雙能CT對甲狀腺結節診斷價值的研究進展

摘要：隨著臨床診斷技術的發展及體檢的普及，甲狀腺結節的檢出率逐年增加，已成為目前最常見的甲狀腺病變之一，無創的影像學檢查對其術前診斷有重要作用。雙能CT即利用兩種不同能譜的X射線能量進行成像，可為甲狀腺結節的診斷提供多種不同參數的圖像，是常規CT的重要補充。本文對雙能CT的基本原理、多參數成像進行了總結，同時對雙能CT在甲狀腺結節的診斷、鑒別診斷及評估患者是否存在淋巴結轉移的價值以及雙能CT的其他潛在應用價值的研究現狀進行綜述，為未來雙能CT在甲狀腺結節診斷的相關臨床應用及研究提供了思路。

關鍵詞：甲狀腺結節；雙能CT；碘；原子序數

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

甲狀腺結節在影像學上表現為甲狀腺內的與周圍甲狀腺實質不同的散在病變［1］ 。甲狀腺結節可以分為良性和惡性：良性大多為結節性甲狀腺腫和甲狀腺腺瘤，惡性以甲狀腺乳頭狀癌居多。另外，根據結節的成分不同還可將甲狀腺結節分為實性和囊性：實性結節以腺瘤和癌變為主，囊性結節內成分多為液體，以囊腫為主。甲狀腺結節具有惡性腫瘤的風險，在臨床上具有重要的意義［2］。目前，甲狀腺癌（TC）在全世界的發病率迅速增加［3-4］，是最常見的內分泌惡性腫瘤，占所有惡性腫瘤的1%［5］。在所有最常見的癌癥診斷中排名第13，在女性中排名第6［6］。TC發病率的大幅增加主要歸因于篩查和影像學檢查的增加，有助于偶發結節的檢出［7］。目前，超聲是診斷甲狀腺結節最常用的檢查手段，由于超聲波的組織穿透力弱，難以評估深層的解剖結構；對于許多侵犯到骨、氣管和食管的頸部腫瘤，也很難利用超聲對其進行全面定位［8］。在超聲引導下細針穿刺活檢（FNA）調查的病例中，無法診斷、不確定或可疑的病變占15%～25%，其中30%最終診斷為惡性［9］。甲狀腺結節的確定很復雜，涉及血清檢測、放射學以及在某些情況下的病理評估［10］。在病理學中，明顯良性或惡性病例的一致性通常較高，但不確定類別的報告各不相同［11］。FNA有時不能正確診斷甲狀腺結節，因此患者需要接受不必要的甲狀腺切除術［12-14］。對于甲狀腺結節的其它無創的影像學檢查，包括核醫學、MRI、CT等。常規CT并非是評估甲狀腺結節的主要診斷方式，部分原因是甲狀腺對輻射的敏感度較高，故CT對甲狀腺結節的鑒別診斷能力差［15］。盡管如此，目前有多個研究表明：雙能CT（DECT）的定量參數在甲狀腺結節的鑒別診斷中具有潛在的應用價值［16］。本綜述旨在綜合探討DECT在甲狀腺結節診斷中的價值。文章將分別從基本原理、成像參數、良惡性結節和囊實性結節的鑒別以及淋巴結轉移應用等方面展開詳細闡述。

1 "DECT的基本原理及成像參數

1.1 "基本原理

常規CT成像是基于人體不同組織對X射線產生不同程度的衰減作用， 從而形成不同組織或器官的灰階圖。近年來新引進的DECT技術，其基本原理是利用兩種不同能譜的X射線能量對同一物質成像［17］，獲得兩個不同X射線能級的CT衰減數據集，并根據不同能級的衰減差異進行物質分離區分具有不同分子組成（原子序數）的物質［18］，即使用不同能譜獲得的衰減測量，以及使用兩個光譜之間已知的衰減變化，來量化并區分物質的組成成分。DECT掃描儀包括雙源CT、快速管電壓切換CT、雙層探測器CT、分割濾光器CT［19］。DECT探索了X射線衰減和光子能量的相互依賴性，相比于常規CT，DECT的主要優勢在于它可以根據不同X射線能量下的X射線衰減來區分化學性質不同的物質，即物質分離［20］。除此以外，其使用在旋轉過程中快速切換高、低管電壓產生的雙能X射線，能獲取更豐富的圖像特征，以便于篩選出更多的放射組學特征，虛擬單能圖像（VMI）是模擬在單一能量下獲得的圖像的衰減［21］。在CT成像中物質衰減主要通過康普頓散射和光電吸收效應的結合發生的，康普頓散射在高能量下占優勢，主要取決于物質的電子密度；光電子吸收在較低能量下占主導地位，并與物質的原子序數和質量密度有關［21］。在DECT模式下可以得到不同腫瘤的含碘量、VMI、能譜曲線及其斜率、有效原子序數（Zeff）等多個參數，提供更多、更全面的信息，為臨床提供更多的信息用于診斷，與常規CT相比DECT可使甲狀腺結節的診斷及鑒別診斷更加準確［22］。有研究表明，接受DECT的患者其輻射劑量接近或低于常規CT，但其圖像質量要遠遠優于常規CT［23］。且與常規單能量CT相比，DECT掃描上的大量定量信息利于醫生對圖像的特征進行定量描述，以便對甲狀腺結節的定位并判斷其良、惡性［24］。

