能譜CT定量分析在肺部腫瘤中的臨床應(yīng)用研究

寧先英，唐文娟，成蘭，雷子喬

1. 華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院 放射科，湖北 武漢 430022；2. 分子影像湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430022

引言

近年來，我國(guó)腫瘤發(fā)病率逐年上升[1]，肺部腫瘤發(fā)病率的上升尤為顯著[2]。腫瘤的治療首先是要明確診斷，在肺部腫瘤良惡性的鑒別方面，雖然傳統(tǒng)的CT影像鑒別指標(biāo)如腫瘤形態(tài)、邊緣有無毛刺、有無空洞、有無分葉等已能較為準(zhǔn)確地匹配病理結(jié)果，但傳統(tǒng)CT影像無法給出定量的分析。傳統(tǒng)的定量分析方法中較為成熟的是灌注成像，其因輻射劑量較大在臨床中應(yīng)用較為局限[3-4]，而能譜CT多項(xiàng)參數(shù)均可進(jìn)行定量分析。目前，能譜定量分析已經(jīng)初步應(yīng)用到臨床，如能譜CT在骨質(zhì)疏松、結(jié)石分析、肺栓塞、腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等方面的研究[5-8]，也有學(xué)者開始對(duì)能譜CT在腫瘤鑒別方面的作用進(jìn)行了研究[9-10]。本研究從能譜曲線斜率及標(biāo)準(zhǔn)化碘含量著手，研究能譜CT定量分析在肺部腫瘤良惡性鑒別上的意義，旨在探討如何利用能譜CT定量分析參數(shù)提高肺部腫瘤影像學(xué)診斷的準(zhǔn)確性。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

回顧性分析2019年3月至2020年2月因發(fā)熱、咳嗽等癥狀來院就診且經(jīng)胸部X線或CT平掃初步診斷為肺部占位，在GE公司寶石能譜CT（Discovery 750HD）上掃描符合入組條件的CT增強(qiáng)掃描的患者95例，根據(jù)排除標(biāo)準(zhǔn)共排除21例患者，其中11例未行CT導(dǎo)向下穿刺或未行手術(shù)無法得到病理結(jié)果而未納入統(tǒng)計(jì)，6例病理結(jié)果證實(shí)為轉(zhuǎn)移瘤，4例因呼吸運(yùn)動(dòng)偽影導(dǎo)致圖像質(zhì)量不滿足診斷。最終完全符合納入、排除標(biāo)準(zhǔn)的共74例患者均得到手術(shù)后病理結(jié)果或CT導(dǎo)向下穿刺病理活檢結(jié)果，其中男48例，女26例，年齡29～78歲，平均年齡55歲；其中良性病變25例（肺炎型病變12例、結(jié)核球病變9例、囊性病變4例），惡性病變49例（腺癌30例、鱗癌19例）。具體納入、排除標(biāo)準(zhǔn)如下。

納入標(biāo)準(zhǔn)：初診，未經(jīng)藥物及手術(shù)治療者；有明確手術(shù)后病理結(jié)果或CT導(dǎo)向下穿刺病理活檢結(jié)果診斷為肺部占位，且非轉(zhuǎn)移性腫塊者；無碘對(duì)比劑過敏史者；無嚴(yán)重心、肝、腎功能不全者；無甲狀腺功能障礙者；配合檢查、圖像質(zhì)量符合診斷及后處理要求者；無其他腫瘤合并者。

排除標(biāo)準(zhǔn)：有肺部或其他腫瘤放、化療病史者；既往有碘對(duì)比劑過敏史者；有嚴(yán)重心、肝、腎功能不全者；有嚴(yán)重甲狀腺功能障礙者；無法配合檢查、病灶顯示不清及圖像質(zhì)量不符合診斷及后處理要求者。

檢查前所有患者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

1.2.1 掃描參數(shù)

