在这方面，除了本文中讨论的内容外，来自DECT扫描的光谱数据还包含大量定量信息，这些信息可用于更高级的组织和图像分析，这将是个性化医疗时代在未来研究中的热点方向。

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（编辑：孙昌朋）