能谱及灌注CT成像鉴别诊断周围型肺癌和局灶性机化性肺炎的对比研究

邓靓娜，张国晋，林晓强，景梦园，张斌，韩涛，周俊林*

1.兰州大学第二医院放射科，兰州大学第二临床医学院，甘肃省医学影像重点实验室，医学影像人工智能甘肃省国际科技合作基地，甘肃 兰州 730030；2 .四川省人民医院放射科，四川 成都 610072；*通信作者 周俊林 lzuzjl601＠163.com

机化性肺炎是局灶性或弥漫性肺病肺损伤后的一种病理反应，其病理学特征为肺泡腔内出现以增生的成纤维细胞为主的机化成分[1-2]。局灶性机化性肺炎（focal organizing pneumonia，FOP）在胸部CT上常表现为孤立性结节或肿块，由于其临床症状不典型，且影像学征象与周围型肺癌（peripheral lung cancer，PLC）存在重叠，临床上常将FOP误诊为PLC而接受手术切除、穿刺活检等过度治疗[3]。因此，有必要寻找一种非侵入性技术在术前区别两者。近年，随着CT功能成像的发展，能谱及灌注CT成像在肺部疾病的鉴别诊断、肺癌的病理分期等方面表现出独特的优势，能谱或灌注成像鉴别肺部良、恶性病变具有潜在的临床价值[4-6]，但目前关于比较两种成像方式鉴别肺部良、恶性肿瘤准确度方面的研究鲜有报道。本研究拟探讨能谱及灌注CT成像鉴别PLC和FOP的价值，比较两种成像方式对PLC和FOP的鉴别诊断准确度。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性收集2020年9月—2021年2月兰州大学第二医院临床怀疑为肺恶性肿瘤，行胸部一站式能谱联合灌注扫描，最后经病理证实的PLC患者45例和FOP患者33例。纳入标准：①能谱和灌注CT扫描前未接受任何抗肿瘤和抗炎症治疗；②临床及影像学资料完整；③无碘对比剂过敏史；④病灶行外科切除或经皮穿刺活检并经病理证实。排除标准：①胸部CT显示病变表现为＜1 cm的孤立性结节或肿块；②灌注图像不能用自动运动校正软件处理；③图像质量差（存在呼吸、运动伪影等）。本研究经兰州大学第二医院伦理委员会批准（2020A-180），并获得所有患者的书面知情同意。

1.2 扫描方法 采用GE Revolution CT扫描仪，首先行胸部常规平扫，扫描范围自胸廓入口至肋膈角水平，然后以病变最大层面为中心行胸部一站式能谱联合灌注扫描。CT灌注扫描参数：管电压80～100 kVp，管电流100 mA，螺距0.984∶1，球管旋转时间0.5 s，扫描视野50 cm，准直宽度128×0.625 mm，Asir-V 40%，扫描层厚及层间距均为5 mm。能谱扫描参数：管电压为高、低能量（80 kVp、140 kVp）瞬时（0.5 ms）切换，管电流为自动调制，其余参数同CT灌注。用高压注射器经肘前静脉注射非离子型碘对比剂（300 mgI/ml）50～80 ml（1.2 ml/kg），流速4～5.5 ml/s（体重＜50 kg，4 ml/s；50～69 kg，4.5 ml/s；70～89 kg，5 ml/s，＞90 kg，5.5 ml/s），然后以相同流速注射生理盐水30～40 ml（＜70 kg，30 ml；≥70 kg，40 ml）。注入对比剂后2 s开始扫描，流入期每2 s（曝光时间0.5 s，间隔1.5 s）采集1次图像，采集14次；流出期每3 s（曝光时间0.5 s，间隔2.5 s）采集1次图像，采集5次，整个灌注过程共采集21次。注入对比剂30.7 s、52 s时分别行动脉期和静脉期能谱增强扫描，扫描结束后采用60% Asir-V迭代水平重建双期能谱增强图像，层厚、层间距均为1.25 mm。

1.3 图像分析 由2名分别具有4年和8年胸部肿瘤诊断经验的放射科主治医师采用盲法对所有图像进行分析。采用CT Perfusion 4D灌注软件对图像进行灌注成像分析。选择胸主动脉为输入动脉，肺动脉为输出动脉放置感兴趣区（ROI），自动生成胸主动脉-肺动脉时间-密度曲线。选取病灶最大层面及其邻近的上、下层面，共3个连续层面手动勾画ROI，尽可能避开钙化、血管、空洞、肺不张及坏死囊变等影响测量结果的区域，每个病例测量3次，取平均值。然后将2位放射科医师测量得到的平均值再次计算均值。获得病灶灌注参数值：血容量（blood volume，BV）、血流量（blood flow，BF）、平均通过时间（mean transit time，MTT）、表面通透性（permeability surface，PS）。应用GSI Viewer软件以同样的ROI测量方法对图像进行能谱分析，获得40～140 keV（间隔10 keV）单能量下的CT值、碘浓度（iodine concentration，IC）、水浓度（water concentration，WC）和有效原子序数（effective atomic number，Zeff），并根据公式（1）计算能谱曲线斜率（K70keV）。

