吳維， 張進華， 萬維佳， 夏黎明

·雙能量CT影像學專題·

能譜CT診斷孤立性肺結節(jié)/腫塊的初步研究

吳維， 張進華， 萬維佳， 夏黎明

目的探討能譜CT診斷肺結節(jié)、腫塊的價值。方法選取33例X線發(fā)現(xiàn)肺結節(jié)、腫塊的患者，進行寶石能譜成像(GSI)模式三期增強掃描，利用GSI后處理功能，分別測量動脈期(30 s)、靜脈期(60 s)及延遲期(90 s)病灶的能譜曲線斜率以及標準化碘濃度(NIC)，測定各病灶區(qū)混合能量CT值，比較各參數間的差異并進行統(tǒng)計學分析。結果33例患者經手術病理證實，其中惡性病變17例(惡性組)，炎性病變8例(炎性組)，除炎性病變外的良性病變8例(良性組)。動脈期、靜脈期及延遲期三組病變混合能量CT值、能譜曲線斜率(40～80 keV)以及NIC值均為炎性病變最高，良性病變最低。良性組與其他兩組進行比較，病灶在動脈早期及延遲期掃描中混合能量下的CT值、能譜曲線斜率及NIC值差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；炎性組與惡性組比較，僅能譜曲線斜率及NIC值在動脈早期及延遲期差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。結論能譜CT有助于鑒別診斷肺結節(jié)、腫塊，尤其是動脈早期及延遲期的能譜曲線斜率及NIC值診斷價值較高。

肺結節(jié)；能譜成像；體層攝影術，X線計算機；診斷，鑒別

肺內孤立性結節(jié)、腫塊是胸部影像學檢查的常見表現(xiàn)，其病理類型多樣，不同病理類型所采取的治療手段及預后有顯著差異。早期肺癌的5年生存率可高達90%以上， 中晚期肺癌的5年生存率低于5%[1]。傳統(tǒng)影像學從腫塊大小、形態(tài)及CT值等多個角度分析其良惡性，但在臨床工作中，由于良惡性結節(jié)、腫塊的這些特征表現(xiàn)相互重疊，以及疾病的個體差異和讀片者的主觀經驗，長期以來，肺結節(jié)、腫塊的診斷與鑒別診斷是胸部CT診斷中的一個難點。雙能量CT利用兩次能量采集確定一條特征吸收曲線，通過數據空間進行吸收投影數據到物質密度投影數據的轉換，克服硬化偽影和運動干擾，避免CT值漂移，得到準確的CT能譜圖像，進行物質分離和物質組成分析，從而反映物質的本質[2]。隨著雙能量CT技術的發(fā)展，國內外學者開始將其運用到肺部病變，為肺結節(jié)、腫塊的鑒別診斷提供了更多信息[3-5]。GE公司的寶石能譜CT采用單個X線球管，在瞬間實現(xiàn)高低能量切換，達到雙能量成像的目的。本研究通過33例病例的能譜CT動態(tài)增強掃描和病理對照，探討肺部不同性質結節(jié)、腫塊的能譜CT表現(xiàn)特征，旨在初步探討能譜CT對肺結節(jié)、腫塊的診斷價值。

材料與方法

1.病例資料

對本院2013年11月-2014年5月經X線發(fā)現(xiàn)肺結節(jié)、腫塊的33例患者行寶石能譜成像(gemstone spectral imaging，GSI)三期掃描，其中男22例，女11例，年齡36～76歲，平均53歲，肺結節(jié)/腫塊直徑為1～5 cm。

2.檢查與測量方法

能譜CT掃描：采用寶石能譜CT(GE Discovery 750,HDCT)進行掃描。檢查前患者及家屬簽署知情同意書，并指導和訓練患者深吸氣后屏氣?；颊呷〕Ｒ?guī)仰臥位，分別行自肺尖至肺底膈面的動脈期增強掃描及靜脈期、延遲期針對病灶的局部增強掃描。采用GSI模式，管電壓80 kVp、140 kVp瞬時切換，自動管電流最大限值為260 mA，球管轉速0.7 s/r。采用高壓注射器，經外周靜脈注射非離子型對比劑優(yōu)維顯(370 mg I/mL)，劑量1.1 mL/kg，注射流率2.5～3.0 mL/s，對比劑注射后第30 s行動脈期全肺掃描，第60 s及90 s對病灶行靜脈期、延遲期局部掃描。圖像重建層厚0.625 mm，重建層間距0.625 mm。

