Lung Care软件对孤立性肺部小结节性质判定的价值

王垚青，徐长青，韩本谊

(上海市市东医院，上海 200438)

孤立性肺部小结节(SPN)是指肺内实质性结节，直径≤3 cm的圆形或类圆形孤立结节，不伴有明显的肺不张、卫星病灶或局部淋巴结肿大。其临床症状不明显，且结节越小，特征性影像形态学表现越不典型。临床上对SPN良、恶性鉴别主要通过影像科医师的经验及对结节直径的随访观察等。近年来，一些先进的计算机辅助检测(CAD)系统，如Lung Care软件，用于胸部CT对结节形态和体积的测量，对结节性质判定具有一定价值。2005年1月～2011年10月，我们观察了Lung Care软件在胸部CT判定SPN性质的价值。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择同期在我院行胸部CT检查发现的SPN患者12例，男5例、女7例，年龄29～81岁、平均55岁。随访复查CT，复查间隔30～360 d，检出恶性结节7例(腺癌1例、鳞癌3例、转移癌3例)，4例原发性结节经手术病理证实，3例转移性结节经过随访结节体积增大且数目增多，并有明确的原发灶;良性结节5例(炎性结节2例、结核球3例)，经过治疗后随访结节缩小。

1.2 检查方法 采用Siemens 6层CT扫描机，1次最大吸气末憋气采集肺容量数据，从肺尖扫描至上腹部，未注射造影剂，扫描参数:电压110 kV，有效电流100～140 mA，图像数据采用肺窗重建，窗宽为1200 Hu，窗位 －700 Hu，卷积值B40f medium sharp(体部中等锐利算法)，重建层厚1.25 mm，重建间距0.625 mm，重建矩阵512 ×512。

1.3 图像处理及分析 医师完成2次或2次以上的常规横断面CT图像观察后，记录检出结节;当选定好显示的结节后，利用Lung Care软件提供的VOI像格，软件自动对结节进行分离，并计算结节的体积，X、Y、Z各个径线值。倍增时间(DT)通过公式:DT=Δt×lg(V2/V1)/lg2进行计算，容积增长率(PVC)通过公式:PVC=(V2－V1)/V1，Δt为 2 次不同测量相隔的时间，V1为第1次检查时肺结节的体积，V2为最后1次检查时肺结节的体积，并将分析结果与随访的病理结果进行对照分析。

2 结果

2.1 肺结节的位置及形态 本文12例患者，病变位于右肺7例(上叶4例、中叶2例、下叶1例)、左肺5例(上叶3例、下叶2例)，病灶形态为圆形4例、类圆形5例、不规则形3例。

2.2 Lung Care软件分析与病理结果比较 进行Lung Care软件分析，复查时间间隔30～360 d，其中恶性结节7例，PVC为34.14% ～127.92%，DT为74～256 d;良性结节5例，4例 PVC为负值、1例PVC 为3.2%。见图1～4、表1。

3 讨论

3.1 CAD系统检出肺结节的基本原理 肺结节的CT CAD大致包括:①图像分割过程中，保证肺野特征的完整，避免伪影，通过各种计算机图像分割技术对感兴趣区(ROI)进行提取［1］。②肺结节与血管具有相近的灰度值，而且部分血管断面形态与肺结节相似，因此需选择ROI进行特征提取，如曲率、灰度值、面积、圆形度、变度、部位、梯度等来区分肺结节与血管等其他结构。③CAD技术可以自动计算出SPN的范围，直接测量SPN的容积，提高了SPN DT计算的准确性。

图1 1例肺部鳞癌患者CT平扫及体积变化

图2 1例肺转移癌患者CT平扫及体积变化

图3 1例结核结节患者CT平扫及体积变化

图4 1例肺腺癌患者CT平扫及体积变化

表1 SPN患者病理类型与初诊、复查时的结节体积变化

本研究中的Lung Care软件属于CAD软件的一种，其能对SPN三维容积的数据进行分析，可以提供X、Y、Z三个平面的长径值，同时也能显示结节密度的直方图。在层板像格中，对已经装载的图像进行移动，确定可疑结节并标记;利用三维重建技术，对已经探测到的SPN进行三维重建，医师可以从立体角度观察SPN的形态，并进行角度的调整;利用软件的容积测量功能，对选定的SPN进行范围划分和自动计算SPN的容积，医师可以通过修改模式对SPN的范围划分进行修改，以便得出精确的数值。

