能谱CT诊断孤立性肺结节/肿块的初步研究

吴维， 张进华， 万维佳， 夏黎明

·双能量CT影像学专题·

能谱CT诊断孤立性肺结节/肿块的初步研究

吴维， 张进华， 万维佳， 夏黎明

目的探讨能谱CT诊断肺结节、肿块的价值。方法选取33例X线发现肺结节、肿块的患者，进行宝石能谱成像(GSI)模式三期增强扫描，利用GSI后处理功能，分别测量动脉期(30 s)、静脉期(60 s)及延迟期(90 s)病灶的能谱曲线斜率以及标准化碘浓度(NIC)，测定各病灶区混合能量CT值，比较各参数间的差异并进行统计学分析。结果33例患者经手术病理证实，其中恶性病变17例(恶性组)，炎性病变8例(炎性组)，除炎性病变外的良性病变8例(良性组)。动脉期、静脉期及延迟期三组病变混合能量CT值、能谱曲线斜率(40～80 keV)以及NIC值均为炎性病变最高，良性病变最低。良性组与其他两组进行比较，病灶在动脉早期及延迟期扫描中混合能量下的CT值、能谱曲线斜率及NIC值差异均有统计学意义(P<0.05)；炎性组与恶性组比较，仅能谱曲线斜率及NIC值在动脉早期及延迟期差异有统计学意义(P<0.05)。结论能谱CT有助于鉴别诊断肺结节、肿块，尤其是动脉早期及延迟期的能谱曲线斜率及NIC值诊断价值较高。

肺结节；能谱成像；体层摄影术，X线计算机；诊断，鉴别

肺内孤立性结节、肿块是胸部影像学检查的常见表现，其病理类型多样，不同病理类型所采取的治疗手段及预后有显著差异。早期肺癌的5年生存率可高达90%以上， 中晚期肺癌的5年生存率低于5%[1]。传统影像学从肿块大小、形态及CT值等多个角度分析其良恶性，但在临床工作中，由于良恶性结节、肿块的这些特征表现相互重叠，以及疾病的个体差异和读片者的主观经验，长期以来，肺结节、肿块的诊断与鉴别诊断是胸部CT诊断中的一个难点。双能量CT利用两次能量采集确定一条特征吸收曲线，通过数据空间进行吸收投影数据到物质密度投影数据的转换，克服硬化伪影和运动干扰，避免CT值漂移，得到准确的CT能谱图像，进行物质分离和物质组成分析，从而反映物质的本质[2]。随着双能量CT技术的发展，国内外学者开始将其运用到肺部病变，为肺结节、肿块的鉴别诊断提供了更多信息[3-5]。GE公司的宝石能谱CT采用单个X线球管，在瞬间实现高低能量切换，达到双能量成像的目的。本研究通过33例病例的能谱CT动态增强扫描和病理对照，探讨肺部不同性质结节、肿块的能谱CT表现特征，旨在初步探讨能谱CT对肺结节、肿块的诊断价值。

材料与方法

1.病例资料

对本院2013年11月-2014年5月经X线发现肺结节、肿块的33例患者行宝石能谱成像(gemstone spectral imaging，GSI)三期扫描，其中男22例，女11例，年龄36～76岁，平均53岁，肺结节/肿块直径为1～5 cm。

2.检查与测量方法

能谱CT扫描：采用宝石能谱CT(GE Discovery 750,HDCT)进行扫描。检查前患者及家属签署知情同意书，并指导和训练患者深吸气后屏气。患者取常规仰卧位，分别行自肺尖至肺底膈面的动脉期增强扫描及静脉期、延迟期针对病灶的局部增强扫描。采用GSI模式，管电压80 kVp、140 kVp瞬时切换，自动管电流最大限值为260 mA，球管转速0.7 s/r。采用高压注射器，经外周静脉注射非离子型对比剂优维显(370 mg I/mL)，剂量1.1 mL/kg，注射流率2.5～3.0 mL/s，对比剂注射后第30 s行动脉期全肺扫描，第60 s及90 s对病灶行静脉期、延迟期局部扫描。图像重建层厚0.625 mm，重建层间距0.625 mm。

