Dual-energy computed tomography for head and neck cancer

Cover Image

Abstract

This study reviewed the head and neck cancer diagnosis publications using dual-energy computed tomography (DECT). The qualitative and quantitative analysis of the data was DECT obtained using intravenous contrast enhancement for localized tumors, which shows the importance of constructing iodine maps for obtaining additional diagnostic information. Including the article is described aspects of improving visualization of the oropharyngeal region against the background of artifacts from dental implants. Several research articles highlight the current state of the issue and the role of post-processing of “raw data” DECT, obtaining a range of monochromatic images of a tumor and other pathological changes in the head and neck region in the article. Several learned treatises were also reflected. DECT with intravenous contrast enhancement and routine computed tomography to reduce radiation exposure to patients were compared particularly due to the possibility of obtaining virtual native diagnostic images from a contrasting series of DECT volumes during post-processing. In addition, this review also includes references to works that highlight the development of DECT as the method. Finally, the physical principles underlying DECT and the prospects for the development of the method are briefly represented.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность ранней диагностики рака головы и шеи обусловлена лидирующими позициями данной патологии в структуре заболеваемости злокачественными новообразованиями во всём мире [1]. В России отмечается неуклонный рост числа пациентов с впервые выявленными злокачественными новообразованиями области головы и шеи [2].

Очевидно, что клинический и эндоскопический осмотры позволяют оценить состояние слизистой оболочки полости рта и языка, гортани и гортаноглотки. Однако подслизистые отделы остаются при этом неохваченными. Плоскоклеточный рак может иметь как экзофитный, так и эндофитный характер роста, но чаще отмечается смешанный тип. Если первичная или рецидивная опухоль определяется на слизистой оболочке, мы достоверно не можем оценить её подслизистый компонент (только косвенно при пальпации) [3, 4]. После химиолучевой терапии формируется зона стекловидного отёка, изменяющая нормальную анатомию, а также вид и плотность слизистой оболочки. Корень языка, парафарингеальные и параэзофагеальные пространства, элементы гортани и гортаноглотки, утолщаясь и увеличиваясь в объёме, могут становится причиной дисфагии и диспноэ и затруднять эндоскопический осмотр [5]. После проведения иммунотерапии плоскоклеточного рака головы и шеи возможна псевдопрогрессия, в частности увеличение размеров и протяжённости опухоли, требующая строгого динамического контроля для исключения истинного прогрессирования заболевания [6, 7]. Все это обусловливает необходимость использования методов объективного динамического контроля, таких как компьютерная (КТ) и магнитно-резонансная (МРТ) томография. Методы гибридной визуализации (позитронно-эмиссионная или однофотонная эмиссионная компьютерная томография, совмещённые с компьютерной томографией) менее доступны вследствие недостаточного количества сканеров для охвата населения и более высокой стоимости исследования. Кроме того, имеется ограничение по срокам проведения гибридной диагностики в процессе лечения: для более надёжной дифференциации между воспалительными и опухолевыми изменениями после курсов химиолучевой терапии и хирургического вмешательства должно пройти не менее 3 мес [8, 9].

МРТ является эффективным методом диагностики опухолей головы и шеи. Использование современных базовых импульсных последовательностей решает разнообразные диагностические вопросы. Так, T1, Т1 с контрастным усилением, Т2 взвешенные последовательности и последовательности с жироподавлением наиболее оптимальны для визуализации воспалительных изменений, стадирования опухолевого поражения, выявления эмбриональных опухолей развития. Сосудистые и перфузионные последовательности применяются для исключения сосудистых мальформаций и оценки микроциркуляторных параметров тканевой перфузии. Диффузионно-взвешенные изображения могут быть полезны для визуализации холестеатомы, а также оценки злокачественности и ответа на лечение, выявления рецидивной или остаточной опухоли при раке области головы и шеи [10, 11]. Наряду с очевидными достоинствами метода хорошо известно, что время выполнения полноценного МР-исследования, включающего в себя различные импульсные последовательности, более продолжительное в сравнении с КТ, что ограничивает пропускную способность сканера и количество возможных исследований в течение дня.

СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНИКА

ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Физические методы, лежащие в основе взаимодействия рентгеновского излучения с веществом и обеспечивающие проведение двухэнергетического сканирования, ― это фотоэффект, эффект Комптона и рассеяние Томсона.

Основной принцип двухэнергетической компьютерной томографии (ДЭКТ) базируется на том, что различные анатомические структуры и ткани могут иметь одинаковую или разную плотность в зависимости от энергии рентгеновского излучения, под воздействием которой они находятся ― в диапазоне между высокими и низкими значениями кВт. Ключевым преимуществом использования двухэнергетических систем является возможность декомпозиции или разложения изображений на лежащие в их основе материалы. В этом случае происходит регистрация различных затуханий при разных энергиях рентгеновского излучения. Это позволяет выявить, сколько каждого материала присутствует в том или ином вокселе изображения. Это даёт более широкие возможности для постпроцессинга получаемых объёмов изображений (рисунок). Например, становится возможным выполнять построение виртуальных неконтрастных изображений, вычитание костных структур и производить анализ рентгеноконтрастного конкремента. Кроме этого, возможно построение йодных карт с получением изолированных изображений йода.

