双能量CT在甲状腺乳头状癌诊断中的应用综述_钟艺.pdf

医疗卫生装备2023年1月第44卷第1期Chinese Medical Equipment JournalVol 44No 1January2023双能量 CT 在甲状腺乳头状癌诊断中的应用综述钟艺，余强，何知杨，宁友劝，彭娟*，吕发金（重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016）摘要介绍了甲状腺乳头状癌的传统诊断方法的局限性及双能量 CT 的常用技术及优点，综述了双能量 CT 在鉴别甲状腺结节良恶性、评估甲状腺乳头状癌颈部淋巴结转移情况中的应用现状以及双能量 CT 与影像组学结合在甲状腺乳头状癌诊断中的应用现状，分析了双能量 CT 在甲状腺乳头状癌诊断应用中存在的不足，并展望了该领域未来的发展方向。关键词双能量 CT；甲状腺乳头状癌；甲状腺结节；淋巴结转移；影像组学中国图书资料分类号R318；R814.42文献标志码A文章编号1003-8868（2023）01-0107-06DOI：10.19745/j.1003-8868.2023018Application of dual-energy CT in diagnosis of papillarythyroid carcinomaZHONG Yi,YU Qiang,HE Zhi-yang,NING You-quan,PENG Juan*,LYU Fa-jin(Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University,Chongqing 400016,China)AbstractThe limitations of traditional diagnostic methods for papillary thyroid carcinoma and the common techniques andadvantages of dual-energy CT were introduced.The research progresses of dual-energy CT were reviewed in identifyingbenign and malignant thyroid nodules and evaluating cervical lymph node metastasis in patients with papillary thyroidcarcinoma,and the advances of dual-energy CT combined with radiomics were summarized when used for diagnosingpapillary thyroid carcinoma.The deficiencies and future direction of dual-energy CT were discussed in the diagnosis ofpapillary thyroid carcinoma.Chinese Medical Equipment Journal，2023，44（1）：107-112Key wordsdual-energy CT;papillary thyroid carcinoma;lymph node;lymph node metastasis;radiomics0引言近年来，甲状腺癌发病率逐年上升，甲状腺乳头状癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）是甲状腺癌最常见的病理类型，属低度恶性肿瘤，虽然预后好，但易发生颈部淋巴结转移，且颈部淋巴结转移是局部复发的重要危险因素1。因此，甲状腺结节的早期筛查、定性诊断及颈部淋巴结转移情况的准确评估，对PTC 患者临床治疗方法及手术方案的选择有重要的指导意义1。细针穿刺细胞学是 PTC 术前诊断最重要的方法之一，但为有创性检查，存在局部出血的风险，且取样不佳时有较高的假阴性。