采用美國(guó)GE公司寶石能譜CT（Discovery 750HD）；高壓注射器采用美國(guó)MEDRAD公司雙筒高壓注射器；碘對(duì)比劑采用非離子型碘對(duì)比劑碘克沙醇（規(guī)格65.2 g/100 mL，32 gI/100 mL）。平掃與增強(qiáng)均采用GSI掃描模式，管電壓140 kVp和80 kVp瞬時(shí)切換，管電流使用自動(dòng)毫安調(diào)制。X射線球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.5 s，層厚、層間距均為 5 mm，螺距為0.984。增強(qiáng)掃描采用美國(guó)MEDRAD公司雙筒高壓注射器，經(jīng)肘靜脈注射非離子型碘對(duì)比劑碘克沙醇（規(guī)格65.2 g/100 mL，32 gI/100 mL），對(duì)比劑總量50～60 mL（0.8 mL/kg），注射流率為 2.5～3.0 mL/s。增強(qiáng)觸發(fā)使用Smart-pre軟件檢測(cè)，動(dòng)脈期為當(dāng)檢測(cè)層面感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）內(nèi)CT值達(dá)到80 HU時(shí)自動(dòng)觸發(fā)掃描得到的期相，靜脈期為動(dòng)脈期掃描完成后12 s自動(dòng)掃描的期相。

1.2.2 圖像后處理

將掃描完成的原始數(shù)據(jù)采用40%的自適應(yīng)迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR） 成層厚為1.25 mm的mono圖像傳輸至AW4.6（Advantage Workstation 4.6，GE Medical System）后處理工作站進(jìn)行后續(xù)分析。對(duì)于病灶ROI的選擇，囊性病灶ROI選擇在病灶邊緣，結(jié)合灶的ROI避開鈣化灶。

（1）能譜衰減曲線的繪制及斜率K的計(jì)算：測(cè)量各能量水平40～140 keV下病灶區(qū)域的CT值（間隔為10 keV），再利用能譜后處理軟件重建出單能量（40～140 keV）圖像的能譜衰減曲線，在曲線以40 keV為起點(diǎn)，從70 keV開始，每隔10 keV與起點(diǎn)劃一直線，測(cè)得每條直線的斜率（共8條）。斜率表示如式(1)所示。

其中，HU40表示40 keV下ROI的CT值，HUx表示X keV下ROI的CT值。如K140即表示140 keV與40 keV連線的斜率。

動(dòng)靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度（Normalized Iodine Concentration，NIC）的測(cè)定：用最大層面全腫瘤區(qū)域法選擇ROI，對(duì)病灶分別進(jìn)行動(dòng)靜脈期碘-水含量（Iodine Content of Tumor，ICtu）的測(cè)定，同時(shí)測(cè)量同層面胸主動(dòng)脈的碘-水含量（Iodine Content of Thoracic Aorta，ICta），計(jì)算出病灶NIC，見式(2)。

1.3 圖像分析

影像診斷醫(yī)生采用雙盲法對(duì)所有病例的影像資料進(jìn)行評(píng)估，常規(guī)依據(jù)病灶位置、大小、形態(tài)、是否分葉和病灶強(qiáng)化情況判斷病灶的良、惡性。計(jì)算斜率K、動(dòng)脈期NIC、靜脈期NIC的受試者工作特征（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲線的曲線下面積（Area Under the Curve，AUC）來判斷能譜CT的診斷效能。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，所得數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，良、惡性組間比較使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 傳統(tǒng)影像學(xué)評(píng)估結(jié)果

對(duì)比病理結(jié)果，傳統(tǒng)影像診斷的準(zhǔn)確率為82.3%，其中病理檢查結(jié)果為良性的25例中，常規(guī)影像診斷為良性結(jié)果的是21例，診斷為惡性的為4例；病理檢查結(jié)果為惡性的49例中，常規(guī)影像診斷為惡性的是40例，診斷為良性的為3例，無法區(qū)分良、惡性的為6例。