1.4 统计学方法 采用SPSS 23.0软件，计数资料组间比较采用χ2检验或Fisher确切概率法；正态分布的计量资料以±s表示，组间比较采用独立样本t检验。采用组内相关系数（ICC）评估2名放射科医师测量结果的一致性。对以上差异有统计学意义的变量绘制受试者工作特征（ROC）曲线，计算曲线下面积（AUC）、敏感度、特异度和准确度。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 PLC组和FOP组患者临床特征比较 PLC组和FOP组患者性别、年龄、吸烟史及症状比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 PLC和FOP患者的临床特征比较

2.2 PLC组和FOP组能谱及灌注参数分析 动脉期和静脉期，FOP组的能谱参数CT40keV、CT70keV、K70keV、IC及Zeff均大于PLC组，差异有统计学意义（P均＜0.05），两组WC差异无统计学意义（P＞0.05），见表2、图1；PLC组的灌注参数BV、BF、MTT及PS均大于FOP组，差异有统计学意义（P均＜0.05），见图2、表3。2位医师区分PLC和FOP的一致性较好（ICC均＞0.80）。

表3 PLC和FOP患者灌注参数比较（±s）

表3 PLC和FOP患者灌注参数比较（±s）

注：PLC为周围型肺癌，FOP为局灶性机化性肺炎，BV为血容量；BF为血流量；MTT为平均通过时间，PS为表面通透性

参数 PLC组（n=45） FOP组（n=33） t值 P值 BV 7.67±1.52 6.51±1.60 3.28 0.002 BF 94.7±35.6 80.2±11.0 2.56 0.010 MTT 10.09±2.88 6.83±3.38 4.58 ＜0.001 PS 22.15±3.17 20.18±3.98 2.43 0.020

图2 男，64岁，右肺中叶机化性肺炎。A为肺窗；血流量（B）、血容量（C）、表面通透性（D）、平均通过时间（E）及血流量融合灌注伪彩图（F）显示，病灶血流量、血容量、表面通透性及平均通过时间分别为116.9 ml/100 g·min、7.75 ml/100 g、15.54 ml/100 g·min、2.66 s；70 keV下动脉期单能量图像示病灶的CT值约为66.16 Hu（G）；动脉期有效原子序数图示病灶的有效原子序数分别为8.71（H）；动脉期碘基图示碘（水）值分别为18.84 100 μg/cm3（I）；J为肺窗；病理镜下示机化性肺炎（HE，×100，K）

表2 PLC和FOP患者能谱参数比较（±s）

表2 PLC和FOP患者能谱参数比较（±s）

注：PLC为周围型肺癌，FOP为局灶性机化性肺炎，IC为碘浓度，WC为水浓度，Zeff为有效原子序数，K70 keV为能谱曲线斜率

参数 PLC组（n=45） FOP组（n=33） t值 P值 动脉期 CT40 keV （Hu） 188.37±16.70 200.89±17.38 -3.21 0.002 CT70 keV （Hu） 78.82±5.97 82.41±6.25 -2.57 0.01 K70 keV 3.65±0.40 3.95±0.45 -3.10 0.003 IC（100 μg/cm3） 19.42±2.12 20.98±2.36 -3.06 0.003 Zeff 8.73±0.11 8.82±0.13 -3.00 0.003 WC（mg/cm3） 1 028±4 1 027±6 0.40 0.69 静脉期 CT40 keV （Hu） 169.39±21.62 196.44±29.53 -4.46 ＜0.001 CT70 keV （Hu） 73.34±8.32 79.78±15.79 -2.13 0.04 K70 keV 3.20±0.49 3.89±0.50 -6.02 ＜0.001 IC（100 μg/cm3） 17.02±2.63 20.65±2.68 -5.98 ＜0.001 Zeff 8.61±0.14 8.80±0.13 -5.96 ＜0.001 WC（mg/cm3） 1 029±6 1 026±11 1.48 0.15