数据测量：将原始图像传至ADW4.5工作站(GE HealthCare,USA)，采用能谱分析软件在能谱CT浏览器上对图像进行后处理。在单能量图像(70 KeV，1.25 mm)上，采用最大层面全肿瘤区域法选择避开血管、钙化及坏死的实性区域中病灶横断面最大层面，将圆形或椭圆形感兴趣区(region of interest，ROI)放置在病灶中央强化程度较均一的实性区域，尽可能多的包括整个病灶[6]，并尽量确保同一病灶在三期单能量图像中的位置相当。所有病灶分别在动脉期、静脉期以及延迟期进行相关数据测定。胸主动脉ROI置于病灶同层胸主动脉中心区(图1～3)。测量及分析数据包括：①各期病灶ROI平均能谱曲线，测定病灶40～140 KeV对应的各能量水平CT值(HU)，将病灶分为炎性组(A组)，除炎性病变外的良性组(B组)和恶性组(C组)，计算各组相应能量水平的平均CT值，画出3组平均能谱曲线；②计算各期病灶能谱曲线斜率，选取40 KeV与80 KeV作为参考点，用40 KeV与80 KeV对应的CT值之差除以40而得；③测量各期病灶ROI及胸主动脉ROI碘浓度(100 μg/mL)，并计算病灶ROI的标准化碘浓度(normalized iodineconcent rations，NIC)，即病灶碘含量/主动脉碘含量；④测定各期病灶在混合能量下各ROI对应的CT值。

图1 患者，女，76岁，左肺下叶机化性肺炎(动脉期)ROI放置位置。ROI1:病灶(箭);ROI2:同层降主动脉(箭头)。图2 患者，女，68岁，右上肺微囊性纤维黏液瘤(动脉期)ROI放置位置。ROI1:病灶(箭); ROI2:同层降主动脉(箭头)。图3 患者，男，43岁，左上肺高分化腺癌(动脉期)ROI放置位置。ROI1:病灶(箭); ROI2:同层降主动脉(箭头)。

3.统计学处理

结 果

经手术或穿刺病理证实后，将所有病例分为3组，A组：炎性结节/肿块(8例)；B组：炎性病变以外的良性结节/肿块，共计8例，其中结核瘤3例，肺隔离症1例，支气管囊肿1例，肺梗死1例，肺微囊性纤维黏液瘤1例，硬化性血管瘤1例；C组：恶性结节/肿块组，共计17例，其中腺癌8例，鳞癌7例，小细胞肺癌1例，大细胞肺癌1例。

1．三组病灶能谱曲线

增强扫描动脉期、静脉期及延迟期三组病变的平均能谱曲线均呈递减型(图4～6)，在能量为40～80 keV时，差异较明显，能量越低，差异越大；炎性病变的能谱曲线位置较高，40～80 keV能量段的曲线最陡，其次是恶性病变，良性病变位于最下方，40～80 keV能量段的曲线最平坦。

2．三组病变各测量参数分析

增强扫描动脉期、静脉期及延迟期三组病变混合能量CT值、能谱曲线斜率(40～80 keV)以及碘值比值NIC均呈现出炎性病变最高，良性病变最低，恶性病变居中的趋势，并且在动脉期第30 s和延迟期第90 s时的差异较大，静脉期第60 s时各组病变差异较小(表1～3)。

