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目的：通过体外实验研究评价CT能谱成像(Spectral Imaging)功能参数的有效性，并探讨这些参数在小肝癌的诊断以及鉴别诊断方面的临床应用价值，从而为肝癌的早期检测和系统诊断提供一种新颖可靠的影像学方法。
方法：第一部分：能谱CT功能参数在体外实验中的研究采用体模研究的方法，将含碘对比剂溶液用蒸馏水分散成16种不同的浓度（mg/ ml）于20毫升的硬塑料管体模中，浓度依次为0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1，2，5，10，20，30(mg/ml)。采用宝石能谱CT（Discovery CT750HD，GE Healthcare, USA）能谱成像（Gemstone spectral imaging ，GSI)的扫描方法对体模进行扫描。结合能谱成像的重建/后处理引擎与GSI浏览器, 可重建出常规混合能量（140kVp）的图像（方案A）和一组单光子能量水平的图像（范围40keV至 140keV，间隔10keV）（方案B）。将两种方案中所测试管的对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR)和图像噪声值进行计算和分析。将方案B中检测试管的最佳CNR值和图像噪声值进行优化选择后，通过配对t检验的方法与方案A中的结果进行比较。能谱成像碘含量测定的体模研究 采用体模研究的方法，将含碘对比剂溶液用蒸馏水分散成16种不同的浓度（mg/ ml）于20毫升的硬塑料管体模中，浓度依次为0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1，2，5，10，20，30(mg/ml)。采用宝石能谱CT能谱成像的扫描方法分别在0.6s/转，0.8s/转和1.0s/转这三种转速条件下对体模进行扫描。结合能谱成像的重建/后处理引擎与GSI浏览器, 可重建出常规混合能量（140kVp）的图像（方案A）碘基物质密度图像（水基/碘基物质对）（方案B）。分别将三种转速条件下将方案A中测得的CT值和方案B中测得的碘基值与碘含量真实值之间的相关性和差异性进行比较分析。采用SPSS13.0统计学软件，对数据进行Pearsons相关分析和t检验的统计学分析。第二部分：CT能谱成像在小肝癌诊断价值方面的研究 回顾性分析接受宝石CT能谱成像双期扫描的肝癌患者23例（男性20例，女性3例，年龄范围为43—67岁，平均年龄为55岁），病灶26个(瘤径≤3-cm)。结合能谱成像的重建/后处理引擎与GSI浏览器,可重建出常规混合能量（140kVp）的图像（方案A）和单光子能量水平（范围40keV至 140keV，间隔10keV）的图像（方案B）。将两种方案中病灶的对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR)和图像噪声值进行计算和分析。将方案B中检测小肝癌的最佳CNR值和图像噪声值进行优化选择后，通过配对t检验的方法与方案A中的结果进行比较。第三部分：CT能谱成像在肝癌和血管瘤鉴别诊断方面应用价值的研究。回顾性分析CT平扫期接受宝石CT能谱成像的患者47例（男性29例，女性18例），病灶50个（血管瘤，18个；肝癌合并肝硬化，12个；肝癌不合并肝硬化，17个）。结合能谱成像的重建/后处理引擎与GSI浏览器,可重分别建出一组单能量图像（范围40keV-140keV）和原子序数图像（effective atomic number ，Effective-Z)。计算病灶单能量-HU变化曲线图的斜率和原子序数的数值。采用t检验的方法分别将肝脏血管瘤与肝癌合并肝硬化以及肝血管瘤与肝癌不合并肝硬化之间对这些参数进行比较和分析。回顾性分析接受宝石CT能谱成像双期增强扫描的患者49例（男性39例，女性10例），病灶65个（血管瘤30个；肝癌合并肝硬化9个；肝癌不合并肝硬化26个）。从碘基物质密度成像中获得碘浓度（IC，iodine concentrations）值并计算相对于主动脉的标准化的碘浓度值（NIC，normalized iodine concentrations）。计算动脉期（arterial phase，AP)和门脉期（portal phase，PP)之间病灶的碘浓度值之差（iodine concentration difference ，ICD)以及病灶相对于周围正常肝实质的对比噪声比（lesion-to-normal parenchymal ratio， LNR）。采用t检验的方法，分别将肝脏血管瘤与肝癌合并肝硬化以及肝血管瘤与肝癌不合并肝硬化之间对NIC, ICD, LNR这三个参数进行比较和分析。计算这些参数定量分析病灶的能力以及鉴别疾病的敏感度和特异度。再由两名放射学者采用常规的方法对每个病灶的影像学特点进行定性分析和评估，并计算其敏感度和特异度。然后将定量分析和定性分析的结果进行比较。
