Quantitative analysis of energy spectrum CT in differential diagnosis of peripheral lung cancer and tuberculosis in unenhanced phase

， ，

(Department of Radiology， the First Affiliated Hospital of ChongqingMedical University， Chongqing 400016， China)

Quantitative analysis of energy spectrum CT in differential diagnosis of peripheral lung cancer and tuberculosis in unenhanced phase

LIANGYuanfeng，LIQi*，LUOTianyou

(DepartmentofRadiology，theFirstAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity，Chongqing400016，China)

Objective To investigate the value of quantitative analysis of spectrum CT in the differential diagnosis of lung cancer and tuberculosis in unenhanced phase. Methods Data of 51 patients with solitary pulmonary nodules or masses confirmed by pathology who underwent chest unenhanced spectrum CT were retrospectively analyzed. There were 36 cases of peripheral lung cancer (lung cancer group) and 15 cases of tuberculosis (tuberculosis group). The differences of 40～140 keV single energy CT value, shape and slope of energy spectrum attenuation curve, different base material of concentration values and effective atomic number (Eff-Z) between the two groups were compared. Results The single energy CT values of 40～70 keV in lung cancer group were higher than those in tuberculosis group (allP<0.05 ), while no significant difference of the single energy CT values of 80～140 keV were found in both two groups (allP>0.05). The shape of energy spectrum attenuation curve of lung cancer group was fast express reduction (36/36, 100%). The energy spectrum attenuation curve of tuberculosis group showed walked straightly (11/15, 73.33%) and back-up type (4/15, 26.67%). The slope of the energy spectrum attenuation curve in lung cancer group (K40～65 keV, K65～90 keV, K90～140 keV)were higher than those in tuberculosis group (allP<0.01). The calcium (water) concentration of lung cancer group was higher than that of tuberculosis group (P<0.01), while the lipid (water) concentration of lung cancer group was lower than that of tuberculosis group (P<0.01). The water (calcium) concentration in both groups was not statistically different (P=0.10). The Eff-Z of lung cancer group was higher than that of the tuberculosis group (P<0.01). Conclusion The peripheral lung cancer and the tuberculosis have different energy spectrum CT quantitative parameters in unenhanced phase, which can provide valuable informations for diagnosis.

Lung neoplasms; Tuberculosis; Gemstone spectral imaging; Tomography, X-ray computed

肺内单发结节或肿块是胸部常见疾病之一，临床常见的恶性病变为周围型肺癌，而发病率较高的良性病变为结核球。由于周围型肺癌与结核球的形态学特征多有重叠，常规CT鉴别困难，需增强扫描来提供更多的鉴别诊断信息[1-3]。但碘对比剂的应用，一方面增加了患者的经济负担和对比剂肾病的发病率；另一方面，部分患者因存在碘对比剂禁忌而不能接受CT增强检查。能谱CT成像能提供多参数定量分析，可客观反映病灶的细微病理变化。本研究回顾性分析周围型肺癌及结核球患者的影像资料，探讨能谱CT平扫定量分析在周围型肺癌和结核球鉴别诊断中的应用价值。

1 资料与方法

1.1一般资料 回顾性分析2015年1月—2016年4月于我院接受能谱CT扫描并经病理证实的51例肺内单发结节或肿块患者的资料，其中男36例，女15例，年龄14～80岁，中位年龄56岁。根据病理结果分为结核组(病理结果均为结核球，n=15)和肺癌组(病理结果均为周围型肺癌，n=36)，其中肺癌组包括腺癌30例、鳞癌5例、小细胞肺癌1例。2组均为单发病灶，结核组病灶最大径为1.9～4.6 cm，平均(3.2±0.9)cm；肺癌组病灶最大径为1.3～5.8 cm，平均 (2.9±1.0)cm。

1.2检查方法 采用GE Discovery 750HD CT扫描仪，对所有患者均以宝石能谱成像(gemstone spectral imaging， GSI)模式进行平扫。扫描前对患者进行常规呼吸训练，扫描方向为头先进，扫描范围自胸廓入口至肋膈角水平。扫描参数：管电压80 keV与140 keV瞬时切换，管电流采用自动毫安技术，层厚5.0 mm，层间距5.0 mm，螺距0.984∶1，准直宽度(64×0.625)mm；标准算法重建，重建层厚及层间距均为0.625 mm。

1.3图像分析 将重建图像传至AW 4.6工作站，采用GSI viewer能谱分析软件对平扫图像进行分析。选取病灶最大层面及上下邻近共3个层面放置相同大小圆形或类圆形ROI，避开血管、钙化、坏死及肺不张区域。当病灶密度均匀时，ROI的面积应大于病灶横截面积的1/2，当密度不均时选择该层面中实性成分最多的区域进行测量，取3个层面的平均值。

