朱怡 劉榮榮 劉靜 李敏

肺結(jié)核與矽肺中大小相近的結(jié)節(jié)影在常規(guī)CT掃描時(shí)主要通過其分布、密度、形態(tài)學(xué)分析來進(jìn)行鑒別診斷。除外常規(guī)CT這種常用檢查設(shè)備，能譜CT作為一種新型檢查設(shè)備逐漸應(yīng)用于科研及臨床，其物質(zhì)分離技術(shù)成為廣大影像學(xué)工作者研究的新熱點(diǎn)[1]，其能譜成像功能可以對(duì)病變的成分進(jìn)行分析，為影像診斷提供了新的手段。

本研究利用能譜CT特有的能譜成像功能對(duì)肺結(jié)核和矽肺兩組患者中的結(jié)節(jié)病灶進(jìn)行多參數(shù)分析，探討能譜CT在肺結(jié)核與矽肺結(jié)節(jié)鑒別診斷中的應(yīng)用價(jià)值。

資料和方法

一、一般資料

1.納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)肺結(jié)核患者均符合《WS 288—2017 肺結(jié)核診斷》標(biāo)準(zhǔn)[2]；(2)矽肺患者均符合2015年版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性塵肺病的診斷(GBZ 70—2015)》[3]，并且通過職業(yè)病專家組確診；(3)所選取的患者CT掃描顯示的結(jié)節(jié)直徑≤3 mm；(4)患者在知情同意的前提下參與能譜CT掃描；(5)本研究經(jīng)蘇州市第五人民醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。

2.排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)肺結(jié)核組排除有含硅粉塵長(zhǎng)期接觸史及并發(fā)其他肺部疾病；(2)矽肺組排除并發(fā)肺結(jié)核、肺癌等其他疾?。?3)排除2組患者的鈣化、磨玻璃樣結(jié)節(jié)。

3.研究對(duì)象：收集蘇州市第五人民醫(yī)院于2018年2—12月間確診的肺結(jié)核患者38例，其中1例因并發(fā)肺癌、2例因有接觸含硅粉塵工作史被排除；矽肺患者42例，其中并發(fā)肺癌1例、并發(fā)肺結(jié)核11例均被排除；最終納入研究的肺結(jié)核患者35例(肺結(jié)核組)，男28例，女7例，年齡范圍14～80歲，中位年齡32歲；矽肺患者30例(矽肺組)，均為男性，年齡范圍27～82歲，中位年齡67歲。

二、檢查方法

兩組患者均采用GE寶石CT(Discovery CT750 HD)能譜(GSI)模式下進(jìn)行掃描，管電壓在140千伏峰值(kVp)與80 kVp間可瞬時(shí)(<0.5 ms)切換，管電流360 mA，層厚及間距均為5 mm，螺距0.984，視野(FOV)Medium body。掃描開始前對(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練(吸氣并屏氣)。掃描范圍從肺尖至膈面水平，窗寬、窗位保持一致，肺窗(窗寬1500 HU，窗位-600 HU)。掃描完成后將圖像重建成70 keV單能量圖像，層厚0.625 mm，層間隔0.5 mm，自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR) 30%。

三、圖像處理及分析

將重建好的薄層圖像傳送至ADW4.6工作站，采用GSI Volume Viewer軟件進(jìn)行能譜的多參數(shù)分析。

1. 感興趣區(qū)(region of interest，ROI)的選?。焊鶕?jù)納入標(biāo)準(zhǔn)，每例肺結(jié)核患者選擇1～8個(gè)結(jié)節(jié)，35例肺結(jié)核患者共127個(gè)結(jié)節(jié)；每例矽肺患者6個(gè)結(jié)節(jié)，30例矽肺患者共180個(gè)結(jié)節(jié)；在所選的結(jié)節(jié)上勾畫一定大小的類圓形感興趣區(qū)(ROI)，測(cè)量時(shí)將ROI置于結(jié)節(jié)的中央，ROI的范圍不能超過所測(cè)量的結(jié)節(jié)，所勾畫的ROI面積范圍為1.98～4.45 mm2(圖1，2)。

