作者：李鹏强，刘念军，张艳利，王彦斐，兰金辉，任虎玲，窦郁，雷军强，兰州大学第一医院放射科
1. 基本原理与优势
光谱CT不改变球管输出，而是采用一个X线球管及独特的双层探测器结构(上层钇基探测器吸收低能光子、下层稀土陶瓷探测器吸收高能光子)使高、低能量信息经侧置光电二极管输出用于能谱分析，从而实现多能量成像。目前，光谱CT后处理技术如虚拟单能级、物质分离、有效原子序数(effective atomic number， Zeff)、电子云密度图及光谱曲线等已相对成熟。
相比其他类型能谱CT，光谱CT主要优势在于：①不增加辐射剂量；②可与常规CT成像同时进行；③以全息光谱图像数据包形式储存，可重建生成常规图像及光谱多参数图像，有利于回顾性分析；④光谱数据空间及时间完全配准，可大幅降低图像噪声。
2. 术前评估结直肠癌
2.1 术前诊断
凭借多参数成像优势，光谱CT已在改善结直肠癌术前成像质量、协助术前评估肿瘤可切除性及鉴别良、恶性肿瘤等方面展现出巨大应用潜力。既往研究认为光谱CT虚拟单能量成像(virtual monoenergetic image， VMI)、尤其40 keV下结肠CT造影图像质量及电子粪便清洁性能均优于传统120 kVp图像，有助于优化结肠可视性、提高
WANG等研究发现，结肠癌
2.2 评估肿瘤TN分期
结直肠癌患者5年生存率10%～90%不等，预后与T分期密切相关；术前准确评估T分期对于制定个体化治疗结直肠癌决策十分重要。CHEN等回顾性分析131例结直肠癌患者的光谱CT资料，发现结直肠癌T分期与病灶Zeff、动静脉期能谱曲线斜率(λHU)及NIC均呈正相关。
SUN等研究结果表明，T3期结直肠癌CT值、动静脉期IC、Zeff及细胞外容积分数(extracellular volume fraction， ECV)等光谱CT参数均高于T1～T2期，其中尤以ECV评估结直肠癌T分期的效能最高，其曲线下面积(area under the curve， AUC)为0.892。上述研究均表明，光谱CT多参数成像可为术前评估结直肠癌T分期提供重要参考依据。
此外，谭晶文等发现40 keV VMI信噪比(signal-to-noise ratio， SNR)及图像质量评分均高于、且对比度噪声比(contrast-to-noise ratio， CNR)均不低于50～70 keV VMI及120 kVp混合能量图像；JIA等对比观察40～200 keV VMI显示直肠腺癌病灶情况，亦得出相似结论，即40 keV VMI有助于提高直肠病变可检测性，评估直肠癌浸润深度更为准确。JIA等报道，光谱CT与高分辨MRI用于诊断早期直肠腺癌T分期的准确率无明显差异(分别为65.67%及71.64%，P>0.05)。
瞿俊晨等提出，MRI联合光谱CT可将评估结直肠癌T分期的准确率由75.68%提高至95.95%。以上研究结果表明，光谱CT可弥补传统CT软组织分辨率较低的不足，而选择最佳能级或联合MRI对于提高结直肠癌术前T分期准确性更具积极意义。
传统CT评估结直肠癌淋巴结转移能力有限。光谱CT多参数定量分析可在传统CT形态学基础上获得增量信息，对于预测结直肠癌淋巴结转移具有重要价值，联合光谱CT参数及传统CT形态学特征有助于提高鉴别转移性淋巴结的效能。既往研究结果显示，T1～T2期直肠癌非转移性淋巴结的静脉期IC、NIC、Zeff、标准化Zeff(normalized Zeff， NZeff)及λHU均高于转移性淋巴结，以淋巴结长径及NZeff联合构建的回归模型诊断直肠癌淋巴结转移的效能最高，其AUC达0.966。万幸等研究发现，淋巴结动脉期IC及λHU均为转移性淋巴结的独立预测因素，以之预测结直肠癌淋巴结转移的AUC分别为0.795及0.809。
2.3 评估肿瘤分化程度
