能譜CT成像在肺結核與矽肺結節鑒別診斷中的價值

朱怡 劉榮榮 劉靜 李敏

肺結核與矽肺中大小相近的結節影在常規CT掃描時主要通過其分布、密度、形態學分析來進行鑒別診斷。除外常規CT這種常用檢查設備，能譜CT作為一種新型檢查設備逐漸應用于科研及臨床，其物質分離技術成為廣大影像學工作者研究的新熱點[1]，其能譜成像功能可以對病變的成分進行分析，為影像診斷提供了新的手段。

本研究利用能譜CT特有的能譜成像功能對肺結核和矽肺兩組患者中的結節病灶進行多參數分析，探討能譜CT在肺結核與矽肺結節鑒別診斷中的應用價值。

資料和方法

一、一般資料

1.納入標準：(1)肺結核患者均符合《WS 288—2017 肺結核診斷》標準[2]；(2)矽肺患者均符合2015年版國家標準《職業性塵肺病的診斷(GBZ 70—2015)》[3]，并且通過職業病專家組確診；(3)所選取的患者CT掃描顯示的結節直徑≤3 mm；(4)患者在知情同意的前提下參與能譜CT掃描；(5)本研究經蘇州市第五人民醫院倫理委員會審核批準。

2.排除標準：(1)肺結核組排除有含硅粉塵長期接觸史及并發其他肺部疾病；(2)矽肺組排除并發肺結核、肺癌等其他疾病；(3)排除2組患者的鈣化、磨玻璃樣結節。

3.研究對象：收集蘇州市第五人民醫院于2018年2—12月間確診的肺結核患者38例，其中1例因并發肺癌、2例因有接觸含硅粉塵工作史被排除；矽肺患者42例，其中并發肺癌1例、并發肺結核11例均被排除；最終納入研究的肺結核患者35例(肺結核組)，男28例，女7例，年齡范圍14～80歲，中位年齡32歲；矽肺患者30例(矽肺組)，均為男性，年齡范圍27～82歲，中位年齡67歲。

二、檢查方法

兩組患者均采用GE寶石CT(Discovery CT750 HD)能譜(GSI)模式下進行掃描，管電壓在140千伏峰值(kVp)與80 kVp間可瞬時(<0.5 ms)切換，管電流360 mA，層厚及間距均為5 mm，螺距0.984，視野(FOV)Medium body。掃描開始前對患者進行呼吸訓練(吸氣并屏氣)。掃描范圍從肺尖至膈面水平，窗寬、窗位保持一致，肺窗(窗寬1500 HU，窗位-600 HU)。掃描完成后將圖像重建成70 keV單能量圖像，層厚0.625 mm，層間隔0.5 mm，自適應統計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR) 30%。

三、圖像處理及分析

將重建好的薄層圖像傳送至ADW4.6工作站，采用GSI Volume Viewer軟件進行能譜的多參數分析。

1. 感興趣區(region of interest，ROI)的選取：根據納入標準，每例肺結核患者選擇1～8個結節，35例肺結核患者共127個結節；每例矽肺患者6個結節，30例矽肺患者共180個結節；在所選的結節上勾畫一定大小的類圓形感興趣區(ROI)，測量時將ROI置于結節的中央，ROI的范圍不能超過所測量的結節，所勾畫的ROI面積范圍為1.98～4.45 mm2(圖1，2)。

2．觀察指標：(1)物質定量分析采用SiO2(H2O)基物質對濃度，對兩組患者進行數據采集；(2)兩組患者的有效原子序數；(3)40～70 keV區間內的斜率：采集40 keV與70 keV能量級下的CT值，根據公式算出每個結節相應的斜率，從而進行兩組患者間斜率的對比分析。公式：斜率=(CT值40 keV-CT值70 keV)/30。

保存在測量中軟件自動生成的數據文件，其包含了所勾畫的ROI內的多個能譜數據。本次研究選取如下幾個參數進行收集與分析：SiO2(H2O)基物質對濃度、有效原子序數、40 keV與70 keV能量級下的CT值。其中SiO2(H2O)基物質對濃度測量時可進行截圖保存。

所有上述數據分析及采集操作由2名5年及以上工作經驗的影像醫師進行。

四、統計學處理

結 果

一、能譜曲線斜率(40～70 keV)的對比

兩組斜率數據符合正態分布，采用t檢驗，矽肺組斜率高于肺結核組，差異有統計學意義(P<0.05)(表1，圖3、4)。

二、SiO2(H2O)基物質對濃度的比較

兩組SiO2(H2O)基物質對濃度為非正態分布，采用Mann-Whitney非參數檢驗，矽肺組SiO2(H2O)基物質對濃度明顯高于肺結核組，差異有統計學意義(P<0.05)(表1，圖5、6)。