测量病灶平扫40～140 keV单能量CT值(间隔10 keV)；观察病灶平扫能谱衰减曲线类型，计算40～65 keV、65～90 keV、90～140 keV曲线斜率(K40～65 keV、K65～90 keV、K90～140 keV)，计算公式分别为：K40-65 keV=[CT值(40 keV)-CT值(65 keV)]/25，K65～90 keV=[CT值(65 keV)-CT值(90 keV)]/25，K90～140 keV=[CT值(90 keV)-CT值(140 keV)]/50；测量病灶平扫脂(水)浓度、钙(水)浓度及水(钙)浓度(mg/cm3)及有效原子序数(effective atomic number, Eff-Z)。

1.4统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件，计量资料以±s表示。2组不同keV的单能量CT值、能谱衰减曲线斜率、脂(水)浓度、钙(水)浓度、水(钙)浓度及Eff-Z的比较采用独立样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1单能量CT值的比较 肺癌组与结核组40～140 keV下的单能量CT值见表1，在40～70 keV能量段2组单能量CT值差异均有统计学意义(P均<0.05)，而在80～140 keV能量段2组单能量CT值差异均无统计学意义(P均>0.05)。

2.2能谱衰减曲线类型及各段斜率比较 肺癌组能谱曲线类型均呈快速下降型(36/36，100%；图1)。结核组能谱曲线类型为平直型(11/15，73.33%；图2)和弓背上抬型(4/15，26.67%；图3)。肺癌组平均能谱衰减拟合曲线呈快速下降型，低能量段(40～65 keV)下降明显；结核组平均能谱衰减拟合曲线较为平直，低能量段(40～65 keV)下降缓慢，见图4。肺癌组能谱衰减曲线斜率(K40～65 keV、K65～90 keV、K90～140 keV)均明显高于结核组，差异均有统计学意义(P均<0.01)，见表2。

图1 患者男，65岁，右肺上叶腺癌 A.70 keV单能量肺窗图像示右肺上叶结节影； B.病灶CT平扫能谱衰减曲线走势呈快速下降型 图2 患者男，46岁，右肺上叶结核球 A.70 keV单能量肺窗图像示右肺上叶结节影； B.病灶CT平扫能谱衰减曲线走势呈平直型 图3 患者男，58岁，右肺上叶结核球 A.70 keV单能量肺窗图像示右肺上叶肿块影； B.病灶CT平扫能谱衰减曲线走势呈弓背上抬型

2.3脂(水)浓度、钙(水)浓度和水(钙)浓度比较 肺癌组钙(水)浓度明显高于结核组，而脂(水)浓度明显低于结核组，差异均具有显著统计学意义(P均<0.01，表2)。2组间水(钙)浓度差异无统计学意义(P=0.10，表2)。

2.4 Eff-Z比较 肺癌组Eff-Z高于结核组，差异有统计学意义(P<0.01，表2)。

3 讨论

周围型肺癌是指发生于肺段以下支气管的肺癌，CT常表现为肺内结节或肿块，边缘不规则，常见分叶、毛刺及胸膜凹陷征。结核球系肺内干酪样坏死物被纤维组织或肉芽组织包裹所致，病灶常为圆形或椭圆形，边界清楚，周围常伴卫星病灶，好发于上叶尖后段及下肺背段。近年来，随着抗生素的使用、免疫抑制或缺陷人群的增多，结核球的影像学表现也愈加不典型，影像学表现与肺癌多有重叠之处，病灶亦可呈现分叶、毛刺等不规则外观，易造成误诊[2-3]。临床常需通过CT增强扫描进一步对两者进行鉴别。周围型肺癌多表现为均匀或不均匀中度强化，而多数结核球无强化或病灶周边呈环形/弧线形强化。但部分患者因存在碘对比剂禁忌证或具有对比剂肾病高危因素而不能接受增强CT检查[4]。

表1 肺癌组与结核组不同keV单能量CT值比较(HU，±s)

表1 肺癌组与结核组不同keV单能量CT值比较(HU，±s)

组别40keV50keV60keV70keV80keV90keV肺癌组(n=36)46．89±17．2335．50±12．9026．25±10．9722．16±10．7221．12±10．6719．50±10．45结核组(n=15)13．17±11．3014．04±9．3112．95±8．8514．13±8．4915．65±8．1715．24±8．19t值6．965．804．162．581．781．41P值<0．01<0．01<0．010．010．080．17组别100keV110keV120keV130keV140keV肺癌组(n=36)18．23±10．5217．33±10．6016．69±10．6716．21±10．7215．82±10．76结核组(n=15)15．33±8．2115．41±8．2415．45±8．2615．48±8．2915．52±8．30t值0．950．630．400．240．10P值0．350．530．690．810．92

表2 肺癌组与结核组能谱曲线斜率、基物质浓度及Eff-Z比较(±s)

