一站式多能量动态光子计数CT灌注成像评估可切除肝细胞癌：病灶检测与组织病理学相关性

《Insights into Imaging》：Feasibility of one-stop multi-energy dynamic photon-counting perfusion CT for resectable HCC evaluation: lesion detection and histopathological correlations

　　

目的：评估一站式多能量动态容积灌注光子计数CT（VP-PCCT）用于肝细胞癌（HCC）评估的可行性，包括病灶检测及其与组织病理学的相关性。 材料与方法：2024年7月至2025年6月期间，前瞻性纳入407例疑似恶性肝脏病变参与者行VP-PCCT检查，并回顾性纳入177例经病理确诊HCC且接受三相能量积分探测器CT（EID-CT）的患者，用于图像质量和病灶检出能力的比较。从VP-PCCT灌注数据集中重建的单期相图像与EID-CT进行比较。按组织学分级和微血管侵犯（MVI）分别分层的组间进行灌注参数分析，并采用逻辑回归识别独立指标。 结果：共92例经病理确诊HCC的参与者[中位年龄62岁（IQR，53-69）；男性76例]被纳入VP-PCCT组，并与92例EID-CT组患者进行匹配。与EID-CT相比，40-keV的VP-PCCT提供了与HCC和血管相当的图像质量，肿瘤检出率相似，但辐射剂量更低。低分化HCC显示出更高的肿瘤肝灌注指数（HPItumor）和瘤周血流量（BFperitumor）；MVI阳性HCC表现出更低的肿瘤动脉性肝灌注（ALPtumor）和瘤周区域标准化血流量（BFnorm_peritumor）（所有p<0.05）。HPItumor[比值比（OR）：1.06]和BFperitumor（OR：1.04）是低分化HCC的独立危险因素，而ALPtumor降低（OR：0.97）和BFnorm_peritumor降低（OR：0.25）与MVI阳性相关（所有p<0.05）。 结论：一站式VP-PCCT可在单次低剂量扫描中提供高质量的形态学和灌注评估，其血流动力学特征可能与组织学分级和MVI状态相关。 关键要点： 问题：动态容积灌注CT在无需额外多期相增强成像的情况下全面评估HCC的临床应用仍然有限。 发现：多能量动态光子计数灌注CT在低剂量下提供了高质量的HCC形态学成像，其灌注参数可独立指示低分化HCC和MVI。 关键相关性声明：一站式多能量动态光子计数灌注CT能够在单次低剂量扫描中实现高质量的形态学和功能评估，提供全面的HCC评估及血流动力学分析，可能有助于评估组织学分级和MVI。

研究背景与问题

肝细胞癌（HCC）是全球最常见的原发性肝脏恶性肿瘤，其复发风险和治疗反应具有高度异质性。诊断依赖于无创影像学检查，然而肿瘤分级和微血管侵犯（MVI）等强烈预测肿瘤侵袭性和预后的组织学特征，在治疗计划制定时无法获取。尽管已有多种影像学特征被提出作为替代指标，但其定性性质和高观察者间变异限制了临床价值。在HCC新生血管形成过程中，门静脉流入减少和动脉供应增加导致典型的动脉期高强化伴随后续门静脉期或延迟期廓清。动态容积灌注CT（VPCT）能够定量洞察肝实质和局灶性病变的微循环，是一种有前景的HCC诊断和进展评估方法。然而，传统的基于能量积分探测器（EID）的VPCT因高辐射剂量、有限的扫描覆盖范围和缺乏标准化协议而未被广泛采用，剂量负担被认为是主要障碍。为了最小化辐射暴露，可采用较低管电压和/或降低管电流的技术，但这些策略常会增加图像噪声和射束硬化伪影，损害灌注量化和图像评估。在这种情况下，额外的多期相CT或平均时间图像可以增强形态学评估，但不能提高定量准确性。

光子计数探测器CT（PCCT）正越来越多地应用于临床实践。与EID-CT不同，PCCT直接计数单个X射线光子并将其分类到能量仓中。这一特性提高了剂量效率，改善了对比度分辨率，并消除了电子噪声。在腹部成像中，PCCT相较于EID-CT可将辐射剂量降低超过50%，基于阈值的降噪进一步改善了光子匮乏区域的图像质量。特别是，PCCT卓越的对比度分辨率有利于肝脏肿瘤评估，可实现精确的病灶勾画。此外，灵活的低keV虚拟单能量图像（VMI）重建进一步增强组织对比度，促进准确的病灶评估。这些特性使PCCT非常适合VPCT，允许在一次低剂量检查中结合高分辨率的形态学和功能评估。本研究旨在确定一站式多能量动态VPCT联合PCCT（VP-PCCT）用于HCC的可行性，通过与多期相EID-CT比较图像质量和辐射剂量，并评估灌注参数作为肿瘤组织学分级和MVI状态的生物标志物。

