余蕊; 侯金鹏; 倪晓琼; 亚洋; 范国华

doi:10.3760/cma.j.cn112137-20210423-00972

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• 临床研究 •

能谱CT在肺纯磨玻璃结节鉴别诊断中的应用价值

中华医学杂志, 2021,101(45) : 3742-3747. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20210423-00972

摘要

目的

探讨能谱CT定量参数在肺纯磨玻璃结节病变中的鉴别诊断价值。

方法

回顾性分析2017年8月至2019年9月苏州大学附属第二医院影像科行胸部能谱CT扫描且有病理结果的44例纯磨玻璃结节患者的临床资料，其中男18例，女26例，年龄26~79（51±12）岁。分为炎性病变组（12例）、浸润前病变组（17例）、浸润性腺癌组（15例）；为判断水基值鉴别腺癌浸润程度的效能，进一步将以上三组合并为两组，即非浸润性腺癌组（炎性病变+浸润前病变）和浸润性腺癌组。分别测量病灶动脉期、静脉期的碘基值、标准化碘基值及水基值；计算病灶动脉期、静脉期能谱曲线斜率（K_40~70KeV）。运用单因素方差分析进行三组间比较及多重比较法进行两两比较。采用组内相关系数（ICC）检验评估三次测量数据的一致性。应用受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUC）评估水基值诊断效能。

结果

炎性病变组、浸润前病变组、浸润性腺癌组三组动脉期及静脉期的水基值差异均具有统计学意义［动脉期：（291.95±58.66）mg/cm³、（297.61±63.96）mg/cm³、（374.52±60.62）mg/cm³；静脉期：（277.07±33.78）mg/cm³、（291.74±50.49）mg/cm³、（373.33±75.12）mg/cm³］（均P<0.05）。进一步两两比较：动脉期、静脉期水基值在炎性病变组与浸润前病变组之间差异均无统计学意义（均P>0.05）；浸润性腺癌组与炎性病变组、浸润前病变组间差异均有统计学意义（均P<0.05）。在鉴别浸润性腺癌和非浸润性腺癌组（炎性病变+浸润前病变）的纯磨玻璃结节上，静脉期水基值AUC最大（0.770），以349.31 mg/cm³为最佳阈值时，灵敏度和特异度分别为66.67%、93.10%。动脉期、静脉期的能谱曲线斜率、碘相关参数（碘基值、标准化碘基值）在三组间差异均无统计学意义（均P>0.05）。

结论

能谱CT定量参数水基值在纯磨玻璃结节定性诊断中能较好鉴别炎性病变、浸润前病变和浸润性腺癌，有助于肺纯磨玻璃结节的定性分析。

引用本文: 余蕊, 侯金鹏, 倪晓琼, 等. 能谱CT在肺纯磨玻璃结节鉴别诊断中的应用价值 [J] . 中华医学杂志, 2021, 101(45) : 3742-3747. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20210423-00972.

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近年来，随着胸部CT筛查的广泛应用以及人们健康意识的提高，肺磨玻璃结节（GGN）的检出率较前显著提高。目前，临床上一般根据实性成分判断混杂磨玻璃结节样肺腺癌浸润程度^［1］，但是对于纯磨玻璃结节（pGGN）的良恶性及肺腺癌浸润程度的鉴别仍然有一定困难。传统CT根据形态学进行诊断，不能量化评估，难以鉴别其病理类型。能谱CT作为一种新技术，可以对物质进行定量分析。本文旨在探讨能谱CT定量参数在肺pGGN病变中的鉴别诊断价值。

对象与方法

一、研究对象

本研究为诊断性试验，回顾性收集2017年8月至2019年9月在苏州大学附属第二医院就诊且经病理证实的肺pGGN患者资料。纳入标准：（1）对碘对比剂无禁忌证，且能配合检查；（2）CT图像无呼吸运动伪影；（3）所有患者均经手术治疗且有完整病理资料。排除标准：（1）患者有肿瘤病史或合并其他肿瘤；（2）CT检查前进行活检或接受过临床治疗。最终纳入患者44例，男18例，女26例，年龄26~79（51±12）岁。分组：炎性病变组12例（均为慢性炎症）；浸润前病变组17例，其中非典型腺瘤样增生（AAH）6例，原位腺癌（AIS）11例；浸润性腺癌组15例，其中微浸润腺癌（MIA）10例，浸润性腺癌（IAC）5例。由于用来判断水基值（WC）诊断效能高低的受试者工作特征（ROC）曲线是用于二分类变量，故将以上三组合并为两组，即非浸润性腺癌组（炎性病变+浸润前病变）和浸润性腺癌组，以判断WC鉴别腺癌浸润程度的效能。本研究已通过苏州大学附属第二医院伦理委员会审核（JD-HG-2021-09）。