Сам метод ДЭКТ получил известность ещё на заре эры КТ, однако его применение было ограничено преимущественно оценкой минеральной плотности костной ткани [12, 13]. Сравнительно недавно в клиническую практику обследования пациентов, страдающих злокачественными опухолями головы и шеи, начали внедрять ДЭКТ. Для этого метода используют либо сканеры с двумя источниками энергии, либо применяют быстрое переключение силы тока на рентгеновской трубке томографа в процессе сканирования.

ДВУХЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ТОМОГРАФИЯ ОБЛАСТИ ГОЛОВЫ И ШЕИ

В одной из ранних научных работ не было найдено существенных отличий в качестве анатомических изображений области головы и шеи между двухэнергетической (сила тока на трубке 80 и 140 КВт) и рутинной мультиспиральной компьютерной томографией (МСКТ; сила тока на трубке 120 КВт). Вместе с тем отмечалась меньшая лучевая нагрузка на пациентов при ДЭКТ [14]. Параллельно с этим, начиная с 2010 г., многочисленные исследования были посвящены оценке возможностей двухэнергетической компьютерной ангиографии патологии брахицефальных артерий [15–25]. По мнению A. Schwahofer и соавт. [26], использование моноэнергетических реконструкций, получаемых в ходе постпроцессинга объёмов ДЭКТ, позволяет уменьшить артефакты от металла в полости рта лишь в случае плотности последнего не более 4,5 г/см3 (например, титана или алюминия). Это мало применимо для расчёта суммарной очаговой дозы, однако может быть полезно для разграничения анатомических ориентиров зоны интереса при планировании лучевой терапии. При артефактах от металла зубов с плотностью источника свыше 4,5 г/ см3 отмечалось лишь небольшое подавление артефактов. Большинство пациентов, включённых в это исследование, имели металлосодержащие зубные протезы или иные стоматологические металлоконструкции с ещё большей плотностью (>10 г/см3). Из этого можно сделать вывод, что моноэнергетические реконструкции не являются универсальным инструментом уменьшения артефактов от металла с учётом задач планирования лучевой терапии [26].

 

Рис. Двухэнергетическая компьютерная томография после химиолучевой терапии плоскоклеточного рака дна полости рта с распространением на язык. Остаточная опухоль нижней поверхности языка и метастазы с распадом в подчелюстной лимфатический узел слева (жёлтые стрелки).

a йодная карта; b виртуальное бесконтрастное изображение; с ― график распределения пикселей для отдельного среза между высоким и низким значением кВ; d монохроматическое изображение с низким значением, равным 80 кВ.

 

В противовес этому, по данным J. Weiβ и соавт. [27], режим подавления артефактов от металла (IMAR) позволяет улучшить визуализацию области полости рта и окружающих анатомических структур на фоне артефактов от стоматологических имплантатов. Изображения и их диагностическая значимость оценивались качественно по шкале Лайкерта и количественно в единицах Хаунсфилда (HU). В ходе исследования выяснилось, что в 30 случаях при подавлении артефактов от металлов изображения становились информативнее, чем без использования данного режима (3,8±0,5 против 2,6±0,5 соответственно; p <0,0001). Количественная оценка измерения степени артефактов с помощью единиц HU дала коррелирующие результаты. Полученные данные были достоверно меньше при подавлении артефактов от металла в сравнении со стандартной реконструкцией (0,9±1,6 против 20±47 соответственно; p <0,05) [27].

По результатам исследования N. Groβe Hokamp и соавт. [28], гипо- и гиператтенуирующие артефакты в виртуальных моноэнергетических изображениях (virtual monoenergetic images, VMI) с высокими значениями килоэлектронвольт (кЭв) по сравнению с изображениями обычного КТ (CI) показали увеличение и уменьшение значений единиц HU (CI/VMI200кЭв: -218,7/-174,4 HU, p=0,1, и 309,8/119,2, p=0,05 соответственно). Артефакты в жире также уменьшились на виртуальных моноэнергетических изображениях с высокими значениями кЭв (CI/ VMI200кЭв: 23,9/16,4, p=0,05). Было выявлено качественное снижение сверхплотных артефактов на виртуальных моноэнергетических изображениях с высокими ― ≥100 ― значениями кЭв (например, CI/VMI200кЭв: 2(1-3)/3(1-5), р=0,05). Уменьшение выраженности артефактов позволило улучшить визуализацию мягкого нёба и щёк (например, CI/VMI200кЭв: 2(1-4)/3(1-5) и ещё 2(1-5)/3(1-5), р ≤0,05). В целом виртуальные моноэнергетические изображения, полученные в ходе постпроцессинга объёмов ДЭКТ, уменьшают выраженность артефактов от зубных имплантатов, улучшая диагностику окружающих мягких тканей [28].

По результатам другого исследования, использование высокоэнергетических VMI может уменьшить выраженность артефактов, ослабляя параллельно наряду с этим визуализацию йодсодержащих контрастных препаратов в опухолевой ткани. В целом высокоэнергетические VMI (<100 кЭв) позволяют достичь умеренного уменьшения артефактов при сохранении достаточной визуализации йодсодержащих контрастных препаратов, представляя собой полезные дополнительные диагностические изображения для оценки рака головы и шеи [29]. Это подтверждают данные исследования E. Liao [30], согласно которым ДЭКТ способствует улучшению визуализации области головы, шеи и позвоночника на фоне артефактов от металлических имплантатов. По оценкам других авторов, метод спектральной КТ улучшает лучевую диагностику злокачественных новообразований области головы и шеи [31–36].