超声、CT 及 MRI 是PTC 术前诊断常用的无创性检查方法，其中，超声是首选检查方法，但其准确性易受个人经验及操作技术的影响，且对深部病灶及淋巴结转移的评估有一定局限性1-3；CT 虽能更全面显示病变与周围结构的关系，但软组织分辨能力差，难以发现微小病灶4；MRI 软组织对比度更高，但对钙化灶不敏感，且易产生运动伪影。因此，PTC 术前诊断需一种更全面、准确性更高的检查方法。双能量 CT 作为一种先进的成像技术，基于物质对不同能量 X 射线光子的吸收差异，通过一次扫描可同时获得物质在高、低 2 种能量 X 射线下的衰减数据。此外，通过虚拟单能量成像、能谱曲线、物质分离及有效原子序数等常用技术对数据进行后处理分析，可获得单能量图、基物质图及有效原子序数图等基金项目：重庆市渝中区科委资助项目（20190111）作者简介：钟艺（1997），女，硕士研究生，研究方向为头颈影像、双能量 CT，E-mail：。通信作者：彭娟，E-mail：钟艺，余强，何知杨，等.双能量 CT 在甲状腺乳头状癌诊断中的应用综述J.医疗卫生装备，2023，44（1）：107-112.General Review综述 107 医疗卫生装备2023年1月第44卷第1期Chinese Medical Equipment JournalVol 44No 1January2023能谱图像，有利于组织解剖结构及病灶形态的显示；还可同时获得感兴趣区域（regions of interest，ROI）的碘浓度（iodine concentration，IC）、标化碘浓度（nor-malized iodine concentration，NIC）、能谱曲线斜率 HU及有效原子序数 Zeff等多种能谱定量参数，对病灶的组织成分差异性进行功能学定量分析。因此，双能量 CT 将形态与功能相结合，可一站式为疾病的诊断提供更全面的诊断线索。随着双能量 CT 迅速发展，大量文献报道了其在头颈部肿瘤术前诊断等方面的应用价值5-6，并且影像组学的出现，使其在头颈部肿瘤诊断等方面的应用得到更进一步的发展。本文将对双能量 CT 在 PTC 诊断中的应用进行综述。1双能量CT在PTC诊断中的应用研究1.1鉴别甲状腺良恶性结节PTC 是发病率最高的甲状腺恶性结节。国内外相关研究中纳入的甲状腺恶性结节以 PTC 为主，因此，对甲状腺结节良恶性的定性诊断，有利于 PTC 的早期筛查，是 PTC 临床诊断工作中的重要步骤。双能量 CT 通过虚拟单能量成像技术获得较低能级的单能量图像，能够显著改善头颈部解剖结构及微小病灶的显示7-8。有研究者认为，6275 keV 的单能量图像能显著改善病灶与正常甲状腺的对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR）（如图 1 所示），有助于甲状腺微小病灶的检出，而且在 65 keV 单能量图像上甲状腺微小乳头状癌（直径小于 1 cm）的检出率可从混合能量图像的 91.4%提升到 97.1%4。此外，赵雯等9认为通过双能量 CT 的物质分离技术得到的碘基图可以更清楚地显示甲状腺结节形态及包膜的情况（如图 2 所示）。因此，单能量图像与碘基图二者可相互补充，为甲状腺结节的定性诊断提供更全面的形态学诊断线索。通过双能量 CT 的 IC、NIC、HU及 Zeff等多种能谱参数，可定量分析病灶的组织成分差异性，为鉴别甲状腺良恶性结节提供除形态学以外的更多诊断线索。大部分研究认为甲状腺恶性结节平扫期 IC 低于良性结节10-12，这可能由于 PTC 缺少正常形态的滤泡上皮细胞，其碘摄取低于存在正常滤泡结构的良性结节11。但各研究对增强各期 IC 诊断价值的评价差异较大，有研究者认为甲状腺恶性结节增强各期IC 均低于良性结节13，而 Gao 等14则认为增强后甲状腺恶性结节 IC 高于良性结节，这可能与扫描时间、增强后个体循环及对比剂注射量的差异影响实验结果的准确性有关。有研究者提出用同层面颈动脉 IC对甲状腺结节 IC 进行标准化得到 NIC，可减少个体差异所致的实验结果偏差，且大部分研究中甲状腺恶性结节 NIC 低于良性结节9，15-17；而有的研究认为良恶性结节间动脉期、静脉期及延迟期 NIC 差异均有统计学意义15；赵雯等9则认为，仅静脉期 NIC 在甲状腺良恶性结节间差异有统计意义，以 NIC0.76为恶性结节的诊断阈值，敏感度为 74.61%，特异度为 75.40%，AUC 值达 0.91。