數據測量：將原始圖像傳至ADW4.5工作站(GE HealthCare,USA)，采用能譜分析軟件在能譜CT瀏覽器上對圖像進行后處理。在單能量圖像(70 KeV，1.25 mm)上，采用最大層面全腫瘤區(qū)域法選擇避開血管、鈣化及壞死的實性區(qū)域中病灶橫斷面最大層面，將圓形或橢圓形感興趣區(qū)(region of interest，ROI)放置在病灶中央強化程度較均一的實性區(qū)域，盡可能多的包括整個病灶[6]，并盡量確保同一病灶在三期單能量圖像中的位置相當。所有病灶分別在動脈期、靜脈期以及延遲期進行相關數據測定。胸主動脈ROI置于病灶同層胸主動脈中心區(qū)(圖1～3)。測量及分析數據包括：①各期病灶ROI平均能譜曲線，測定病灶40～140 KeV對應的各能量水平CT值(HU)，將病灶分為炎性組(A組)，除炎性病變外的良性組(B組)和惡性組(C組)，計算各組相應能量水平的平均CT值，畫出3組平均能譜曲線；②計算各期病灶能譜曲線斜率，選取40 KeV與80 KeV作為參考點，用40 KeV與80 KeV對應的CT值之差除以40而得；③測量各期病灶ROI及胸主動脈ROI碘濃度(100 μg/mL)，并計算病灶ROI的標準化碘濃度(normalized iodineconcent rations，NIC)，即病灶碘含量/主動脈碘含量；④測定各期病灶在混合能量下各ROI對應的CT值。

圖1 患者，女，76歲，左肺下葉機化性肺炎(動脈期)ROI放置位置。ROI1:病灶(箭);ROI2:同層降主動脈(箭頭)。圖2 患者，女，68歲，右上肺微囊性纖維黏液瘤(動脈期)ROI放置位置。ROI1:病灶(箭); ROI2:同層降主動脈(箭頭)。圖3 患者，男，43歲，左上肺高分化腺癌(動脈期)ROI放置位置。ROI1:病灶(箭); ROI2:同層降主動脈(箭頭)。

3.統(tǒng)計學處理

結 果

經手術或穿刺病理證實后，將所有病例分為3組，A組：炎性結節(jié)/腫塊(8例)；B組：炎性病變以外的良性結節(jié)/腫塊，共計8例，其中結核瘤3例，肺隔離癥1例，支氣管囊腫1例，肺梗死1例，肺微囊性纖維黏液瘤1例，硬化性血管瘤1例；C組：惡性結節(jié)/腫塊組，共計17例，其中腺癌8例，鱗癌7例，小細胞肺癌1例，大細胞肺癌1例。

1．三組病灶能譜曲線

增強掃描動脈期、靜脈期及延遲期三組病變的平均能譜曲線均呈遞減型(圖4～6)，在能量為40～80 keV時，差異較明顯，能量越低，差異越大；炎性病變的能譜曲線位置較高，40～80 keV能量段的曲線最陡，其次是惡性病變，良性病變位于最下方，40～80 keV能量段的曲線最平坦。

2．三組病變各測量參數分析

增強掃描動脈期、靜脈期及延遲期三組病變混合能量CT值、能譜曲線斜率(40～80 keV)以及碘值比值NIC均呈現(xiàn)出炎性病變最高，良性病變最低，惡性病變居中的趨勢，并且在動脈期第30 s和延遲期第90 s時的差異較大，靜脈期第60 s時各組病變差異較小(表1～3)。

圖4 30s三組病變動脈期能譜曲線圖。圖5 60 s三組病變靜脈期能譜曲線圖。圖6 90 s三組病變延遲期能譜曲線圖。

表1 動脈期30s 各組病灶參數

表2 靜脈期60s各組病灶參數

表3 延遲期90s 各組病灶參數

3．三組病灶各參數兩兩比較

經正態(tài)分布檢驗，各組數據均符合正態(tài)分布。經方差齊性檢驗，動脈增強第30 s、60 s的病灶混合能量下的CT值(傳統(tǒng)CT值)及延遲期第90 s時病灶混合能量下的CT值、能譜曲線斜率及NIC這幾組數據方差齊，采用單因素方差分析LSD-t法進行兩兩比較。動脈增強第30 s、60 s時的能譜曲線斜率及NIC這幾組數據方差不齊，采用兩樣本的校正t檢驗，α閾值為0.017。經統(tǒng)計學分析表明，良性組與其他兩組進行比較，病灶混合能量下的CT值、能譜曲線斜率及NIC在動脈期及延遲期差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；炎性組與惡性組之間比較，病灶混合能量下的CT值差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；而能譜曲線斜率及NIC在動脈早期及延遲期差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05，表4～6)。

