宝石能谱CT成像技术在肾癌类型的初步研究

宝石能谱CT成像技术在肾癌类型的初步研究

雷少晖张田宝张晓芳王宁

（青海省人民医院医学影像中心；青海?西宁810000）

【摘要】

随着环境的改变，临床工作中，肾脏细胞癌的发病率越来越高，对于肾癌的不同分型的明确准断对于临床的早期诊断、早期治疗有着至关重要的作用。本研究分析、总结了肾癌在宝石常规成像的影像特征，同时运用能谱成像基物质定量分析及能谱衰减曲线等新技术，初步探讨宝石能谱成像在肾癌不同类型鉴别沴断中的应用价值。

【概述】

肾癌，是最常见的肾脏恶性肿瘤，又称肾细胞癌，起源于肾小管上皮细胞，约占肾脏所有恶性肿瘤的85%-90%【1】，近年来，肾癌约以每年2%-4%的速度增长。肾癌发病率男女约为2.3:1，好发年龄多在40岁以上。早期肾细胞癌常无显著症状，多因体检或做其他检查时发现，约有三分之一的患者在就诊时，已发现伴有不同程度的转移，临床多见腰部不适、腹部包块、血尿及其它贫血、发热等全身症状。肾癌病理组织分型较多，2016年世界卫生组织（WHO）根据肾细胞癌组织形态学、遗传学改变、免疫表型、临床表现和影像学的特点，推出了新的肾癌分类：其中以细胞质为主型的透明细胞癌和嫌色肾细胞癌最为常见【2】，其次是以细胞结构为主型的乳头状肾细胞癌和肿瘤解剖定位为主型的集合管癌和肾髓质癌，还有比较少见的肿瘤的类型。不同肿瘤类型之间的鉴别比较困难，大多数需要结合病理进行鉴别。目前对于肾癌的分子影像学研究多为肾灌注成像、双源CT扫描成像，但灌注成像扫描辐射量大，过程相对繁琐，双源CT扫描尽管已经降低辐射剂量，但扫描野较小，故临床应用均有一定的局限性。宝石能谱CT成像（GSI）是一种新的成像技术，能够在50cmFOV内使单球管在0.5s内实现高、低能量的快速切换、迅速采样，运用原始数据投影模式能量减影【3】，生成新的一组由101种物质密度图像和单光子能量图像，有利于图像的分析及微小病灶的检出【4】，为CT成像开辟了全新的成像模式，为肾癌诊断提供了新的方法，从而更好的指导临床工作，更好的给患者提供更有力的治疗依据。

影像学研究：

CT通过计算人体对X线的衰减而成像，人体对X线的吸收随着X线能量的不同而发生改变。对常规CT来说，均采用混合能量的X线，其CT值不仅取决于人体组织的密度，还依赖于X线所混合的能量，所以CT值不能精准地反映组织器官的密度【6】。近年来，CT能谱成像技术的迅速发展为解决上述问题提供了一条途径【7-8】。由于技术设备的限制，目前的CT设备尚不能提供绝对单一能量水平的X线，而能谱CT可通过对两种基础物质的衰减加权间接表示单能量X线，利用求解基物质的密度值演算出不同单能量水平的单能量图像【9】，从而实现了CT值与组织密度上的一一对应，提供了更准确的单能量扫描图像。宝石能谱CT采用分子结构稳定的宝石作探测器材料，具有高纯度、高通透性的物理学特性，通过瞬时双电压技术在0.5ms内切换来实现两组数据采样，计算出感兴趣物质在各能量点对X线的吸收，从而实现单能量成像。目前，能谱CT可提供101个30～140keV能量级的单能图像，并由此获得单能量CT值、基物质密度值(包括水、碘、脂肪、钙等)有效原子序数等参数【10】，配合专门的能谱成像(GSI)浏览器，可较为直观地在直方图、散点图、能谱曲线等可视化分析工具上显示。

2.1能谱CT的单能量图像：影响CT值准确性的因素主要以X线硬化效应的影响最显著，消除其影响只有进行单能成像，而在这方面能谱CT的单能量成像具有独特的优势。目前，能谱CT在后颅窝显示、金属植入物、动脉瘤栓塞金属夹等方面提供了良好的成像效果【11】。Lin等【12】比较了传统140kVp混合能量图像与5组单能量图像，发现最佳的70keV单能量图像能显著降低不同组织解剖部位的噪声与伪影。Graser等【13】通过演算单能量图像，发现能谱CT可显著提高病灶的CNR。

2.2能谱CT的物质组成分析与物质分离：任何物质的X线吸收系数均由任意两个基物质的X线吸收系数来决定，因此，可将一种物质的衰减转化为产生同样衰减的两种物质的密度，这样可实现物质组成的分析【14】。能谱CT提供了多种基物质的配对，可通过测定基物质的相对含量达到定性的目的。能谱CT成像将水和碘作为最常用基物质进行物质密度成像和定量分析。碘基图像可敏感地借助碘含量改变反映血流动力学变化，且其对碘剂分布的敏感性高，轻微碘剂分布即可引起肉眼可辨的灰度改变，提高微小病灶的检出率【15】。

