直方圖像素分析法在乏脂肪肺錯構(gòu)瘤鑒別診斷中的應(yīng)用

劉鵬，武志峰，鄂林寧，吳山

（1．山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)系，山西太原030001；2．山西醫(yī)學(xué)科學(xué)院山西大醫(yī)院CT室，山西太原030032）

?胸部影像學(xué)?

直方圖像素分析法在乏脂肪肺錯構(gòu)瘤鑒別診斷中的應(yīng)用

劉鵬1，武志峰2，鄂林寧2，吳山2

（1．山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)系，山西太原030001；2．山西醫(yī)學(xué)科學(xué)院山西大醫(yī)院CT室，山西太原030032）

目的：評價直方圖像素分析法對乏脂肪肺錯構(gòu)瘤CT負(fù)值成分及脂肪成分顯示能力及對肺內(nèi)孤立性結(jié)節(jié)鑒別能力。材料與方法：回顧性分析經(jīng)手術(shù)及穿刺病理證實的90例肺內(nèi)孤立性結(jié)節(jié)病灶，其中肺錯構(gòu)瘤28例、肺癌36例、肺結(jié)核球26例，HRCT病灶均無明顯脂肪及鈣化成分顯示，采用直方圖像素分析法對病變感興趣區(qū)內(nèi)全部像素進(jìn)行分析并繪制直方圖，統(tǒng)計負(fù)值像素百分比并比較各組間差異，利用受試者工作特征（ROC）曲線選擇最適于鑒別肺孤立性結(jié)節(jié)病灶的負(fù)值像素百分比最佳臨界值。結(jié)果：肺錯構(gòu)瘤組平均CT值、最低CT值低于肺癌組及肺結(jié)核球組（P＜0．05）、負(fù)值像素百分比及各像素區(qū)間百分比明顯高于其余兩組（P＜0．05）。ROC曲線結(jié)果顯示以負(fù)值像素百分比為15．7％作為診斷肺錯構(gòu)瘤最佳臨界值可以獲得較高的靈敏度及特異度。結(jié)論：對HRCT無明顯脂肪及鈣化成分顯示的肺錯構(gòu)瘤的診斷中，直方圖像素分析法明顯提高了CT負(fù)值成分及脂肪成分檢出率，顯著提高肺錯構(gòu)瘤診斷鑒別能力。

肺腫瘤；錯構(gòu)瘤；硬幣病變，肺；診斷，鑒別；體層攝影術(shù)，螺旋計算機

孤立性肺結(jié)節(jié)（SPN）是指直徑在2～30 mm之間的全肺唯一的類圓形孤立病灶[1]。多年來，盡管經(jīng)過廣大醫(yī)務(wù)工作者及專家學(xué)者不懈研究，我們對SPN的認(rèn)識有了很大的進(jìn)步，但因為SPN病灶之間影像表現(xiàn)多有重疊，所以臨床診斷中誤診率仍較高。肺錯構(gòu)瘤的發(fā)病率僅次于肺癌及肉芽腫性病變，占所有肺良性腫瘤的75％[2-3]，而缺乏典型影像表現(xiàn)的肺錯構(gòu)瘤據(jù)國內(nèi)學(xué)者報道[4]術(shù)前誤診率可高達(dá)60．9％。脂肪成分顯示是目前公認(rèn)的肺錯構(gòu)瘤特征性表現(xiàn)，但仍有相當(dāng)數(shù)量的肺錯構(gòu)瘤HRCT不能明確顯示其內(nèi)脂肪密度，本研究采用基于像素的直方圖分析法對乏脂肪肺錯構(gòu)瘤進(jìn)行分析，并與以周圍型肺癌、肺結(jié)核球為代表的常見肺孤立性病灶進(jìn)行鑒別。

1 材料與方法

1．1 一般資料

收集2012年5月—2015年10月期間在我院就診的90例SPN病灶。入選標(biāo)準(zhǔn)：病例臨床及影像資料完整，病變HRCT均未見明確脂肪、鈣化及空洞影，直徑小于2．5 cm，余雙肺及淋巴結(jié)均無明顯異常征象。