表4 動脈期30 s各參數間兩兩比較

注：*α閾值=0.017，P值<α閾值為差異有統(tǒng)計學意義。

表5 靜脈期60 s各參數間兩兩比較

注：*α閾值=0.017，P值<α閾值為差異有統(tǒng)計學意義。

表6 延遲期90 s各參數間兩兩比較

討論

1.傳統(tǒng)CT掃描診斷肺結節(jié)、腫塊的缺陷

對于肺內單發(fā)的結節(jié)或腫塊，不伴有明顯肺不張、炎癥或局部淋巴結腫大時，影像學的精確診斷是一直以來的難點[7]。目前，傳統(tǒng)CT平掃及增強檢查是肺結節(jié)、腫塊診斷與鑒別診斷的首選方法[8]。CT的定性診斷主要在于區(qū)分病變的良惡性。傳統(tǒng)的CT平掃及增強檢查可以很好地顯示病變的部位、形態(tài)學征象、強化特點，很多學者利用良惡性病變強化達峰時間的不同，選擇測量動脈期達峰強化CT值鑒別良惡性病變，認為強化≤20 HU或≥60 HU提示良性結節(jié)，20～60 HU提示惡性結節(jié)，而≥60 HU以活動性炎性結節(jié)可能性大，但這些特征對肺結節(jié)、腫塊的定性診斷符合率仍然不理想[9]，特別是對于惡性病變與炎性病變的鑒別，傳統(tǒng)影像學檢查很難進行準確區(qū)分。有學者發(fā)現(xiàn)CT灌注檢查鑒別良惡性孤立性肺結節(jié)(solitary pulmonary nodule，SPN)的敏感度和特異度分別為91%和86%，但炎性病變與惡性病變的灌注指標差異不明顯[10]；并且有文獻報道惡性結節(jié)與炎性結節(jié)的CT強化值、結節(jié)-主動脈強化值比值和灌注值之間的差異無統(tǒng)計學意義[3]。本研究將肺部結節(jié)、腫塊分為炎性病變、非炎性病變的良性病變以及惡性病變三組，并把能譜CT對于這些結節(jié)、腫塊的鑒別與混合能量下的CT掃描圖像，即傳統(tǒng)CT檢查方法進行比較，試圖探索較為可靠地鑒別良惡性肺部結節(jié)、腫塊的方法。

2.能譜CT三期增強掃描較傳統(tǒng)CT增強掃描的優(yōu)勢

雙能量CT利用兩次能量采集確定一條特征吸收曲線，通過數據空間進行吸收投影數據到物質密度投影數據的轉換，克服硬化偽影和運動干擾，避免CT值漂移，得到準確的CT能譜圖像，進行物質分離和物質組成分析，從而反映物質的本質。GE公司的高分辨力寶石能譜CT 作為雙能量CT的代表，采用單個X線球管，瞬間切換高、低能量，實現(xiàn)雙能量成像[2]。根據這兩種能量的圖像可得到去除硬化偽影的101個單能量圖像，每個能量值所對應的CT值也相對更純凈，并從而產生反映不同病變和人體組織對于X線吸收的特征性的能譜曲線[11,12]。方亞軍等[13]的研究表明CT能譜曲線由組成物質的分子結構決定，物質的CT值衰減差異可以在一定程度上區(qū)分不同的化學成分，而反映CT值衰減的能譜曲線的差異可以用曲線斜率來定量評估，并且影響能譜曲線CT值衰減率的主要因素之一就是結節(jié)或腫塊的密度。因此，本研究選取了能譜曲線差異較大的一段(40～80 keV)曲線斜率作為病灶定性分析的指標。研究表明，可以利用GSI掃描獲得碘基圖，并且準確測量圖像上病灶的碘含量，從而反映病灶的血供情況。由于病灶碘含量還受到對比劑總量、注射流率、個體循環(huán)差異的影響，為排除這些差異，筆者以病灶同層的胸主動脈為參照，采用標準化碘含量進行分析，從而更真實地反映病灶的血供。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與良性病變不同。有文獻報道動態(tài)增強30 s時，血供豐富的惡性及活動性炎性結節(jié)、腫塊CT值上升非常明顯，90 s時達峰值并開始下降，所以筆者選擇動脈期30 s、延遲期90 s，再加上中間狀態(tài)的靜脈期60 s三個時相的CT增強掃描，以更好地鑒別不同性質的肺結節(jié)、腫塊。能譜CT升級后，將自動電流最大限由原來的600 mA降低到260 mA，可以明顯減少患者接受的輻射劑量。GSI模式、自動電流最大限260 mA條件下(CT容積劑量指數為8.91 Gy)，肺部結節(jié)、腫塊三期增強掃描(靜脈期及延遲期只針對病灶局部進行掃描)，在不影響圖像質量的情況下，患者接受的輻射劑量比混合能量下單獨動脈期掃描還要小。

