昆明醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院放射科(云南 昆明 650118)

王 馳 丁瑩瑩 李 鹍

綜 述

雙能量CT技術在骨腫瘤影像診斷中的研究進展

昆明醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院放射科(云南 昆明 650118)

王 馳 丁瑩瑩 李 鹍

骨肌系統(tǒng)腫瘤及腫瘤樣病變在臨床中并不少見，其種類繁多、成分復雜、生物學行為各異，給骨腫瘤的診治帶來了困難。多數(shù)骨腫瘤臨床癥狀缺乏特異性，影像學表現(xiàn)呈復雜性、多樣性，而病理學檢查受限于病變取材部位、大小以及病變內部成分如鈣化、出血、壞死等因素，往往難以做出明確診斷。部分骨腫瘤臨床癥狀不明顯，生物學行為多樣，臨床早期常誤診為其他病變。因此，及時發(fā)現(xiàn)并準確診斷骨腫瘤有助于提高患者生存率，改善預后。

影像學檢查是診斷骨腫瘤的重要手段之一。常用的影像學檢查手段有X線、CT、MRI等。CT檢查因其特點及優(yōu)勢已成為綜合評價骨腫瘤的重要手段，多層螺旋CT平掃與增強相結合，能更好的顯示病變的數(shù)目、位置、大小、形態(tài)、強化方式及生物學行為等關鍵信息，一定程度上提高了骨腫瘤診斷的準確率。隨著近年來CT新技術的不斷進步，雙能量CT技術在臨床和科研中發(fā)揮了越來越大的作用，對于多種疾病的診斷與鑒別方面有其獨特的優(yōu)勢。因此，本文將對雙能量CT技術的原理、發(fā)展、主要技術特征及其在骨腫瘤診斷中的應用等進行綜述。

1 雙能量CT原理及主要技術特征

1.1 雙能量CT技術的基本原理及發(fā)展X線的本質是具有波粒二象性的電磁波，X線通過物質的衰減程度由X線光子的光電吸收效應和康普頓散射效應共同決定，低能量光子以光電效應為主，高能量光子以康普頓效應為主。因此，不同能量的X線通過同一物質的衰減值不同，不同能量的X線通過不同物質衰減值變化幅度也不同，即任何物質都具有其對X線衰減的特征吸收曲線。雙能量CT使用兩種不同能量的X線(80/140KV)分別對物質進行成像，根據(jù)兩種X線照射下X線衰減程度的差異對物質進行定位和成像顯示，從而達到對物質進行識別、定性及定量分析的目的[1-2]。CT能量成像的概念在20世紀70年代CT誕生時就已經(jīng)被提出，在80年代也出現(xiàn)了關于雙能量X線減影技術的相關研究，但由于當時技術條件的限制，直到近年雙能量CT成像技術才被臨床和科研廣泛應用[3]。

1.2 雙能量CT的技術方法目前較為成熟的雙能量CT技術目前主要分為三大類：一是以美國GE公司為代表的能譜CT(Spectral CT)-Discovery CT 750 HD，采用單球管瞬時切換雙kVp的技術，通過在掃描過程中連續(xù)快速切換球管電壓(80/140KV)模擬出多個能量下的能譜圖像，其探測器采用了寶石分子結構的材料，并加入相應的稀有元素，保證了兩次數(shù)據(jù)采集的速度和時間分辨率[3]；二是以德國Siemens公司為代表的雙源CT(Dual-source Computed Tomography，DSCT)-Siemens Somatom Definition Flash，其配備了兩組互相垂直的X線球管及探測器同時獨立工作，同時使用能譜純化技術減少高低能量X線的重疊，保證了圖像質量[4]；三是以德國Siemens公司為代表的單源雙能CTSiemens Somatom Definition AS，使用不同能量X線(80/140KV)進行兩次連續(xù)掃描，經(jīng)過精確圖像配準后達到雙能量掃描的目的。此外，還有以荷蘭Philips公司為代表的雙層探測器(三明治)CT技術，其采用深層探測器接收高能量的X線光子，表層探測器接收低能量的X線光子，達到雙能量成像的目的，該技術尚不成熟，目前正在研究中。

雙能量CT掃描后可得到2組不同管電壓的圖像數(shù)據(jù)，高管電壓組圖像質量較好，噪聲小；而低管電壓組圖像噪聲相對增加，但對比噪聲比提高，有利于富血供或乏血供病變的檢出[5]。兩組圖像選擇不同權重因子線性或非線性融合得到的融合圖像結合了兩組圖像的優(yōu)勢，在顯示病灶方面更有價值。

