能谱CT成像在肺结核与矽肺结节鉴别诊断中的价值

朱怡 刘荣荣 刘静 李敏

肺结核与矽肺中大小相近的结节影在常规CT扫描时主要通过其分布、密度、形态学分析来进行鉴别诊断。除外常规CT这种常用检查设备，能谱CT作为一种新型检查设备逐渐应用于科研及临床，其物质分离技术成为广大影像学工作者研究的新热点[1]，其能谱成像功能可以对病变的成分进行分析，为影像诊断提供了新的手段。

本研究利用能谱CT特有的能谱成像功能对肺结核和矽肺两组患者中的结节病灶进行多参数分析，探讨能谱CT在肺结核与矽肺结节鉴别诊断中的应用价值。

资料和方法

一、一般资料

1.纳入标准：(1)肺结核患者均符合《WS 288—2017 肺结核诊断》标准[2]；(2)矽肺患者均符合2015年版国家标准《职业性尘肺病的诊断(GBZ 70—2015)》[3]，并且通过职业病专家组确诊；(3)所选取的患者CT扫描显示的结节直径≤3 mm；(4)患者在知情同意的前提下参与能谱CT扫描；(5)本研究经苏州市第五人民医院伦理委员会审核批准。

2.排除标准：(1)肺结核组排除有含硅粉尘长期接触史及并发其他肺部疾病；(2)矽肺组排除并发肺结核、肺癌等其他疾病；(3)排除2组患者的钙化、磨玻璃样结节。

3.研究对象：收集苏州市第五人民医院于2018年2—12月间确诊的肺结核患者38例，其中1例因并发肺癌、2例因有接触含硅粉尘工作史被排除；矽肺患者42例，其中并发肺癌1例、并发肺结核11例均被排除；最终纳入研究的肺结核患者35例(肺结核组)，男28例，女7例，年龄范围14～80岁，中位年龄32岁；矽肺患者30例(矽肺组)，均为男性，年龄范围27～82岁，中位年龄67岁。

二、检查方法

两组患者均采用GE宝石CT(Discovery CT750 HD)能谱(GSI)模式下进行扫描，管电压在140千伏峰值(kVp)与80 kVp间可瞬时(<0.5 ms)切换，管电流360 mA，层厚及间距均为5 mm，螺距0.984，视野(FOV)Medium body。扫描开始前对患者进行呼吸训练(吸气并屏气)。扫描范围从肺尖至膈面水平，窗宽、窗位保持一致，肺窗(窗宽1500 HU，窗位-600 HU)。扫描完成后将图像重建成70 keV单能量图像，层厚0.625 mm，层间隔0.5 mm，自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR) 30%。

三、图像处理及分析

将重建好的薄层图像传送至ADW4.6工作站，采用GSI Volume Viewer软件进行能谱的多参数分析。

1. 感兴趣区(region of interest，ROI)的选取：根据纳入标准，每例肺结核患者选择1～8个结节，35例肺结核患者共127个结节；每例矽肺患者6个结节，30例矽肺患者共180个结节；在所选的结节上勾画一定大小的类圆形感兴趣区(ROI)，测量时将ROI置于结节的中央，ROI的范围不能超过所测量的结节，所勾画的ROI面积范围为1.98～4.45 mm2(图1，2)。

2．观察指标：(1)物质定量分析采用SiO2(H2O)基物质对浓度，对两组患者进行数据采集；(2)两组患者的有效原子序数；(3)40～70 keV区间内的斜率：采集40 keV与70 keV能量级下的CT值，根据公式算出每个结节相应的斜率，从而进行两组患者间斜率的对比分析。公式：斜率=(CT值40 keV-CT值70 keV)/30。

保存在测量中软件自动生成的数据文件，其包含了所勾画的ROI内的多个能谱数据。本次研究选取如下几个参数进行收集与分析：SiO2(H2O)基物质对浓度、有效原子序数、40 keV与70 keV能量级下的CT值。其中SiO2(H2O)基物质对浓度测量时可进行截图保存。

所有上述数据分析及采集操作由2名5年及以上工作经验的影像医师进行。

四、统计学处理

结 果

一、能谱曲线斜率(40～70 keV)的对比

两组斜率数据符合正态分布，采用t检验，矽肺组斜率高于肺结核组，差异有统计学意义(P<0.05)(表1，图3、4)。

二、SiO2(H2O)基物质对浓度的比较

两组SiO2(H2O)基物质对浓度为非正态分布，采用Mann-Whitney非参数检验，矽肺组SiO2(H2O)基物质对浓度明显高于肺结核组，差异有统计学意义(P<0.05)(表1，图5、6)。