二、CT检查方法

采用宝石能谱（GSI）CT（美国GE公司）能谱成像模式行胸部双期增强扫描。GSI扫描条件及参数：管电压为高低能量（80 kVp和140 kVp）快速（0.5 ms）切换，自动毫安，螺距为1.375∶1，机架旋转时间0.6 s/圈，层厚5.0 mm，层间距5.0 mm，矩阵512×512。增强扫描使用双筒高压注射器，经肘正中静脉注入非离子型对比剂碘海醇（中国扬子江药业公司），注射剂量为1.6 ml/kg体重（碘浓度为300 mg I/ml）；根据注射剂量调整注射速率，保证注射时间≤30 s。选取主支气管分叉水平的同层胸主动脉监测CT值（Smart Prep技术），触发阈值为150 HU，到达阈值后延迟5.7 s开始扫描，获取动脉期图像，静脉期于动脉期扫描后30 s完成。

三、图像及数据后处理

将图像后重建为层厚、层间距为0.625 mm、GSI ASiR 50%迭代重建的单能量图像，应用GSI Viewer软件分析。选取病灶最大层面勾画感兴趣区（ROI），ROI面积不小于病灶横断面最大面积的2/3。勾画ROI时确保动脉期、静脉期的面积、形态、位置一致。增强图像勾画病灶ROI的同时测量同层胸主动脉或锁骨下动脉的碘基值（IC）。所有病灶由同一位医师在未知病理结果的情况下勾画3次，每次勾画间隔1个月，若一致性好，则取3次平均值作为分析数据。病灶数据分析包括：（1）测量动脉期、静脉期的IC（mg/cm³）、WC（mg/cm³）；（2）计算动脉期、静脉期能谱曲线斜率（K），K_40~70KeV=［CT值（40 KeV）-CT值（70 KeV）］/30 KeV；（3）计算病灶动脉期、静脉期标准化碘基值（NIC），NIC=ICles/ICaorta（ICles为病灶ROI内碘含量，ICaorta为主动脉碘含量）。

四、统计学分析

采用SPSS 22.0软件对数据进行分析，应用Graphpad Prism 7.0及MedCalc15.0软件绘图。炎性病变组、浸润前病变组及IAC组的年龄、动脉期及静脉期的能谱曲线、IC、NIC、WC数据符合正态分布，以 $\bar{x} \pm s$ 表示；以上计量资料比较均采用单因素方差（one-way ANOVA）分析，并应用多重比较法进行任意两组间两两比较。性别资料用频数表示，应用χ²检验分析。采用组内相关系数（ICC）检验评估三次测量的数据，ICC>0.75为一致性好。采用ROC曲线下面积（AUC）评价WC诊断效能。双侧检验，检验水准α=0.05。

结果

一、炎性病变组、浸润前病变组及IAC组患者临床资料比较

三组性别及年龄差异无统计学意义（均P>0.05）（表1）。

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表1

44例不同病理类型纯磨玻璃结节患者临床基本资料比较

表1

44例不同病理类型纯磨玻璃结节患者临床基本资料比较

变量	炎性病变组（n=12）	浸润前病变组（n=17）	浸润性腺癌组（n=15）	χ²/F值	P值
性别（例，男/女）	5/7	7/10	6/9	0.008^a	0.996
年龄（岁， $\bar{x} \pm s$ ）	49.83±12.39	52.82±13.46	49.87±11.66	0.291^b	0.749

注：^aχ²值；^bF值

二、能谱参数测量的组内一致性检验

同一观察者三次测量结果一致性检验表明动脉期及静脉期能谱参数（能谱曲线斜率、IC、NIC、WC）一致性较好，ICC值均>0.75（ICC值分别为0.885、0.910、0.792、0.940；0.876、0.996、0.888、0.906）（表2）。