图1 男，64岁，右肺上叶腺癌。A为肺窗，血流量（B）、血容量（C）、表面通透性（D）、平均通过时间（E）及血流量融合灌注伪彩图（F）显示，病灶血流量、血容量、表面通透性及平均通过时间分别为93.54 ml/（100 g·min）、4.14 ml/100 g、19.43 ml/（100 g·min）、2.69 s；70 keV下动脉期单能量图像示病灶的CT值约为79.76 Hu（G）；动脉期有效原子序数图示病灶的有效原子序数分别为8.83（H）；动脉期碘基图示碘（水）值分别为20.58 100 μg/cm3（I）；J为肺窗；病理镜下示腺癌（HE，×200，K）

2.3 PLC组和FOP组的能谱及灌注参数鉴别 双期能谱参数联合及灌注参数的AUC均≥80%，双期能谱参数联合的AUC最大，为0.92，其敏感度、特异度和准确度分别为0.82、0.89和0.86。静脉期能谱参数的AUC及准确度分别为0.91和0.82，大于动脉期的0.71和0.73，见表4、图3。

图3 能谱及灌注CT成像鉴别PLC和FOP的ROC曲线。A为动脉期能谱参数联合及静脉期能谱各参数联合鉴别PLC和FOP的ROC曲线；B为能谱及灌注各定量参数联合鉴别PLC和FOP的ROC曲线

表4 能谱CT参数和灌注参数的ROC曲线分析

3 讨论

PLC和FOP的胸部CT大多表现为位于外周的孤立性结节或肿块，其影像学特征存在重叠，导致常规CT很难鉴别。既往研究显示，接受手术切除的孤立性结节或肿块中，52%为良性，33%为恶性[7-8]。对肺癌的早期诊断和及时治疗可使5年存活率提高到90%[9]，不仅可以提高治疗效果，而且可以避免良性病变过度治疗带来的经济和身体负担。CT功能成像可以利用其多种定量参数非侵入性地提供肿瘤的解剖和生理信息，克服传统病理学检测的一些局限性。

本研究结果显示，能谱成像鉴别PLC和FOP较灌注成像具有更好的诊断效能，其中静脉期能谱成像的诊断效能高于动脉期，而动脉期和静脉期联合后的诊断效能最高。Yu等[10]采用能谱CT对肺部恶性肿瘤和炎性肿块进行比较，结果发现能谱参数鉴别两者具有非常高的诊断效能（AUC 91.5%）；Yuan等[11]研究表明，灌注指数鉴别良、恶性肺结节的AUC为92%；以上研究均表明单独使用能谱或灌注成像鉴别肺部良、恶性肿块具有较好的诊断效能，但两者均是在不同样本中使用不同扫描参数得到的数据。本研究采用一站式能谱联合灌注的扫描方案，一次扫描即可同时获得两种功能定量参数，更加全面地反映了病灶的组织学特性；同时，与单独能谱及灌注扫描相比，减少了对比剂的用量和辐射危害。此外，本研究的数据在空间和时间上一致，使得研究结果更加准确。

目前，传统CT仍是临床工作中早期诊断与评估分期的主要影像学方法，但由于其技术限制，不能反映病变的供血来源及生物学特性等信息。CT灌注成像可以通过追踪碘对比剂对肿瘤的血管及血管生成情况进行定量、客观的评估，从而更加直观地反映病灶的血供丰富情况、血供特点及血流动力学变化[12-13]，但仍存在一定的局限性。首先，需要对病灶进行多次连续扫描，增加了辐射剂量；其次，CT灌注参数受多种因素影响，如灌注成像所采用的动力学模型、对比剂浓度、注射速度等[14-17]。能谱CT能够提供除传统图像以外的不同keV水平的单能量图像、有效原子序数、能谱曲线及基物质图像等多种定量成像参数，在肺部病变的定性分析及鉴别诊断方面具有潜在的价值[18-19]。此外，能谱CT较CT灌注成像的辐射剂量低，并且扫描时间短，可以避免患者因呼吸运动伪影而影响测量参数的准确度[22]。既往研究表明[20-22]，在多种肿瘤中，能谱和灌注参数之间均表现出较好的相关性。因此，结合本研究结果，建议在患者呼吸功能欠佳和要求较低辐射剂量等情况下，能谱CT可以作为首选方案间接评估肿瘤的血流动力学。

本研究的局限性：①纳入样本量较小，未对肺癌的病理学类型进行细化分类研究；②所有患者均采用相同的扫描方案，未考虑患者的心脏功能和血液循环状态；③仅在二维水平上测量了这些参数，因此忽略了其潜在的空间异质性；④由于一站式能谱联合灌注成像仅能在一些较高端的CT上实现，并且较常规CT扫描辐射剂量略大，因此在临床实际应用中的普适性受到一定的限制。随着医学科学技术的发展和科研工作的广泛开展，这一技术必将为临床诊疗带来很大的益处。

综上所述，与灌注CT成像相比，能谱CT成像鉴别PLC和FOP的准确度更高。