基于穿刺活檢引導(dǎo)下雙層探測器光譜CT多參數(shù)成像對不同病理類型肺癌的鑒別價值?

左曉娜 曲紅光 黃 剛 馬婭瓊

甘肅省人民醫(yī)院放射科(甘肅 蘭州 730000)

肺癌是肺部最常見的惡性腫瘤，也是我國發(fā)病率、死亡率最高的癌癥之一[1]。不同病理亞型肺癌的診斷、治療及預(yù)后存在很大差異。胸部CT是肺癌診療中最主要的影像學(xué)檢查手段，常規(guī)胸部CT平掃不能通過單一CT值的量化而有效鑒別各亞型肺癌，CT動態(tài)增強可以較好地反映腫瘤微循環(huán)定量灌注信息，只能初步鑒別腫塊的良惡性[2]，但無法明確診斷腫瘤的病理分型[3]。既往研究顯示，寶石能譜CT成像(gemstone spectral imaging，GSI)碘基圖、有效原子序數(shù)(Z-effective,Zeff)及單能譜斜率(K)是鑒別肺癌亞型的主要指標(biāo)[4-6]?；诖┐提樢龑?dǎo)下選取感興趣區(qū)(region of interest，ROI)研究不同病理亞型肺癌的光譜CT特征，保證了ROI選取的準(zhǔn)確性，目前此方向的相關(guān)研究報道缺乏。本研究旨在探討雙層探測器光譜CT的常規(guī)CT值、K值、ID值、標(biāo)準(zhǔn)化碘密度(normalized iodine density，NID)值、無水碘值及Zeff值在鑒別不同病理亞型肺癌中的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 患者資料回顧性分析了2020年7月至2021年2月于甘肅省人民醫(yī)院經(jīng)穿刺活檢證實為肺癌患者的影像和病理資料。

納入標(biāo)準(zhǔn)：患者穿刺活檢前3天內(nèi)接受雙層探測器光譜CT胸部兩期增強掃描，包含動脈期、靜脈期；經(jīng)穿刺活檢病理證實為肺腺癌、肺鱗癌和小細(xì)胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)。排除標(biāo)準(zhǔn)：穿刺活檢病理顯示未能取到癌組織或并非單一病理組織細(xì)胞的腫瘤(如腺鱗癌)；圖像質(zhì)量不佳，不能用于后處理分析。最終納入84例肺癌患者，共84個經(jīng)病理證實的病灶。按肺癌組織細(xì)胞類型分為三組，其中肺腺癌組32例，男18例，女14例，年齡36～72歲，平均年齡(60.19±9.88)歲。肺鱗癌22例，男14例，女8例，年齡43～83歲，平均年齡(65.97±8.13)歲。肺SCLC組30例，男24例，女6例，年齡52～77歲，平均年齡(63.32±10.21)歲，其中9例患者具有兩個或兩個以上病灶，但每位患者只取單一穿刺活檢病灶。三組病例臨床主要表現(xiàn)為咳嗽、咳痰、咯血等癥狀，見表1。

表1 不同病理亞型肺癌的分組資料

1.2 圖像采集和重建方法采用荷蘭Philips Healthcare IQon Spectral CT行胸部兩期增強掃描。掃描范圍自胸廓入口至兩側(cè)膈肌水平。掃描參數(shù):管電壓 120kVp，采用管電流自動控制技術(shù)自動調(diào)節(jié)管電流(80-200 mAs)，準(zhǔn)直器寬度 64×0.625mm，X線管旋轉(zhuǎn)速度0.5s/周,螺距0.953。對比劑采用非離子型碘克沙醇(含碘320mgI/mL，GE healthcare ireland limited)，用量根據(jù)患者體重計算(1.0mL/kg)，注射速率3.5mL/s，對比劑注射完成后，以相同注射速率加注30mL生理鹽水。對比劑注射后30s、60s分別采集動脈期及靜脈期圖像。CT圖像采集完成后，利用光譜數(shù)據(jù)重建生成全息光譜圖像，用于在 Philips IntelliSpace Portal 后處理工作站中獲得常規(guī) 120kVp 混合能量圖像(polyenergetic images，PI)、虛擬單能量(virtual monoenergetic images，MonoE)圖、能譜曲線圖、ID圖、無水碘圖及Zeff圖。所有圖像重建層厚為1.0mm，層間距為0.7mm。