三、有效原子序數值的對比

兩組有效原子序數值符合正態分布，采用t檢驗，矽肺組的有效原子序數值高于肺結核組，差異有統計學意義(P<0.05)(表1，圖7、8)。

四、能譜參數的ROC曲線對比

將兩組患者的能譜曲線斜率、SiO2(H2O)基物質對濃度及有效原子序數通過ROC曲線進行分析，能譜曲線斜率以8.28、SiO2(H2O)基物質對濃度以275 mg/cm3、有效原子序數以10.22為閾值時，兩組患者鑒別具有較高敏感度和特異度；其中SiO2(H2O)基物質對濃度在上述3種參數內特異度最高，且曲線下面積最大(表2)。

表1 兩組能譜曲線斜率、有效原子序數及SiO2(H2O)基物質對濃度比較

圖1～8圖1、3、5、7為矽肺患者，男，75歲；圖2、4、6、8為肺結核患者，男，36歲。圖1、2為在70 keV單能量圖像上勾畫ROI，圖1 ROI面積為2.38 mm2，圖2為2.36 mm2；圖3、4為能譜曲線圖，圖3為40～70 keV間隔內CT值差為340 HU，即此間隔內的曲線斜率為11.33，圖4為40～70 keV間隔內CT值差為220 HU，即曲線斜率為7.33；圖5、6為SiO2(H2O)基物質對濃度分布直方圖，圖5主要集中在450 mg/cm3，圖6主要集中在175 mg/cm3；圖7、8為有效原子序數分布圖，圖7中有效原子序數主要分布在10.70，圖8主要分布在9.25

表2 兩組患者各種能譜參數的ROC曲線對比

注a：AUC為ROC曲線下面積;b:數據的單位是mg/cm3

討 論

能譜CT作為當下前沿的新檢查手段之一，不但可以如普通CT對病灶進行形態、大小等常規展示，還可以將數據導入GSI軟件進行多參數分析，從而獲得更多的影像診斷指標，諸如多種基物質對濃度、能譜曲線斜率、有效原子序數，等等[4-5]。

一、SiO2(H2O)基物質對濃度分析

隨意選擇兩種基物質的X線吸收系數來表示某種物質的X線吸收系數。選用的兩種基物質可以不是組織中真正存在的，僅用于代表該物質的X線衰減，但是如果組織中真正含有所選擇的兩種基物質時，所測得的基物質對濃度可用來間接表示該物質相對的含量[6-7]。本研究中，矽肺組SiO2(H2O)基物質對濃度明顯高于肺結核組，這與肺結核、矽肺結節的形成機制一致[8]。肺結核是人體被結核分枝桿菌感染后在肺內引起的一種慢性肉芽腫性病變，結節中心多為干酪樣壞死，其周邊由上皮樣細胞、數量不一的朗格漢斯巨細胞圍繞，外周有淋巴細胞與數量較少的成纖維細胞[9]，其結節與SiO2沒有明顯的聯系且成分多樣，因此其SiO2(H2O)基物質對濃度低于矽肺組，且濃度值的離散程度較大。矽肺也叫做硅肺，屬塵肺的一種，是由于患者長時間吸入大量的含有游離SiO2的粉塵后，在肺部形成廣泛的結節與纖維化的病變[10-11]，早期矽結節是由巨噬細胞吞噬了含硅粉塵后并局灶性積聚而成，巨噬細胞間有網狀纖維[12]；隨著病情進一步發展，形成由成纖維細胞、纖維細胞及膠原纖維構成的纖維性結節。而且SiO2(H2O)基物質對濃度在本次研究討論的3組能譜參數中AUC值最大(0.95)，表明其最具診斷價值。

二、能譜曲線斜率分析

能譜CT的衰減曲線可以展示ROI在各能量級水平下CT值的變化規律，也可以選取兩個變化最顯著的能量級下的CT值，測量這段曲線的斜率，用數據來直觀地分析不同物質間的曲線差異。本研究通過觀察能譜曲線走勢，選取變化最大的40～70 keV 區間，算出此區間曲線斜率來對兩組患者間進行對比分析。能譜曲線斜率在一定程度上反映了病灶隨能量級的變化其X線吸收系數的變化[13]，本研究結果顯示，矽肺組的斜率大于肺結核組，說明矽肺結節在40～70 keV區間內X線吸收系數較肺結核組更明顯。

三、有效原子序數的分析

如果某種化合物或混合物與某元素的X線吸收系數相同，則此元素為該混合物或化合物的有效原子序數，通過能譜分析可以檢出物質中的有效原子序數，進而對不同物質間相互鑒別[14]。本研究中肺結核組的有效原子序數為“9.29±0.83”，矽肺組為“10.68±0.98”，兩者差異有統計學意義，說明肺結核結節與矽肺結節在組成成分上存在一定差異。

本研究的欠缺：(1)樣本量偏小，有待于收集更多的樣本進一步研究；(2)未對兩組患者在增強掃描下對其能譜數據(如碘基圖)進行對比分析；(3)本研究只對兩組患者直徑≤3 mm的結節進行對比分析，有待將直徑>3 mm的結節進行再收集、分析。

本次研究結果表明，能譜CT成像及分析對肺結核結節與矽肺結節的鑒別診斷能夠提供新的依據，具有一定的臨床指導意義。