双层探测器光谱CT多参数成像在不同病理类型肺癌中的应用

薛莉雅 赵卫东 苏 琳 董卓瑞

1.山西医科大学医学影像学院(山西 太原 030000)

2.山西医科大学第二医院影像科(山西 太原 030000)

全球老龄化问题形式严峻，癌症逐渐成为严重损害人体健康的重要疾病[1]。全球癌症最新统计报告显示，肺癌的发病率和致死率大幅度上升，生存率处于相对较低的水平，其严重危害广大人民群众的生命健康[2-3]。根据国际胸部肿瘤分类方法(2021年WHO胸部肿瘤分类)，肺恶性肿瘤主要被划分为上皮性肿瘤、神经内分泌肿瘤、异位起源肿瘤、肺间叶性肿瘤和淋巴造血系统肿瘤，其中上皮性肿瘤中恶性病变主要包括腺癌、鳞状细胞癌(鳞癌)、大细胞癌、腺鳞癌和肉瘤样癌；神经内分泌癌包括小细胞肺癌和大细胞神经内分泌癌[4]。临床中最常见的3种肺恶性肿瘤是腺癌、鳞癌和小细胞肺癌，其中腺癌与鳞癌统称为非小细胞肺癌[5]。常规计算机X线断层扫描(CT)检查只是对肿块的良恶性进行初步定性评估，不能明确诊断肿块病理类型。目前，肺癌病理类型的确诊方式主要为侵入性有创方式，部分患者不具备手术或穿刺条件，可能会引发气胸、出血及转移等一系列风险[6-7]。功能显像是术前更全面判断肿瘤病理类型的重要辅助手段。DSCT这种新的功能成像技术已成为诊断肺癌的重要工具。DSCT以双层探测器技术为基础，无需前瞻性设置能量扫描模式，在不额外增加扫描辐射剂量及碘对比剂用量的前提下可同时获得常规CT图像和多种光谱CT图像，可以通过有效原子序数、虚拟单能量图像、碘密度图及其他光谱图像数据分析病灶的组织结构和功能状态，为临床诊断提供了新的思路[8-9]。本研究目的是探讨DSCT多定量参数鉴别肺癌不同病理类型的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料收集2021年8月至2022年11月在山西医科大学第二医院DSCT完成胸部增强检查的患者病例。

根据以下纳入标准选择患者：经病理科确诊为肺腺癌、鳞癌和小细胞肺癌的患者病例；光谱CT检查前未做手术、放化疗或药物等一系列抗肿瘤治疗的患者病例；图像清晰分辨率高，质量满足观察和分析要求的患者病例。排除标准：病灶与相邻肺不张区域分界模糊，干扰病灶的观察；病灶为亚实性结节和磨玻璃结节。总计患者88例，男63例，女25例，年龄范围为44～82岁，平均年龄(64.92±8.63)岁。依据病理结果进行分组，肺腺癌组(n=42)、鳞癌组(n=30)和小细胞肺癌组(n=16)共3组。本研究经过医院伦理委员会批准，并与患者签署知情同意书。

1.2 检查方法患者在双层探测器光谱CT(IQon Spectral CT，Philips Healthcare)进行胸部双期增强扫描。扫描方式为仰卧位、头先进。扫描参数：自动电流，管电压120kVp，准直器宽度64×0.625mm，矩阵512×512，螺距1.234，转速0.4 s/周，层间距与层厚均为5.0mm。扫描范围：胸廓入口至膈肌水平(全胸)。扫描步骤：使用Ulrich高压注射器将18 mL生理盐水从右肘静脉注入(注射流速为3.5 mL/s)，然后注射碘海醇(350 mgI/mL，流速同上)70mL，继续注射生理盐水40mL，然后分别在30s、60s进行扫描。最后把所有数据重建成全息光谱图像(spectral based image，SBI)，层厚与层间距均为1mm，能谱重建等级为Spectral Level 3。肺窗：窗宽、窗位分别为-1200、-600；纵隔窗：窗宽、窗位分别为350、60。