2.3能谱CT技术绘制的散点图、直方图及能量衰减谱线：在CT常规图像上，如两种物质的CT值相似，则这两种物质不能区分；而在能谱CT图像上，如两种物质的衰减曲线不同也可对其进行区分，以实现对肿瘤与非肿瘤的鉴别诊断、肿瘤类型以及良恶性的鉴别【16】，甚至对肿瘤进行定性及成分分析。研究表明综合能谱CT的多项参数，可提高不同类型胃癌、囊性肾癌、肝癌、复杂性囊肿、转移淋巴结和非转移淋巴结诊断的准确性。林晓珠等【17】对1例肝肾间隙肿瘤患者动态增强各期的CT能谱特征进行分析，发现其碘基与水基散点图的分布模式、70keV单能量CT值、分布直方图模式及能谱曲线形态与已知原发性肝癌的上述能谱特征类似，从而推测该病灶可能起源于肝脏，经术后病理检查得以证实，此为能谱CT的病理诊断提供了一种新模式，但需大量病例证实各种原发性肿瘤能谱曲线的准确性。

【总结】

随着CT技术的不断发展，能谱CT技术的日益成熟，使其在肿瘤诊断方面的应用得以巨大的发展，虽然目前尚无认定的权威标准。但是相信随着对疾病研究的深入及影像各方面的不断融合，使得能谱成像及分析技术与疾病之间的相关性得到更加广泛的应用，在大样本病例的支持下，两者之间的关系必定会有长足的发展，为肿瘤的早发现、早诊断及其预防带来很大的帮助。

参考文献

[１]陈余庆，季祝永，孙凤翔等．髋关节脱位合并股骨头骨折的治疗[J]．创伤外科杂志，2009，11（4）：344．

[２]徐阿炳，马玉海．髋关节后脱位伴股骨头骨折15例治疗体会[J]．武警医学,2008,19（8）：751-753．

[3]LengS，YuL，WangJ，etal．NoisereductioninspectralCT:reducingdoseandbreakingthetrade-offbetweenimagenoiseandenergybinselection［J］．MedPhys，2011，38(9):4946-4957．

[4]LüP，LinXZ，LiJ，etal.Differentiationofsmallhepatichemangiomafromsmallhepatocellularcarcinoma:recentlyintroducedspectralCTmethod［J］．Radiology,2011,259(3):720-729．

[6]StolzmannP,ScheffelH,RentschK,etal.Dual-energycomputedtomographyforthedifferentiationofuricacidstones:exvivoperformanceevaluation［J］.UrolRes,2008,36(3-4):133-138．

[7]CourseyCA，NelsonRC，BollDT，etal.Dual-energymul-tidetectorCT:howdoseitwork，whatcanittellus，andwhencanweuseitinabdominopelvicimaging［J］.Radiographics，2010，30(4):1037-1055．

[8]PacheG，KraussB，StrohmP，etal．Dual-energyCTvirtualnon-calciumtechnique:detectingposttraumaticbonemarrowlesions:feasibilitystudy［J］.Radiology，2010，256(2):617-624．

[9]LiuX，YuL，PrimakAN，etal．Quantitativeimagingofelementcompositionandmassfractionusingdual-energyCT:Three-materialdecomposition[J]．MedPhys，2009，36(5):1602-1609．

[10]KudoM，HanKH，KokudoN，etal．LiverCancerWorkingGroupreport[J]．JpnJClinOncol，2010，40(1):19-27．

［11］SilvaAC，MorseBG，HaraAK，etal．Dual-energy(spectral)CT:applicationsinabdominalimaging[J].Radiographics，2011，31(4):1031-1046．

［12］LinXZ，MiaoF，LiJY，etal.High-definitionCTGemstonespectralimagingofthebrain:

initialresultsofselectingoptimalmonochromaticimageforbeam-hardeningartifactsandimagenoisereduction[J].JComputAssistTomogr，2011，35(2):294-297．

［13］GraserA，JohnsonTR，ChandaranaH，etal．Dual-energyCT:preliminaryobservationsandpotentialclinicalapplicationsintheabdomen[J].EurRadiol，2009，19(1):13-23．

［14］WangXL,MeierD,TaguchiK,etal.MaterialseparationinX-rayCTwithenergyresolvedphoton-countingdetectors[J].MedPhys，2011，38(3):534-1546．

［15］BrownCL，HartmanＲP，DzyubakOP，etal．Dual-energyCTiodineoverlaytechniqueforcharacterizationofrenalmassesascystorsolid:aphantomfeasibilitystudy［J］．EurＲadiology，2009,19(5):1289-1295．

［16］BollDT，PatilNA，PaulsonEK，etal．Focalcystichigh-attenuationlesions:characterizationinrenalphantombyusingphoton-countingspectralCT:improveddifferentiationoflesioncomposition[J]Radiology，2010，254(1):270-276．

［17］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):61-66．