此外，由于甲状腺恶性结节癌细胞及纤维间质成分相对丰富，血供及碘摄取量较良性结节低，CT 值衰减较良性结节缓慢，因此，甲状腺恶性结节各期相 HU均小于良性结节，有助于甲状腺结节良恶性的定性诊断12，18。但对于平扫及增强后 Zeff的诊断价值各研究结论差异较大，Jiang等19认为甲状腺恶性结节平扫期及动脉期 Zeff均大于良恶结节（P0.05），有助于甲状腺结节的定性诊断；而李文等18则认为平扫期更能真实地反映甲状腺结节的组织特异性，甲状腺恶性结节平扫期 Zeff小于良性结节（P0.01），对甲状脉结节的定性有较高诊断价值。有文献指出，将能谱定量参数与常规形态学征象、甲状腺功能指标等多因素联合，可进一步提高双能量 CT 对甲状腺结节良恶性的诊断效能10，16，20。金弋人等10发现平扫 IC 联合 CT 形态学征象及促甲状腺激素水平诊断甲状腺结节良恶性的准确率从单独应用平扫 IC 的 75%提升到 81.6%；刘妮等16发现甲状腺结节静脉期 NIC 联合 CT 及超声形态学征象，对甲状腺结节良恶性的诊断准确率可达84.44%，较单（a）混合能量图像（b）65 keV 单能量图像图1甲状腺右叶微小乳头状癌的混合能量图像及65 keV单能量图像4图2甲状腺左叶PTC的动脉期混合能量图像及碘基图9注：碘基图可更清楚地显示甲状腺边缘不规则凸起及乳头状结构。（a）动脉期混合能量图像（b）动脉期碘基图钟艺，余强，何知杨，等.双能量 CT 在甲状腺乳头状癌诊断中的应用综述J.医疗卫生装备，2023，44（1）：107-112.General Review综述 108 医疗卫生装备2023年1月第44卷第1期Chinese Medical Equipment JournalVol 44No 1January2023用 NIC（80%）、超声（76.67%）、CT 形态学（73.3%）的准确率高。但目前对双能量 CT 联合其他影像学检查的研究较少，有待进一步研究。1.2评估PTC颈部淋巴结转移情况PTC 颈部淋巴结转移是导致局部复发的重要风险之一21。常规 CT 及超声诊断淋巴结有无转移主要依靠淋巴结的短径、形态、钙化、囊变等征象，主观性较强，且 PTC患者易发生颈部小淋巴结转移，形态学征象常不典型，因此诊断价值有限3，22。而双能量 CT 可为术前评估 PTC 患者颈部淋巴结转移情况提供除淋巴结形态学征象外更全面的定性、定量诊断线索。1.2.1直接评估颈部淋巴结转移通过定量分析颈部淋巴结的双能量 CT 能谱参数，可对 PTC 患者颈部淋巴结的转移情况进行直接评估。由于 PTC 患者颈部转移淋巴结血供较非转移淋巴结丰富，在大部分研究中转移淋巴结的 IC、NIC、HU及 Zeff较非转移淋巴结高23-26，但平扫及增强后各能谱参数的诊断阈值及诊断效能在各研究中存在差异。He 等24认为 PTC 患者转移淋巴结动脉期及静脉期的 NIC 及 HU均大于非转移淋巴结（如图 3 所示），其中动脉期 NIC 为最佳诊断参数，以 25.8%为诊断阈值，其敏感度、特异度、准确率分别为 90.3%、96.6%、92.9%，AUC 值为 0.986，较常规 CT 形态学征象有更高的诊断效能。许晓泉等25进一步评估了基于淋巴结的各能谱参数（动静脉期 NIC、HU及 Zeff）、常规 CT 形态学征象及二者联合构建 Logistic 回归模型对 PTC患者颈部淋巴结转移的诊断效能，发现 Logistic 回归模型诊断效能优于双能量 CT 能谱参数模型及常规CT 形态学模型，AUC 值分别为 0.922、0.912、0.783。此外，Yoon 等26发现将淋巴结各能谱参数与常规超声征象结合也可进一步提高 PTC 患者颈部淋巴结转移的诊断效能，较单用能谱参数诊断 AUC 值从0.856 提升至 0.941。值得注意的是，虽然通过分析淋巴结的双能量CT 能谱参数联合其形态学征象对评估 PTC 患者颈部淋巴结的转移情况有较高的应用价值，但多为颈部淋巴结亚分区的、“全或无”的方法，只是将术前淋巴结影像与术后病理结果进行组与组的对照，如何实现影像与病理结果一一对照仍为一大难点。