1．2 掃描方案

采用GE Optima 660 64排128層螺旋CT、Siemens SOMATOM Definition Flash雙源CT進(jìn)行胸部常規(guī)掃描，掃描范圍由肺尖至雙側(cè)腎上腺水平，層厚5 mm，層距5 mm，電壓120 kV，電流采用自動電流控制，有效電流100～240 mA，螺距0．969:1，采用標(biāo)準(zhǔn)高分辨率骨算法以1 mm層厚進(jìn)行圖像重建。

1．3 圖像重建與后處理

將圖像傳至工作站（Advantage Workstation 4．6；GE Healthcare），縱隔窗窗寬350 HU，窗位50 HU。采用ADW 4．6工作站中Reformat選項卡，由2名高年資主任級放射科醫(yī)生分別盲法獨立處理及測量各項參數(shù)指標(biāo)。

選擇病變軸位最大層面，手工測量病變最大直徑。

設(shè)定感興趣區(qū)（ROI）：選擇軸位連續(xù)圖像中結(jié)節(jié)最大層面進(jìn)行測量，設(shè)定ROI時盡可能擴大面積包含全部病灶，但為了避免腫塊最外緣的部分容積效應(yīng)以及鈣化區(qū)，我們選擇的ROI邊界距病變邊緣2～3 mm。選擇直方圖顯示模式（Histogram）測量ROI內(nèi)全部像素值，系統(tǒng)自動繪制CT值分布曲線，X軸代表ROI內(nèi)CT值坐標(biāo)，Y軸代表各CT值出現(xiàn)的頻率，軟件自動獲得ROI內(nèi)平均CT值、最低CT值等參數(shù)。人工測量負(fù)值像素（CT值＜0 HU）所占百分比（其中包括-1 024～0 HU、-1 024～-10 HU、-1 024～-20 HU、-1 024～-30 HU四個區(qū)間）[5]。

1．4 統(tǒng)計學(xué)方法

將數(shù)據(jù)錄入SPSS 20．0統(tǒng)計學(xué)軟件，將所有病例分為肺錯構(gòu)瘤、肺癌、結(jié)核球3組并采用方差分析比較各組數(shù)據(jù)指標(biāo)的差異，以P＜0．05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。采用受試者工作特征（ROC）曲線選擇肺SPN鑒別診斷敏感度及特異度的最佳臨界值。所有數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差形式表示。

2 結(jié)果

所選病例中男54例、女36例。年齡34～78歲，中位年齡54歲。62例經(jīng)手術(shù)病理證實、28例經(jīng)診斷性穿刺獲得病理結(jié)果，其中肺錯構(gòu)瘤28例（病理證實均含脂肪成分）、周圍型肺癌36例（腺癌30例、鱗癌6例）、肺結(jié)核球26例。

肺錯構(gòu)瘤、肺癌、肺結(jié)核球3組直方圖分析：3組病例平均CT值、最低CT值及病變直徑研究結(jié)果見表1、圖1～3，根據(jù)方差分析結(jié)果，肺錯構(gòu)瘤組平均CT值低于肺癌組（P=0．003），而肺結(jié)核球組與其余兩組平均CT值無明顯統(tǒng)計學(xué)差異；肺錯構(gòu)瘤組最低CT值明顯低于其余兩組（P=0．000、P=0．000），而肺結(jié)核球組與肺癌組之間最低CT值無明顯統(tǒng)計學(xué)差異；3組病例病變直徑彼此之間無明顯統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0．05）。

表1 肺錯構(gòu)瘤、肺癌、肺結(jié)核球基本資料比較

表2 肺錯構(gòu)瘤、肺癌、肺結(jié)核球負(fù)值像素百分比比較

圖1a 右肺上葉肺錯構(gòu)瘤。圖1b 直方圖分析示病變平均CT值及最低CT值分別為27 HU、-29 HU，負(fù)值像素百分比為10．3％。圖1c 病理切片可見脂肪組織。Figure 1a.Right upper lobe pulmonary hamartoma．Figure 1b.The histogram analysis shows that the mean CT value and the lowest CT value of the lesion are 27 HU,-29 HU，negative pixel percentage is 10．3％．Figure 1c.Adipose tissue in pathological section．