Целью исследовательской работы A.M. Tawfik и соавт. [37] явилось улучшение визуализации опухоли области головы и шеи. Сюда вошла оценка изображений, полученных при разных факторах взвешенности (0,3; 0,6; 0,8) для 80 и 140 кВт, и оценка очертаний опухолевого очага. Частью исследования стали 35 человек со злокачественными новообразованиями головы и шеи, отобранные из 60 пациентов, обратившихся с подозрением на рак. В своей работе авторы провели сравнение таких параметров, как соотношение сигнал–шум, измерение затухания сигнала и объективный шум между различными наборами изображений области головы и шеи. Результаты были проанализированы двумя независимыми радиологами, оценивавшими следующие параметры: очертание очага, резкость изображения, субъективный шум. При оценке использовались пятибалльные шкалы. Учёные пришли к выводу, что смешивание диагностических данных ДЭКТ, полученных при токе на трубке 80 и 140 кВт с использованием весового коэффициента 0,6 (60% от данных 80 кВт), улучшает соотношение сигнал–шум от опухолевого очага, субъективно повышает общее качество изображения, включая границы опухоли. Данный весовой коэффициент показал больше диагностической информации, чем коэффициент 0,3, симулирующий значения тока на трубке 120 кВт и максимально приближенный к изображениям стандартного МСКТ [37].

По мнению M. Li с соавт. [38], анализ состава материала в сочетании с реконструированными монохроматическими изображениями при использовании ДЭКТ обладает многообещающим потенциалом для дифференциальной диагностики узлов щитовидной железы и уточнения степени их злокачественности.

При оценке местной распространённости рака гортани большое значение имеет определение степени инвазии щитовидного хряща. В работе, посвящённой данной диагностической проблеме, предложили оценивать степень инвазии по пятибалльной шкале: истинная инвазия начиналась с эрозии (3 балла), а заканчивалась прорастанием хряща (5 баллов). Эти данные были проанализированы для йодных карт и средневзвешенных изображений. Чувствительность, специфичность и точность средневзвешенных изображений и йодных карт в оценке прорастания щитовидного хряща составила 100%. Только в одном случае на средневзвешенных изображениях было пропущено полное прорастание щитовидного хряща плоскоклеточным раком складочного отдела гортани, но распространённость была уточнена на йодных картах [39].

Возможности метода в оценке хрящевого каркаса гортани были описаны ещё в ряде исследований. В частности, R. Forghani соавт. [40] отметили различия в затухании сигнала на виртуальных монохроматических изображениях (≥95 кэВ) плоскоклеточного рака головы и шеи в сравнении с неоссифицированным щитовидным хрящом гортани. В другом исследовании группа учёных из Японии и США провела сравнение МРТ и ДЭКТ в оценке поражения хрящевого каркаса гортани в целом и щитовидного хряща в частности при плоскоклеточном раке головы и шеи. ДЭКТ показала более высокую специфичность, чем МРТ. Такие данные были получены как для инвазии всего хрящевого каркаса гортани (84% для МРТ против 98% для ДЭКТ, p <0,004), так и отдельно для щитовидного хряща (64% против 100% соответственно, p <0,001). Средняя площадь под кривой (0,94 против 0,95, p=0,70). Чувствительность методов для решения аналогичной задачи была без значимых различий для всего хрящевого каркаса гортани (97% для МРТ против 81% для ДЭКТ, p=0,16) и отдельно для щитовидного хряща (100% против 89% соответственно, p=0,50), вместе с тем прослеживалась тенденция к более высокой чувствительности МРТ. ДЭКТ помогает избежать переоценки степени инвазии хрящей гортани, которая может являться следствием воспалительных изменений. Это достигается посредством использования соответствующих диагностических критериев на средневзвешенных изображениях (WA) и йодных картах (IO) как для оссифицированных, так и неоссифированных хрящей гортани. Вместе с тем при ДЭКТ может быть пропущена небольшая опухолевая инвазия оссифицированных хрящей гортани, что обусловливает ценность метода именно в отсутствии переоценки степени инвазии хрящевого каркаса гортани и способствует таким образом росту числа органосохраняющих подходов к лечению плоскоклеточного рака гортани и гортаноглотки [41].

В работе J.L. Wichmann и соавт. [42] оценивалась диагностическая точность серий изображений ДЭКТ (80 кВт и линейно-смешанных 120 кВт) в 170 случаях различной патологии области головы и шеи. Последующий анализ проводился тремя независимыми радиологами, имевшими направление на исследования, включающие клиническое обоснование. Другие данные, включая изображения иных диагностических модальностей, экспертам не были доступны. Выводы сопоставлялись с медицинской документацией, заключениями КТ и гистологическими заключениями. Чувствительность, специфичность, положительная прогностическая значимость и отрицательная прогностическая значимость рассчитывались отдельно для каждого исследователя. Соглашение между радиологами-экспертами оценивалось с использованием внутриклассовых коэффициентов корреляции. В диагностические группы были вынесены следующие клинические нозологии: плоскоклеточный рак (n=107; наличие/отсутствие для первичного/ рецидивирующего плоскоклеточного рака), лимфома (n=40; наличие/отсутствие для первичной/рецидивирующей лимфомы) и доброкачественные заболевания (n=23; например, абсцесс). Совокупная чувствительность, специфичность, положительная прогностическая ценность и отрицательная прогностическая ценность для серии изображений 80 кВт и линейно-смешанных изображений 120 кВт составили 94,8; 93,0; 95,9 и 91,1% соответственно. Результаты (%) для группы пациентов, страдающих плоскоклеточным раком, были также очень высокими: 94,8/95,3; 89,1/89,1; 94,3/94,4; 90,1/91,0; похожая картина и с заболеваниями, связанными с лимфомой: 95,0; 100,0; 100,0; 95,2% для серий изображений 80/120 кВт. Соглашение между исследователями было почти идеальным (коэффициент внутриклассовой корреляции 0,82; 0,80; 95% ДИ 0,76–0,74, 0,86–0,85). Поглощённая доза на длину сканирования была почти на 48% ниже при 80 кВт по сравнению со стандартными 120 кВт сканами (135,5 против 282,2 мГр/ см). Исследователи пришли к выводу, что КТ на низких киловольтах (80 кВт) обладает высокой разрешающей способностью, обеспечивая хорошую точность диагностики для рутинной клинической практики, а также позволяет существенно снизить лучевую нагрузку на пациента [42].