1.3 圖像分析由1名10年以上工作經(jīng)驗并能做穿刺活檢的高年資放射科醫(yī)師在動、靜脈期以穿刺活檢圖像作參照，選取與穿刺針進(jìn)針路徑相似層面，沿穿刺針走行路徑選取ROI，每個病灶選取3個ROI并取其均值，ROI選取時要盡可能避開壞死、鈣化、支氣管及血管區(qū)域。同時在不改變ROI面積的情況下，測量動脈期、靜脈期ROI在40和70KeV的單能量CT值、常規(guī)120KVp混合能量CT值、ID值、無水碘值和Zeff值，以單能級(CT40KeV-CT70KeV)值/30作為斜率(K)，以ID值/同層面主動脈的CT值作為NID值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。Kolmogorov-Smirnov檢驗驗證計量資料是否符合正態(tài)分布，正態(tài)分布的計量資料用()表示，偏態(tài)分布資料以中位數(shù)表示。采用獨立樣本T檢驗分析比較動脈期、靜脈期非小細(xì)胞肺癌(non small cell lung cancer，NSCLC)與SCLC組的常規(guī)CT值、K值、ID值、NID值、無水碘值及Zeff值差異；采用K個獨立樣本檢驗比較動脈期、門靜脈期肺腺癌、肺鱗癌、SCLC三組間上述參數(shù)值差異，組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義者，采用Kruskal-Wallis法進(jìn)行組內(nèi)兩兩比較。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

經(jīng)穿刺活檢病理證實84例患者共送檢84個肺癌病灶，9例SCLC病例肺內(nèi)具有2個及2個以上病灶，但每位患者只取單一穿刺活檢病灶，余75個病例為單發(fā)病灶。

2.1 非小細(xì)胞肺癌與小細(xì)胞肺癌組動脈期、靜脈期NSCLC(肺腺癌+肺鱗癌)的常規(guī)CT值、K值、ID值、NID值、無水碘值及Zeff值均高于SCLC組，兩組間各參數(shù)值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

表2 動脈期、靜脈期非小細(xì)胞肺癌組與小細(xì)胞肺癌組診斷指標(biāo)比較

續(xù)表2

2.2 肺腺癌、肺鱗癌、肺小細(xì)胞肺癌組

2.2.1 肺腺癌、肺鱗癌、肺小細(xì)胞肺癌的常規(guī)影像學(xué)及光譜特征圖2～圖10分別為肺鱗癌、肺腺癌、小細(xì)胞肺癌的靜脈期ROI選取圖、ID圖和Zeff圖。動、靜脈期ROI選取以穿刺針走行路徑為參照(如圖1)。從增強圖中很難清楚顯示腫塊實性和壞死區(qū)的境界，Zeff圖可以清晰顯示病灶壞死區(qū)域和壞死程度，以不同偽彩進(jìn)行染色區(qū)分，ID圖能很好反映病灶強化的區(qū)域和強化程度，三組不同病理類型的肺癌均以腫塊形式表現(xiàn)，常規(guī)影像學(xué)特征和強化方式近似，不能有效鑒別病理類型。

2.2.2 三組間統(tǒng)計結(jié)果 靜脈期肺腺癌組的常規(guī)CT值、K值、無水碘值高于肺鱗癌組，余動、靜脈期各參數(shù)值均表現(xiàn)為依次降低趨勢，三組間各參數(shù)值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。兩兩組間比較，SCLC組與肺腺癌組、肺鱗癌組動脈期的ID值、NID值、無水碘值及靜脈期的常規(guī)CT值、K值、ID值、NID值、無水碘值及Zeff值差異有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)，SCLC組與肺鱗癌組動脈期的常規(guī)CT值、Zeff值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，SCLC組與肺腺癌組動脈期的K值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，而肺鱗癌組與肺腺癌組間各參數(shù)值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表3。

