新双源CT双能虚拟平扫技术在孤立性肺结节诊断中的应用价值

李海文，杨高忠

山东省淄博矿业集团有限责任公司中心医院CT/MR科，山东 淄博 255120

孤立性肺结节（Solitary Pulmonary Nodule，SPN）主要是指肺中单一的、边界清晰的、直径≤3 cm、病变周围被含气肺组织所包围的肺部结节[1]。其主要特点为无肺不张、肺门及纵隔无明显肿大的淋巴结、无胸腔积液等[2]。近年来，肺癌普查范围越来越广泛，SPN的检出率也越来越高。但部分表现为孤立性结节的肺癌缺少典型的分叶及毛刺等征象，且其影像表现与某些良性结节有一定的重叠[3]。所以，SPN的临床诊断仍是胸部影像学研究的重点与难点之一。对SPN进行影像学检查与诊断，可清楚地辨别良恶性，从而为临床治疗提供客观依据。

虽然目前已经有很多先进的影像学评价方法，然而由于良恶性SPN在功能信息及形态学等方面存在着一定的交叉与重叠，该病的临床诊断依然存在着较大的难度。新双源CT（New Dual-Source Computed Tomography，NDSCT）双能成像是近年发展起来的一个全新的CT成像技术。该技术主要通过2个球管与2套探测器，以不同的管电压和管电流运行，采集组织器官的2套X线衰减数据，从而得到清晰的能量信息。本研究主要探讨了新双源CT双能虚拟平扫技术在孤立性肺结节评估中的应用价值，报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2013年1月～2014年5月入住我院的49例SPN患者的临床资料，其中男32例，女17例；年龄45～79岁，平均（62.10±7.83）岁。经病理证实，恶性SPN患者35例，良性14例。恶性病变中，腺癌19例，鳞癌4例，肺上沟癌1例，细支气管肺泡癌2例，小细胞肺癌3例，淋巴瘤3例，转移3例；良性病变中，肺部炎症10例，肺结核4例。入选标准：治疗前均行常规CT平扫及双能CT增强扫描，自愿签署知情同意书者。

1.2 设备与扫描标准制定

1.2.1 设备

使用新双源CT双能扫描仪Siemens Somatom Definition Flash。2个球管的电压与参考电流分别设置为140 kVp、172 mAs和100 kVp、230 mAs。开启实时动态曝光剂量调节器CARE Dose 4D，准直0.6 mm×128 mm，旋转速度0.5 s/周，螺距为0.6，2球管的FOV值分别为50 cm×50 cm和33 cm×33 cm，2个球管夹角为94°。

1.2.2 扫描方法

常规平扫：行常规平扫前，注意训练患者呼气、吸气等方面的动作，扫描的具体范围为胸廓入口至横膈水平（包括肋膈角），层厚为5 mm。

双能增强扫描：其范围及层厚均与常规平扫相同。采用的对比剂为350 mgI/mL碘海醇，流率3.0 mL/s，延迟时间35 s。

1.3 数据获取

1.3.1 原始数据获取

计算机自动重建获得层厚为1.5 mm、间距为1.5 mm的Sn140 kVp、Sn100 kVp以及120 kV线性融合的3组图像数据。

1.3.2 数据处理

将获得的原始数据传输至西门子Syngo-2010A MultiModality Workplace工作站，并输入至双能软件中，采用“Liver VNC”程序对数据加以处理，从而得到虚拟平扫以及碘分布示意图，且于病灶中心层面置一面积为0.4 cm×0.4 cm～1.5 cm×1.5 cm的圆形感兴趣区域（Region of Interest，ROI），避开坏死、空腔以及钙化等情况，自动显示出病灶的平均CT值。经过Mono Energetic程序处理得到单能量图像，且以同层同面积ROI生成CT值能量衰减曲线示意图，并将各能量水平下的CT值加以记录[4]。

1.3.3 图像分析

以真实平扫为基线标准，钙化显示评估标准如下[5]：① 3级，真实平扫未见钙化现象，虚拟平扫发现存在钙化；② 2级，虚拟平扫与真实平扫钙化结果一致；③ 1级，虚拟平扫钙化比真实平扫小；④ 0级，真实平扫发现钙化，但虚拟平扫未见钙化。