图4 30s三组病变动脉期能谱曲线图。图5 60 s三组病变静脉期能谱曲线图。图6 90 s三组病变延迟期能谱曲线图。

表1 动脉期30s 各组病灶参数

表2 静脉期60s各组病灶参数

表3 延迟期90s 各组病灶参数

3．三组病灶各参数两两比较

经正态分布检验，各组数据均符合正态分布。经方差齐性检验，动脉增强第30 s、60 s的病灶混合能量下的CT值(传统CT值)及延迟期第90 s时病灶混合能量下的CT值、能谱曲线斜率及NIC这几组数据方差齐，采用单因素方差分析LSD-t法进行两两比较。动脉增强第30 s、60 s时的能谱曲线斜率及NIC这几组数据方差不齐，采用两样本的校正t检验，α阈值为0.017。经统计学分析表明，良性组与其他两组进行比较，病灶混合能量下的CT值、能谱曲线斜率及NIC在动脉期及延迟期差异均有统计学意义(P<0.05)；炎性组与恶性组之间比较，病灶混合能量下的CT值差异无统计学意义(P>0.05)；而能谱曲线斜率及NIC在动脉早期及延迟期差异均有统计学意义(P<0.05，表4～6)。

表4 动脉期30 s各参数间两两比较

注：*α阈值=0.017，P值<α阈值为差异有统计学意义。

表5 静脉期60 s各参数间两两比较

注：*α阈值=0.017，P值<α阈值为差异有统计学意义。

表6 延迟期90 s各参数间两两比较

讨论

1.传统CT扫描诊断肺结节、肿块的缺陷

对于肺内单发的结节或肿块，不伴有明显肺不张、炎症或局部淋巴结肿大时，影像学的精确诊断是一直以来的难点[7]。目前，传统CT平扫及增强检查是肺结节、肿块诊断与鉴别诊断的首选方法[8]。CT的定性诊断主要在于区分病变的良恶性。传统的CT平扫及增强检查可以很好地显示病变的部位、形态学征象、强化特点，很多学者利用良恶性病变强化达峰时间的不同，选择测量动脉期达峰强化CT值鉴别良恶性病变，认为强化≤20 HU或≥60 HU提示良性结节，20～60 HU提示恶性结节，而≥60 HU以活动性炎性结节可能性大，但这些特征对肺结节、肿块的定性诊断符合率仍然不理想[9]，特别是对于恶性病变与炎性病变的鉴别，传统影像学检查很难进行准确区分。有学者发现CT灌注检查鉴别良恶性孤立性肺结节(solitary pulmonary nodule，SPN)的敏感度和特异度分别为91%和86%，但炎性病变与恶性病变的灌注指标差异不明显[10]；并且有文献报道恶性结节与炎性结节的CT强化值、结节-主动脉强化值比值和灌注值之间的差异无统计学意义[3]。本研究将肺部结节、肿块分为炎性病变、非炎性病变的良性病变以及恶性病变三组，并把能谱CT对于这些结节、肿块的鉴别与混合能量下的CT扫描图像，即传统CT检查方法进行比较，试图探索较为可靠地鉴别良恶性肺部结节、肿块的方法。

2.能谱CT三期增强扫描较传统CT增强扫描的优势

双能量CT利用两次能量采集确定一条特征吸收曲线，通过数据空间进行吸收投影数据到物质密度投影数据的转换，克服硬化伪影和运动干扰，避免CT值漂移，得到准确的CT能谱图像，进行物质分离和物质组成分析，从而反映物质的本质。GE公司的高分辨力宝石能谱CT 作为双能量CT的代表，采用单个X线球管，瞬间切换高、低能量，实现双能量成像[2]。根据这两种能量的图像可得到去除硬化伪影的101个单能量图像，每个能量值所对应的CT值也相对更纯净，并从而产生反映不同病变和人体组织对于X线吸收的特征性的能谱曲线[11,12]。方亚军等[13]的研究表明CT能谱曲线由组成物质的分子结构决定，物质的CT值衰减差异可以在一定程度上区分不同的化学成分，而反映CT值衰减的能谱曲线的差异可以用曲线斜率来定量评估，并且影响能谱曲线CT值衰减率的主要因素之一就是结节或肿块的密度。因此，本研究选取了能谱曲线差异较大的一段(40～80 keV)曲线斜率作为病灶定性分析的指标。研究表明，可以利用GSI扫描获得碘基图，并且准确测量图像上病灶的碘含量，从而反映病灶的血供情况。由于病灶碘含量还受到对比剂总量、注射流率、个体循环差异的影响，为排除这些差异，笔者以病灶同层的胸主动脉为参照，采用标准化碘含量进行分析，从而更真实地反映病灶的血供。肺癌微血管密度增加、血管基底膜不完整等因素使得其血流模式与良性病变不同。有文献报道动态增强30 s时，血供丰富的恶性及活动性炎性结节、肿块CT值上升非常明显，90 s时达峰值并开始下降，所以笔者选择动脉期30 s、延迟期90 s，再加上中间状态的静脉期60 s三个时相的CT增强扫描，以更好地鉴别不同性质的肺结节、肿块。能谱CT升级后，将自动电流最大限由原来的600 mA降低到260 mA，可以明显减少患者接受的辐射剂量。GSI模式、自动电流最大限260 mA条件下(CT容积剂量指数为8.91 Gy)，肺部结节、肿块三期增强扫描(静脉期及延迟期只针对病灶局部进行扫描)，在不影响图像质量的情况下，患者接受的辐射剂量比混合能量下单独动脉期扫描还要小。