不同分化程度结直肠癌在肿瘤生物学行为及疗效等方面存在显著差异；术前预测结直肠癌病理分级对于指导治疗、预测预后至关重要。YANG等发现低分化结肠癌的IC及NIC高于高分化者，提示组织学分化程度越低的直肠癌微血管密度越大、血供更为丰富，与其病理学特征相符。
多数研究发现动脉期光谱CT参数用于评估结直肠癌分化程度的效能良好，其中，动脉期IC、λHU及100 keV能量下CT值的AUC分别为0.854、0.815及0.708；但也有学者提出以静脉期Zeff评估直肠癌分化程度，相比动脉期Zeff更为准确，认为静脉期可能是反映直肠癌分化程度的最佳期相。对此未来应开展多中心、大样本研究以达成共识。
2.4 评估肿瘤侵犯神经及脉管
肿瘤侵犯神经及脉管是结直肠癌预后不良的独立危险因素之一。光谱CT定量分析可在一定程度上反映组织微观结构变化。刘思佳等发现，伴神经和/或脉管侵犯结肠癌病灶的动静脉期40 keV CT值、IC、NIC、Zeff及NZeff均高于无神经和/或脉管侵犯病灶，且动脉期各光谱参数的预测效能均高于静脉期，尤以动脉期IC的AUC最高(0.783)。
郑文霞等通过光谱CT IC计算ECV，发现以之评估结直肠癌侵犯血管、淋巴管及神经的AUC分别为0.798、0.838及0.759，提示结直肠癌侵犯神经、脉管可引起细胞微环境改变，为术前无创评估结直肠癌神经脉管浸润提供了新思路。
目前光谱CT评估结直肠癌神经、脉管侵犯的相关研究较少，对其评估及预测效能尚无明确结论。王莉莉等报道，伴/不伴神经侵犯的直肠癌之间，其光谱CT参数中仅Zeff存在差异；而黄豆豆等分析结直肠癌病变，发现神经侵犯组动脉期 HU、IC、NIC及双能指数均高于，而其静脉期NIC则低于无神经侵犯组。上述研究结果不同可能与勾画ROI方法、样本量、能谱CT硬件及算法等存在差异有关，有待未来进一步探究。
2.5 预测肿瘤分子病理学特征
Ki-67为反映细胞增殖的核抗原，其表达水平越高，提示肿瘤侵袭性越强。目前对光谱CT参数用于评估结直肠癌Ki-67表达水平的价值尚无统一结论。WANG等认为，结直肠癌Ki-67表达水平与静脉期40 keV CT值及λHU均呈负相关、与动脉期IC呈正相关；CHEN等则提出结直肠腺癌Ki-67表达水平与静脉期40 keV CT值、λHU及Zeff呈正相关；各研究结论不一致，可能与纳入标准、ROI设置方式、对比剂用量及扫描参数等有关。p53是恶性肿瘤最常见突变抑癌基因，与不良预后密切相关。
有学者基于光谱CT定量参数预测结直肠癌p53基因状态，结果显示p53野生型组病灶动脉期IC、λHU及40 keV下CT值均低于突变型，提示动脉期光谱CT参数与结直肠癌分子病理学特征具有一定相关性，有助于术前预测肿瘤增殖标记物及基因突变等。光谱CT预测结直肠癌分子病理学特征具有广泛前景，但目前相关报道尚少，鲜有用于预测KRAS及BRAF基因突变、微卫星不稳定、错配修复蛋白表达状态等的研究报道，亟待未来深入挖掘。
3. 不足与展望
近年光谱CT用于术前评估结直肠癌已取得一定成果，但仍存在以下问题：①绝大多数研究为单中心、小样本回顾性分析，多以结直肠腺癌为研究对象，少见其他组织学类型；②多采用手动勾画ROI且勾画方法不统一，影响测量准确性及不同研究结果间的可比性；③多针对IC、NIC、λHU及Zeff等常见参数，且选取期相不完全一致；④缺乏与其他能谱CT对比分析，不足以体现光谱CT优势。
未来光谱CT用于术前评估结直肠癌相关分析应注重前瞻性、大样本及多中心研究，可采用人工智能自动或半自动分割法以提高测量结果的可重复性与准确性；同时拓展光谱CT其他参数的临床应用价值，增加与不同类型能谱CT的对比，进一步探究光谱CT参数与结直肠癌预后的关系，并通过联合深度学习、影像组学方法为诊治结直肠癌提供更多依据。
来源：李鹏强,刘念军,张艳利,等.双层探测器光谱CT术前评估结直肠癌研究进展[J].中国医学影像技术,2024,40(08):1262-1265.
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