1.2 "成像參數

1.2.1 "VMI " DECT的混合圖像是通過采集的低能量和高能量數據集組合生成，通過手動更改特定的能量水平，以獲得類似于常規單能CT數據的圖像，即VMI，使用高能量（95～140 keV）的VMI可以減少金屬植入物的偽影，60～75 keV的圖像是評估軟組織的最佳選擇，因為它在足夠對比度和降低圖像噪聲之間取得了平衡［25］。這些圖像的能量重建范圍與使用的掃描儀密切相關，管電壓可以達到40～140 keV或更高［24］。VMI應用的優勢在于可以調節keV值，以達到最佳顯影的效果［26］。在50～55 keV的VMI重建為大多數實質器官提供了最佳的對比度-噪聲比［27］。通過使用低能量的VMI（40～55 keV）可以實現碘衰減的顯著增加，從而獲得更好的圖像質量，注射碘造影劑的劑量也大大減少，可有效減少腎毒性（特別有益于暴露于腎毒性藥物或經歷過腎切除術的患者）［28］。

1.2.2 "能譜曲線及其斜率 " 物質的能譜曲線是由其分子結構決定的，不同分子結構的物質的能譜曲線是不同的［29］。DECT進行物質分離，是每種物質在兩個不同的管電壓下的衰減變化中獲得的，得到管電壓在40～140 keV范圍內的能譜曲線，從而計算得到其斜率，即（40 ～100 keV的CT值）/60，這可以幫助我們對目標組織進行定量、定性分析［30］。能譜曲線斜率代表了不同的物質，而物質在曲線上的位置本身取決于其含量［31］。

1.2.3 "碘圖 " 碘攝取是甲狀腺的特征功能，甲狀腺結節的形成會影響其碘攝取功能，可用于區分良惡性［32］。基于DECT的物質分離技術，碘圖可以對碘含量進行定量測量，從而對碘含量進行定量分析。所謂的碘圖是用灰度值表示，并可以對感興趣區域組織的碘含量進行定量檢測的圖像［33］。碘含量可以很好地用于病變的鑒別，不僅可以區分腫瘤的良惡性，還可區分高密度囊性病變和血腫［34］。例如：良性甲狀腺結節的碘含量低于其周圍正常甲狀腺組織，甲狀腺乳頭狀癌的碘含量更低。利用DECT技術繪制的碘圖可區分良性結節與甲狀腺乳頭狀癌中極小的碘含量差異［35］。

1.2.4 "Zeff "DECT在腫瘤學中最具有臨床意義的應用除了碘或鈣的物質分離，還可以顯示相對電子密度和Zeff ［27］。DECT對物質的鑒別主要依賴于組織的Zeff，但正常甲狀腺組織與甲狀腺結節的Zeff均較低，導致其難以區分，而碘的Zeff要高得多（Zeff=53），故可通過碘造影劑區分甲狀腺結節與正常甲狀腺，將其應用于對甲狀腺病變的評估［36］。

2 " DECT多參數成像評價甲狀腺結節的研究進展

2.1 "DECT在甲狀腺良惡性結節診斷及鑒別診斷中的應用

研究表明， DECT數據重建的VMI在低keV上以提高對比度，但其噪聲大量增加降低圖像質量。對于頸部腫瘤，其他作者建議使用60 keV的VMI，但是文獻中并沒有基于國際標準的物理參數對VMI圖像質量進行全面研究［37］。常規使用50 keV的VMI最適合對比度優化，因為在這種能量下增強衰減與可圖像清晰度合理組合，而對于特定應用的能量水平可以在40～60 keV進行優化［38］。在高keV條件下獲得的VMI可以提高甲狀腺結節診斷及鑒別診斷的預測能力［30］。但目前影像學界尚未就DECT進行腫瘤評估的最佳重建圖像所需的管電壓達成共識。