3.能谱CT诊断肺结节、肿块的价值

本研究结果显示能谱曲线可直观反映三组病变在动脉期、静脉期及延迟期的差异。在三期扫描中，炎性病变的能谱曲线位置都最高，40～80 keV能量段的曲线斜率最大，其次是恶性病变，良性病变位于最下方，40～80 keV能量段的曲线斜率最小。相关研究发现能谱曲线及斜率可以区分甲状腺的良恶性结节，方亚军等[13]研究表明影响能谱曲线CT值衰减率的主要因素是结节或肿块的密度。本研究中能谱曲线的位置和形态能一定程度上将三组病变区分开，主要是基于三组病变的密度、血供及强化差异，这也说明了能谱曲线反映物质本质及物质结构的能力。本研究对各参数数据进行统计分析，发现混合能量下病灶的CT值在炎性病变与良性病变、良性病变与恶性病变之间的鉴别是有意义的，但混合能量下的CT值，即传统CT扫描下的CT值，在恶性病变与炎性病变之间有太多重叠，因此传统的CT值强化峰值不能鉴别炎性病变与恶性病变，这与许多学者的研究结果相符[10]。能谱扫描与传统CT扫描相比，除了能将良性病变与炎性病变及恶性病变鉴别开来以外，在扫描动脉期第30 s和延迟期第90 s时，炎性病变组的能谱曲线斜率及NIC值明显高于恶性组，差异具有统计学意义(P<0.05)，但第60 s的差异不具有统计学意义(P>0.05)。分析其原因，肺部结节、肿块的血供情况一直以来都是诊断及鉴别诊断病变性质的一个重要参考指标，多数学者认为肺癌的肺动脉血供减少，而支气管动脉血供增加，炎性孤立性肺结节支气管动脉的血供也会增加[14]，而常见的多数良性病变是乏血供的[4]。病变血供情况在增强CT上即表现为对碘的摄取量，而双能技术能准确地分离出基质碘,从而得到“纯碘图”，较以往检査方法能更好地反映病灶内碘的分布情况。能谱曲线通过不同X线能量下物质CT值衰减差异的趋势反映病灶血供进而分析、鉴别病灶性质；碘浓度能直接、客观、准确地反映病灶的血供情况，从而区分炎性病变与恶性病变。