2.2 能譜分析評(píng)估結(jié)果

各能譜曲線40～80 kV區(qū)域曲線較陡直、斜率區(qū)別較小，而80～140 kV區(qū)域曲線較平緩，故選擇對(duì)K80進(jìn)行比較分析。通過兩組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得到惡性組與良性組的動(dòng)脈期NIC分別為（0.081±0.016）和（0.073±0.011），惡性組與良性組的靜脈期NIC分別為（0.282±0.030）和（0.226±0.030），惡性組與良性組的斜率K分別為（1.339±0.491）和（1.063±0.235），三組能譜參數(shù)均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見表1。

表1 惡性組與良性組動(dòng)脈期NIC、靜脈期NIC及斜率K

2.3 診斷效能分析

斜率K、動(dòng)脈期NIC、靜脈期NIC的ROC曲線下面積分別為0.623、0.669、0.730（圖1）。斜率K、動(dòng)脈期NIC、靜脈期NIC的ROC的箱式圖直觀顯示良、惡性兩組病例的對(duì)比情況（圖2）。

圖1 斜率K、動(dòng)脈期NIC、靜脈期NIC的ROC曲線

圖2 動(dòng)脈期NIC（a）、靜脈期NIC（b）、斜率K（c）的箱式圖

CT檢查對(duì)于肺部腫瘤良惡性的鑒別在形態(tài)學(xué)上已經(jīng)較為準(zhǔn)確，但形態(tài)學(xué)的評(píng)價(jià)存在主觀因素影響，本研究的能譜CT多項(xiàng)定量測(cè)量工具可以排除主觀因素的影響，更加準(zhǔn)確地從數(shù)值上給予臨床更準(zhǔn)確的影像依據(jù)，有助于臨床診斷及治療。

3 討論

關(guān)于掃描期相的選擇，因?yàn)椴煌w型、不同年齡、不同基礎(chǔ)疾病的患者，其血液循環(huán)情況不一樣，本研究中病灶能譜衰減曲線斜率的測(cè)定及碘含量、標(biāo)準(zhǔn)化碘含量的測(cè)定均與病灶的血液供應(yīng)密切相關(guān)，雖然對(duì)于肺部腫瘤到底是肺動(dòng)脈供血還是支氣管動(dòng)脈供血，各學(xué)者的觀點(diǎn)并不一致[11-15]，但這些研究的共識(shí)是病灶與血供緊密相連。對(duì)病灶的分析對(duì)于掃描期相的選擇至關(guān)重要，如果對(duì)所有收集的病例均統(tǒng)一使用注射對(duì)比劑后N秒時(shí)間作為動(dòng)脈期或靜脈期則據(jù)此得到結(jié)果的可信度及準(zhǔn)確性較低。本研究選擇的動(dòng)脈期為當(dāng)肺動(dòng)脈中的監(jiān)測(cè)層面CT達(dá)到80 HU時(shí)自動(dòng)觸發(fā)掃描的期相，從而保證了無論病灶是肺動(dòng)脈供血還是肺支氣管動(dòng)脈供血還是肺動(dòng)脈和支氣管動(dòng)脈雙血供，所測(cè)病灶的動(dòng)靜脈期的各參數(shù)的差異均只是肺動(dòng)脈到病灶之間血液循環(huán)差異而導(dǎo)致的差別，相對(duì)于體表穿刺的肘靜脈到病灶之間的血液循環(huán)的差異，前者造成的差異較小。基于以上因素確定的掃描方案，大大提升了研究結(jié)果的可信度。本研究對(duì)肺部病變的能譜CT的能譜衰減曲線斜率和碘含量進(jìn)行了對(duì)比分析。