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表2

44例不同病理类型纯磨玻璃结节患者动脉期及静脉期能谱参数的一致性检验

表2

44例不同病理类型纯磨玻璃结节患者动脉期及静脉期能谱参数的一致性检验

能谱参数	ICC（95%CI）	F值	P值
动脉期
Ka	0.885（0.810~0.933）	8.696	<0.001
ICa（mg/cm³）	0.919（0.866~0.953）	12.308	<0.001
NICa	0.792（0.657~.0880）	4.815	<0.001
Wa（mg/cm³）	0.940（0.902~0.965）	16.764	<0.001
静脉期
Kp	0.876（0.795~0.928）	8.061	<0.001
ICp（mg/cm³）	0.996（0.944~0.980）	29.517	<0.001
NICp	0.888（0.815~0.935）	8.902	<0.001
Wp（mg/cm³）	0.906（0.845~0.945）	10.624	<0.001

注：Ka、Kp为动脉期、静脉期能谱曲线40~70 KeV斜率；Wa、Wp为动脉期、静脉期水基值；ICa、ICp为动脉期、静脉期碘基值；NICa、NICp为动脉期、静脉期标准化碘基值；ICC为组内相关系数

三、三组能谱CT相关参数数据及比较

对三组不同病理类型pGGN能谱CT总体比较结果及组内两两比较，结果示动脉期及静脉期WC三组间差异均具有统计学意义［动脉期WC：（291.95±58.66）mg/cm³、（297.61±63.96）mg/cm³、（374.52±60.62）mg/cm³；静脉期WC：（277.07±33.78）mg/cm³、（291.74±50.49）mg/cm³、（373.33±75.12）mg/cm³］（均P<0.001）。进一步两两比较结果显示IAC组与炎性病变组、浸润前病变组间WC差异均有统计学意义（均P<0.001）；炎性病变组、浸润前病变组WC差异无统计学意义（P=0.504）（表3、图1, 2, 3）。

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表3

44例不同病理类型肺纯磨玻璃结节患者的CT能谱参数总体比较 $(\bar{x} \pm s)$

表3

44例不同病理类型肺纯磨玻璃结节患者的CT能谱参数总体比较 $(\bar{x} \pm s)$

能谱参数	炎性病变组（n=12）	浸润前病变组（n=17）	浸润性腺癌组（n=15）	F值	P值
动脉期
Ka	5.76±1.56	5.84±1.82	5.45±1.23	0.264	0.796
ICa（mg/cm³）	3.21±0.84	2.96±0.92	3.16±1.12	0.302	0.741
NICa	0.28±0.07	0.25±0.08	0.26±0.07	0.704	0.501
Wa（mg/cm³）	291.95±58.66	297.61±63.96	374.52±60.62	8.257	0.001
静脉期
Kp	5.41±1.14	4.88±1.42	5.13±1.33	0.573	0.568
ICp（mg/cm³）	2.79±0.04	2.69±0.75	2.73±7.37	0.117	0.890
NICp	0.51±0.15	0.44±0.11	0.49±0.14	1.456	0.245
Wp（mg/cm³）	277.07±33.78	291.74±50.49	373.33±75.12	11.851	<0.001

注：Ka、Kp分别为动脉期、静脉期能谱曲线40~70 KeV斜率；Wa、Wp分别为动脉期、静脉期水基值；ICa、ICp分别为动脉期、静脉期碘基值；NICa、NICp分别为动脉期、静脉期标准化碘基值

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图1

肺炎患者胸部能谱CT图像及病理图　1A：平扫70 KeV单能量肺窗示右肺上叶纯磨玻璃结节；1B：静脉期水基图，水基值269.29 mg/cm³；1C：静脉期40~70 KeV能谱曲线斜率为6.15；1D：病理示慢性炎症伴纤维组织增生（HE染色，×100）

图2

肺原位腺癌患者胸部能谱CT图像及病理图　2A：平扫70 KeV单能量肺窗示右肺下叶纯磨玻璃结节；2B：静脉期水基图，水基值293.41 mg/cm³；2C：静脉期40~70 KeV能谱曲斜率为4.97；2D：病理示原位腺癌（HE染色，×100）

图3

微浸润肺腺癌患者胸部能谱CT图像及病理图　3A：平扫70 KeV单能量肺窗示左肺上叶纯磨玻璃结节；3B：静脉期水基图，水基值388.09 mg/cm³；3C：静脉期40~70KeV能谱曲线斜率为4.73；3D：病理示微浸润腺癌（HE染色，×100）