雙能量CT在掃描后還可以使用多種衍生技術及圖像后處理方法，其中包括：虛擬平掃圖像、單能譜圖像、能譜曲線、最佳CNR圖像、優(yōu)化對比圖像以及基物質圖像如碘圖等。這些衍生技術廣泛應用于人體各器官和系統(tǒng)，在多種疾病的診斷中發(fā)揮重要作用。

2 雙能量CT技術在骨肌系統(tǒng)疾病中的應用

2.1 雙能量CT技術在骨肌系統(tǒng)非腫瘤疾病中的應用雙能量CT技術目前已經(jīng)廣泛應用于多個器官和系統(tǒng)疾病，其中，在骨肌系統(tǒng)非腫瘤疾病中，已有不少文獻證實雙能量CT技術在骨肌系統(tǒng)疾病診斷中的價值。Glazebrook KN、鄧凱等[6-7]多位國內外學者報道，雙能量CT技術在手、足、膝關節(jié)等多部位肌腱及韌帶損傷診斷中有重要價值。Mallinson P等[8]報道雙能量CT在手、足等部位創(chuàng)傷的急性期可以清晰顯示各肌腱、韌帶的解剖結構、損傷及周圍的水腫區(qū)。Artmann A、汪飛、張惠娟等[9-11]報道雙能量CT對痛風的診斷有很大幫助，雙能CT是目前唯一通過分析掃描部位化學成分來顯示尿酸鹽結晶的成像方法。Wait JM、涂寧等人[12-13]證實雙能量CT所測量腰椎等部位骨質基物質圖像容積CT值與WHO推薦的雙能X線吸收法(Dual X-ray Absorptiometry, DXA)密切相關，可簡便易行的檢測骨密度的變化，為骨質疏松患者和腫瘤內分泌治療前后監(jiān)測骨密度提供了可能。此外，雙能量CT還廣泛應用于去骨、去金屬內固定偽影[14]，肢體血管造影[15]及椎間盤突出癥[16]等多種骨肌系統(tǒng)疾病中。

2.2 雙能量CT技術在骨腫瘤診斷中的應用目前，雙能量CT在腫瘤診斷中的價值主要分為以下幾個方面[17-19]：①單能量圖像去除了硬化偽影和部分容積效應，提高了圖像質量，因此能明確腫瘤的邊界、提高富血供腫瘤和小病灶的檢出率，這為腫瘤的早期診斷提供了幫助[20]；②定量計算雙能量CT感興趣區(qū)的有效原子序數(shù)并評估能譜曲線的形態(tài)可以指導一些無法確定來源的轉移癌的診斷[21]；③特征性的能譜曲線可用于腫瘤的良惡性及病理學類型的鑒別[21-22]；④能譜成像技術可以幫助臨床確定腫瘤的浸潤范圍，指導腫瘤的分級與分期[17-19]。⑤雙能量CT還能反映放化療后腫瘤血流動力學信息，進而可對治療療效進行評價[23]；此外，雙能量CT去偽影技術能減除治療過程中植入的粒子、支架及金屬吻合器等造成的射線硬化和金屬偽影，提高對復發(fā)腫瘤的檢出率。