（1）通過對(duì)能譜衰減曲線斜率K的比較發(fā)現(xiàn)，能譜CT采用高低壓瞬時(shí)切換技術(shù)將X線進(jìn)行高低壓瞬間分離，用超速光學(xué)探測(cè)器來接受瞬時(shí)分離的高低能X線時(shí)，可得到40～140 keV連續(xù)的單能量圖像。物質(zhì)在不同的單能量（keV）下呈現(xiàn)不同的衰減而得到不一樣的CT值[16]，將這些CT值連接起來的曲線便是能譜衰減曲線。不同的物質(zhì)在各個(gè)單能量下的衰減不一致，其能譜衰減曲線也不一樣。本研究通過對(duì)物質(zhì)的特征性能譜衰減曲線的分析來對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性與定量的分析，從而為臨床提供判斷病灶的組織成分的依據(jù)。本研究通過分別比較惡性組和良性組動(dòng)、靜脈期的斜率K70、K80……K140，并繪制能譜曲線，結(jié)果顯示兩組能譜曲線均在40～80 keV區(qū)域曲線較陡直，曲線幾近一條斜線，而在80～140 keV區(qū)域曲線較平緩，故選擇對(duì)K80進(jìn)行比較分析。惡性組與良性組的斜率K分別為（1.339±0.491）和（1.063±0.235），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，惡性組比良性組K值高且在低能量時(shí)K值相差更明顯，因?yàn)榈湍芰可渚€穿透力弱，導(dǎo)致人體組織的吸收系數(shù)差別更大，在圖像上表現(xiàn)出的對(duì)比度更大。以上結(jié)果說明能譜衰減曲線斜率這一定量分析參數(shù)對(duì)于鑒別肺部良、惡性病變有較大的參考價(jià)值。

（2）動(dòng)靜脈期NIC的比較：碘-水組合是能譜CT最基礎(chǔ)、最常用的物質(zhì)對(duì)，它包含了影像中常見物質(zhì)和碘對(duì)比劑的范圍。NIC的測(cè)定基礎(chǔ)是病灶與相應(yīng)層面主動(dòng)脈碘含量的差異，碘含量反映的是檢查過程中對(duì)比劑的攝入，間接反應(yīng)病灶微血管的密集程度或成熟程度。相對(duì)于僅對(duì)病灶的碘含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，NIC分析減小了受檢者個(gè)體化血液循環(huán)差異的影響，能更真實(shí)地反映病灶的實(shí)際情況。本研究中，惡性組動(dòng)靜脈期NIC均高于良性組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），這與病變的病理學(xué)改變有關(guān)，本研究結(jié)果與郁義星等的研究結(jié)果一致[17]。劉勇彬等[18]的研究顯示增強(qiáng)CT中肺腫瘤的CT值的變化與其內(nèi)部的微血管密度有關(guān)，而CT值反映了病灶內(nèi)碘含量的變化，惡性組血管生成因子促進(jìn)了微血管的大量形成，微血管粗細(xì)不均、走行迂曲，導(dǎo)致碘對(duì)比劑進(jìn)入病灶的量相對(duì)良性組增加。此外，本研究還提示惡性組NIC靜脈期高于動(dòng)脈期，出現(xiàn)這樣的結(jié)果應(yīng)該跟選擇的時(shí)相相關(guān)，另外一個(gè)可能的原因?yàn)榉螑盒阅[瘤中新生成的微血管外周細(xì)胞匱乏、微血管管徑較細(xì)、走行迂曲導(dǎo)致對(duì)比劑外滲明顯[19]，而靜脈期對(duì)比劑已完全彌散至整個(gè)病灶。這些能譜參數(shù)的應(yīng)用分析是CT在不增加輻射劑量，甚至有所降低的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)定量分析的工具[20-23]。

4 結(jié)論

以上結(jié)果說明能譜衰減曲線斜率K和NIC在肺部病變的良、惡性鑒別上具有一定的應(yīng)用價(jià)值，雖然傳統(tǒng)影像學(xué)評(píng)估病灶良、惡性的準(zhǔn)確率已較高，但若能聯(lián)合能譜參數(shù)對(duì)病灶進(jìn)行定量分析將使CT檢查向著更加精準(zhǔn)的方向發(fā)展，也能為臨床提供更有價(jià)值的影像依據(jù)。