2．觀察指標(biāo)：(1)物質(zhì)定量分析采用SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度，對(duì)兩組患者進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；(2)兩組患者的有效原子序數(shù)；(3)40～70 keV區(qū)間內(nèi)的斜率：采集40 keV與70 keV能量級(jí)下的CT值，根據(jù)公式算出每個(gè)結(jié)節(jié)相應(yīng)的斜率，從而進(jìn)行兩組患者間斜率的對(duì)比分析。公式：斜率=(CT值40 keV-CT值70 keV)/30。

保存在測(cè)量中軟件自動(dòng)生成的數(shù)據(jù)文件，其包含了所勾畫的ROI內(nèi)的多個(gè)能譜數(shù)據(jù)。本次研究選取如下幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行收集與分析：SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度、有效原子序數(shù)、40 keV與70 keV能量級(jí)下的CT值。其中SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度測(cè)量時(shí)可進(jìn)行截圖保存。

所有上述數(shù)據(jù)分析及采集操作由2名5年及以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像醫(yī)師進(jìn)行。

四、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié) 果

一、能譜曲線斜率(40～70 keV)的對(duì)比

兩組斜率數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，采用t檢驗(yàn)，矽肺組斜率高于肺結(jié)核組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表1，圖3、4)。

二、SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度的比較

兩組SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度為非正態(tài)分布，采用Mann-Whitney非參數(shù)檢驗(yàn)，矽肺組SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度明顯高于肺結(jié)核組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表1，圖5、6)。

三、有效原子序數(shù)值的對(duì)比

兩組有效原子序數(shù)值符合正態(tài)分布，采用t檢驗(yàn)，矽肺組的有效原子序數(shù)值高于肺結(jié)核組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表1，圖7、8)。

四、能譜參數(shù)的ROC曲線對(duì)比

將兩組患者的能譜曲線斜率、SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度及有效原子序數(shù)通過ROC曲線進(jìn)行分析，能譜曲線斜率以8.28、SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度以275 mg/cm3、有效原子序數(shù)以10.22為閾值時(shí)，兩組患者鑒別具有較高敏感度和特異度；其中SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度在上述3種參數(shù)內(nèi)特異度最高，且曲線下面積最大(表2)。

表1 兩組能譜曲線斜率、有效原子序數(shù)及SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度比較

圖1～8圖1、3、5、7為矽肺患者，男，75歲；圖2、4、6、8為肺結(jié)核患者，男，36歲。圖1、2為在70 keV單能量圖像上勾畫ROI，圖1 ROI面積為2.38 mm2，圖2為2.36 mm2；圖3、4為能譜曲線圖，圖3為40～70 keV間隔內(nèi)CT值差為340 HU，即此間隔內(nèi)的曲線斜率為11.33，圖4為40～70 keV間隔內(nèi)CT值差為220 HU，即曲線斜率為7.33；圖5、6為SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度分布直方圖，圖5主要集中在450 mg/cm3，圖6主要集中在175 mg/cm3；圖7、8為有效原子序數(shù)分布圖，圖7中有效原子序數(shù)主要分布在10.70，圖8主要分布在9.25

表2 兩組患者各種能譜參數(shù)的ROC曲線對(duì)比

注a：AUC為ROC曲線下面積;b:數(shù)據(jù)的單位是mg/cm3

討 論

能譜CT作為當(dāng)下前沿的新檢查手段之一，不但可以如普通CT對(duì)病灶進(jìn)行形態(tài)、大小等常規(guī)展示，還可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入GSI軟件進(jìn)行多參數(shù)分析，從而獲得更多的影像診斷指標(biāo)，諸如多種基物質(zhì)對(duì)濃度、能譜曲線斜率、有效原子序數(shù)，等等[4-5]。