3.能譜CT診斷肺結節(jié)、腫塊的價值

本研究結果顯示能譜曲線可直觀反映三組病變在動脈期、靜脈期及延遲期的差異。在三期掃描中，炎性病變的能譜曲線位置都最高，40～80 keV能量段的曲線斜率最大，其次是惡性病變，良性病變位于最下方，40～80 keV能量段的曲線斜率最小。相關研究發(fā)現(xiàn)能譜曲線及斜率可以區(qū)分甲狀腺的良惡性結節(jié)，方亞軍等[13]研究表明影響能譜曲線CT值衰減率的主要因素是結節(jié)或腫塊的密度。本研究中能譜曲線的位置和形態(tài)能一定程度上將三組病變區(qū)分開，主要是基于三組病變的密度、血供及強化差異，這也說明了能譜曲線反映物質本質及物質結構的能力。本研究對各參數數據進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)混合能量下病灶的CT值在炎性病變與良性病變、良性病變與惡性病變之間的鑒別是有意義的，但混合能量下的CT值，即傳統(tǒng)CT掃描下的CT值，在惡性病變與炎性病變之間有太多重疊，因此傳統(tǒng)的CT值強化峰值不能鑒別炎性病變與惡性病變，這與許多學者的研究結果相符[10]。能譜掃描與傳統(tǒng)CT掃描相比，除了能將良性病變與炎性病變及惡性病變鑒別開來以外，在掃描動脈期第30 s和延遲期第90 s時，炎性病變組的能譜曲線斜率及NIC值明顯高于惡性組，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，但第60 s的差異不具有統(tǒng)計學意義(P>0.05)。分析其原因，肺部結節(jié)、腫塊的血供情況一直以來都是診斷及鑒別診斷病變性質的一個重要參考指標，多數學者認為肺癌的肺動脈血供減少，而支氣管動脈血供增加，炎性孤立性肺結節(jié)支氣管動脈的血供也會增加[14]，而常見的多數良性病變是乏血供的[4]。病變血供情況在增強CT上即表現(xiàn)為對碘的攝取量，而雙能技術能準確地分離出基質碘,從而得到“純碘圖”，較以往檢査方法能更好地反映病灶內碘的分布情況。能譜曲線通過不同X線能量下物質CT值衰減差異的趨勢反映病灶血供進而分析、鑒別病灶性質；碘濃度能直接、客觀、準確地反映病灶的血供情況，從而區(qū)分炎性病變與惡性病變。

本研究結果表明病灶的能譜曲線斜率及NIC值在動脈期第30 s和延遲期第90 s時，在各組病變之間差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；尤其是炎性病變與惡性病變可以利用能譜曲線斜率及NIC值(第30 s和90 s)進行鑒別。相關研究表明動態(tài)增強早期第30 s左右采集的圖像主要是反映病變的血管特征[15]，癌性結節(jié)或腫塊內的微血管網是由增多、扭曲、擴張的支氣管動脈分支構成，其在動脈增強早期強化。炎性結節(jié)、腫塊的微血管同樣來自支氣管動脈密集的毛細血管網[16]，并且很多炎性病變內微血管的數量更多，擴張也更明顯，由于血供更豐富，其強化程度較惡性結節(jié)更明顯。所以在本研究中可看到動脈增強早期炎性病變組的NIC值較惡性病變組更高。李慎江等[15]的研究認為增強晚期肺結節(jié)的強化受血管外間隙中的細胞、非血管間質容積以及纖維化程度等因素影響。癌性病變紊亂扭曲的微血管網使得對比劑在血管內流速減慢，加上淋巴回流減少、細胞外間隙擴大使得病變內對比劑流出減慢，滯留時間長，從而使得其強化曲線為緩升型，強化持續(xù)時間較長[9,14]。炎性病變毛細血管豐富，形態(tài)較成熟，管徑長，走行紆曲，加之病灶區(qū)組織水腫，壓迫引流血管和淋巴管，所以病灶呈現(xiàn)持續(xù)并快速的強化，在本研究增強第60 s，由于惡性病變和炎性病變都處于病灶內對比劑滯留的一個上升期，反映的都是微血管床的紊亂紆曲以及病灶回流減少的病理狀態(tài)，故兩者NIC值與能譜曲線斜率并無顯著差異；而延遲期第90 s時，由于腫瘤血管發(fā)育不成熟，血管內皮細胞表面滲透性增高，對比劑經過不完整的基底膜進入組織間隙[17]，使得病灶內對比劑逐漸減少，NIC值與能譜曲線斜率下降，而本研究中炎性病變多為慢性機化性炎癥，其纖維組織結構豐富，微血管床更加紊亂扭曲，對比劑滯留于病灶內時間較長，依然呈現(xiàn)持續(xù)強化的狀態(tài)，因此，其NIC值與能譜曲線斜率較惡性病變顯著增高。

