单源双能CT平扫综合分析对不同成因良性浆膜腔积液的诊断价值

田士峰 TIAN Shifeng刘爱连 LIU Ailian 鞠 烨 JU Ye孙美玉 SUN Meiyu刘静红 LIU Jinghong刘义军 LIU Yijun浦仁旺 PU Renwang

作者单位大连医科大学附属第一医院放射科 辽宁大连 116011

单源双能CT平扫综合分析对不同成因良性浆膜腔积液的诊断价值

田士峰 TIAN Shifeng刘爱连 LIU Ailian 鞠 烨 JU Ye孙美玉 SUN Meiyu刘静红 LIU Jinghong刘义军 LIU Yijun浦仁旺 PU Renwang

作者单位
大连医科大学附属第一医院放射科 辽宁大连 116011

Department of Radiology， the First Affliated Hospital of Dalian Medical University， Dalian 116011， China

Address Correspondence to: LIU Ailian E-mail: cjr.liuailian@vip.163.com

国家自然科学基金项目（81470078）。

R442.5；R445.3

2016-02-18

中国医学影像学杂志

2016年 第24卷 第6期：442-445，450

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 （6）: 442-445， 450

目的 探讨单源双能CT平扫综合分析对不同成因良性浆膜腔积液的诊断价值，以准确判断积液成因，指导临床治疗。资料与方法 回顾性分析47例（69个浆膜腔）行单源双能CT平扫能谱成像，并经临床证实为良性浆膜腔积液的影像资料，按成因不同分为肝硬化组（19个浆膜腔）、心力衰竭组（21个浆膜腔）、结核组（14个浆膜腔）及炎症组（15个浆膜腔）。应用能谱成像综合分析平台，测量并比较4组平扫图像的常规混合能量CT值、不同单能量条件下CT值、有效原子序数（Effective-Z）值及不同基物质对浓度值，并计算曲线斜率。评估对4组均有鉴别价值的参数对非炎性（肝硬化组、心力衰竭组）与炎性（结核组、炎症组）浆膜腔积液的鉴别效能，得出相应界值。结果 4组浆膜腔积液的混合能量CT值差异无统计学意义（P＞0.05）；4组浆膜腔积液40 keV条件下CT值、曲线斜率、Effective-Z值及钙（水）、碘（水）、水（脂）浓度肝硬化组＜心力衰竭组＜结核组＜炎症组，组间差异均有统计学意义（P＜0.05）；脂（水）浓度肝硬化组＞心力衰竭组＞结核组＞炎症组，组间差异均有统计学意义（P＜0.05）；50～140 keV条件下CT值、水（钙）、水（碘）浓度在部分组间差异有统计学意义（P＜0.05）。40 keV CT值对炎性与非炎性组浆膜腔积液诊断效能最高，CT值≥24.23 HU为诊断炎性浆膜腔积液的界值，敏感度为96.6%，特异度为97.5%。结论 单源双能CT平扫能谱成像综合分析平台中的低能量图像（40 keV）、曲线斜率、Effective-Z及基物质对均能有效区分不同成因的良性浆膜腔积液，为良性浆膜腔积液成因的鉴别诊断提供了多参数方法。

心包积液；胸腔积液；腹腔；浆膜；肝硬化；心力衰竭；结核；炎症；体层摄影术，X线计算机；图像处理，计算机辅助；诊断，鉴别

【Abstract】Purpose To investigate the value of plain scan comprehensive analysis of single source dual-energy CT in differentiating benign serous cavity effusion with different origin， in order to accurately determine the cause of the effusion and guide clinical treatment.

Materials and Methods Forty-seven cases （69 benign serous cavities）underwent single source dual-energy CT gemstone spectral imaging （GSI） scan were retrospectively analyzed and divided into four groups according to different origins: liver cirrhosis group （19 serous cavities）， heart failure group （21 serous cavities）， tuberculosis group （14 serous cavities） and inflammation group （15 serous cavities）. The conventional mixing energy CT value， monochromatic images， the effective atomic number （Effective-Z）and different base material of concentration values were measured and the slope of the curve was calculated based on the GSI comprehensive analysis platform. Compared the above parameters among all groups and calculated the cut-off value so as to distinguish the property of serous cavity effusion between the inflammatory disease （tuberculosis group and inflammation group） and non-inflammatory disease （liver cirrhosis group and heart failure group）. Results The conventional mixing energy CT value and the CT value of 100 to 140 keV among 4 groups had no signifcant difference （P＞0.05）. The CT value of 40 keV， the slope of the curve， the Effective-Z， and the calcium （water）， iodine （water） and water （fat） concentration had signifcant difference among 4 groups （P＜0.05）， and the order from small to large was liver cirrhosis group ＜ heart failure group ＜ tuberculosis group ＜inflammation group. The fat （water） concentration had significant difference among 4 groups （P＜0.05）， and the order from large to small was liver cirrhosis group ＞ heart failure group ＞ tuberculosis group ＞ inflammation group. The CT value of 50 to 140 keV， the water （calcium） and water （iodine） concentration in some groups had signifcant difference among 4 groups （P＜0.05）. It showed that the 40 keV CT value was the best parameter to distinguish inflammatory and non-inflammatory diseases. The best cut-off CT value was≥24.23 HU， the sensibility was 96.6%， and the specifcity was 97.5%. Conclusion Single source dual-energy CT plain scan GSI comprehensive analysis platform included the low energy image （40 keV）， slope of the curve， Effective-Z and base material of concentration values can effectively distinguish different origins of benign serous cavity effusion and provide a multi parameter method.