3組病例負(fù)值像素百分比（包括-1 024～0 HU、-1 024～-10 HU、-1 024～-20 HU、-1 024～-30 HU四個獨立區(qū)間）研究結(jié)果見表2、圖1～3，根據(jù)方差分析結(jié)果，肺錯構(gòu)瘤組負(fù)值像素百分比明顯高于其余兩組（P=0．000、P=0．000）。對應(yīng)到四個獨立像素區(qū)間，肺錯構(gòu)瘤組所占百分比均明顯高于其余兩組（P=0．000）。

圖2a 右肺上葉周圍型腺癌。圖2b 直方圖分析示病變平均CT值及最低CT值分別為38 HU、10 HU，負(fù)值像素百分比為0。圖2c 病理切片可見低分化腺癌組織。圖3a 左肺下葉結(jié)核球。圖3b 直方圖分析示病變平均CT值及最低CT值分別為18 HU、-14 HU，負(fù)值像素百分比為11.1％。圖3c 病理切片可見大量干酪壞死區(qū)。Figure 2a.Right upper lobe peripheral adenocarcinoma.Figure 2b.The histogram analysis showed that the mean CT value and the lowest CT value of the lesion are 38 HU,10 HU,negative pixel percentage is 0.Figure 2c.Poorly differentiated adenocarcinoma in pathological section.Figure 3a.Right upper lobe lung tuberculoma.Figure 3b.The histogram analysis shows that the mean CT value and the lowest CT value of the lesion are 18HU,-14HU,negative pixel percentage is 11.1％.Figure 3c.Caseous necrosis area in pathological section.

圖4a 肺癌。Figure 4a.Lung cancer.

表3 肺錯構(gòu)瘤與肺結(jié)核球ROC曲線坐標(biāo)

圖4b 肺結(jié)核球。Figure 4b.Pulmonary tuberculosis.

表4 肺錯構(gòu)瘤與肺癌ROC曲線坐標(biāo)

肺錯構(gòu)瘤、肺癌、結(jié)核球3組ROC曲線分析：所有實驗數(shù)據(jù)均進(jìn)行ROC曲線繪制，結(jié)果如圖4a、4b所示，肺錯構(gòu)瘤組與肺癌組及肺結(jié)核球組分別比較時負(fù)值像素百分比所占曲線下面積均為最大（分別為0.971、0.919），說明該項指標(biāo)的診斷效能最好，所以我們選擇最佳臨界值是以負(fù)值像素百分比為研究對象的。我們?nèi)　坝鹊侵笖?shù)”值（即敏感性+特異性-1）的最大值處作為最佳臨界值，從表3、4中看到，肺錯構(gòu)瘤組與肺癌組鑒別最佳臨界值為負(fù)值像素百分比等于11.9％時，對應(yīng)敏感度與特異度分別為90.0％、100％；而肺錯構(gòu)瘤組與肺結(jié)核球組對應(yīng)最佳臨界值為負(fù)值像素百分比等于15.7％時，敏感度與特異度分別為83.3％、93.3％。

3 討論

3.1 肺錯構(gòu)瘤概況

肺錯構(gòu)瘤是肺部最常見的良性腫瘤。在最新版2015年WHO肺部腫瘤組織學(xué)分類[6]及第16屆世界肺癌大會中，一致將肺錯構(gòu)瘤排在間葉組織來源腫瘤第1位，病理上本病由至少兩種間葉組織（如軟骨、脂肪及纖維結(jié)締組織等）和上皮組織組成。