本研究的不足之處在于良性病變的病例數較少、未對惡性病變和良性病變作更細致精確的分類分析、未將孤立性結節(jié)病變與腫塊進行分別分析，因此，有待進一步增加樣本量深入分析。

綜上所述，本研究結果說明能譜CT較傳統(tǒng)的增強CT，能提供更多肺結節(jié)、腫塊的鑒別診斷信息，利用能譜CT增強掃描所得到的能譜曲線、曲線斜率以及NIC值有助于鑒別良惡性肺結節(jié)及腫塊，尤其是動脈早期及延遲期的NIC值與能譜曲線斜率診斷價值較高。

[1]Rami-Porta R,Bolejack V,Goldstraw P.The new tumor,node,and metastasis staging system[J].Semin Respir Crit Care Med，2011，32(1):44-51.

[2]任慶國，滑炎卿，李劍穎.CT能譜成像的基本原理及臨床應用[J].國際醫(yī)學放射性雜志，2011,34(6):559-563.

[3]林吉征，張亮，鄒婧，等.CT能譜成像診斷孤立性肺結節(jié)[J].中國醫(yī)學影像技術，2014,30(2):224-227.

[4]關牧娟，呂培杰，高劍波.能譜CT成像鑒別肺結節(jié)性質的初步研究[J].中國醫(yī)學計算機成像雜志，2013,19(1):20-23.

[5]王華斌，李蘇建，盧光明，等.初步評估雙源CT雙能量技術在孤立性肺結節(jié)研究中的價值[J].放射學實踐，2010，25(5):504-508.

[6]魏松宇，儲成鳳，楊明，等.64層螺旋CT肺腫瘤灌注感興趣區(qū)選擇對數據可重復性影響的研究[J].東南大學學報(醫(yī)學版)，2008,27(5)：357-360.

[7]Winer-Muram HT.The solitary pulmonary nodule[J].Radiology,2006，239(1)：34-39.

[8]Wang G，Zhang C，Li M，et al.Preliminary application of high-definition computer tomographic gemstone spectral imaging in lung cancer[J].J Comput Assist Tomogr,2014,38(1):77-81.

[9]王華斌，李蘇建，盧光明.多層螺旋CT評估孤立性肺結節(jié)的臨床研究進展[J].放射學實踐，2010，25(1):105-107.

[10]Li Y，Yang ZG，Chen TW，et al.First-pass perfusion imaging of solitary pulmonary nodules with 64-detector row CT:comparison of perfusion parameters of malignant and benign lesions[J].Br J Radiol,2010,83(993):785-790.

[11]Matsumoto K,Jinzaki M,Tanami Y,et al.Virtual monochromatic spectral imaging with fast kilovoltage switching:improved image quality as compared with that obtained with conventional 120kVp CT[J].Radiology,2011,259(12):257-262.

[12]Zhang D,Li XH,Liu B.Objective characterization of GE discovery CT750 HD scanner:gemstone spectral imaging mode[J].Med Phys,2011,38(3):1178-1188.

[13]方亞軍.CT能譜成像在孤立性肺結節(jié)診斷中的應用[D].山東：山東大學，2012.

[14]Ruoslahti E.Specialization of tumor vasculature[J].Nat Rev Cancer,2012,2(2):83-90.

[15]李慎江，劉士遠，肖湘生，等.CT、MR動態(tài)增強在評價孤立性肺結節(jié)血流模式中的作用[J].中華放射學雜志,2005,39(1):9-10.

[16]王秋實，郭啟勇，蘇惠群，等.多層CT灌注成像在肺內腫塊診斷及鑒別診斷中的應用[J].中國醫(yī)學影像技術,2004,20(6):876-879.

[17]張金娥，梁長虹，趙振軍，等.CT肺灌注在肺結節(jié)診斷中的應用研究[J].中華放射學雜志,2005,39(10):1041-1045.

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 武漢，華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院放射科

吳維(1987-)，女，湖北黃梅人，碩士，主要從事胸部影像診斷工作。

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)