朱怡 劉榮榮 劉靜 李敏

肺結核與矽肺中大小相近的結節(jié)影在常規(guī)CT掃描時主要通過其分布、密度、形態(tài)學分析來進行鑒別診斷。除外常規(guī)CT這種常用檢查設備，能譜CT作為一種新型檢查設備逐漸應用于科研及臨床，其物質分離技術成為廣大影像學工作者研究的新熱點[1]，其能譜成像功能可以對病變的成分進行分析，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肺結核和矽肺兩組患者中的結節(jié)病灶進行多參數(shù)分析，探討能譜CT在肺結核與矽肺結節(jié)鑒別診斷中的應用價值。

資料和方法

一、一般資料

1.納入標準：(1)肺結核患者均符合《WS 288—2017 肺結核診斷》標準[2]；(2)矽肺患者均符合2015年版國家標準《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)院倫理委員會審核批準。

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

3.研究對象：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)肺結核11例均被排除；最終納入研究的肺結核患者35例(肺結核組)，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)模式下進行掃描，管電壓在140千伏峰值(kVp)與80 kVp間可瞬時(<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。掃描開始前對患者進行呼吸訓練(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，自適應統(tǒng)計迭代重建(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)納入標準，每例肺結核患者選擇1～8個結節(jié)，35例肺結核患者共127個結節(jié)；每例矽肺患者6個結節(jié)，30例矽肺患者共180個結節(jié)；在所選的結節(jié)上勾畫一定大小的類圓形感興趣區(qū)(ROI)，測量時將ROI置于結節(jié)的中央，ROI的范圍不能超過所測量的結節(jié)，所勾畫的ROI面積范圍為1.98～4.45 mm2(圖1，2)。

2．觀察指標：(1)物質定量分析采用SiO2(H2O)基物質對濃度，對兩組患者進行數(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能量級下的CT值，根據(jù)公式算出每個結節(jié)相應的斜率，從而進行兩組患者間斜率的對比分析。公式：斜率=(CT值40 keV-CT值70 keV)/30。

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

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)驗的影像醫(yī)師進行。

四、統(tǒng)計學處理

結 果

一、能譜曲線斜率(40～70 keV)的對比

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

二、SiO2(H2O)基物質對濃度的比較

兩組SiO2(H2O)基物質對濃度為非正態(tài)分布，采用Mann-Whitney非參數(shù)檢驗，矽肺組SiO2(H2O)基物質對濃度明顯高于肺結核組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)(表1，圖5、6)。

三、有效原子序數(shù)值的對比

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

四、能譜參數(shù)的ROC曲線對比

將兩組患者的能譜曲線斜率、SiO2(H2O)基物質對濃度及有效原子序數(shù)通過ROC曲線進行分析，能譜曲線斜率以8.28、SiO2(H2O)基物質對濃度以275 mg/cm3、有效原子序數(shù)以10.22為閾值時，兩組患者鑒別具有較高敏感度和特異度；其中SiO2(H2O)基物質對濃度在上述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)基物質對濃度比較

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

一、SiO2(H2O)基物質對濃度分析

隨意選擇兩種基物質的X線吸收系數(shù)來表示某種物質的X線吸收系數(shù)。選用的兩種基物質可以不是組織中真正存在的，僅用于代表該物質的X線衰減，但是如果組織中真正含有所選擇的兩種基物質時，所測得的基物質對濃度可用來間接表示該物質相對的含量[6-7]。本研究中，矽肺組SiO2(H2O)基物質對濃度明顯高于肺結核組，這與肺結核、矽肺結節(jié)的形成機制一致[8]。肺結核是人體被結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，結節(jié)中心多為干酪樣壞死，其周邊由上皮樣細胞、數(shù)量不一的朗格漢斯巨細胞圍繞，外周有淋巴細胞與數(shù)量較少的成纖維細胞[9]，其結節(jié)與SiO2沒有明顯的聯(lián)系且成分多樣，因此其SiO2(H2O)基物質對濃度低于矽肺組，且濃度值的離散程度較大。矽肺也叫做硅肺，屬塵肺的一種，是由于患者長時間吸入大量的含有游離SiO2的粉塵后，在肺部形成廣泛的結節(jié)與纖維化的病變[10-11]，早期矽結節(jié)是由巨噬細胞吞噬了含硅粉塵后并局灶性積聚而成，巨噬細胞間有網(wǎng)狀纖維[12]；隨著病情進一步發(fā)展，形成由成纖維細胞、纖維細胞及膠原纖維構成的纖維性結節(jié)。而且SiO2(H2O)基物質對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在各能量級水平下CT值的變化規(guī)律，也可以選取兩個變化最顯著的能量級下的CT值，測量這段曲線的斜率，用數(shù)據(jù)來直觀地分析不同物質間的曲線差異。本研究通過觀察能譜曲線走勢，選取變化最大的40～70 keV 區(qū)間，算出此區(qū)間曲線斜率來對兩組患者間進行對比分析。能譜曲線斜率在一定程度上反映了病灶隨能量級的變化其X線吸收系數(shù)的變化[13]，本研究結果顯示，矽肺組的斜率大于肺結核組，說明矽肺結節(jié)在40～70 keV區(qū)間內(nèi)X線吸收系數(shù)較肺結核組更明顯。

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中的有效原子序數(shù)，進而對不同物質間相互鑒別[14]。本研究中肺結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)計學意義，說明肺結核結節(jié)與矽肺結節(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一步研究；(2)未對兩組患者在增強掃描下對其能譜數(shù)據(jù)(如碘基圖)進行對比分析；(3)本研究只對兩組患者直徑≤3 mm的結節(jié)進行對比分析，有待將直徑>3 mm的結節(jié)進行再收集、分析。

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