1.3 图像分析将重建后图像传输至后处理专用工作站(IntelliSpace Portal，Philips Healthcare)，使用Spectral CT viewer软件在双期增强图像、碘密度图及有效原子序数图上选取病灶的上、中(最大截面)和下三个连续轴向层面运用复制粘贴分别进行感兴趣区(region of interest，ROI)的勾画与测量，保证ROI大小和形状完全一致，计算平均值。在尽量避开囊变、坏死、钙化和血管的情况下，ROI放置在肿瘤的实性区域，并且范围选取最大值，以最大限度地减少噪声和部分容积效应的影响。两名高年资放射科医师独立进行主观诊断与分析。测量每个ROI的下列参数：(1)动脉期和静脉期40～100keV(间隔10keV)单能量CT值；(2)动脉期和静脉期的IC值、Zeff值 ；(3)为了最大限度地减少个人循环状态和扫描时间的影响，将病灶的IC值与同一横断面降主动脉或锁骨下动脉IC值进行归一化，计算动脉期和静脉期NIC值，定义公式为NIC=IC肿物/IC主动脉；(4)动脉期和静脉期能谱曲线斜率K40～100keV：定义公式为K40～100keV=(CT40keV-CT100keV)/(100keV-40keV)。

1.4 统计学分析采用SPSS 25.0统计学分析软件。符合正态分布和方差齐性的计量资料数据用均数±标准差()表示，多组数据之间运用单因素方差分析，进一步运用LSD检验进行两两比较，P<0.05为差异有统计学意义。用有统计学意义的数据绘制ROC，计算AUC衡量各定量参数鉴别肺腺癌与非肺腺癌、非小细胞肺癌与小细胞肺癌的效能并计算灵敏度、特异度和约登指数。AUC>0.5认为该诊断试验具有一定的诊断价值。

2 结果

2.1 光谱CT各参数比较静脉期肺腺癌、肺鳞癌与小细胞肺癌IC、NIC、Zeff、K40～100keV、CT40keV、CT50keV、CT60keV及动脉期NIC比较，差异均具有统计学意义(P<0.05)，结果见表1-表2、图1-图3。两两组间比较，静脉期肺腺癌IC、NIC、Zeff、K40～100keV及CT40keV高于肺鳞癌和小细胞肺癌，静脉期肺腺癌CT50keV、CT60keV高于小细胞肺癌，动脉期肺腺癌NIC高于小细胞肺癌，差异均具有统计学意义(P<0.05)，静脉期肺鳞癌IC、NIC、Zeff、K40～100keV、CT40keV、CT50keV、CT60keV高于小细胞肺癌，但差异均无统计学差异(P>0.05)，结果见表3。

表1 肺腺癌、肺鳞癌、小细胞肺癌静脉期光谱参数的比较

表2 肺腺癌、肺鳞癌、小细胞肺癌动脉期光谱参数的比较

表3 三组各参数两两比较LSD-t分析结果

2.2 光谱CT参数ROC曲线分析各参数诊断肺腺癌与非肺腺癌的ROC曲线、临界值和诊断效能，见图4、表4所示。静脉期K40～100keV的AUC最大值为0.815，诊断阈值、灵敏度和特异度分别为1.505、92.9%、65.2%。

图4 光谱参数鉴别诊断肺腺癌与非肺腺癌的ROC曲线

表4 光谱参数鉴别诊断肺腺癌与非肺腺癌的效能

各参数诊断非小细胞肺癌与小细胞肺癌的ROC曲线、临界值和诊断效能，见图5、表5所示。静脉期K40～100keV的AUC最大值为0.768，诊断阈值、灵敏度和特异度分别为1.418、76.4%、75.0%。