【Key words】Pericardial effusion； Pleural effusion； Abdominal cavity； Serous membrane；Liver cirrhosis； Heart failure； Tuberculosis； Inflammation； Tomography， X-ray computed；Image processing， computer-assisted； Diagnosis， differential

浆膜腔积液临床常见，病因复杂，准确判断其形成原因对临床治疗方案的选择极为重要。目前临床对于浆膜腔积液性质及来源的判断主要依靠临床分析及穿刺实验室检查，但其风险较大，且部分患者存在穿刺禁忌［1］。普通X线摄影、超声、常规CT及MRI可以发现浆膜腔积液，并评估积液量，但对于积液性质及来源的判断存在困难［2-3］。单源双能CT平扫综合分析能够对浆膜腔积液的良恶性进行鉴别诊断［4-5］，但是否能应用该技术对良性浆膜腔积液的成因进行进一步细化，目前鲜有报道。本研究拟探讨单源双能CT平扫综合分析对不同成因良性浆膜腔积液的鉴别诊断价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2011年7月—2015年2月在大连医科大学附属第一医院住院、并具有完整临床资料的53例良性浆膜腔积液患者，其中6例因积液量过少不能放置感兴趣区（ROI）或图像伪影明显影响测量而排除，最终纳入47例，其中男26例，女21例；年龄16～93岁，平均（63±17）岁。左、右侧胸腔、心包腔、腹腔各为1个浆膜腔。按照浆膜腔积液不同成因分为肝硬化组17例19个浆膜腔、心力衰竭组15例21个浆膜腔、结核组7例14个浆膜腔及炎症组8例15个浆膜腔。将肝硬化组、心力衰竭组归为非炎性组，结核组、炎症组归为炎性组。

所有患者经临床及影像学证实均无原发肿瘤。肝硬化组患者均有病毒性肝炎或酒精肝病史，实验室检查均提示低白蛋白血症。心力衰竭组6例为高血压性心脏病，8例为风湿性心脏病，1例为扩张型心肌病，临床症状表现为心力衰竭，无发热等感染症状，抗心力衰竭治疗后积液量减少。结核组患者均有低热、盗汗等症状，均行积液穿刺检查提示为渗出液，腺苷脱氨酶含量均在40 U/L以上，规律抗结核治疗后积液量减少。炎症组肺炎7例，胆囊炎1例，均有发热、寒战等表现，实验室检查均提示中性粒细胞偏高，抗感染治疗后积液量减少。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery CT750 HD单源双能CT机，应用宝石能谱成像（gemstone spectral imaging，GSI）模式平扫，管电压为140 kVp和80 kVp的瞬时（0.5 ms）切换，管电流550 mAs，螺距1.375，扫描层厚及层间隔为5 mm，图像重建均采用标准算法，重建层厚及层间隔1.25 mm。图像重建第1组为常规140 kVp混合能量图像，用于检查过程中实时观察，第2组为单能量（70 keV）图像。

1.3 图像分析 由2名分别有6年和11年CT诊断经验的放射科医师和主治医师（观察者1、2）分别在AW 4.5工作站进行数据测量。在1.25 mm的140 kVp混合能量图像上选取各浆膜腔积液最明显的层面测量CT值（图1），每个积液放置3个ROI，每个ROI面积约为1.0 cm2，所有ROI放置时均应避开图像伪影区，并取平均值作为测量结果；将1.25 mm的70 keV单能量图像载入能谱成像分析软件GSI viewer中进行分析，选取与混合能量图像相同的层面、位置放置3个ROI，保存ROI数据文件，该数据文件为Excel表格文件，包含40～140 keV（以10 keV为间隔）各单能量水平CT值、有效原子序数（Effective-Z）及不同基物质浓度值，包括基物质对：钙（水）、水（钙）、脂（水）、水（脂）、碘（水）、水（碘）浓度，同时根据公式（1）计算能谱曲线斜率（K值）。