本研究结果表明病灶的能谱曲线斜率及NIC值在动脉期第30 s和延迟期第90 s时，在各组病变之间差异均有统计学意义(P<0.05)；尤其是炎性病变与恶性病变可以利用能谱曲线斜率及NIC值(第30 s和90 s)进行鉴别。相关研究表明动态增强早期第30 s左右采集的图像主要是反映病变的血管特征[15]，癌性结节或肿块内的微血管网是由增多、扭曲、扩张的支气管动脉分支构成，其在动脉增强早期强化。炎性结节、肿块的微血管同样来自支气管动脉密集的毛细血管网[16]，并且很多炎性病变内微血管的数量更多，扩张也更明显，由于血供更丰富，其强化程度较恶性结节更明显。所以在本研究中可看到动脉增强早期炎性病变组的NIC值较恶性病变组更高。李慎江等[15]的研究认为增强晚期肺结节的强化受血管外间隙中的细胞、非血管间质容积以及纤维化程度等因素影响。癌性病变紊乱扭曲的微血管网使得对比剂在血管内流速减慢，加上淋巴回流减少、细胞外间隙扩大使得病变内对比剂流出减慢，滞留时间长，从而使得其强化曲线为缓升型，强化持续时间较长[9,14]。炎性病变毛细血管丰富，形态较成熟，管径长，走行纡曲，加之病灶区组织水肿，压迫引流血管和淋巴管，所以病灶呈现持续并快速的强化，在本研究增强第60 s，由于恶性病变和炎性病变都处于病灶内对比剂滞留的一个上升期，反映的都是微血管床的紊乱纡曲以及病灶回流减少的病理状态，故两者NIC值与能谱曲线斜率并无显著差异；而延迟期第90 s时，由于肿瘤血管发育不成熟，血管内皮细胞表面渗透性增高，对比剂经过不完整的基底膜进入组织间隙[17]，使得病灶内对比剂逐渐减少，NIC值与能谱曲线斜率下降，而本研究中炎性病变多为慢性机化性炎症，其纤维组织结构丰富，微血管床更加紊乱扭曲，对比剂滞留于病灶内时间较长，依然呈现持续强化的状态，因此，其NIC值与能谱曲线斜率较恶性病变显著增高。

本研究的不足之处在于良性病变的病例数较少、未对恶性病变和良性病变作更细致精确的分类分析、未将孤立性结节病变与肿块进行分别分析，因此，有待进一步增加样本量深入分析。

综上所述，本研究结果说明能谱CT较传统的增强CT，能提供更多肺结节、肿块的鉴别诊断信息，利用能谱CT增强扫描所得到的能谱曲线、曲线斜率以及NIC值有助于鉴别良恶性肺结节及肿块，尤其是动脉早期及延迟期的NIC值与能谱曲线斜率诊断价值较高。

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ThediagnosticvalueofspectralCTimaginginlungsolitarynodule/mass

WU Wei,ZHANG Jin-hua,WAN Wei-jia,et al.

Department of Radiology,Tongji Hospital,Tongji Medical College,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430030,P.R.China

Objective:To study the value of spectral CT imaging in differentiation of pulmonary nodules/masses.Methods33 cases with pulmonary nodule or mass

triphasic pulmonary enhanced CT scan in GSI(gemstone spectral imaging) mode on a MDCT(Discovery CT 750 HD,GE healthcare).All raw data were sent to AW4.6 workstation and processed by the software of GSI work station.CT value under mixture energy,slope rate of spectral curve,normalized iodine concentration(NIC) were measured and calculated in three phases,respectively.Variances among parameters were analyzed and T-Test was used to compare the results.Results33 cases proved by pathology were divided into three groups.Group A:inflammatory lesions(8 cases),group B:benign lesions except inflammatory cases(8 cases) and group C:malignant lesions(17 cases).These three parameters,CT value under mixture energy,slope rate of spectral curve,and normalized iodine concentration,were found highest in group A,and lowest in group B.There were significant differences in the three parameters either between group B and C or between group B and A in arterial phase and delayed phase.In arterial phase and delayed phase,there were significant differences in the slope rate and NIC between group A and C.ConclusionSpectral CT imaging is helpful in the diagnosis of pulmonary nodules/masses,especially the slope rate of spectral curve and NIC value in both arterial and delayed phases.

Pulmonary nodule; Spectral imaging; Tomography,X-ray computed; Diagnosis,differential

430030 武汉，华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科

吴维(1987-)，女，湖北黄梅人，硕士，主要从事胸部影像诊断工作。

夏黎明，E-mail：cjr.xialiming@vip.163.com

R563；R814.42

A

1000-0313(2014)09-0998-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2014.09.005

2014-07-31

2014-08-25)