表3 動脈期、靜脈期肺腺癌、肺鱗癌與小細(xì)胞肺癌組診斷指標(biāo)比較

續(xù)表3

2.3 NSCLC組與SCLC組ROC曲線結(jié)果分析通過ROC曲線結(jié)果分析顯示：動脈期ID值、NID值、無水碘值及Zeff值的AUC大于常規(guī)CT值，K值的AUC與常規(guī)CT值基本接近；靜脈期K值、無水碘值及Zeff值的AUC均大于常規(guī)CT值。而靜脈期所有參數(shù)值的AUC均大于動脈期的，因此靜脈期各參數(shù)值的診斷效能優(yōu)于動脈期，Zeff值在動脈期及靜脈期的診斷效能均為最優(yōu)，其在動脈期的特異度高于靜脈期(90%/83.3%)，靜脈期的敏感性高于動脈期(70.4%/53.7%)，見表4和圖11～圖12。

表4 鑒別非小細(xì)胞肺癌與小細(xì)胞肺癌組閾值及敏感度與特異度

圖1 為肺癌的穿刺活檢圖。圖2～圖4 為肺鱗癌的靜脈期ROI選取圖、ID圖和Zeff圖圖5～圖7 為肺腺癌靜脈期ROI選取圖、ID圖和Zeff圖圖8～圖10 為小細(xì)胞肺癌靜脈期ROI選取圖、ID圖和Zeff圖ROI選取以平掃的穿刺針為依據(jù)，在靜脈期選取與穿刺路徑基本一致的ROI Zeff圖可以清晰顯示病灶壞死區(qū)域和壞死程度，以不同偽彩進(jìn)行染色區(qū)分，ID圖能很好反映病灶強化的區(qū)域和強化程度。

圖11～圖12 分別為動脈期、靜脈期常規(guī)CT值與光譜多個參數(shù)值鑒別NSCLC與SCLC的ROC曲線 曲線反映了動、靜脈期多個光譜參數(shù)值的曲線下面積大于常規(guī)CT值的曲線下面積,動、靜脈期Zeff值均為最大。

3 討 論

雙層探測器光譜CT臨床應(yīng)用中國專家共識(第一版)[7]指出CT能量成像能提供常規(guī) CT 成像所不具備的多參數(shù)信息，在提高病變的檢出敏感性和定性準(zhǔn)確性、物質(zhì)成分判定等方面具有優(yōu)勢，不同病理亞型肺癌其物質(zhì)組成存在一定差異，常規(guī)CT成像是基于衰減系數(shù)來分辨密度差異，因此不同病理亞型肺癌的常規(guī)CT影像學(xué)特征存在交叉，不能進(jìn)行病理分型診斷。雙層探測器光譜CT可以通過上層與下層探測器分別接受低和高能譜射線，保證同源、同時、同向、同步獲得圖像數(shù)據(jù)信息[8]，研究顯示，光譜CT70 keV VMI圖像具有較高信噪比(signal to noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)，且圖像質(zhì)量優(yōu)于 120kVp混合能量傳統(tǒng)圖像(conventional image，CI)[9-10]。因此光譜CT利用多參數(shù)成像技術(shù)，可一次性獲得形態(tài)學(xué)、常規(guī)CT值及光譜CT多個參數(shù)的診斷指標(biāo)進(jìn)行病變定量的鑒別診斷。目前已有光譜CT在不同病理亞型肺癌及肺癌轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的研究報道[11-12]，但僅限于NSCLC與SCLC在能譜曲線斜率、NIC、40KeV單能量CT值、標(biāo)準(zhǔn)化動脈期強化分?jǐn)?shù)的研究。