研究设计与方法

这是一项前瞻性观察性研究，经瑞金医院机构审查委员会批准。2024年7月至2025年6月期间，前瞻性招募了407例疑似恶性肝脏病变的成年参与者进行VP-PCCT和MRI检查。2020年3月至2023年7月期间，回顾性招募了177例经病理确诊HCC并接受EID-CT的成年参与者，用于图像质量和病灶检出能力的比较。采用倾向评分匹配（PSM）平衡潜在混杂因素。记录的人口统计学和临床数据包括年龄、性别、体重指数（BMI）、慢性肝炎病史、巴塞罗那临床肝癌分期、Child-Pugh分级和术前实验室检查。

VP-PCCT使用第一代双源PCCT系统在自适应四维螺旋模式下进行。扫描参数：90 kVp，16 cm扫描范围，自动管电流调制。注射40 mL造影剂后以相同速率注射30 mL生理盐水。注射后8秒开始扫描，在43.4秒内采集26次扫描。图像使用量子迭代重建级别3和Br40核进行重建。回顾性EID-CT使用三台扫描仪进行，每位参与者均接受了标准化的对比增强肝脏MRI检查。使用专用工作站进行图像后处理，从VP-PCCT中提取个体非对比、晚期动脉和门静脉期图像。使用商业软件生成灌注图，采用去卷积和双输入最大斜率模式计算灌注参数。

CT图像由两名盲法阅片者独立审查。使用MRI，由第三位专家定义HCC病灶计数。对VP-PCCT和EID-CT的图像质量和病灶检出能力进行评估。客观分析了HCC、肝实质和血管的图像噪声、信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）。主观评估采用五分制评估图像噪声、血管锐利度和HCC病灶显著性。基于EID-CT的三期图像和VP-PCCT的三期图像加HPI图评估病灶检出能力。评估了五项影像学特征：肿瘤数量、最大肿瘤直径、瘤周强化、肿瘤边缘和假包膜。两位病理学家审查了所有手术标本，组织病理学特征包括Edmondson-Steiner分化等级、MVI存在与否以及周围非肿瘤肝脏炎症等级和纤维化分期。Edmondson-Steiner I-II级归类为高分化肿瘤，III-IV级归类为低分化肿瘤。

研究结果

参与者特征：在407例接受VP-PCCT的参与者中，92例符合分析条件[中位年龄62.0岁；男性76例]。在回顾性EID-CT组中，经过PSM匹配性别、年龄和BMI后纳入92例患者。VP-PCCT组的中位剂量长度乘积[884 mGy·cm vs 934 mGy·cm，p=0.03]和有效剂量[13.3 mSv vs 14.0 mSv，p=0.03]均低于EID-CT组。

基于参与者的VP-PCCT与EID-CT组图像质量和检出率比较：在VP-PCCT中随机测试了20例参与者的VMI优化。在40-60 keV的单能量图像中，40-keV图像显示出最高的总体客观和主观质量评分。因此，使用40-keV图像与EID-CT图像进行比较。VP-PCCT在动脉期肿瘤CNR方面显著高于EID-CT（6.2 vs 2.3，p<0.0001），门静脉期肿瘤CNR无显著差异。VP-PCCT的门静脉CNR也高于EID-CT（11.9 vs 9.8，p=0.01）。动脉SNR组间无差异。EID-CT在动脉CNR方面更高（36.3 vs 21.2，p<0.0001）。在门静脉期，VP-PCCT的肝实质SNR（7.1 vs 12.1，p<0.0001）和CNR（20.7 vs 29.2，p<0.0001）低于EID-CT。VP-PCCT在动脉期和门静脉期的病灶显著性优于EID-CT，尽管图像噪声更高。以MRI为参照，VP-PCCT检出了所有病灶，而EID-CT漏诊了两个小病灶。肿瘤检出率组间无显著差异。