1.2.2利用原发癌灶间接评估颈部淋巴结转移已有较多研究证实了 PTC 患者原发癌灶的临床病理特征或常规影像形态学征象与颈部淋巴结转移之间的联系27-29，但 PTC 病理特征只能在术后获取，术前影像形态学征象受观察者主观判断的限制。近年来，有研究者利用双能量 CT 分析 PTC 患者甲状腺原发癌灶的能谱参数预测颈部淋巴结的转移风险，取得了一定的成绩。黄益龙等30根据术后病理将甲状腺微小乳头状癌分为颈部淋巴结转移组和非转移组，分析发现颈部淋巴结转移组甲状腺原发癌灶的动脉期及静脉期IC、NIC 均大于非转移组，其中动脉期 NIC 诊断效能最高，AUC 值为 0.814，以 0.208 为阈值，敏感度、特异度分别为 73.5%、79.2%，提示 PTC 原发癌灶能谱参数对颈部淋巴结的转移风险具有较好的预测效能。另有研究将 PTC 原发癌灶的能谱定量参数与常规形态学征象、临床特征或甲状腺功能指标等多因素联合建立颈部淋巴结转移风险的预测模型，可进一步提高模型的预测性能31-33。Zou 等31发现原发癌灶的动脉期及静脉期 IC、甲状腺包膜外侵犯及血清甲状腺功能指标等变量为 PTC 患者发生癌灶同侧图3PTC患者颈部淋巴结动脉期及静脉期的碘基图及能谱曲线24注：L1、L2 为转移淋巴结，L3 为非转移淋巴结。L1、L2、L3 的动脉期 NIC 分别为 36.1%、32.1%及 16.3%，动脉期 HU分别为 1.46、1.47 及 1.07；静脉期 NIC 分别为 56.6%、42.6%及 35.1%，静脉期 HU分别为 1.57、1.59 及 1.27。（a）L1、L2 动脉期碘基图（b）L3 动脉期碘基图（c）动脉期能谱曲线（d）L1、L2 静脉期碘基图（e）L3 静脉期碘基图（f）静脉期能谱曲线钟艺，余强，何知杨，等.双能量 CT 在甲状腺乳头状癌诊断中的应用综述J.医疗卫生装备，2023，44（1）：107-112.General Review综述 109 医疗卫生装备2023年1月第44卷第1期Chinese Medical Equipment JournalVol 44No 1January2023颈侧区淋巴结转移的独立危险因素，联合应用各独立危险因素建立 Logistic 回归模型可有效预测同侧颈侧区淋巴结转移（AUC 值为 0.834），较单用能谱参数预测效能进一步提高。Zou 等32另一篇文献报道将各独立危险因素（病灶位于甲状腺上极、甲状腺包膜外侵犯、动脉期原发癌灶 IC、静脉期原发癌灶IC、动脉期原发癌灶 NIC 及甲状腺功能指标）联合构建列线图，可提高术前对 PTC 患者颈部淋巴结转移风险的预测能力，有助于临床医生手术方案的决策制订。由于 PTC 原发癌灶的血管微环境与颈部淋巴结转移等侵袭性生物学行为密切相关1，34，碘含量的测定（IC、NIC）可定量反映病灶的血管微环境，因此，上述应用 PTC 原发癌灶预测颈部淋巴结转移风险的双能量 CT 相关研究中，涉及的能谱参数主要为IC、NIC。综上，双能量 CT 对 PTC 颈部淋巴结转移有较高的诊断价值，可通过直接评估淋巴结本身的能谱定量参数，判断有无淋巴结转移，但存在淋巴结定位难及转移漏诊等问题；当颈部淋巴结转移诊断不明确时，可通过分析甲状腺原发癌灶的能谱参数，预测颈部淋巴结转移的风险，间接评估 PTC 患者的颈部淋巴结转移情况，为临床手术方案的选择提供更多的参考依据。2双能量CT结合影像组学在PTC诊断中的应用影像组学作为当下的研究热点，可高通量提取图像信息，揭示图像的生物学本质，已有部分研究将双能量 CT 结合影像组学应用于 PTC 的术前诊断，取得了更精准的诊断效果。Tomita 等35提出在双能量 CT 的虚拟单能量图像上提取纹理特征有助于 PTC 的诊断，其中 80 keV单能量图像的直方图平均值和中位数的诊断效能最高（AUC 值均为 0.77）。Jiang 等19基于甲状腺结节动脉期 IC、NIC、HU、Zeff及平扫 HU、Zeff，分别构建了线性判别分析模型及 Logistic 回归分析模型，用于 PTC与甲状腺良性结节的定性诊断，发现线性判别分析模型的诊断效能（训练集、验证集 AUC 值分别为 0.86、0.82）高于 Logistic 回归分析模型（AUC 值为 0.76）。