图5 光谱参数鉴别诊断非小细胞肺癌与小细胞肺癌的ROC曲线

表5 光谱参数诊断非小细胞肺癌与小细胞肺癌的效能

3 讨论

传统CT检查作为肺部疾病的最常用辅助检查手段，主要依据病变的形态学表现和增强扫描的强化方式对其良恶性进行初步评估，较难实现病理类型的鉴别诊断。DSCT作为一种近年来出现的新型能谱成像方法，特殊之处是双层探测器技术，上下层材料不同，吸收高低能量X线不同，低能X线在上层吸收，高能X线在下层吸收，在常规扫描的同时采集高、低能量信息，将得到的信息数据进行解析通过投影数据域的方式，与此同时生成常规CT图像和其它多参数图像，实现了“同时、同源、同向”的光谱功能成像[10-11]。DSCT扫描时避免了不同能量射线之间的相互干扰，使数据更加具有准确性，它具有的同时性、同源性和同向性三大特性，可以在不同相位产生更好的数据配准和一致对应的图像，从而减小测量误差。能谱曲线反映随keV值增加测量的物质或结构CT值的动态变化，能量范围为40～200keV，每种组织的能谱曲线都是独一无二的，利用能谱曲线计算出的能谱曲线斜率可以用来反映组织CT值的衰变规律，因为100keV后的能谱曲线趋于平缓并且基本重合，所以本研究主要对40～100keV范围能谱曲线斜率进行分析[7]。IC和NIC可以定量分析增强扫描病灶摄取的碘的剂量，进而反映病灶内的血供情况[12]。有效原子序数主要是与某混合物质量衰减系数相同的元素的原子序数，是一种可以用来识别不同成分物质的光谱CT的定量指标[13]。

肺癌不同病理类型的生物学行为、治疗方法和预后评估存在很大差异[14]。在临床上小细胞肺癌较非小细胞肺癌具有快速生长、早期全身转移、对特定放化疗高反应性和预后差等特点，因此在临床上区分肺癌病理类型至关重要[15]。本研究结果提示静脉期肺腺癌IC、NIC、Zeff、K40～100keV及CT40keV高于鳞癌和小细胞肺癌，静脉期小细胞肺癌CT50keV、CT60keV低于肺腺癌，动脉期小细胞肺癌NIC低于肺腺癌，这一结果与张兆涛[7]、田双凤[16]、邓靓娜[17]、张东升[18]等的研究结果相符。从病理组织学角度分析原因，肺腺癌、肺鳞癌与小细胞肺癌各有特点，肺腺癌主要以贴壁生长为主，容易形成饱满并且均匀一致的毛细血管网，基本不会出现坏死和出血的情况，鳞癌生长特点为堆积性生长，其内部常见角化珠及细胞间桥，结构较紧密，基本不会形成新的血管，最终导致病灶内容易发生液化坏死，小细胞肺癌病变内的纤维含量较血管占比高，包含了广泛大片坏死区域，综上所述可见肺腺癌血供最丰富，与本研究中肺腺癌相关光谱参数最高的结果一致[12,15,19-20]。另本研究显示肺鳞癌与小细胞肺癌各参数均无统计学差异，从病理学分析可能是由于小细胞肺癌在病理组织成分及生长方式上与中低分化鳞癌相似，本研究中肺鳞癌分化程度大多为中、低分化，故难以鉴别[19]。黄玮等[21]研究指出肺腺癌、鳞癌和小细胞肺癌的IC、Zeff和能谱曲线斜率均无显著统计学差异，这与本研究结果不一致，可能是采用的扫描技术、病例样本量或能谱曲线斜率的单能量范围选择不同等因素影响所致。王朝军等[22]研究结果提示静脉期非小细胞肺癌能谱曲线斜率及NIC值最大，此结论与本研究结果背离，这可能与研究的增强期相不同、入组病例的分化程度、病灶大小或计算能谱曲线斜率范围不同等有关。在本研究中动脉期光谱定量参数较静脉期鉴别诊断肺癌不同病理类型价值有限，比如肿瘤中的IC主要取决于微血管密度和渗漏到细胞间隙的碘对比剂的量，在动脉期对比剂短时间内不能全部进入微血管，而在时间延迟后的静脉期对比剂可完全进入微血管，并穿透基底膜从而渗入到细胞间隙，由此不难得出静脉期IC较动脉期IC值反映肿瘤的微循环和肺癌血供分布方面更胜一筹[7,23]。

本研究不足之处：(1)小细胞肺癌样本量不够多；(2)包含的肺癌病理类型较少，缺乏如大细胞癌、类癌等病例；(3)未对肺癌不同病理类型分化程度进行进一步分类；(4)本研究仅对实性结节进行讨论，而未对亚实性结节和磨玻璃结节进行探讨研究；(5)人工勾画ROI可能受主观因素影响存在一定的误差。

综上所述双层探测器光谱CT作为近年来迅速发展的成像技术，其具有的多参数成像可为肺癌的精确诊断、病理类型以及制订治疗方案提供帮助。