雙層探測器光譜CT成像一次掃描可以獲得常規(guī)CT圖像、MonoE圖像(包括40～200keV 共 161個能級)、Zeff圖、碘密度圖、無水碘圖等多個成像參數(shù)。利用能譜曲線計算出的K反映了組織CT值的衰變規(guī)律。碘密度圖對對比劑增強以后病灶內(nèi)碘含量多少的變化非常敏感[13-14]，光譜CT的碘密度值和無水碘值均可定量分析腫瘤內(nèi)碘含量的差異，間接反映了腫瘤內(nèi)血流動力學(xué)的變化[15]。Zeff[16]作為一種反映物質(zhì)成分新的光譜CT的定量指標(biāo)，也正逐漸被用于臨床病變的診斷中。本研究中，NSCLC組與SCLC組動、靜脈期常規(guī)CT值與光譜CT各參數(shù)值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，與陳盈等[17]動脈期能譜CT的碘含量、有效原子序數(shù)、能譜斜率研究結(jié)果一致，但靜脈期未做研究。NSCLC組各參數(shù)值均大于SCLC，與溫青云等[10]雙層探測器能譜CT多參數(shù)成像在孤立性肺結(jié)節(jié)定性診斷中的應(yīng)用價值研究結(jié)果一致，但本組鑒別NSCLC與SCLC最有效地診斷指標(biāo)動、靜脈期均為Zeff值，而非NIC，主要是溫青云的研究指標(biāo)中未納入Zeff值。本組研究中動脈期除K值外所有參數(shù)指標(biāo)的AUC均高于常規(guī)CT值，K值與常規(guī)CT值的AUC接近(0.691/0.693)；靜脈期K值、無水碘值、Zeff值的AUC高于常規(guī)CT值，說明引入對比劑增強后，光譜CT的多個參數(shù)值均較常規(guī)CT值更有鑒別價值，靜脈期光譜CT各參數(shù)值的AUC均大于動脈期，說明靜脈期的診斷效能優(yōu)于動脈期，靜脈期K值、ID值、無水碘值及Zeff值的敏感度和特異度均較高并效果接近。因此，利用光譜CT多參數(shù)成像可以鑒別NSCLC與SCLC，并且多個能譜參數(shù)的診斷效能優(yōu)于常規(guī)CT值。

肺鱗癌、肺腺癌及SCLC三組間的常規(guī)CT值與光譜CT的各參數(shù)值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，表明三組病理類型肺癌在細(xì)胞排列、組織結(jié)構(gòu)緊密程度、微血管密度、細(xì)胞代謝活性間均存在差異，這可能與肺鱗癌及肺腺癌多生長緩慢，鱗癌多為堆積式生長，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，可存在角化及細(xì)胞間橋，而腺癌多為腺樣分化，可出現(xiàn)黏液；SCLC與肺鱗癌、肺腺癌起源不同，惡性度高、生長快速，內(nèi)部組織壞死不均勻有關(guān)。靜脈期肺腺癌的常規(guī)CT值、K值、無水碘值高于肺鱗癌，說明靜脈期肺腺癌的強化幅度大于肺鱗癌，這與高紀(jì)稱[18]等研究顯示肺腺癌微血管密度高于鱗癌，增強后強化幅度高于鱗癌的結(jié)果一致；余動、靜脈期各參數(shù)值均表現(xiàn)為肺鱗癌最高、SCLC最低，這與采用其他能譜CT的研究結(jié)果不同[19-20]，可能與樣本ROI選取的位置不同有關(guān)，本組所有ROI的選擇均參照CT穿刺活檢圖像，以穿刺針走行區(qū)域為選擇點，保證ROI選取的有效性。因為腫瘤組織的異質(zhì)性明顯，常規(guī)CT平掃和增強檢查并不能明確區(qū)分腫瘤的實性部分和壞死區(qū)，肺腺癌以均勻強化方式為主，肺鱗癌和小細(xì)胞肺癌易發(fā)生壞死，肺鱗癌以不均勻強化為主，而小細(xì)胞肺癌多以小片狀不均勻壞死為主，以“沼澤樣”強化為特點。三組的兩兩組間比較，動、靜脈期肺鱗癌與肺腺癌的各參數(shù)值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，這與郁義星[21]等能譜CT在鑒別肺腺癌、鱗癌和炎性肌纖維母細(xì)胞瘤中的價值結(jié)果一致。肺腺癌與SCLC組除動脈期常規(guī)CT值和Zeff值外，其余各參數(shù)值差異在動、靜脈期均存在統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。肺鱗癌與SCLC組除動脈期K外，其余各參數(shù)值差異在動、靜脈期均存在統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),說明光譜CT多參數(shù)成像可以對肺鱗癌、肺腺癌與SCLC進(jìn)行定量鑒別診斷。

本研究存在一定的局限性：樣本量?。晃窗床≡畹姆只潭冗M(jìn)行分組研究；未納入延遲期CT增強數(shù)據(jù)。這些將會在以后的研究中進(jìn)一步完善。

綜上所述，雙層探測器光譜CT多參數(shù)成像在NSCLC與SCLC定量鑒別診斷方面具有重要的臨床價值，診斷效能優(yōu)于常規(guī)CT值，提高了不同病理亞型肺癌的診斷率。