一、SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度分析

隨意選擇兩種基物質(zhì)的X線吸收系數(shù)來表示某種物質(zhì)的X線吸收系數(shù)。選用的兩種基物質(zhì)可以不是組織中真正存在的，僅用于代表該物質(zhì)的X線衰減，但是如果組織中真正含有所選擇的兩種基物質(zhì)時(shí)，所測(cè)得的基物質(zhì)對(duì)濃度可用來間接表示該物質(zhì)相對(duì)的含量[6-7]。本研究中，矽肺組SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度明顯高于肺結(jié)核組，這與肺結(jié)核、矽肺結(jié)節(jié)的形成機(jī)制一致[8]。肺結(jié)核是人體被結(jié)核分枝桿菌感染后在肺內(nèi)引起的一種慢性肉芽腫性病變，結(jié)節(jié)中心多為干酪樣壞死，其周邊由上皮樣細(xì)胞、數(shù)量不一的朗格漢斯巨細(xì)胞圍繞，外周有淋巴細(xì)胞與數(shù)量較少的成纖維細(xì)胞[9]，其結(jié)節(jié)與SiO2沒有明顯的聯(lián)系且成分多樣，因此其SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度低于矽肺組，且濃度值的離散程度較大。矽肺也叫做硅肺，屬塵肺的一種，是由于患者長(zhǎng)時(shí)間吸入大量的含有游離SiO2的粉塵后，在肺部形成廣泛的結(jié)節(jié)與纖維化的病變[10-11]，早期矽結(jié)節(jié)是由巨噬細(xì)胞吞噬了含硅粉塵后并局灶性積聚而成，巨噬細(xì)胞間有網(wǎng)狀纖維[12]；隨著病情進(jìn)一步發(fā)展，形成由成纖維細(xì)胞、纖維細(xì)胞及膠原纖維構(gòu)成的纖維性結(jié)節(jié)。而且SiO2(H2O)基物質(zhì)對(duì)濃度在本次研究討論的3組能譜參數(shù)中AUC值最大(0.95)，表明其最具診斷價(jià)值。

二、能譜曲線斜率分析

能譜CT的衰減曲線可以展示ROI在各能量級(jí)水平下CT值的變化規(guī)律，也可以選取兩個(gè)變化最顯著的能量級(jí)下的CT值，測(cè)量這段曲線的斜率，用數(shù)據(jù)來直觀地分析不同物質(zhì)間的曲線差異。本研究通過觀察能譜曲線走勢(shì)，選取變化最大的40～70 keV 區(qū)間，算出此區(qū)間曲線斜率來對(duì)兩組患者間進(jìn)行對(duì)比分析。能譜曲線斜率在一定程度上反映了病灶隨能量級(jí)的變化其X線吸收系數(shù)的變化[13]，本研究結(jié)果顯示，矽肺組的斜率大于肺結(jié)核組，說明矽肺結(jié)節(jié)在40～70 keV區(qū)間內(nèi)X線吸收系數(shù)較肺結(jié)核組更明顯。

三、有效原子序數(shù)的分析

如果某種化合物或混合物與某元素的X線吸收系數(shù)相同，則此元素為該混合物或化合物的有效原子序數(shù)，通過能譜分析可以檢出物質(zhì)中的有效原子序數(shù)，進(jìn)而對(duì)不同物質(zhì)間相互鑒別[14]。本研究中肺結(jié)核組的有效原子序數(shù)為“9.29±0.83”，矽肺組為“10.68±0.98”，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明肺結(jié)核結(jié)節(jié)與矽肺結(jié)節(jié)在組成成分上存在一定差異。

本研究的欠缺：(1)樣本量偏小，有待于收集更多的樣本進(jìn)一步研究；(2)未對(duì)兩組患者在增強(qiáng)掃描下對(duì)其能譜數(shù)據(jù)(如碘基圖)進(jìn)行對(duì)比分析；(3)本研究只對(duì)兩組患者直徑≤3 mm的結(jié)節(jié)進(jìn)行對(duì)比分析，有待將直徑>3 mm的結(jié)節(jié)進(jìn)行再收集、分析。

本次研究結(jié)果表明，能譜CT成像及分析對(duì)肺結(jié)核結(jié)節(jié)與矽肺結(jié)節(jié)的鑒別診斷能夠提供新的依據(jù)，具有一定的臨床指導(dǎo)意義。