Zhou 等36发现从 PTC 患者颈部淋巴结的动脉期及静脉期碘基图提取影像组学特征并构建影像组学模型，对 PTC 患者颈部淋巴结转移有较高的诊断效能（训练集 AUC 值为 0.910，验证集 AUC 值为 0.847），将影像组学标签与常规 CT 形态学征象联合构建诺谟图可进一步提高诊断效能（训练集 AUC 值为 0.933，验证集 AUC 值为 0.895）。Zhou 等37另一篇文献提出，从 PTC 患者原发癌灶动脉期及静脉期碘基图中提取、筛选影像组学特征并联合临床因素构建诺模图，分别预测 PTC 患者颈部淋巴结及中央区淋巴结的转移风险（分析流程图如图 4 所示），结果显示 2个模型在训练集（AUC 值分别为 0.847、0.837）和验证集（AUC 值分别为 0.807、0.795）中均表现出良好的预测性能。图4诺模图预测PTC患者颈部中央区淋巴结转移风险的流程图37通过上述基于双能量 CT 的影像组学研究，利用影像组学高通量地提取相关特征，得到与组织异质性高度相关的体素，弥补了双能量 CT 的能谱参数以ROI 的平均值反映病灶异质性的不足，从而实现更精准的诊断。但目前双能量 CT 联合影像组学在 PTC诊断方面的相关研究仍较少，多为单中心的回顾性研究，需要大样本量、多中心、前瞻性研究进一步验证各模型的预测性能。CT 形态学征象诺模图示意图术后病理结果影像组学分析钟艺，余强，何知杨，等.双能量 CT 在甲状腺乳头状癌诊断中的应用综述J.医疗卫生装备，2023，44（1）：107-112.General Review综述 110 医疗卫生装备2023年1月第44卷第1期Chinese Medical Equipment JournalVol 44No 1January20233结语双能量 CT 将形态学及功能学相结合，对 PTC有较高的诊断效能：利用最佳单能量图及碘基图，可以更清楚地显示 PTC 形态学征象；通过双能量 CT能谱参数，可以对甲状腺结节良恶性及颈部淋巴结转移情况进行功能学定量评估；而将各能谱参数与常规 CT 及超声形态学征象、临床因素及甲状腺功能指标等多因素相结合，可以进一步提高双能量 CT 在PTC 诊断中的应用价值。但目前双能量 CT 在 PTC术前诊断中的应用仍存在一些不足：（1）能谱参数的测量仍有一定主观性；（2）能谱参数为病灶 ROI 的平均值，对病灶异质性的反映仍有不足；（3）淋巴结影像与病理结果多为组与组的对照，存在选择性偏差，难以实现影像与病理一一对照的精准诊断；（4）各研究的纳入排除标准、扫描设备及参数尚没有统一，导致各能谱参数的诊断阈值及诊断效能尚无统一结论。因此，双能量 CT 若能与更多的临床参数、基因表型及肿瘤生物指标等多因素联合应用，可为 PTC的术前诊断提供更客观、全面的诊断指标；此外，双能量 CT 与影像组学相结合，可弥补能谱参数反映病灶异质性的不足，为临床提供更精准的诊断指标。未来若能统一各相关标准，并进一步探究 PTC 患者不同治疗方案的临床疗效及预后，则有望为临床定制个性化治疗方案提供更多的参考依据，从而实现更精准的诊疗。参考文献1HAUGEN B R，ALEXANDER E K，BIBLE K C，et al.2015AmericanThyroidAssociationmanagementguidelinesforadultpatients with thyroid nodules and differentiated thyroid can-cer：the American Thyroid Association guidelines task forceon thyroid nodules and differentiated thyroid cancerJ.Thy-roid，2016，26（1）：1-133.2RICHMAN D M，BENSON C B，DOUBILET P M，et al.Asse-ssmentofAmericanCollegeofRadiologyThyroidImagingRe-porting and Data System（TI-RADS）for pediatric thyroid 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