表2 肺癌组与结核组能谱曲线斜率、基物质浓度及Eff-Z比较(±s)

组别K40～65keVK65～90keVK90～140keV钙(水)浓度脂(水)浓度水(钙)浓度Eff⁃Z肺癌组(n=36)0．96±0．490．14±0．110．07±0．045．01±2．81-223．42±136．621011．28±11．717．83±0．15结核组(n=15)0．01±0．26-0．09±0．07-0．01±0．02-0．94±1．6577．97±88．081016．92±8．517．50±0．09t值7．017．719．209．43-9．36-1．689．31P值<0．01<0．01<0．01<0．01<0．010．10<0．01

图4 肺癌组和结核组在不同keV下的平均能谱衰减拟合曲线

能谱CT作为一项新技术，不仅能够实现40～140 keV范围任一单能量成像，且可行能谱衰减曲线、物质分离和Eff-Z等多参数定量分析[5-6]，从而为肺内单发结节或肿块的鉴别诊断提供新途径。研究[7-8]表明，能谱CT成像技术有助于鉴别良恶性肺结节及肿块，但目前研究以动脉期能谱CT参数为主。本研究采用能谱CT平扫对周围型肺癌和结核球进行鉴别诊断，组织器官在平扫状态下的能谱特征参数可避免对比剂的干扰，能更好地反映组织特性及内部化学成分等信息[9]。

本研究结果显示，肺癌组在40～70 keV水平下单能量CT值均高于结核组，差异均有统计学意义(P均<0.05)。分析其原因，一方面与肺癌的组织结构较结核球更为致密有关；另一方面，通过单能量CT值能较准确地反映不同组织的密度差异，且X线能量越低，吸收系数越大，X线衰减越明显。

能谱衰减曲线可反映ROI在不同keV能量下的CT值变化规律，不同成分的病灶具有不同的能谱衰减曲线，能谱衰减曲线的差异可通过曲线斜率进行定量评估[10]。本研究发现，肺癌组与结核组具有不同的能谱曲线类型，前者呈快速下降型，后者呈平直型和弓背上抬型；肺癌组在40～65 keV、65～90 keV和90～140 keV区间的能谱曲线斜率均明显大于结核组，差异均有统计学意义(P均<0.05)。分析原因可能为周围型肺癌与结核球具有不同的病理组织学特征和化学组成，而能谱曲线可反映上述差异。

任何物质的X线吸收系数均可由任意2个基物质的X线吸收系数来确定。用以配对的基物质对不一定是组织真实含有的物质，可仅用来表示该物质的X衰减，但当基物质对恰好是组织中含有的2种主要成分时，基物质浓度可反映组织内该物质的相对含量[11]。本研究结果显示，肺癌组钙(水)浓度量高于结核组(P<0.01)，脂(水)浓度低于结核组(P<0.01)，而2组水(钙)含量差异无统计学意义(P=0.10)。肺癌内的钙化曾被广泛报道[12-14]，形成钙化的机制主要包括：①肺内原有钙化；②癌灶内固有瘢痕的钙化；③癌灶内坏死区营养不良性钙化；④肿瘤细胞的内分泌所致钙化。有研究[15]报道，结核球脂(水)含量较高的原因在于其内的干酪样坏死物中含有较多的脂质成分。本研究还发现肺癌组Eff-Z明显高于结核组，差异有统计学意义(P<0.01)，这可能与两者的密度及化学构成存在差异有关。

本研究的不足：①样本量较少；②未对周围型肺癌和结核球的常规CT征象、血供特点等进行分析比较。

总之，本研究表明周围型肺癌和结核球具有不同的能谱CT定量参数，能谱CT平扫即可为两者的鉴别诊断提供有价值的参考信息，值得临床推广。

[1] 凌平，郑静，严冰，等.102例不典型肺结核的临床及CT影像表现分析.临床放射学杂志，2014,33(7)：1004-1007.

[2] 常亮，张铸.肺部周围球形病灶误诊原因分析.中国胸心血管外科临床杂志，2012，19(3):331-333.

[3] 徐树明，程林仙，杨宣琴，等.33例不典型肺结核球的CT所见分析.中国防痨杂志,2013，35(11)：930-933.

[4] 周曙光，刘友新.碘对比剂在放射科的使用.实用医技杂志,2012,19(11):1172-1173.

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

[6] McCollough CH, Leng S, Yu L, et al. Dual-and multi-energy CT: Principles, technical approaches, and clinical applications. Radiology, 2015,276(3):637-653.

[7] 林吉征,张亮,邹婧，等.CT能谱成像诊断孤立性肺结节.中国医学影像技术，2014，30(2)：224-228.

[8] 匡敏，邬颖华，郑黎，等.能谱CT定性诊断孤立性肺结节或肿块中的临床研究.实用医学影像学杂志，2015,16(4)：302-305.