病變內(nèi)脂肪及鈣化的檢出對于肺錯構(gòu)瘤診斷有重要價值，普通放射學(xué)以瘤內(nèi)“爆米花”樣鈣化作為診斷錯構(gòu)瘤的主要征象，而事實上，只有當(dāng)肺錯構(gòu)瘤內(nèi)的軟骨鈣化達(dá)到相當(dāng)程度時才能被普通放射學(xué)檢查所發(fā)現(xiàn)。文獻(xiàn)[7-8]報道肺錯構(gòu)瘤的鈣化發(fā)生率為20％～60％，而“爆米花”樣鈣化出現(xiàn)率也僅為12.5％～22.9％。實際工作中肺錯構(gòu)瘤的鈣化發(fā)生率可能更低，通常認(rèn)為直徑＞4 cm的肺錯構(gòu)瘤病灶鈣化發(fā)生率較高，而＜3 cm病灶鈣化發(fā)生率則較小，王淼淼等[9]也有相關(guān)報道。因此普通放射學(xué)對本病的診斷正確率不超過25％～30％[10]。

不同于鈣化的是脂肪征象對于肺錯構(gòu)瘤具有更高的診斷價值，因為其他的肺結(jié)節(jié)病灶內(nèi)均不含有脂肪成分。Ge[11]也報道，只在良性疾病如錯構(gòu)瘤及類脂質(zhì)肺炎中可出現(xiàn)脂肪。但不容忽視的是并不是所有錯構(gòu)瘤內(nèi)都存在脂肪及鈣化成分，國內(nèi)外眾多學(xué)者[12-14]均有報道經(jīng)手術(shù)病理證實無鈣化及脂肪密度的肺錯構(gòu)瘤。伍建林等[15]報道了25例肺錯構(gòu)瘤，其中脂肪病理檢出率44％，而HRCT脂肪檢出率僅為16％。

盡管并不是所有肺錯構(gòu)瘤內(nèi)都存在脂肪成分，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為CT上發(fā)現(xiàn)脂肪及鈣化，即可立即診斷為肺錯構(gòu)瘤，特別是脂肪密度。因而敏銳的發(fā)現(xiàn)病變內(nèi)脂肪成分成為提高肺錯構(gòu)瘤診斷率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.2 直方圖像素分析法診斷價值

CT值直方圖是一種基于像素的密度測定法，可用來定量測量ROI內(nèi)的所有像素數(shù)量、分布及變化情況，因此對病變診斷的準(zhǔn)確性、敏感性及可重復(fù)性均較高，臨床廣泛應(yīng)用于不均質(zhì)組織內(nèi)成分分析[16]。

關(guān)于病變大小的選擇，國外學(xué)者意見有所不同，Kim[17]認(rèn)為應(yīng)選取直徑小于3.5 cm病灶作為研究對象，病變太大內(nèi)部可能出現(xiàn)小空洞會使CT值被平均而出現(xiàn)錯誤的CT負(fù)值，而Siegelman[5]則建議病灶直徑小于2.5 cm。通過研究我們認(rèn)為病變直徑以2.5 cm為界較為合適，在該標(biāo)準(zhǔn)下我們并未發(fā)現(xiàn)明顯空洞表現(xiàn)，而且如果病變過大，各病變特征性征象顯示率大大提高，影像表現(xiàn)不難診斷，也不符合我們早期診斷的目的。

從研究結(jié)果中，我們發(fā)現(xiàn)肺錯構(gòu)瘤組無論在負(fù)值像素還是對應(yīng)的四個獨立區(qū)間內(nèi)，所占百分比均明顯高于其余兩組，提示盡管HRCT無明顯脂肪顯示的情況下，但基于肺錯構(gòu)瘤獨特的病理基礎(chǔ)，直方圖像素分析仍然為檢出脂肪密度提供了一種相對客觀、準(zhǔn)確的手段。肺結(jié)核球組及肺癌組在-1 024～-20 HU、-1 024～-30 HU兩個區(qū)間像素百分比均為0，這提示該兩組病例盡管含有負(fù)值像素（液性密度CT值為-20～20 HU），但均不含有脂肪成分（CT值范圍為-20～-120 HU），這也符合肺癌及肺結(jié)核球的臨床影像及病理特點。但值得注意的是在-1 024～0 HU區(qū)間肺結(jié)核球組負(fù)值像素百分比高于肺癌組（P=0.042），分析原因可能是結(jié)核球空洞發(fā)生率高于肺癌，較小時即可排出干酪物質(zhì)而形成HRCT無法分辨的微小空洞，而肺癌空洞形成往往見于直徑大于3 cm病灶。