其中，y是40 keV和140 keV对应的CT值之差，x值固定为100［3］。

图1 心力衰竭伴右侧胸腔积液的混合能量图像，选取积液最大层面放置3个ROI，其平均CT值为12.35 HU

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，2名观察者测量结果的一致性采用组内相关系数（intra-class correlation coeffcients，ICC）进行检验，0＜ICC＜0.4为一致性差，0.75＜ICC＜1为一致性良好，一致性良好时取标准差较小者作为结果进行分析。比较4组良性浆膜腔积液混合能量下CT平均值、40～140 keV（以10 keV为间隔）各单能量水平CT平均值、曲线斜率、Effective-Z值及各配对基物质浓度值的差异，组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD法。采用受试者操作特征（ROC）曲线评估对4组浆膜腔积液均有鉴别价值的参数对非炎性与炎性浆膜腔积液的鉴别诊断效能，计算出ROC曲线下面积（AUC），根据最大约登指数确定诊断炎性浆膜腔积液的界值，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2名观察者测量结果的一致性 2名观察者测量的混合能量CT值、各单能量CT值、Effective-Z值、各配对基物质浓度值及计算的曲线斜率结果一致性均良好（ICC＞0.75）。

2.2 常规混合能量及40～140 keV单能量的CT值 4组积液常规混合能量及40～140 keV单能量（每间隔10 keV）的CT值比较见图2。4组积液的混合能量CT值差异均无统计学意义（P＞0.05）。40 keV条件下4组积液CT值比较：肝硬化组＜心力衰竭组＜结核组＜炎症组，组间两两比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。50～140 keV条件下部分组间CT值差异有统计学意义（P＜0.05）：50 keV条件下，仅结核组和炎症组间差异无统计学意义（P＞0.05）；60～80 keV条件下，仅肝硬化组和心力衰竭组及结核组和炎症组间差异无统计学意义（P＞0.05）；90～140 keV条件下，肝硬化组和结核组、心力衰竭组和结核组间差异有统计学意义（P＜0.05）。曲线斜率比较：肝硬化组＜心力衰竭组＜结核组＜炎症组，组间两两比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。

图2 4组良性浆膜腔积液混合能量CT值、40～140 keV单能量CT值比较

2.3 Effective-Z及配对基物质浓度 4组积液Effective-Z值及钙（水）、水（钙）、脂（水）、水（脂）、碘（水）、水（碘）浓度值比较见表1。4组积液的Effective-Z值比较：肝硬化组＜心力衰竭组＜结核组＜炎症组，两两比较差异均有统计学意义（P＜0.05）。4组积液的钙（水）、碘（水）、水（脂）浓度比较：肝硬化组＜心力衰竭组＜结核组＜炎症组，组间差异均有统计学意义（P＜0.05）；脂（水）浓度比较：肝硬化组＞心力衰竭组＞结核组＞炎症组，组间差异均有统计学意义（P＜0.05）；4组积液水（钙）浓度比较：肝硬化组和炎症组、结核组和炎症组间差异均有统计学意义（P＜0.05）；结核组和炎症组水（碘）浓度差异有统计学意义（P＜0.05）。

表1 4组良性浆膜腔积液Effective-Z及配对基物质浓度比较

2.4 鉴别非炎性组与炎性组的诊断效能评估 40 keV单能量、曲线斜率、Effective-Z及钙（水）、碘（水）、水（脂）、脂（水）浓度对4组积液两两鉴别均有价值，其各自的AUC、诊断炎性浆膜腔积液的界值、敏感度及特异度见表2，ROC曲线见图3。40 keV图像CT值的AUC最大，对非炎性与炎性积液的鉴别最具价值，CT值≥24.23 HU为诊断炎性积液的界值，敏感度为96.6%，特异度为97.5%。

表2 部分参数对非炎性组与炎性组的鉴别诊断效能

图3 40 keV单能量、曲线斜率、Effective-Z及钙（水）、碘（水）、水（脂）、脂（水）浓度的ROC曲线

3 讨论

良性浆膜腔积液可由多种原因引起，临床较为常见的是肝硬化失代偿、心功能或肾功能衰竭、结核及各种炎症感染等。及时明确积液来源对疾病的诊断和治疗具有指导作用。超声、X线、常规CT、MRI等可以证实良性浆膜腔积液的存在，对积液量进行评估，但对积液的成因鉴别存在困难。实验室检查根据Light标准［6］，可将良性浆膜腔积液分为漏出液和渗出液：当积液/血清总蛋白＜0.5、积液/血清乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）比值＜0.6、LDH＜200 IU时判定为漏出液，当积液/血清总蛋白＞0.5、积液/血清LDH比值＞0.6、LDH＞200 IU时判定为渗出液，但对于积液的具体成因不能做出解释。