В ряде других исследований были получены похожие данные, свидетельствующие об улучшении визуализации первичного рака области головы и шеи в ходе постпроцессинга данных ДЭКТ с двумя источниками энергии при построении нелинейного смешивания изображений, по сравнению с линейным смешиванием изображений на низких и высоких энергиях ― 80/140 кВт [43]. По мнению S. Lam и соавт. [44], наиболее хорошая визуализация мягких тканей области головы и шеи на виртуальных монохроматических изображениях ― на 65 кЭв, тогда как оптимальное соотношение контраст–шум для визуализации плоскоклеточного рака ― на 40 кЭв. Это связано с разницей затухания сигнала от опухоли и непоражённых окружающих мягких тканей (p=0,03).

Группа учёных из Китая изучала возможности ДЭКТ в выявлении и дифференциальной диагностике метастатически пораженных шейных лимфоузлов при плоскоклеточном раке области головы и шеи и различных видах лимфопролиферативных заболеваний. Они пришли к выводу, что оптимальная визуализация поражённых лимфоузлов достигалась на моноэнергетических изображениях 70 кЭв. Дизайн работы также учитывал наклон спектральной кривой рентгенопроницаемости мягких тканей для молекул йода в зависимости от значения кЭв [45]. По данным F. Fu с соавт. [46], виртуальные неконтрастные изображения при визуализации метастатически поражённых шейных лимфоузлов, полученные в ходе постпроцессинга ДЭКТ, сопоставимы по качеству с полноценным нативным исследованием. При этом такие изображения имеют более низкую эффективную дозу облучения пациента в сравнении со стандартным нативным исследованием (p <0,05). Сочетание ДЭКТ с внутривенным контрастированием и последующим построением виртуальных нативных изображений позволяет обеспечить адекватную визуализацию вторично поражённых лимфатических узлов с более низкой лучевой нагрузкой на пациента [46].

Автор из Канады R. Forghani [47], сравнивая реконструкции и возможности постобработки методами ДЭКТ с одним источником энергии и быстрым переключением киловольтажа (кВт) на рентгеновской трубке и ДЭКТ с двумя источниками энергии, предложила использовать постпроцессинг для оптимальной визуализации мягких тканей шеи. Виртуальные моноэнергетические реконструкции для всех вариантов сканирования области шеи ― на 65 и 40 кЭв минимум, для диагностики опухолей гортани ― аналогичные реконструкции и построение йодных карт, а также виртуальные моноэнергетические реконструкции на 95 кЭв (или на более высоких значениях) для диагностики опухолей гортани. Все вышеперечисленное, за исключением йодных карт, автор предлагает использовать для визуализации опухолей полости рта и ротоглотки и уменьшения дентальных артефактов [47]. Похожие данные приводит и другой коллектив учёных [48].

Изучение дифференциальной диагностики спектральной томографии в исключении остаточной или рецидивной опухоли после специального лечения приводится в работе международной группы авторов. Так, по данным небольшого когортного исследования H. Yamauchi и соавт. [49], при сравнении виртуальных моноэнергетических реконструкций на 40 и 70 кЭв, первые позволяют лучше проводить дифференциальную диагностику рецидивной или остаточной опухоли от доброкачественных изменений, обусловленных проведённым лечением. По данным L. Yang и соавт. [50] отмечены отличия в концентрации йода, воды и наклона спектральной кривой в поражённых шейных лимфоузлах у пациентов с разными нозологическими группами заболеваний, а именно раком щитовидной и слюнных желёз, лимфомами и плоскоклеточным раком.

M.S. May и соавт. [51] проводили сравнение двухэнергетического и моноэнергетического сканирования (70 кВт) на ДЭКТ-сканере с двумя источниками энергии у пациентов, страдающих злокачественными заболеваниями области головы и шеи: первый позволяет лучше визуализировать границы опухоли при построении моноэнергетических реконструкций на 40 кЭв. Выполнение моноэнергетического сканирования на 70 кВт целесообразно для уменьшения артефактов при наличии металлических имплантатов в полости рта. Похожие результаты при сравнении двухэнергетического и стандартного КТ-сканирования пациентов с плоскоклеточным раком головы и шеи получила группа учёных из Канады [52].