[9] 李琦,罗天友,黄兴涛,等.能谱CT定量参数评估非小细胞肺癌病理分化程度.中国医学影像技术,2016,32(11):1678-1682.

[10] Kang MJ, Park CM, Lee CH, et al.Dual-energy CT: Clinical applications in various pulmonary diseases. Radiographics, 2010,30(3):685-698.

[11] 陈靖，董越，葛莹，等.探讨能谱CT宝石能谱成像技术用于骨密度测量的可行性.中国医学影像技术，2013,29(1):133-137.

[12] 李功杰,张会理,张庆福,等.周围型肺癌钙化的CT表现分析.军事医学,2000,24(4):278-281.

[13] Johnson TR, Krauss B, Sedlmair M, et al. Material differentiation by dual-energy CT initial experience. Eur Radiol, 2007,17(6):1510-1517.

[14] 胡宁,苏宁,滕翀,等.肺癌灶内钙化CT分析.辽宁医学杂志，2003,17(6):318-319.

[15] 黄志英,吴爱娣.肺结核病干酪灶及空洞的组织化学观察.中国防痨杂志,1963,4(4):195-199.

《中国医学影像技术》增刊征稿启事

《中国医学影像技术》杂志于1985年创刊，是由中国科学院主管，中国科学院声学研究所主办的国家级学术期刊。本刊是中国科技核心期刊、《中文核心期刊要目总览》收录期刊、中国科学引文数据库核心期刊，刊号ISSN 1003-3289，CN 11-1881/R。2017年度《中国医学影像技术》增刊拟定于2017年12月出版，现将有关事项通知如下：

1 增刊稿件内容 放射、超声、核医学、内镜、介入治疗、医学物理与工程学等方面的论文。

2 投稿截止时间 2017年11月30日。

3 出刊时间 2017年12月20日。

4 增刊规格 同正刊，大16开本。

5 征稿要求 ①有一定的学术价值，论点鲜明，论述严谨；②格式按杂志要求制作，必须包含中英文标题，作者署名，作者单位、科室、地址、邮编，作者简介(出生年份、性别、民族、籍贯、学历、职称、研究方向)，中英文摘要，关键词，正文，参考文献；③文字通顺，表达清楚，各种符号使用符合规范；④论著一般不超过5000字为宜；⑤经本刊退稿的文章投增刊时请注明原稿号；⑥直接发电子邮件至本刊投稿邮箱(cjmit@mail.ioa.ac.cn)，邮件题目“增刊投稿+第一作者姓名+文章名(原稿号)”。

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《中国医学影像技术》期刊社

2017年7月20日

国家临床重点专科建设项目(国卫办医涵[2013]544号)。

梁远凤(1987—)，女，重庆人，在读硕士。研究方向：胸部影像学。E-mail: 515143673@qq.com

李琦，重庆医科大学附属第一医院放射科，400016。E-mail: 80209749@qq.com

2017-01-11

2017-05-05

能谱CT平扫定量分析鉴别诊断周围型肺癌与结核球

梁远凤，李 琦*，罗天友

(重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016)

目的 探讨能谱CT平扫定量分析鉴别诊断周围型肺癌和结核球的价值。方法 回顾性分析于我院接受能谱CT扫描并经病理证实为单发肺结节或肿块的51例患者的资料，其中结核球15例(结核组)，周围型肺癌36例(肺癌组)。分析并比较2组能谱CT平扫定量参数，包括40～140 keV单能量CT值、能谱衰减曲线类型及斜率、基物质对浓度和有效原子序数(Eff-Z)。结果 肺癌组40～70 keV单能量CT值均高于结核组(P均<0.05)，而2组间80～140 keV单能量CT值差异均无统计学意义(P均>0.05)。肺癌组平扫能谱衰减曲线类型均呈快速下降型(36/36，100%)，结核组能谱衰减曲线呈平直型(11/15，73.33%)和弓背上抬型(4/15，26.67%)；肺癌组40～65 keV、65～90 keV、90～140 keV平扫能谱衰减曲线斜率(K40～65 keV、K65～90 keV、K90～140 keV)均高于结核组(P均<0.01)。肺癌组钙(水)浓度高于结核组(P<0.01)，而脂(水)浓度低于结核组(P<0.01)；2组水(钙)浓度差异无统计学意义(P=0.10)。肺癌组Eff-Z明显高于结核组(P<0.01)。结论 周围型肺癌与结核球具有不同的能谱CT定量参数指标，能谱CT平扫即可为两者的鉴别诊断提供有价值的参考信息。

肺肿瘤；结核；宝石能谱成像；体层摄影术，X线计算机

R734.2； R814.42

A

1003-3289(2017)08-1206-05

10.13929/j.1003-3289.201701063