1.4 辐射剂量计算

将计算机自动提供的剂量长度单位（DLP）换算成为有效剂量（ED），其计算公式为ED=DLP×0.014[6]。

1.5 病理检查

采用Siemens Somatom Spirit双排螺旋CT机进行穿刺定位，以及巴德公司生产的18 G或20 G的槽式切割穿刺针进行穿刺活检。

1.6 碘基值比率量化分析

选取病灶同一层面主动脉的碘基值作为参照，将碘基值比率（病灶碘基值/主动脉碘基值）作为最终反映病灶碘分布情况的指标，并对碘基值比率进行统计学分析。

1.7 能谱衰减曲线量化分析

经Mono Energetic程序处理得到单能量（默认最佳keV）图像，并以同层同面积ROI生成CT值能量衰减曲线图，记录40～140 keV各能量水平CT值（HU），导入Excel表格文件，生成各组能量衰减曲线图。能量衰减曲线斜率公式为k=y/x，其中y是单能量分别为110 keV和40 keV时对应的CT值之差，x值为70 keV对应的CT值。并对斜率进行统计学分析。

1.8 敏感性、特异性、准确性计算方法

新双源CT双能虚拟平扫技术诊断阳性例数为A+B（A为真阳性、B为假阳性），阴性例数为C+D（C为假阴性、D为真阴性）；病理确诊阳性例数为A+C，阴性例数为B+D。那么，敏感性（%）=A/（A+C）×100%，特异性（%）=D/（B+D）×100%，准确性（%）=（A+D）/（A+B+C+D）×100%。

1.9 信噪比计算方法

信噪比=有用信号功率/噪声功率。

1.10 观察指标

比较真实平扫与虚拟平扫图像的CT值、噪声、信噪比、SPN直径、钙化检出率、增强强化值、碘图CT值、准确度、能谱衰竭曲线图斜率、碘基值比率及辐射剂量。

1.11 统计学方法

数据均采用SPSS 14.0软件进行统计分析，真实平扫与虚拟平扫之间的图像CT值、图像噪声等指标间的差异采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 SPN真实平扫与虚拟平扫图像CT值、噪声、信噪比及SPN直径对比

真实平扫与虚拟平扫图像CT值、噪声、信噪比及SPN直径的差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 SPN真实平扫与虚拟平扫图像CT值、噪声、信噪比及SPN直径比较（±s）

表1 SPN真实平扫与虚拟平扫图像CT值、噪声、信噪比及SPN直径比较（±s）

扫描方式 CT值（HU） 图像噪声 图像信噪比 SPN直径（mm）真实平扫 29.58±10.27 9.58±1.29 3.03±1.00 21.27±5.28虚拟平扫 27.96±11.05 9.76±1.35 2.82±0.97 19.08±4.96 t值 1.596 0.872 0.759 1.157 P值 0.271 0.495 0.568 0.286

2.2 图像钙化检出率对比

对于10个患者，真实平扫检测到19个钙化病灶，而虚拟平扫检测到16个钙化病灶；对于12个患者，真实平扫检测到67个淋巴结钙化，而虚拟平扫检测到64个淋巴结钙化。以真实平扫作为标准，虚拟平扫图像钙化检出率为93.02%（80/86）。SPN患者的CT扫描图像，见图1～2。

图1 左下肺SPN

图2 右上肺SPN

2.3 增强强化值与碘图CT值对比

分别以真实平扫与以虚拟平扫作为基线，增强强化值与碘图CT值的差异均具有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 SPN的增强强化值与碘图CT值比较（±s，HU）

表2 SPN的增强强化值与碘图CT值比较（±s，HU）

扫描方式 增强强化值 碘图CT值 t值 P值以真实平扫为基线 18.59±2.00 24.01±5.68 3.712 0.034以虚拟平扫为基线 20.27±5.68 23.09±9.08 6.959 0.021

2.4 SPN诊断的敏感性、特异性和准确性

以虚拟平扫为基线诊断SPN的特异性最高，为92.86%，利用碘图CT值诊断SPN的敏感性及准确性最高，分别为77.14%和71.43%，见表3。

表3 SPN诊断的敏感性、特异性与准确性

2.5 良恶性SPN组的能谱衰减曲线图斜率与碘基值比率的对比

良恶性SPN组的能谱衰竭曲线图斜率以及碘基值比率的差异均无统计学意义（P＞0.05），见表4。

表4 良恶性SPN的能谱衰减曲线图斜率与碘基值比率的对比（±s）

表4 良恶性SPN的能谱衰减曲线图斜率与碘基值比率的对比（±s）

组别 能谱衰减曲线图像斜率 碘基值比率恶性SPN组（n=35） 1.02±0.59 0.22±0.08良性SPN组（n=14） 0.72±0.34 0.27±0.11 t值 1.038 0.231 P值 0.452 0.662

2.6 辐射剂量对比

本组患者接受总辐射剂量大小为（10.50±2.17） mSv，单次常规平扫与双能CT增强扫描的平均辐射剂量大小分别为（5.70±1.28） mSv和（4.99±1.21） mSv，二者差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.7 CT值能量衰减曲线