三、有效原子序数值的对比

两组有效原子序数值符合正态分布，采用t检验，矽肺组的有效原子序数值高于肺结核组，差异有统计学意义(P<0.05)(表1，图7、8)。

四、能谱参数的ROC曲线对比

将两组患者的能谱曲线斜率、SiO2(H2O)基物质对浓度及有效原子序数通过ROC曲线进行分析，能谱曲线斜率以8.28、SiO2(H2O)基物质对浓度以275 mg/cm3、有效原子序数以10.22为阈值时，两组患者鉴别具有较高敏感度和特异度；其中SiO2(H2O)基物质对浓度在上述3种参数内特异度最高，且曲线下面积最大(表2)。

表1 两组能谱曲线斜率、有效原子序数及SiO2(H2O)基物质对浓度比较

图1～8图1、3、5、7为矽肺患者，男，75岁；图2、4、6、8为肺结核患者，男，36岁。图1、2为在70 keV单能量图像上勾画ROI，图1 ROI面积为2.38 mm2，图2为2.36 mm2；图3、4为能谱曲线图，图3为40～70 keV间隔内CT值差为340 HU，即此间隔内的曲线斜率为11.33，图4为40～70 keV间隔内CT值差为220 HU，即曲线斜率为7.33；图5、6为SiO2(H2O)基物质对浓度分布直方图，图5主要集中在450 mg/cm3，图6主要集中在175 mg/cm3；图7、8为有效原子序数分布图，图7中有效原子序数主要分布在10.70，图8主要分布在9.25

表2 两组患者各种能谱参数的ROC曲线对比

注a：AUC为ROC曲线下面积;b:数据的单位是mg/cm3

讨 论

能谱CT作为当下前沿的新检查手段之一，不但可以如普通CT对病灶进行形态、大小等常规展示，还可以将数据导入GSI软件进行多参数分析，从而获得更多的影像诊断指标，诸如多种基物质对浓度、能谱曲线斜率、有效原子序数，等等[4-5]。

一、SiO2(H2O)基物质对浓度分析

随意选择两种基物质的X线吸收系数来表示某种物质的X线吸收系数。选用的两种基物质可以不是组织中真正存在的，仅用于代表该物质的X线衰减，但是如果组织中真正含有所选择的两种基物质时，所测得的基物质对浓度可用来间接表示该物质相对的含量[6-7]。本研究中，矽肺组SiO2(H2O)基物质对浓度明显高于肺结核组，这与肺结核、矽肺结节的形成机制一致[8]。肺结核是人体被结核分枝杆菌感染后在肺内引起的一种慢性肉芽肿性病变，结节中心多为干酪样坏死，其周边由上皮样细胞、数量不一的朗格汉斯巨细胞围绕，外周有淋巴细胞与数量较少的成纤维细胞[9]，其结节与SiO2没有明显的联系且成分多样，因此其SiO2(H2O)基物质对浓度低于矽肺组，且浓度值的离散程度较大。矽肺也叫做硅肺，属尘肺的一种，是由于患者长时间吸入大量的含有游离SiO2的粉尘后，在肺部形成广泛的结节与纤维化的病变[10-11]，早期矽结节是由巨噬细胞吞噬了含硅粉尘后并局灶性积聚而成，巨噬细胞间有网状纤维[12]；随着病情进一步发展，形成由成纤维细胞、纤维细胞及胶原纤维构成的纤维性结节。而且SiO2(H2O)基物质对浓度在本次研究讨论的3组能谱参数中AUC值最大(0.95)，表明其最具诊断价值。

二、能谱曲线斜率分析

能谱CT的衰减曲线可以展示ROI在各能量级水平下CT值的变化规律，也可以选取两个变化最显著的能量级下的CT值，测量这段曲线的斜率，用数据来直观地分析不同物质间的曲线差异。本研究通过观察能谱曲线走势，选取变化最大的40～70 keV 区间，算出此区间曲线斜率来对两组患者间进行对比分析。能谱曲线斜率在一定程度上反映了病灶随能量级的变化其X线吸收系数的变化[13]，本研究结果显示，矽肺组的斜率大于肺结核组，说明矽肺结节在40～70 keV区间内X线吸收系数较肺结核组更明显。

三、有效原子序数的分析

如果某种化合物或混合物与某元素的X线吸收系数相同，则此元素为该混合物或化合物的有效原子序数，通过能谱分析可以检出物质中的有效原子序数，进而对不同物质间相互鉴别[14]。本研究中肺结核组的有效原子序数为“9.29±0.83”，矽肺组为“10.68±0.98”，两者差异有统计学意义，说明肺结核结节与矽肺结节在组成成分上存在一定差异。

本研究的欠缺：(1)样本量偏小，有待于收集更多的样本进一步研究；(2)未对两组患者在增强扫描下对其能谱数据(如碘基图)进行对比分析；(3)本研究只对两组患者直径≤3 mm的结节进行对比分析，有待将直径>3 mm的结节进行再收集、分析。

本次研究结果表明，能谱CT成像及分析对肺结核结节与矽肺结节的鉴别诊断能够提供新的依据，具有一定的临床指导意义。