По мнению R. Forghani и соавт. [53–55], различные реконструкции ДЭКТ в сочетании с последующим количественным анализом могут потенциально улучшить характеристики оценки ткани и визуализацию опухоли, включая инвазию процесса в анатомические структуры, что может оказать влияние на тактику ведения пациента. L. Yang и соавт. [56] с помощью ДЭКТ оценивали терапевтический ответ на химиолучевую терапию в двух группах пациентов, страдающих раком гортани и гортаноглотки с полной и неполной ремиссией. Спектральная кривая имела разный наклон в зависимости от наличия или отсутствия остаточной опухоли. Проведённый ROC-анализ диагностической эффективности показал площадь под кривой 0,83. Эта группа других учёных, оценивая эффект до и после лучевой терапии по поводу рака пищевода, предположила, что построение йодных карт при постпроцессинге ДЭКТ позволяет оценивать концентрацию йода в обоих случаях. Это даёт возможность оценивать эффект химиолучевой терапии, избегая при этом увеличения дозы облучения в процессе лечения [57].

Был предложен интересный способ оценки рака носоглотки посредством ДЭКТ за счёт измерения концентрации наночастиц золота, прикреплённых к фолиевой кислоте в качестве линкера. Особенность ДЭКТ состоит в возможности декомпозировать исследуемый материал, что позволяет разделять и идентифицировать различные элементы в исследуемых тканях, в частности наночастицы золота. Данный способ диагностики является фактически молекулярной таргетной визуализацией раковых клеток носоглотки [58].

В последнее время приобретает значение «машинное обучение» при раке области головы и шеи. Одна группа авторов описывает преимущества автоматизированного мультиэнергетического текстурного анализа мягких тканей всех серий изображений в сравнении с анализом отдельных моноэнергетических реконструкций на предмет прогнозирования локорегионального метастатического поражения лимфатических узлов [59]. Другой коллектив учёных изучал возможности ДЭКТ в оценке лимфатических узлов области шеи при различных неопластических поражениях, включая лимфопролиферативные заболевания, с применением машинного обучения [60]. Данное направление представляет научный и практический интерес и требует дальнейшего изучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, дополнение обследования пациентов с подозрением на рак области головы и шеи ДЭКТ с внутривенным болюсным контрастированием позволяет получить более подробную информацию в сравнении с обычной контрастной МСКТ. Метод ДЭКТ позволяет декомпозировать получаемые изображения на лежащие в их основе материалы, в частности получать как изолированные, так и смешанные йодные карты области интереса ― опухолей и метастатически поражённых регионарных лимфатических узлов. Данная информация может иметь диагностическую ценность при динамическом обследовании пациентов после проведённого специального противоопухолевого лечения, в частности дистанционной лучевой, химио- и иммунотерапии.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении поисково-аналитической работы и подготовке публикации.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи».

Вклад авторов. В.С. Петровичев ― обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, написание текста и редактирование статьи; М.В. Неклюдова ― обзор литературы, подготовка и написание текста статьи; В.Е. Синицын ― обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, подготовка и редактирование статьи; И.Г. Никитин ― сбор и анализ литературных источников, редактирование статьи. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Благодарности. Авторы выражают благодарность Наталии Георгиевне Покровской за помощь в стилистическом редактировании текста статьи.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Conflict of interest. The authors declare no obvious and potential conflicts of interest related to the publication of this article.

Authors’ contribution. V.S. Petrovichev ― literature review, collection and analysis of literary sources, text writing and article editing; M.V. Neklyudova ― review of literature, preparation and writing of the text of the article; V.E. Sinitsyn ― literature review, collection and analysis of literary sources, preparation and editing of the article; I.G. Nikitin ― collection and analysis of literary sources, article editing. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Acknowledgements. The authors express their gratitude to Nataliya G. Pokrovskaya for support in stylistic editing of the article text.

×

About the authors

Victor S. Petrovichev

Radiology Department, National Medical Research Treatment and Rehabilitation Centre of the Ministry of Health of Russia

Email: petrovi4ev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8391-2771
SPIN-code: 7730-7420

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 3 Ivan’kovskoe shosse, 125367, Moscow

Marina V. Neklyudova

Radiology Department, National Medical Research Treatment and Rehabilitation Centre of the Ministry of Health of Russia

Email: mneklyudova@med-rf.ru
ORCID iD: 0000-0003-4224-2975
SPIN-code: 7450-6800

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 3 Ivan’kovskoe shosse, 125367, Moscow

Valentin E. Sinitsyn

Lomonosov Moscow State University

Email: vsini@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5649-2193
SPIN-code: 8449-6590

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Moscow

Igor G. Nikitin

Radiology Department, National Medical Research Treatment and Rehabilitation Centre of the Ministry of Health of Russia

Author for correspondence.
Email: igor.nikitin.64@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1699-0881
SPIN-code: 3595-1990

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, 3 Ivan’kovskoe shosse, 125367, Moscow