基于病灶的VP-PCCT灌注分析按HCC组织学分级和MVI状态分别分层：所有灌注参数的观察者间一致性良好。按组织学分级，低分化病灶的肿瘤HPI（HPI_tumor）显著高于高分化病灶（88.2% vs 77.7%，p=0.02），此外瘤周肝和肝实质区域的BF和BV值显著更高，肝实质的FEP和PVP也显著升高。按MVI状态，MVI阳性肿瘤的肿瘤ALP（ALP_tumor；39.0 vs 44.4 mL/100 mL/min，p=0.04）、瘤周区域标准化BF（BF_{norm_peritumor}；97.2% vs 108.4%，p=0.04）和瘤周区域标准化FEP（FEP_{norm_peritumor}；96.0% vs 103.8%，p=0.04）显著低于MVI阴性肿瘤。

与HCC组织学分级和MVI状态相关的临床特征和灌注参数的逻辑回归分析：多变量逻辑回归确认瘤周强化[OR：6.86]，HPI_tumor[OR：1.06]和BF_peritumor[OR：1.04]是低分化HCC的独立危险因素。肿瘤直径>5 cm[OR：4.89]、边界不清的假包膜[OR：5.01]、较低的ALP_tumor[OR：0.97]和降低的BF_{norm_peritumor}[OR：0.25]是MVI阳性HCC的独立危险因素。

独立灌注危险因素的组间比较：低分化HCC的HPI_tumor（88.2% vs 77.7%，p=0.02）和BF_peritumor（41.8 vs 32.7 mL/100 mL/min，p=0.02）显著高于高分化HCC。MVI阳性HCC的ALP_tumor（39.0 vs 44.4 mL/100 mL/min，p=0.04）和BF_{norm_peritumor}（97.2% vs 108.4%，p=0.04）低于MVI阴性HCC。亚组分析显示，ALP_tumor差异在低分化HCC中显著，但在高分化HCC中不显著。

讨论与结论

在HCC中，肿瘤分级和MVI是侵袭性和预后的关键组织学预测因子。本研究突出一站式VP-PCCT可作为HCC表征的可行选择。提取的单期相图像提供了与EID-CT相当的病灶检测图像质量，但辐射剂量更低，每期相0.5 mSv，26期相总计13.3 mSv。功能上，HPI_tumor和BF_peritumor是低分化HCC的独立危险因素，而ALP_tumor和BF_{norm_peritumor}降低与MVI阳性HCC相关。这些发现支持VP-PCCT作为多期相EID-CT在HCC表征中的替代方案，能在单次低剂量灌注扫描中同时提供足够的形态学和功能数据。

与既往研究相比，本研究中一站式VP-PCCT生成的个体期相图像在HCC和血管可视化方面具有可比质量，同时采用了更低的剂量策略。性能提升源于PCCT的固有优势，包括辐射效率、消除电子噪声以及来自低keV重建的增强软组织对比度分辨率。此外，单期相重建受运动伪影影响较小，进一步提高了病灶检出能力。

关于组织学分级与灌注参数的关系，本研究发现低分化HCC的HPI_tumor更高，这与新生血管形成过程一致。多变量回归确认HPI_tumor和BF_peritumor是低分化HCC的独立指标。对于MVI，本研究发现较大的肿瘤尺寸和边界不清的假包膜与MVI相关，此外降低的ALP_tumor和BF_{norm_peritumor}是独立危险因素。值得注意的是，MVI和组织学分级显示出相反的灌注模式：低分化HCC的HPI_tumor增加反映更大的动脉化程度，而MVI阳性HCC的ALP_tumor和BF_{norm_peritumor}降低表明微血管破坏。

研究局限性包括单中心设计、未进行VP-PCCT与EID-CT的直接个体内比较、最佳keV水平在20例患者子集中确定、仅纳入可手术切除的早期肿瘤、灌注参数未与组织学标记物如微血管密度验证，以及ALP_tumor区分MVI状态的亚组发现基于小样本量。

结论：一站式VP-PCCT通过单期相图像提供了足以满足临床评估的图像质量。HPI_tumor和BF_peritumor是低分化HCC的独立指标，而降低的ALP_tumor和BF_{norm_peritumor}可预测MVI阳性肿瘤。这些发现表明VP-PCCT在低剂量条件下进行全面HCC评估（包括形态学评估和血流动力学分析）的可行性，但仍需进一步研究确认其临床实用性。