有研究通過對97份手術標本中已病理確診的108例甲狀腺腫、47例濾泡性腺瘤、14例乳頭狀癌進行DECT平掃［35］，發現良性組（結節性甲狀腺腫108例、濾泡性腺瘤47例）與正常甲狀腺組織的能譜曲線均呈下降型，惡性組（甲狀腺乳頭狀癌）的能譜曲線呈上升型；碘定量評估顯示：甲狀腺良惡性結節之間的碘定量存在差異，癌性結節中未檢測到碘，而不同的良性結節之間的碘定量無差異。該研究也發現，良性組的Zeff無差異，但高于甲狀腺乳頭狀癌；且在甲狀腺結節周圍正常的甲狀腺組織中，Zeff無明顯差異。有學者對44例甲狀腺結節患者（6例甲狀腺乳頭狀癌、1 例甲狀腺濾泡狀癌、1 例甲狀腺髓樣癌，28例結節性甲狀腺腫，8例甲狀腺腺瘤）應用DECT平掃技術研究得出，良性結節組（結節性甲狀腺腫、甲狀腺腺瘤）之間的碘含量的差異無統計學意義（P=0.187），但均高于甲狀腺癌組（甲狀腺乳頭狀癌、甲狀腺濾泡狀癌、甲狀腺髓樣癌）的碘含量，即甲狀腺腺瘤gt;結節性甲狀腺腫gt;甲狀腺癌；良性結節組λHu為正值，甲狀腺癌組為負值或較小的正值；結節性甲狀腺腫Zeff最高，甲狀腺腺瘤次之，甲狀腺癌最低［39］。

但目前還有一些研究持不同觀點。有學者通過對30例患者的139個結節進行DECT平掃和增強掃描研究，其中67例惡性結節（64例乳頭狀癌，2例濾泡癌，1例髓樣癌），72例良性結節［16］。該研究發現，惡性結節的碘含量、λHu、Zeff明顯高于良性結節，動脈期良、惡性結節的λHu差異更顯著，而Zeff相對于增強掃描的動脈期而言，平掃時良惡性結節的差異性更顯著，平掃時良惡性結節的碘含量無顯著差異。理論上，惡性結節碘含量應該低于良性組，因為甲狀腺濾泡細胞具有碘攝取功能，這種功能在惡性結節中幾乎不存在，而在良性結節中存在。本研究結果的差異是因為Siemens Healthineers的雙能量模型是為肝臟成像設計的，不能識別微鈣化，而甲狀腺乳頭狀癌的微鈣化可能會影響其碘含量。能譜曲線可以用來區分纖維、脂肪、鈣和碘，因為它們在不同的能量水平上有不同的衰減。此前有研究報道，乳頭狀癌中的λHu呈負值，這可能是由于細胞中存在脂質物質所致［40］。而該研究中，一些濾泡腺瘤、結節性甲狀腺腫、亞急性甲狀腺炎、肉芽腫性甲狀腺炎的λHu也呈負值，推斷脂質物質不僅存在于乳頭狀癌中，也存在于其他良性結節中。在動脈期，惡性結節的Zeff值高于良性結節，可能與惡性結節的高灌注有關，惡性結節的細胞密度高于良性結節［41］；此外，微鈣化也可能導致惡性結節的Zeff高于良性結節。并且指出，平掃時Zeff是預測甲狀腺結節惡性的最重要指標。

有研究發現，良性組病變的能譜曲線普遍呈下降型，惡性組則呈上升型曲線［42］。然而，其他研究也對該結論發表了不同的觀點，他們應用DECT掃描技術得出結論：良性結節（41例）與正常甲狀腺組織的能譜曲線均表現為下降型，而35例惡性結節（25例甲狀腺乳頭狀癌，7例灶性乳頭狀癌，2例濾泡狀癌，l例髓樣癌）的能譜曲線既可表現為上升型，又可以表現為下降型［43］。目前此結論仍存在爭議，可能與樣本數量不足有關，仍需增加樣本數量進一步研究。

就目前而言，有研究者發現良惡性結節的碘含量至少有0.4 mg/mL的差異，因此得出碘含量分析有助于鑒別甲狀腺結節的良惡性。我們需要更多的循證醫學依據來確定碘含量的參考范圍的來進行甲狀腺良惡性結節的診斷及鑒別診斷。鑒于正常甲狀腺組織本身含碘，我們有理由認為甲狀腺組織的Zeff可能高于病變的甲狀腺組織，因此DECT平掃技術也可用于區分病變組織，也有研究者從該角度進行相關研究。另外，Zeff值在甲狀腺結節良惡性的鑒別診斷研究中仍存在著爭議，需在今后的研究中排除微鈣化對Zeff值的影響，以提高Zeff值在甲狀腺結節良惡性診斷中的應用價值。