3.2 SPN DT、PVC与结节性质的关系 SPN的生物学特征DT，即结节体积增长1倍(直径增长约26%)所需的时间，是判断结节良恶性的另一个重要指标。包括理论DT和实际DT。理论上肿瘤按细胞有丝分裂指数增长方式增长，即N=2n(N为细胞总数，n为细胞分裂的代数)，但临床与实验都证明，如果没有新生血管形成来供应营养，肿瘤的直径或厚度1～2 mm后，将不再增大。所以，临床上所观察到的肿瘤并不是单纯按照指数增长方式生长，而是在生长分数、瘤细胞的生成与丢失以及诱导肿瘤血管生成等多种因素共同作用下生长。有学者指出，准确测量肿瘤的PVC对理解其生物学特征十分重要［2］。DT是肺癌预后的独立影响因素，且DT长的肺癌有较好的预后。目前认为，良恶性结节DT存在差异，在胸片或胸部CT上结节大小保持2年无变化或变小，可诊断为良性。肺癌的DT差异较大，侵袭性高的小细胞肺癌DT仅有30 d，鳞癌的DT平均达90 d，大细胞肺癌的DT平均达120 d，侵袭性高和侵袭性一般的腺癌DT分别为150 d和180 d，大多数恶性结节的 DT 在30 ～400 d［3］。

以往一般用二维测量方法对病灶进行分析，一般通过测量CT横断面扫描图像中病灶的前后2次直径进行容积倍增时间计算，DTD=(lg2×Δt)/3lg(D2/D1)，Δt为2次不同测量相隔的时间，D为直径。大量的研究及实践证明，这种测量缺乏准确性［4］。目前正逐步应用三维容积测量来取代传统的二维测量，通过CAD技术直接进行SPN容积测量，摆脱了计算肺癌DT的复杂公式。

本研究组病例中，恶性7例，所计算的DT在74～256 d，PVC 为34.14% ～127.92%，与文献报道基本相符［5］，为患者及时手术争取了时间。良性SPN 5例中，所计算的PVC为负值、DT为0，避免了患者进行不必要的手术，节省了治疗费用。

3.3 CAD在SPN容积测量方面存在的问题与发展前景 CAD在SPN容积测量上存在的问题及原因分析:①容积效应:重建参数，如层厚、间隔、矩阵，卷积核函数不同产生的容积效应不同。Goo等［6］研究发现，不同直径的结节，分别用不同层厚、视野和间隔进行重建，发现层厚对测量结果有显著影响，并有交互作用。②扫描伪影:包括患者呼吸及心脏运动造成的伪影。结节越小，伪影造成的影响越大。Kostis等［7］测量一组2～8 mm大小具有不同程度伪影的结节，发现总体PVC的标准差比其中没有严重伪影影响的一部分结节增加50% ～60%，根据PVC的标准差计算出来的随访时间也相对延长了2～3个月。③结节周围结构对体积测量的影响:Wormanns等［4］发现结节与胸膜、血管的关系影响到测量的准确性时，大小相同但与胸膜接触面不同的结节，得出的体积大小不同，结节因位于胸膜顶或者侵入胸壁较深时，分割难度大，效果欠佳。④部分实性和非实性结节的生长分析:部分实性结节、非实性结节中的磨玻璃成分与周围肺实质的密度差异较实性结节小，计算机难以将这些结节与周围结构准确分割［8］。

随着CT扫描技术的发展，影像分辨力的提高将降低部分容积效应，提高CAD对SPN容积测量的准确性，CAD系统在肺结节体积测量中将会发挥更大的作用。

［1］崔云，马大庆.肺结节的CT计算机辅助检测和诊断的基本方法和应用［J］.中国医学影像技术杂志，2007，23(3):469-472.

［2］Spratt JS，Meyer JS，Spratt JA.Rates of growth of human solid neoplasms:Part I［J］.J Surg Oncol，1995，60(2):137-146.

［3］Geddes DM.The natural history of lung cancer:a review based on rated of tumor growth［J］.Radiology，2000，217(1):215-256.

［4］Wormanns D，Kohl G，Klotz E，et al.Volumetric measurements of pulmonary nodules at multi-row detector CT:in vivo reproducibility［J］.Eur Radiol，2004，14(1):86-92.

［5］Chojniak R，Younes RN.Pulmonary metastases tumor doubling time:assessment by computed tomography［J］.Am J Clin Oncol，2003，26(4):374-377.

［6］Goo JM，Tongdee T，Tongdee R，et al.Volumetric measurement of synthetic lung nodules with multi-detector row CT:effect of various image reconstruction parameters and segmentation thresholds on measurement accuracy［J］.Radiology，2005，235(3):850-856.

［7］Kostis WJ，Yankelevitz DF，Reeves AP，et al.Small pulmonary nodules:reproducibility of three-dimensional volumetric measurement and estimation of time to follow-up CT［J］.Radiology，2004，231(2):446-452.

［8］Marten K，Funke M，Engelke C.Flat panel detector-based volumetric CT prototype evaluation with volumetry of small artifical nodules in pulmonary phantom［J］.J Thorac Imaging，2004，19(3):156-163.