在ROC曲線分析時，盡管我們得出肺錯構(gòu)瘤與肺癌及肺結(jié)核球分別鑒別時負(fù)值像素百分比的最佳臨界值，但在實際應(yīng)用中面對與不明診斷的肺SPN病灶，我們需要明確肺錯構(gòu)瘤負(fù)值像素百分比取何值時，才能取得相對較高的敏感度與特異度。通過研究表3、4中數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為當(dāng)該值取15.7％時，臨床意義較大，原因是盡管我們這樣做的結(jié)果導(dǎo)致肺錯構(gòu)瘤在與肺癌鑒別時檢出敏感性從90％降到了83％，但與肺結(jié)核球及肺癌組鑒別時整體特異度無明顯降低，提示我們臨床將肺結(jié)核球及肺癌誤診斷為肺錯構(gòu)瘤的可能性并沒有明顯提高，尤其對于肺癌病例，臨床意義更為顯著。

不足之處：①我們只選擇病理證實含脂肪成分肺錯構(gòu)瘤，對于無脂肪及鈣化的錯構(gòu)瘤我們未進(jìn)行研究，事實上各種影像手段對無脂肪錯構(gòu)瘤本身也沒有明確診斷依據(jù)，多依靠病理結(jié)果。②直方圖分析受病人的身體狀態(tài)、運動偽影、ROI的位置、掃描參數(shù)影響較大，而且負(fù)值像素百分比數(shù)值本身較小，所以個別實驗數(shù)據(jù)誤差可能較大。

總之，通過直方圖分析法我們發(fā)現(xiàn)CT無明顯可見脂肪的肺錯構(gòu)瘤內(nèi)依然可以敏感的測得脂肪成分及負(fù)值成分，但HRCT及平均CT值并不足以給我們明確的提示以致于臨床出現(xiàn)漏診甚至誤診情況。而通過受試者操作曲線，以負(fù)值像素百分比為15.7％為界值時，肺錯構(gòu)瘤在與其他肺SPN病灶鑒別時可獲得較好的敏感度與特異度平衡。

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The application of histogram analysis method in lipid-poor pulmonary hamartoma in differential diagnosis

LIU Peng1,WU Zhi-feng2,E Lin-ning2,WU Shan2
(1.Medical Imaging Department of Shanxi Medical University,Taiyuan 030001,China; 2.CT Department,Shanxi Academy of Medical Sciences,Shanxi Dayi Hospital,Taiyuan 030032,China)

Objective:To evaluate the ability of histogram analysis method in lipid-poor pulmonary hamartoma in differential diagnosis．Materials and Methods:We retrospectively analyzed 90 cases of solitary pulmonary nodules confirmed pathologically by operation and puncture,including 28 cases of pulmonary hamartoma,36 cases of lung cancer and 26 cases of pulmonary tuberculoma．There was not obvious fat and calcification components on HRCT．We used histogram analysis method to analysis lesions and the receiver operator characteristic curve to choose the optimal cut-off value to differentiate lipid-poor pulmonary hamartoma with other solitary pulmonary nodule．Results:The average CT attenuation and the lowest CT attenuation of the pulmonary hamartoma group is lower than that in the group of lung cancer and tuberculoma group(P＜0．05), the percentage of negative pixels,each pixels interval was significantly higher than that of the other two groups(P＜0．05)．ROC curve showed the percentage of negative pixels was 15．7％is the optimal cut-off value in differential diagnosis．Conclusion: Histogram analysis method can significantly improve the detection of lipid-poor pulmonary hamartoma without visible fat at HRCT．

Lung neoplasms;Hamartoma;Coin lesion,pulmonary;Diagnosis,differential;Tomography,spiral computed

R734．2；R814．42

A

1008-1062（2016）09-0625-04

2016-01-04；

2016-01-20

劉鵬（1989-），男，山西大同人，在讀碩士研究生。E-mail：liupeng2034@163．com

武志峰，山西醫(yī)學(xué)科學(xué)院山西大醫(yī)院CT室，030032。E-mail：wuzhifeng2004@126．com

山西省自然科學(xué)基金資助項目（2013011046-3）。