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图1

图2

图3

四、水基值对鉴别浸润性腺癌组与炎性病变组/浸润前病变组的诊断效能

动脉期WC鉴别IAC组与非浸润性腺癌组的AUC为0.754，灵敏度为66.67%，特异度为89.66%；静脉期WC AUC最大，为0.770；当以WC阈值为349.31时，鉴别两者的灵敏度为66.67%，特异度为93.10%（图4）。

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图4

肺纯磨玻璃结节的水基值诊断浸润性腺癌与非浸润性腺癌的受试者工作特征（ROC）曲线

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图4

肺纯磨玻璃结节的水基值诊断浸润性腺癌与非浸润性腺癌的受试者工作特征（ROC）曲线

讨论

GGN病理学上可见于炎症、局灶性纤维化、肺腺癌等^［2］。研究表明，GGN恶性程度较实性结节高，以肺腺癌为多^［3］。GGN不同病理类型与治疗方法、手术方式的选择及预后密切相关^［4］，因此术前鉴别其病理分型尤为重要。随着能谱CT的问世，改变了传统CT以形态学观察为主的主观诊断模式，能谱CT成像可获得能谱曲线、物质对等多种定量参数^［5］，为影像科医生提供定量分析、准确诊断的有效工具。

能谱CT通过不同物质对X射线吸收和衰减的差异实现物质分离，从而得到各种基物质对图像（如碘-水、水-钙等）^［6］。研究表明，碘-水物质对是最稳定的物质对^［7］。因此，本研究采用碘-水物质对进行分析。本研究中炎性病变组、浸润前病变组（AAH+AIS）、浸润性腺癌组（MIA+IAC）动脉期及静脉期WC逐渐增高，且差异均有统计学意义（均P<0.001）。推测其原因为GGN从炎症到浸润性腺癌随着恶性程度的增加，结节内细胞密度增高、肿瘤成分增加、间隔增厚，WC逐渐增高。本研究中纳入的炎性病变均为慢性炎症，由于慢性炎症主要为慢性炎细胞、成纤维细胞组成，部分同时伴有肉芽组织增生及纤维胶原组织增生，渗出较少，因此三组中WC最低。浸润前病变病理上均是局限性生长，恶性程度低，没有血管、间质及胸膜的浸润，细胞生长缓慢，没有肿瘤细胞的坏死，因此WC与炎性病变差异无统计学意义。而MIA和IAC恶性程度较浸润前病变高，细胞增殖快，细胞新陈代谢快，代谢产物也明显增加，细胞间液随之增加，因此能谱CT测量其WC显著高于炎性病变和浸润前病变。

本研究还比较了不同病理类型pGGN的动脉期、静脉期碘相关参数（IC、NIC）及能谱曲线斜率。Sun等^［8］及Aoki等^［9］的研究结果表明，能谱CT IC能间接反映病灶的血液灌注量。能谱曲线斜率差异能反映不同病理类型间组织IC的差异^［10］。研究表明良性GGN的IC与恶性结节差异有统计学意义^［11］。基于先前的研究，笔者认为可以通过能谱曲线斜率及IC来评估pGGN的血供。但是，本研究结果显示，IC及能谱曲线斜率在三组间之间差异均无统计学意义。分析其原因：一方面，本组病例中炎性病变均为慢性炎症，研究表明，肺部慢性炎症血供非常丰富，因为支气管动脉和肺动脉均参与供血^［12］；慢性炎症发生时，在炎症因子刺激和肉芽组织的作用下生成具有完整血管结构的新生血管，在炎症因子的长期刺激下，血管扩张，血流量增加，对比剂更易快速进入病灶；pGGN样肺腺癌的病灶血供也非常丰富，因为恶性肿瘤的生长需要足够的血液供应，不断刺激供血动脉增加血流量；另一方面，本研究纳入的结节均为pGGN，文献中大多是包含mGGN，而GGN中的实性成分可能影响整个病变血供模式及碘的分布。至于浸润前病变与IAC之间的血供差异性，此前有研究表明，GGN样的AIS、MIA、IAC间的IC差异无统计学意义^{［13, 14］}。本研究结果与上述报道类似，分析其原因，可能与肿瘤早期发展过程中具有相似的血管分布有关，需要进一步对微血管密度进行研究。

本研究存在一定的局限性：收集的病例数量相对较少，有待于扩大样本量进行多中心研究；未开展IAC亚型能谱CT的研究。

综上所述，能谱CT定量参数有助于GGN的定性分析，其中WC在pGGN定性诊断中具有较好的临床应用价值；能谱曲线斜率及碘相关参数在鉴别pGGN的病理类型方面存在一定的局限性。