近年來，隨著研究的深入，雙能量CT技術在骨腫瘤早期、準確地定位、定性及分級等方面發(fā)揮著越來越大的作用。金曉青[24]使用雙源CT對30例頜骨腫物患者進行雙能量(80/140KV)掃描，掃描范圍自眼眶上緣至下頜骨下緣，對比140KV與80KV不同管電壓圖像得出，高電壓顯示腫瘤對頜骨侵犯及腫物與牙齒關系較好，低電壓顯示腫瘤對軟組織的侵犯價值較高。陳海松、邵曉棟[25-26]通過寶石能譜CT研究100余例四肢軟組織腫塊的能譜曲線發(fā)現(xiàn)：惡性腫瘤的CT值-keV曲線呈速降型，良性腫瘤或腫瘤樣病變曲線呈較為平緩的下降型，交界性腫瘤的曲線介于良惡性腫瘤之間，而脂肪性腫瘤的 CT 值隨keV的增加而上升，其能譜曲線呈負值弓背向上形，進而得出CT能譜曲線對軟組織腫塊的良惡性鑒別診斷具有一定價值。賈夢等[27]建立兔VX2惡性骨腫瘤髓內浸潤模型并進行能譜CT掃描，分析腫瘤區(qū)域、移行區(qū)域及正常髓腔區(qū)域的能譜曲線特點發(fā)現(xiàn)：能譜曲線能和基物質圖像可以顯示腫瘤移行區(qū)并能鑒別腫瘤微觀浸潤和單純骨髓水腫區(qū)，腫瘤微觀浸潤曲線斜率大于單純骨髓水腫。龐婧等[28]建立兔VX2惡性骨腫瘤髓外浸潤模型并研究其能譜CT特點發(fā)現(xiàn)：軟組織腫塊強化區(qū)、瘤周水腫區(qū)及正常肌肉三者碘基值與能譜曲線特點有統(tǒng)計學差異，且瘤周水腫中近瘤緣區(qū)與近肌肉區(qū)碘值及能譜曲線斜率均有不同，前者平均水平高于后者。王兵等[29]回顧性分析了多例經(jīng)病理證實的肺癌患者胸腹部CT能譜圖像，發(fā)現(xiàn)肺癌成骨性轉移瘤混合能量和單能量CT值均低于骨島，且密度較骨島更均勻，肺癌與乳腺癌成骨性轉移瘤在基物質圖和ROC曲線中有一定的規(guī)律，其高keV圖像在鑒別成骨性轉移瘤和骨島方面診斷效能較大。袁軍輝等[30]對比肺癌與乳腺癌脊柱成骨性轉移瘤能譜CT特點發(fā)現(xiàn)：能譜CT單能量成像靜脈期CT增強幅度可幫助鑒別乳腺癌與肺癌成骨性轉移瘤，且在110keV是診斷效能較大；在能譜CT碘(水)和水(碘)靜脈期增強幅度值及擬合曲線斜率中，乳腺癌成骨性轉移瘤高于肺癌成骨性轉移瘤，基物質圖像和能譜曲線在兩者鑒別中有一定的價值。袁源等[31]發(fā)現(xiàn)在脊柱腫瘤及腫瘤樣變中，在40-80keV條件下，惡性組和非惡性組相同能級單能量圖像CT值及能譜曲線斜率差異有統(tǒng)計學意義，得出能譜CT在鑒別良惡性脊柱腫瘤及腫瘤樣病變中有較好的應用前景。楊魏[32]分析了25例骨肌系統(tǒng)腫瘤及腫瘤樣病變患者的能譜CT參數(shù)特征，發(fā)現(xiàn)能譜CT在鑒別病灶性質、分析腫瘤內部成分等方面有獨特優(yōu)勢，對骨肌系統(tǒng)腫瘤診斷有一定的價值。Dong Y[33]等學者通過94病例分析得出，能譜CT在肺癌骨轉移與骨島的診斷及鑒別中有一定的價值，110keV的虛擬融合圖像在兩者鑒別中有重要價值。Chen H等[34]等對30例新西蘭白兔VX2骨腫瘤模型進行雙能量CT掃描，對照病理學樣本發(fā)現(xiàn)雙能CT能譜曲線可以確定腫瘤與正常組織過渡區(qū)的性質，對鑒別腫瘤髓內侵犯有一定的診斷價值。Zheng S等[35]回顧性分析了102例存在椎體低密度病變腫瘤患者的能譜CT資料發(fā)現(xiàn)，雙能量CT能準確鑒別溶骨性轉移瘤與Schmorl結節(jié)，其中40keV的CT融合圖像、k值、骨(水)及水(骨)基物質密度圖有著更高的診斷價值。

3 雙能量CT技術存在的問題與不足

雖然雙能量CT技術廣泛應用于臨床和科研，但目前仍存在一些問題及不足：①結果有誤差。Mitchell MG等[36]的研究指出，瞬時切換電壓式的能譜CT得出的單keV圖測得的絕對CT值可能不準確。另外，雙能量CT技術還會出現(xiàn)物質衰減失真和能譜誤差[36-37]；②輻射劑量較常規(guī)CT高，能量分辨能力差，圖像質量下降。Jacob S等[38]指出虛擬平掃圖像信噪比較低，易導致小鈣化灶等的漏診。另外，為了降低雙能量CT掃描的輻射劑量而調整的一系列掃描參數(shù)也會導致圖像質量的下降；③目前雙能量CT兩種不同管電壓條件下(80/140KV)的X線仍為混合能量的光子，從技術上無法純化分離出單能量的X線，而且在掃描過程中也無法完全實現(xiàn)CT能量成像“三同”(同時、同向、同源)的原則[2]。

盡管目前雙能量CT檢查在腫瘤診斷與鑒別方面取得了一定的成效，但國內外文獻在骨肌系統(tǒng)疾病尤其是骨腫瘤及腫瘤樣病變方面的報道甚少，且大宗病例的研究較少。隨著CT技術的不斷開發(fā)完善和研究的進一步深入，相信雙能量CT技術會在骨腫瘤及腫瘤樣疾病的診斷和鑒別方面發(fā)揮更重要的作用。

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(本文編輯: 汪兵)

R445.3；R738.1

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.09.043

2017-07-24

丁瑩瑩