结果：第一部分：能谱CT功能参数在体外实验中的研究。方案B中，所测试管单能量水平的最佳CNR值集中分布在50keV、和60keV，比例分别为13％和 87％。方案B的最佳单光子能量水平的CNR（24.19±23.00）要高于方案A中的CNR（17.53±15.82）（p=0.004）。图像噪声水平的最低点都集中位于60keV（100％）。而且，方案B中单光子能量图像噪声的最低值（9.68±1.19）要低于方案A中（11.63±2.02）的图像噪声值，具有统计学意义（p=0.0005）。方案A中的CT测定值和方案B中的碘基测定值在0.6s/转，0.8s/转和1.0s/转的条件下都与碘含量真实值之间存在显著相关性（方案A中r均为0.999，p< 0.0001；方案B中0.6s/转组r为0.999，0.8s/转组和1.0s/转组r均为1.000，p < 0.0001）。方案A中的CT测定值无法与碘含量真实值之间的差异性无法进行比较，但是方案B中的碘基测定值与碘含量真实值之间的差异却无统计学意义（p>0.05）。第二部分：CT能谱成像在小肝癌诊断价值方面的研究。方案B中，最佳CNR值在动脉期（arterial phase，AP）时分别位于40keV (38.46％), 50keV (26.92％) 和 70keV (69.23％) 的单能量水平，而在门脉期（portal venous phase，PP）时则分别位于40keV（30.77％）和70keV（69.23％）的单能量水平。优化后方案B中的CNR在两期扫描中都显著高于方案A中的CNR(p<0.05)。方案B中的图像噪声的最低值主要位于70keV的单能量水平（AP：100％，PP:93.33％），与方案A中的结果无显著差异。第三部分：能谱CT在肝癌和血管瘤鉴别诊断方面应用价值的研究。 (1)CT能谱成像在平扫期对肝癌和血管瘤的鉴别诊断 Effective-Z和曲线的斜率这两个参数的值在肝脏血管瘤（8.08±0.38, 0.52±0.38 ）要显著高于肝癌合并肝硬化（7.81±0.12, 0.27±0.11）以及肝癌不合并肝硬化（7.87±0.12，0.32±0.11）(p<0.05)。但是这两个参数在肝癌合并肝硬化及肝癌不合并肝硬化之间无显著差异。联合这两个参数在能谱CT平扫成像上鉴别肝癌和血管瘤的敏感度和特异度分别是57％和83％。 (2) CT能谱成像在双期增强扫描期对小肝癌和小血管瘤(d<=3cm)的鉴别诊断 双期扫描中，肝脏小血管瘤和肝癌合并肝硬化以及肝癌不合并肝硬化之间的均一化的碘基值（normalized iodine concentrations，NIC) (0.47±0.24 vs 0.23±0.08, 0.23±0.10 in AP; 0.83±0.38 vs 0.47±0.86, 0.52±0.11 in PP)和LNR(5.87±3.36 vs 2.56±1.10, 2.29±0.87 in AP; 2.01±1.33 vs 0.96±0.16, 0.93±0.26 in PP)这两个参数上都存在显著的差异性（P <0.05）。肝血管瘤中的ICD值(1.37±0.84mg/cc)也显著高于肝癌合并肝硬化(0.33±0.29 mg/cc) (p<0.05)以及不合并肝硬化的值(0.82±0.99 mg/cc) (P<.000)。通过对NIC 和LNR这两个定量分析的参数优化组合,发现其在单期和双期扫描中鉴别肝脏小血管瘤和小肝癌的敏感度和特异度要高于常规定性分析。
结论：CT能谱成像的体外研究表明能谱成像中的单能量图像可以降低图像噪声，提高图像质量和图像对比度；碘基物质密度图像的碘基测量值可以用于临床的定量分析研究。在进一步的临床研究中，我们发现单能量成像可以在不牺牲图像质量的前提下提高小肝癌病灶的检出率；CT能谱成像中多个参数的联合应用在平扫期像中具有区别肝癌和血管瘤的潜力，在双期增强扫描成像中则可以提高肝癌和血管瘤鉴别的敏感度。以上这些研究结果表明，CT能谱成像对肝癌的诊断和鉴别诊断具有一定的应用价值。