References

  1. Bray F, Ferlay J, Soerjomataram I, et al. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: A Cancer Journal for Clinicians. 2018;68(6):394–424. doi: 10.3322/caac.21492
  2. Socially significant diseases of the Russian population in 2018. Statistical materials. Moscow; 2019. Р. 15–17. (In Russ).
  3. Pynnonen MA, Gillespie MB, Roman B, et al. Clinical practice guideline: evaluation of the neck mass in adults. Otolaryngol Head Neck Surg. 2017;157(2 Suppl):S1–S30. doi: 10.1177/0194599817722550
  4. Mannelli G, Cecconi L, Gallo O. Laryngeal preneoplastic lesions and cancer: challenging diagnosis. Qualitative literature review and meta-analysis. Critical Reviews in Oncology Hematology. 2016;106:64–90. doi: 10.1016/j.critrevonc.2016.07.004
  5. Hinther A, Samson N, Lau H, et al. Volumetric changes in pharyngeal structures following head and neck cancer chemoradiation therapy. The Laryngoscope. 2020;130(3):597–602. doi: 10.1002/lary.28164
  6. Baxi SS, Dunn LA, Burtness BA. Amidst the excitement: A cautionary tale of immunotherapy, pseudoprogression and head and neck squamous cell carcinoma. Oral Oncology. 2016;62:147–148. doi: 10.1016/j.oraloncology. 2016.10.007
  7. Szturz P, Vermorken JB. Immunotherapy in head and neck cancer: aiming at EXTREME precision. BMC Med. 2017;15(1):110. doi: 10.1186/s12916-017-0879-4
  8. Abgral R, Querellou S, Potard G, et al. Does 18f-fdg pet/ct improve the detection of posttreatment recurrence of head and neck squamous cell carcinoma in patients negative for disease on clinical follow-up? Journal of Nuclear Medicine. 2008;50(1):24–29. doi: 10.2967/jnumed.108.055806
  9. Greven KM, Williams DW, Keyes JW, et al. Positron emission tomography of patients with head and neck carcinoma before and after high dose irradiation. Cancer. 1994;74(4):1355–1359. doi: 10.1002/1097-0142(19940815)74:4<1355::aid-cncr2820740428>3.0.co;2-i
  10. Widmann G, Henninger B, Kremser C, Jaschke W. MRI sequences in head & neck radiology – state of the art. Fortschr Röntgenstr. 2017;189(05):413–422. doi: 10.1055/s-0043-103280
  11. Dai YL, King AD. State of the art MRI in head and neck cancer. Clinical Radiology. 2018;73(1):45–59. doi: 10.1016/j.crad.2017.05.020
  12. Genant HK, Boyd D. Quantitative bone mineral analysis using dual energy computed tomography. Investigative Radiology. 1977;12(6):545–551. doi: 10.1097/00004424-197711000-00015
  13. Raymakers JA, Hoekstra O, van Putten J, et al. Fracture prevalence and bone mineral mass in osteoporosis measured with computed tomography and dual energy photon absorptiometry. Skeletal Radiol. 1986;15(3):191–197. doi: 10.1007/BF00354059
  14. Tawfik AM, Kerl JM, Razek AA, et al. Image quality and radiation dose of dual-energy ct of the head and neck compared with a standard 120-kvp acquisition. AJNR Am J Neuroradiol. 2011;32(11):1994–1999. doi: 10.3174/ajnr.A2654
  15. Deng K, Liu C, Ma R, et al. Clinical evaluation of dual-energy bone removal in CT angiography of the head and neck: comparison with conventional bone-subtraction CT angiography. Clinical Radiology. 2009;64(5):534–541. doi: 10.1016/j.crad.2009.01.007
  16. Lell MM, Kramer M, Klotz E, et al. Carotid computed tomography angiography with automated bone suppression: a comparative study between dual energy and bone subtraction techniques. Investigative Radiology. 2009;44(6):322–328. doi: 10.1097/RLI.0b013e31819e8ad9
  17. Thomas C, Korn A, Krauss B, et al. Automatic bone and plaque removal using dual energy CT for head and neck angiography: Feasibility and initial performance evaluation. European Journal of Radiology. 2010;76(1):61–67. doi: 10.1016/j.ejrad.2009.05.004
  18. Lell MM, Hinkmann F, Nkenke E, et al. Dual energy CTA of the supraaortic arteries: Technical improvements with a novel dual source CT system. European Journal of Radiology. 2010;76(2):e6–e12. doi: 10.1016/j.ejrad.2009.09.022
  19. Chen Y, Xue H, Liu W, et al. [Dual-energy computed tomographic angiography of head and neck arteries with different contrast material doses in second generation dual-source computed tomography system]. Zhongguo Yi Xue Ke Xue Yuan Xue Bao. 2010;32(6):628–633. doi: 10.3881/j.issn.1000.503X.2010.06.008
  20. Korn A, Fenchel M, Bender B, et al. High-pitch dual-source CT angiography of supra-aortic arteries: assessment of image quality and radiation dose. Neuroradiology. 2013;55(4):423–430. doi: 10.1007/s00234-012-1120-y
  21. Chen Y, Xue H, Jin Z, et al. 128-slice acceletated-pitch dual energy ct angiography of the head and neck: comparison of different low contrast medium volumes. PLoS ONE. 2013;8(11):e80939. doi: 10.1371/journal.pone.0080939
  22. Korn A, Bender B, Schabel C, et al. Dual-source dual-energy ct angiography of the supra-aortic arteries with tin filter. Academic Radiology. 2015;22(6):708–713. doi: 10.1016/j.acra.2015.01.016