2.2 "DECT在甲狀腺囊實性結節診斷及鑒別診斷中的應用

有研究對76例甲狀腺結節患者應用DECT增強技術進行研究，包括46例甲狀腺乳頭狀癌，17例甲狀腺良實性結節及13例甲狀腺囊腫。研究表明，甲狀腺囊腫的碘含量最低，甲狀腺良實性結節碘含量最高，而甲狀腺乳頭狀癌的碘含量介于兩者之間，這是因為其對碘的攝取不同；且在甲狀腺結節/同側甲狀腺實質IC值和甲狀腺結節/同側頸總動脈IC值的統計中發現，甲狀腺良性實性結節的值最大，甲狀腺乳頭狀癌次之，甲狀腺囊腫最小［34］。

2.3 "DECT在是否發生淋巴結轉移中的應用

研究表明，DECT可以提高對病理性淋巴結的診斷。碘含量是鑒別甲狀腺良惡性淋巴結［33-34］的高靈敏度和特異度參數。轉移性淋巴結可以攝取碘，使用DECT多參數定量分析可用于鑒別甲狀腺癌的淋巴結轉移，特別用于鑒別頸部淋巴結［32］。術前準確的診斷頸部有無轉移性淋巴結對于甲狀腺結節的分期和治療計劃至關重要［44-45］。研究人員目前正在研究這些重建參數在評估淋巴結異質性方面的潛在用途。有學者建立了一個基于DECT碘物質分離圖的放射組學模型，用于甲狀腺乳頭狀癌患者術前轉移性淋巴結的診斷，并得出結論：轉移性淋巴結比非轉移性淋巴結在動脈期表現出較高的組織異質性［46］。也有研究證實了IC在鑒別轉移與非轉移淋巴結方面具有良好的鑒別診斷效果。同時得出轉移性淋巴結的動脈期CT值、IC、λHU、Zeff均高于非轉移性淋巴結［47］。另有研究表明， 甲狀腺乳頭狀癌術前轉移性淋巴結在動脈和靜脈期測量的λHu、標準化碘濃度和標準化Zeff高于良性淋巴結，尤其是靜脈期λHu和動脈期標準化碘濃度聯合評估，對其診斷具有更高的準確性［48］。有研究證實，40 keV VMIs可能有助于頭頸部淋巴結轉移和淋巴結壞死的診斷［49］。也有研究表明，40 keV VMIs不僅提高原發腫瘤的可見性外，還能提高轉移淋巴結的顯著性［50］。

2.4 "其他潛在應用

結節性甲狀腺腫和甲狀腺腺瘤有囊性變和結節內出血的趨勢，而超過90%的甲狀腺癌沒有囊性變或結節內出血［51-52］。DECT采用先進的能譜成像技術，能夠區分物質的分子組成，在鑒別結節內出血患者的甲狀腺及其周圍組織的形態特征方面具有潛在的臨床應用價值。游離血紅素是血液在甲狀腺病變（特征性惡性結節）附近組織分解時釋放的，因此，DECT可以通過檢測游離血紅素中的鐵來提示局限性出血［53］。有研究發現，DECT可檢出結節內出血，在所有樣本中結節內出血均表現出較高水含量（約1100 mg/mL），表明光譜CT上1075 mg/mL的水含量閾值可用于鑒別結節內出血和甲狀腺結節的實性成分，具有極好的敏感度和特異性；結節內出血其能譜特征表現為明顯的負碘含量和高水含量、低Zeff和負λHu值［29］。 因此，高準確度的結節內出血檢測有助于甲狀腺結節的鑒別診斷。詳細準確的分析甲狀腺結節內出血的化學成分可能有助于制定基于DECT的診斷標準，從而能夠在復雜的甲狀腺疾病中進行鑒別診斷。

3 "小結

DECT 碘圖、VMI、物質分離技術等多參數成像為甲狀腺結節的診斷提供了較高影像質量的同時還可減少患者的輻射攝入量，是一種無創精準的新型診斷技術。DECT 有望替代常規CT、FNA等診斷技術，在鑒別診斷甲狀腺結節的良惡性方面且具有優勢。盡管目前DECT在甲狀腺結節的診斷及鑒別診斷方面的報道較多，然而部分結論尚存爭議［35， 54］，今后仍需要通過增加樣本數量的同時開發新的后處理技術以減少出血鈣化對于成像的影響，以提高甲狀腺結節的診斷及鑒別診斷的準確性。對于DECT在甲狀腺結節病理評估中的應用，未來幾年可能會有更多的應用，來提高目前使用傳統影像學評估甲狀腺結節良惡性病理的準確性。在這方面，除了本文中討論的內容外，來自DECT掃描的光譜數據還包含大量定量信息，這些信息可用于更高級的組織和圖像分析，這將是個性化醫療時代在未來研究中的熱點方向。

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（編輯：孫昌朋）