肝硬化浆膜腔积液形成的原因主要是门静脉高压和肝功能减退，积液为漏出液，既往研究认为肝硬化患者血清腹水白蛋白梯度≥1.1 g/dl［7］。心力衰竭患者浆膜腔积液是由于肺部淤血导致肺血管压力增大，使得全身静脉压及毛细血管静水压升高［8］，最终引起水分漏出，因此心力衰竭患者浆膜腔积液为漏出液。结核或炎症时可引起炎性浆膜腔积液，这是由于病原体直接扩散、通过血液或淋巴播散而侵犯浆膜，以及机体变态反应性增高，导致浆液渗出，因此，炎性浆膜腔积液为渗出性。结核性积液中含有较多的淋巴细胞，且有研究认为结核性浆膜腔积液腺苷脱氨酶含量在40～60 U/L［9］，但无特异性。炎症性积液中含有较多的中性粒细胞。

本研究显示，各组良性浆膜腔积液的混合能量CT值无显著差异，4组积液混合能量CT值在11 HU左右，均为水样密度。混合能量CT值显示了积液的整体密度，但不能反映各积液组成成分的差异。单源双能CT可以获得单能量图像，同一能量水平的单能量图像上物质的自身密度决定了其衰减系数，在保持衰减系数恒定的条件下，单能量图像可以获得更为精确的CT值［10］。本研究中在40 keV条件下4组积液的CT值间均存在差异，这是由于各种漏出液、渗出液的细胞计数、酶及蛋白含量均不同［11］，导致其自身X线衰减不同，而且低能量图像组织间对比度较大［12］，从而使得4组不同成分积液的CT值差异明显，40 keV单能量对不同成因良性浆膜腔积液间的鉴别具有重要价值。50～80 keV条件下，仅结核组和炎症组间或肝硬化组和心力衰竭组间无显著差异，可能与渗出液或漏出液间含有较多相似成分有关。90～140 keV条件下，肝硬化组和结核组、心力衰竭组和结核组间差异有统计学意义（P＜0.05），这些差异均体现了渗出液与漏出液的成分差别。4组积液的曲线斜率间均存在差异，而曲线斜率是对能谱曲线差异的定量评估［13］，即4组积液的能谱曲线存在差异。能谱曲线反映了物质的CT值衰减［14］，取决于物质的化学分子结构，4组积液的化学构成不同导致了能谱曲线间的差异。

Effective-Z是根据原子序数引申出的概念，表示与某化合物或混合物的质量衰减系数相同的某元素的原子序数［15］。本研究显示，4组积液的Effective-Z值间均存在差异：肝硬化组＜心力衰竭组＜结核组＜炎症组，可能与4组积液中物质成分不同有关，Effective-Z可以成为鉴别不同成因的良性浆膜腔积液的有效方法。单源双能CT可以获得水、碘、脂、钙等不同物质组合的基物质对，通常选取低衰减和高衰减物质作为物质对进行分析［14］。基物质对并不代表物质的真实物理组成，而是通过这两种基物质的组合来产生相同的衰减效应，从而相对地表达被检物质的成分［16］。本研究结果显示，4组良性浆膜腔积液的钙（水）、脂（水）、碘（水）、水（脂）的基物质浓度间均存在差异，提示这些基物质对可以反映4组积液所含成分的差异，从而相对区分积液。而水（钙）、水（碘）浓度值仅在部分组间存在差异，可能与部分积液所含物质重叠有关。本研究的局限性为：①病例数较少，未涵盖引起良性浆膜腔积液的所有病因；②入组病例未考虑病变程度、病程等因素的影响；③未考虑积液量对测量结果的影响。今后应扩大样本量，进一步细化入组条件可能获得更有意义的结果。

总之，单源双能CT平扫综合分析平台为良性浆膜腔积液间的鉴别提供了全新的多参数方法，利用平扫获得的低能量图像（40 keV）、Effective-Z及钙（水）、钙（脂）、脂（水）、碘（水）、水（脂）基物质对能有效区分肝硬化、心力衰竭、结核、炎症引起的浆膜腔积液，推荐临床使用上述分析参数。

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（本文编辑 张春辉）

Plain Scan Comprehensive Analysis of Single Source Dual-energy CT in Diagnosing Benign Serous Cavity Effusion with Different Origins

刘爱连

2015-12-20

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.06.012