  23. Kaemmerer N, Brand M, Hammon M, et al. Dual-energy computed tomography angiography of the head and neck with single-source computed tomography: a new technical (Split filter) approach for bone removal. Invest Radiol. 2016;51(10):618–623. doi: 10.1097/RLI.0000000000000290
  24. Ma G, Yu Y, Duan H, et al. Subtraction CT angiography in head and neck with low radiation and contrast dose dual-energy spectral CT using rapid kV-switching technique. BJR. 2018;20170631. doi: 10.1259/bjr.20170631
  25. Wu Q, Shi D, Cheng T, et al. Improved display of cervical intervertebral discs on water (Iodine) images: incidental findings from single-source dual-energy CT angiography of head and neck arteries. Eur Radiol. 2019;29(1):153–160. doi: 10.1007/s00330-018-5603-z
  26. Schwahofer A, Bär E, Kuchenbecker S, et al. The application of metal artifact reduction (Mar) in CT scans for radiation oncology by monoenergetic extrapolation with a DECT scanner. Zeitschrift für Medizinische Physik. 2015;25(4):314–325. doi: 10.1016/j.zemedi.2015.05.004
  27. Weiß J, Schabel C, Bongers M, et al. Impact of iterative metal artifact reduction on diagnostic image quality in patients with dental hardware. Acta Radiol. 2017;58(3):279–285. doi: 10.1177/0284185116646144
  28. Große Hokamp N, Laukamp KR, Lennartz S, et al. Artifact reduction from dental implants using virtual monoenergetic reconstructions from novel spectral detector CT. European Journal of Radiology. 2018;104:136–142. doi: 10.1016/j.ejrad.2018.04.018
  29. Nair JR, DeBlois F, Ong T, et al. Dual-energy ct: balance between iodine attenuation and artifact reduction for the evaluation of head and neck cancer. Journal of Computer Assisted Tomography. 2017;41(6):931–936. doi: 10.1097/RCT.0000000000000617
  30. Liao E, Srinivasan A. Applications of dual-energy computed tomography for artifact reduction in the head, neck, and spine. Neuroimaging Clinics of North America. 2017;27(3):489–497. doi: 10.1016/j.nic.2017.04.004
  31. Vogl TJ, Schulz B, Bauer RW, et al. Dual-energy ct applications in head and neck imaging. American Journal of Roentgenology. 2012;199(5 Suppl):S34–S39. doi: 10.2214/AJR.12.9113
  32. Srinivasan A, Parker RA, Manjunathan A, et al. Differentiation of benign and malignant neck pathologies: preliminary experience using spectral computed tomography. Journal of Computer Assisted Tomography. 2013;37(5):666–672. doi: 10.1097/RCT.0b013e3182976365
  33. Tawfik AM, Razek AA, Kerl JM, et al. Comparison of dual-energy CT-derived iodine content and iodine overlay of normal, inflammatory and metastatic squamous cell carcinoma cervical lymph nodes. Eur Radiol. 2014;24(3):574–580. doi: 10.1007/s00330-013-3035-3
  34. Kuno H, Onaya H, Fujii S, et al. Primary staging of laryngeal and hypopharyngeal cancer: CT, MR imaging and dual-energy CT. European Journal of Radiology. 2014;83(1):e23–e35. doi: 10.1016/j.ejrad.2013.10.022
  35. Toepker M, Czerny C, Ringl H, et al. Can dual-energy CT improve the assessment of tumor margins in oral cancer? Oral Oncology. 2014;50(3):221–227. doi: 10.1016/j.oraloncology.2013.12.001
  36. Ginat DT, Mayich M, Daftari-Besheli L, Gupta R. Clinical applications of dual-energy CT in head and neck imaging. Eur Arch Otorhinolaryngol. 2016;273(3):547–553. doi: 10.1007/s00405-014-3417-4
  37. Tawfik AM, Kerl JM, Bauer RW, et al. Dual-energy CT of head and neck cancer: average weighting of low- and high-voltage acquisitions to improve lesion delineation and image quality –initial clinical experience. Investigative Radiology. 2012;47(5):306–311. doi: 10.1097/RLI.0b013e31821e3062
  38. Li M, Zheng X, Li J, et al. Dual-energy computed tomography imaging of thyroid nodule specimens: comparison with pathologic findings. Investigative Radiology. 2012;47(1):58–64. doi: 10.1097/RLI.0b013e318229fef3
  39. Kuno H, Onaya H, Iwata R, et al. Evaluation of cartilage invasion by laryngeal and hypopharyngeal squamous cell carcinoma with dual-energy CT. Radiology. 2012;265(2):488–496. doi: 10.1148/radiol.12111719
  40. Forghani R, Levental M, Gupta R, et al. Different spectral hounsfield unit curve and high-energy virtual monochromatic image characteristics of squamous cell carcinoma compared with nonossified thyroid cartilage. AJNR Am J Neuroradiol. 2015;36(6):1194–1200. doi: 10.3174/ajnr.A4253
  41. Kuno H, Sakamaki K, Fujii S, et al. Comparison of MR imaging and dual-energy CT for the evaluation of cartilage invasion by laryngeal and hypopharyngeal squamous cell carcinoma. AJNR Am J Neuroradiol. 2018;39(3):524–531. doi: 10.3174/ajnr.A5530
  42. Wichmann JL, Kraft J, Nöske EM, et al. Low-tube-voltage 80-kvp neck ct: evaluation of diagnostic accuracy and interobserver agreement. AJNR Am J Neuroradiol. 2014;35(12):2376–2381. doi: 10.3174/ajnr.A4052