利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

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贡献者信息

余蕊

苏州大学附属第二医院影像科，苏州　215004

侯金鹏

苏州大学附属第二医院影像科，苏州　215004

倪晓琼

苏州大学附属第二医院影像科，苏州　215004

亚洋

苏州大学附属第二医院影像科，苏州　215004

范国华

苏州大学附属第二医院影像科，苏州　215004

通信作者

范国华

苏州大学附属第二医院影像科，苏州　215004

Email：

关键词

结节病，肺; 磨玻璃结节; 能谱CT; 病理; 鉴别诊断;

作者声明

引用本文：

余蕊, 侯金鹏, 倪晓琼, 等. 能谱CT在肺纯磨玻璃结节鉴别诊断中的应用价值[J]. 中华医学杂志, 2021, 101(45): 3742-3747. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20210423-00972.

利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

历史

出版日期：2021-12-07

收稿日期：2021-04-23

本文编辑

李君

Clinical Research

Differential diagnosis of pure ground glass nodules in lung with spectral CT imaging

Yu Rui, Hou Jinpeng, Ni Xiaoqiong, Ya Yang, Fan Guohua

Published 2021-12-07

Cite as Natl Med J China, 2021, 101(45): 3742-3747. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20210423-00972

Abstract

Objective

To evaluate the differential diagnostic performance of quantitative parameters derived from the spectral CT imagingin pure ground-glass nodules.

Methods

A total of 44 patients with pure ground glass nodules underwent chest energy spectrum CT and with known subsequently pathological findings in the Imaging Department of the Second Affiliated Hospital of Soochow University from August 2017 to September 2019 were retrospectively analyzed. Among them, there are 18 males and 26 females, aged from 26 to 79 (51±12) years. They were divided into as the inflammatory group (n=12), pre-invasive adenocarcinoma group (n=17) and invasive adenocarcinoma group (n=15). The aforementioned three groups were further reclassified as non-invasive adenocarcinoma group (inflammatory lesion+pre-invasive lesion) and invasive adenocarcinoma group in order to evaluating the values of water concentration (WC) for the determination of adenocarcinoma infiltration status. The values of WC derived from the arterial and venous phase of the lesion, iodine concentration (IC), standardized iodine concentration (NIC) were measured respectively.The slope of the energy spectral curve (K_40-70KeV) derived from the arterial and venous phase of the lesion was also calculated. One-way ANOVA analysis was performed to compare the differences of the three groups and the multiple comparison method was used for further comparing. Intraclass correlation efficient (ICC) was used to assess the consistency of the three times of measurements. The area under curve(AUC) of Receiver Operating Characteristic (ROC) was conducted to evaluate the diagnostic performance of water based values.

Results

The values of WC in the arterial and venous phases were significantly different. As in the inflammatory group, the pre-invasive lesion group and the invasive adenocarcinoma group, the values of WC was (291.95±58.66) mg/cm³, (297.61±63.96) mg/cm³and (374.52±60.62) mg/cm³ of the arterial phase, and (277.07±33.78) mg/cm³, (291.74±50.49) mg/cm³ and (373.33±75.12) mg/cm³ of the venous phase, respectively(all P<0.05). Further comparison demonstrated that no significant difference was observed for the values of WC derived from the arterial phases and venous phases between the inflammatory lesion group and the pre-invasive lesion group (allP>0.05).There were an significant differences between the invasive adenocarcinoma group, the inflammatory lesion group and the pre-invasive lesion group (allP<0.05). The values of WC derived from the venous phase achieved the largest AUC (0.770) for differentiating invasive adenocarcinoma from non-invasive adenocarcinoma (inflammatory lesions+pre-invasive lesions) in the pure ground glass nodules. The sensitivity and specificity were 66.67% and 93.10%, respectively, when using 349.31 mg/cm³ as the optimal threshold. The slope of the spectral curve and iodine-related parameters (IC, NIC) derived from arterial or venous phases among the three groups were not significantly different (allP>0.05).

Conclusion

The values of WC derived from the spectral CT can better distinguish inflammatory, pre-invasive lesions and invasive adenocarcinoma, which is helpful for the qualitative analysis for pure ground glass nodules.

Key words:

Sarcoidosis, pulmonary; Ground glass nodules; Spectral CT; Pathology; Differential diagnosis

Contributor Information

Yu Rui