CT值能量衰减曲线，见图3。在低keV时，良性结节和恶性结节的CT值差别较大，恶性结节的CT值明显高于良性结节；在108 keV时，CT值有交叉；在高keV时，CT值差别较小，良性结节略高于恶性结节。

图3 恶性结节与良性结节CT值能量衰减曲线示意图

3 讨论

3.1 双源CT双能技术工作原理

双源CT旋转机架中包含2个互相垂直的球管与探测器，这两个探测器以不同的管电压和管电流运行，可对组织器官的2套X线衰减数据进行准确地采集[7]。该技术不仅能够准确地获取常规CT的图像信息，而且还能够根据不同组织成分对X线光子能量衰减程度的差异，得出可以反映组织化学成分的组织特性图。本研究所使用的对比剂为碘海醇，碘元素具有较高的原子序数，在高低千伏时X线衰减变化显著，而空气及软组织变化则相对较小。因此，双能扫描可提取出增强扫描中与碘海醇对比剂相关的信息，然后将所得的信息经双能软件处理，则可以得到不含碘成分的虚拟平扫图像以及仅有碘成分的碘图。在二代双源CT系统中，增加了全新的选择性能谱滤过技术（Selectedphotonshield，SPS），将高能谱射线中的低能谱成分进行有效地去除，得到纯化的高能谱射线，在很大程度上改善了碘成分的鉴别能力。

3.2 虚拟平扫技术对SPN的临床诊断价值

在实际过程中，肺结节强化程度的测定对于判定SPN的良恶性具有十分重要临床价值。对于SPN增强强化阈值而言，之前有较多的文献资料进行报道。胡奕[2]将15 HU作为阈值，此阈值条件下的敏感性、特异性以及准确性分别为98%、58%及77%。张龙江等[8]认为，阈值为20 HU较为合适，其敏感性、特异性及准确性分别为90%～92%、72%～76%及89%～92%。国内有报道称，由于增强扫描的最终目的就是鉴别与诊断肺癌，因此应该适当提高增强值的阈值[9]。本研究根据此观点，将SPN增强强化值＞20 HU作为判定恶性病变的阈值，＜20 HU作为判定良性病变的阈值。以真实平扫为基线、以虚拟平扫为基线以及以碘图CT值诊断SPN的敏感性分别为60.00%、51.43%及77.14%，特异性分别为64.29%、92.86%及57.14%，准确性分别为61.22%、63.27%及71.43%，利用虚拟平扫为基线的增强强化值诊断SPN的特异性最高，利用碘图CT值诊断SPN的敏感性及准确性最高。因此，运用虚拟平扫技术得到的碘图能够帮助SPN良恶性的临床诊断，此结论与Sai M等的临床研究结果基本一致[10]。但是，本研究中的敏感性、特异性以及准确性稍小于Sai M等的研究结果，究其原因，笔者认为可能与患者自身构成存在一定的关系。本组患者中，有4例良性病变属于急性炎症，强化幅度水平比较高，碘图CT值较大。本研究结果还显示，单次常规平扫与双能CT增强扫描的平均辐射剂量差异无统计学意义。

3.3 单能量图像能谱衰减曲线在良恶性SPN鉴别诊断中的意义

双能技术的基本原理在于不同的物质对于不同能量的X线吸收系数特征不同。物质的CT值衰减曲线是指X线穿过某种物质的衰减情况，可以用不同单能量（keV）下组织的平均CT值来表示。物质的CT值衰减曲线是由组成物质的化学分子结构决定的，不同化学构成的组织具有不同的CT值衰减曲线，可以用CT值衰减曲线的差异来区分人体内不同的化学成分，通过能谱特征综合分析揭示病灶的特征。陈克敏等[11]报道能谱综合分析可提供肿瘤的浸润程度、病理类型、恶性程度以及淋巴结转移等有效信息。本组病例中，恶性结节多表现为明显下降型，少部分为平坦型。良性结节中结核结节表现为平坦型或非明显下降型；炎性结节多表现为明显下降型，也有个别表现为平坦型和上升型。总之，良恶性组存在一定的交差和重叠。良恶性组CT值衰减曲线斜率无统计学差异，但单能量越低，CT值差别越大，恶性组明显高于良性组，在40～60 keV时CT值差异有统计学意义，故单能量低keV图像值得进一步深化研究。

综上所述，新双源CT双能虚拟平扫技术对良恶性SPN的临床诊断具有较高的价值，尤其是由该技术得到的碘图更有助于良恶性SPN的临床诊断。

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