  43. Scholtz JE, Hüsers K, Kaup M, et al. Non-linear image blending improves visualization of head and neck primary squamous cell carcinoma compared to linear blending in dual-energy CT. Clinical Radiology. 2015;70(2):168–175. doi: 10.1016/j.crad.2014.10.018
  44. Lam S, Gupta R, Levental M, et al. Optimal virtual monochromatic images for evaluation of normal tissues and head and neck cancer using dual-energy CT. AJNR Am J Neuroradiol. 2015;36(8):1518–1524. doi: 10.3174/ajnr.A4314
  45. Wang X, Zhao Y, Wu N, et al. [Application of single-source dual-energy spectral CT in differentiating lymphoma and metastatic lymph nodes in the head and neck]. Zhonghua Zhong Liu Za Zhi. 2015;37(5):361–366.
  46. Fu F, He A, Zhang Y, et al. Dua-energy virtual noncontrast imaging in diagnosis of cervical metastasis lymph nodes. J Can Res Ther. 2015;11(6):202. doi: 10.4103/0973-1482.168185
  47. Forghani R. Advanced dual-energy CT for head and neck cancer imaging. Expert Review of Anticancer Therapy. 2015;15(12):1489–1501. doi: 10.1586/14737140.2015.1108193
  48. Lam S, Gupta R, Kelly H, et al. Multiparametric evaluation of head and neck squamous cell carcinoma using a single-source dual-energy CT with fast kVp switching: state of the art. Cancers. 2015;7(4):2201–2216. doi: 10.3390/cancers7040886
  49. Yamauchi H, Buehler M, Goodsitt MM, et al. Dual-energy CT-based differentiation of benign posttreatment changes from primary or recurrent malignancy of the head and neck: comparison of spectral hounsfield units at 40 and 70 kev and iodine concentration. American Journal of Roentgenology. 2016;206(3):580–587. doi: 10.2214/AJR.15.14896
  50. Yang L, Luo D, Li L, et al. Differentiation of malignant cervical lymphadenopathy by dual-energy CT: a preliminary analysis. Sci Rep. 2016;6(1):31020. doi: 10.1038/srep31020
  51. May MS, Bruegel J, Brand M, et al. Computed tomography of the head and neck region for tumor staging – comparison of dual-source, dual-energy and low-kilovolt, single-energy acquisitions. Invest Radiol. 2017;52(9):522–528. doi: 10.1097/RLI.0000000000000377
  52. Forghani R, Kelly H, Yu E, et al. Low-energy virtual monochromatic dual-energy computed tomography images for the evaluation of head and neck squamous cell carcinoma: a study of tumor visibility compared with single-energy computed tomography and user acceptance. Journal of Computer Assisted Tomography. 2017;41(4):565–571. doi: 10.1097/RCT.0000000000000571
  53. Forghani R, Kelly HR, Curtin HD. Applications of dual-energy computed tomography for the evaluation of head and neck squamous cell carcinoma. Neuroimaging Clinics of North America. 2017;27(3):445–459. doi: 10.1016/j.nic.2017.04.001
  54. Pérez-Lara A, Forghani R. Spectral computed tomography. Magnetic Resonance Imaging Clinics of North America. 2018;26(1):1–17. doi: 10.1016/j.mric.2017.08.001
  55. Forghani R, Mukherji SK. Advanced dual-energy CT applications for the evaluation of the soft tissues of the neck. Clinical Radiology. 2018;73(1):70–80. doi: 10.1016/j.crad.2017.04.002
  56. Yang L, Luo D, Yi J, et al. Therapy effects of advanced hypopharyngeal and laryngeal squamous cell carcinoma: evaluated using dual-energy CT quantitative parameters. Sci Rep. 2018;8(1):9064. doi: 10.1038/s41598-018-27341-0
  57. Ge X, Yu J, Wang Z, et al. Comparative study of dual energy CT iodine imaging and standardized concentrations before and after chemoradiotherapy for esophageal cancer. BMC Cancer. 2018;18(1):1120. doi: 10.1186/s12885-018-5058-2
  58. Khademi S, Sarkar S, Shakeri-Zadeh A, et al. Dual-energy CT imaging of nasopharyngeal cancer cells using multifunctional gold nanoparticles. IET nanobiotechnol. 2019;13(9):957–961. doi: 10.1049/iet-nbt.2019.0067
  59. Forghani R, Chatterjee A, Reinhold C, et al. Head and neck squamous cell carcinoma: prediction of cervical lymph node metastasis by dual-energy CT texture analysis with machine learning. Eur Radiol. 2019;29(11):6172–6181. doi: 10.1007/s00330-019-06159-y
  60. Seidler M, Forghani B, Reinhold C, et al. Dual-energy CT texture analysis with machine learning for the evaluation and characterization of cervical lymphadenopathy. Computational and Structural Biotechnology Journal. 2019;17:1009–1015. doi: 10.1016/j.csbj.2019.07.004

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. Dual-energy computed tomography after chemoradiation therapy of squamous cell carcinoma of the floor of the mouth with extension to the tongue. Residual swelling of the lower surface of the tongue and metastases with disintegration into the submandibular lymph node on the left (yellow arrows).

Download (893KB)

Statistics

Views

Abstract: 304

PDF (Russian): 76

Dimensions

Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX


Copyright (c) 2021 Petrovichev V.S., Neklyudova M.V., Sinitsyn V.E., Nikitin I.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies