能谱CT在精准勾画继发阻塞性不张的中央型肺癌放疗靶区中的价值

何小群 李 琦 罗天友 龚军伟 霍继文

肺癌是世界上发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，根据肿瘤发生的部位可分为中央型、周围型及弥漫型。中央型肺癌是指发生在段及段以上支气管的肺癌，当肿瘤体积较大时，容易阻塞气道继发远端肺组织的炎症及不张。近年来，调强放射治疗已逐渐成为中晚期肺癌的主流放疗技术，其中放疗靶区的精准勾画是放疗成功的关键。进行肺癌放疗靶区勾画时，CT 是首选影像学检查方法，但是当中央型肺癌合并阻塞性肺不张时，常规CT 常常难以准确识别肺癌的实际范围［1］，影响了肺癌放疗的疗效。能谱CT 是一种较新的成像方法，它通过单源双能（80 keV 和140 keV）的瞬时切换可获得两组不同的能量数据，开创了多参数、定量分析的新型成像模式。能谱CT 优化对比噪声比（contrast noise ratio，CNR）技术能够提供特定病灶的最佳单能量图像 （the best monochromatic image，BMI），提高组织对比度，有利于病灶的显示［2-3］。本研究旨在探讨能谱CT 在鉴别中央型肺癌与阻塞性肺不张中的价值，以实现临床放疗靶区的精确划定。

方 法

1. 病例资料

回顾性分析本院2014 年5 月—2019 年11 月经病理及CT 证实、拟行放疗的89 例中央型肺癌合并阻塞性肺不张患者的能谱CT 资料，其中男性73 例，女性16 例，年龄32～80 岁，平均（60.88±12.40）岁，包括鳞状细胞癌59例，腺癌25例，小细胞肺癌5例。

2. 检查方法

所有患者均采用能谱CT 机（Discovery CT750 HD，GE Healthcare Milwaukee，USA）能谱成像模式（Gemstone spectral imaging，GSI）行胸部平扫及多期增强扫描。扫描前行常规呼吸训练，患者取仰卧位，平扫及动脉期扫描范围从肺尖至肺底，静脉期及延迟期仅包括病灶局部。扫描参数：管电压80 keV与140 keV 瞬时切换，自动管电流，容积剂量指数（CTDIvol）为10.30 mGy，螺距1.375∶1，准直64×0.625，扫描层厚及层间距均为5.0 mm，增强扫描时使用高压注射器经肘正中静脉团注非离子型对比剂碘海醇（含碘300 mg/ml），注射剂量1.5 ml/kg，流速3.0 ml/s，动脉期扫描延迟时间为30 s，之后分别间隔30 s、60 s 行静脉期和延迟期扫描。扫描完成后将原始数据重建为层厚及层间距均为0.625 mm 的薄层图像并传送至GE AW 4.6工作站。

3. 图像分析与测量

由1 名经验丰富的副主任医师和1 名主治医师在图像后处理工作站上调阅患者的能谱CT 资料，盲法完成所有数据的测量与分析，意见有分歧时经讨论达成一致，所有数据均测量3 次后取平均值，具体步骤及方法如下。

（1）在动脉期70 keV（软件自动生成）单能量图像上选择肿瘤最大层面，以肺不张为背景，于肿瘤及不张肺组织区域勾画圆形感兴趣区（region of interest，ROI），避开肿瘤坏死区域、不张肺组织中粗大的肺血管及充填黏液的支气管，应用优化CNR技术，生成最佳CNR 曲线，得到肿瘤与不张肺组织对比度最好时的单能量CT 值，即最佳单能量值。然后在BMI 基础上，叠加碘基图并赋伪彩色生成最佳单能量-碘基伪彩融合图（the best monochromatic image combined with iodine concentration map，BMIICM；图1）。静脉期及延迟期采取同样方法生成各期最佳CNR 曲线，得到最佳单能量值，并生成相应的BMI和BMI-ICM。

（2）在相同条件（窗宽400 HU，窗位40 HU）下，根据增强三期混合能量图像（polychromatic image，PI）、BMI 与BMI-ICM 瘤-肺交界面的显示情况进行主观评分并计算检出率。评分标准：1 分，肿瘤与不张肺组织所有交界面均难以分辨；2 分，肿瘤与不张肺组织交界面部分层面可分辨；3 分，肿瘤与不张肺组织所有交界面均可分辨，但部分显示模糊；4 分，肿瘤与不张肺组织所有交界面均清晰可辨。其中1～2 分视为瘤-肺交界面检出阴性（－），3～4 分视为瘤-肺交界面检出阳性（+）。

（3）测量增强各期碘（水）基物质图中肿瘤与不张肺组织的碘浓度（iodine concentration，IC）值。

图1 动脉期最佳单能量图及最佳单能量-碘基伪彩融合图的重组过程A.于70 keV单能量图像上以肺不张为背景，在肿瘤及肺不张区域勾画圆形ROI；B.最佳CNR曲线显示最佳单能量值为66 keV；C.重组66 keV最佳单能量图；D.重组66 keV最佳单能量-碘基伪彩融合图。

4. 统计学分析

采用SPSS 20.0 统计软件进行数据分析。正态分布的计量资料用± s表示，最佳单能量值、瘤-肺交界面主观评分的比较均采用单因素方差分析，之后PI与BMI、PI 与BMI-ICM、BMI 与BMI-ICM 主观评分间的两两比较采用LSD 检验；瘤-肺交界面检出率的比较采用χ2检验，之后PI 与BMI、PI 与BMI-ICM、BMI 与BMI-ICM 检出率间的两两比较采用Kruskal-Wallis秩和检验；肿瘤与不张肺组织IC的比较采用两独立样本t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1. 最佳单能量值

动脉期、静脉期及延迟期通过优化CNR 技术得到 的 最 佳 单 能 量 值 分 别为（56.00±1.00） keV、（56.00±1.25）keV 和（56.00±1.00）keV，差异无统计学意义（均P＞0.05）。

2. 增强各期PI、BMI 及BMI-ICM 瘤-肺交界面主观评分及检出率的比较

增强各期PI、BMI和BMI-ICM 瘤-肺交界面的主观评分均有统计学差异，两两比较显示BMI-ICM 的主观评分均最高，BMI 次之，PI 最低（均P＜0.05）；BMI与BMI-ICM 动、静脉期瘤-肺交界面的主观评分均显著高于延迟期（均P＜0.05），但动、静脉期间的主观评分无统计学差异（P＞0.05），PI 增强各期瘤-肺交界面的主观评分无统计学差异（P＞0.05）。详见表1。

表1 增强各期PI、BMI及BMI-ICM瘤-肺交界面主观评分的比较

增强各期PI、BMI和BMI-ICM 瘤-肺交界面的检出率均有统计学差异，两两比较显示BMI 和BMIICM 的检出率均显著高于PI（均P＜0.05），但BMI与BMI-ICM 之间检出率无统计学差异（P＞0.05）。BMI与BMI-ICM 动、静脉期瘤-肺交界面的检出率均显著高于延迟期（均P＜0.05），但动、静脉期之间的检出率无统计学差异（P＞0.05），PI 增强各期瘤-肺交界面的检出率无统计学差异（P＞0.05）。详见表2。

表2 增强各期PI、BMI及BMI⁃ICM 瘤-肺交界面检出率的比较

3. 肿瘤与不张肺组织IC值的比较

84 例（94.38%，84/89）患者增强各期不张肺组织的IC 值高于肿瘤（图2），而5 例（5.62%，5/89）

表3 增强各期肿瘤与不张肺组织碘浓度（IC）值的比较

讨 论

规范的照射技术对于肿瘤放疗至关重要，不精确的靶区勾画会导致疗效下降、肿瘤复发和副作用增加。常规CT 是评估肿瘤大小最常用的影像学检查方法，但它对中央型肺癌合并阻塞性肺不张的鉴别能力有限。Qi等［4］利用常规增强CT鉴别肺癌和周围不张肺组织，得到了40%的检出率，本研究结果显示常规混合能量增强CT 对瘤-肺交界面的检出率也仅47.6%，与上述研究结果相符。近年来，有研究［5］发现通过分析PET/CT 功能影像中病灶区FDG-PET的浓聚程度及延迟扫描变化情况可有效地区分肿瘤和周围不张肺组织；也有学者［6］利用MRI 分析了肺癌及其患者增强各期不张肺组织的IC 值低于肿瘤（图3）。所有患者增强各期肿瘤的平均IC 值均低于不张肺组织，差异有统计学意义（均P＜0.001）。详见表3。继发的阻塞性改变的影像学特征，认为总体上MRI区分肺癌与阻塞性病变的能力明显高于CT；Qi 等［4］也认为，DWI 联合T2WI 可提高肺癌与周围不张肺组织的鉴别能力。但PET/CT 昂贵的检查费用及较高的辐射剂量，MRI较大的呼吸伪影及较多的扫描禁忌等因素限制了其临床应用。能谱CT 具有丰富的成像工具，包括单能量图像、能谱曲线、物质分离图像及有效原子序数，更新了传统CT 的成像观念，在提高图像对比度、优化病灶显示等方面具有很大的潜力［7-9］。

本研究结果表明能谱CT 优化CNR 技术在鉴别中央型肺癌与阻塞性肺不张方面有着较大的优势。能谱CT 优化CNR 技术是基于两物质在低千伏时具有较好的物质对比度，通过后处理软件能够找出此条件下的单能量CT 值并进行图像重组，从而获得观察目标与背景之间最佳对比度。既往研究［10-11］表明能谱CT 优化CNR 技术可以提高肝血管瘤等微小病灶的检出率，改善肝内外门静脉的对比度。有学者［12］提出60 keV单能量图像更加有利于肺癌病灶的显示。笔者在本研究中发现中央型肺癌与不张肺组织在56 keV 单能量图像上呈现出最好对比度，更加有利于肿瘤放疗靶区的准确勾勒。

图2 右肺上叶中分化鳞癌典型病例（男，63岁）A.混合能量平扫图像示瘤-肺交界面显示不清；B.混合能量动脉期图像，表现同A；C.静脉期66 keV最佳单能量图像示瘤-肺交界面显示尚可；D.最佳单能量-碘基伪彩融合图示瘤-肺交界面显示清晰，不张肺组织的IC高于肿瘤。

图3 左肺上叶高分化鳞癌典型病例（女，53岁）A.混合能量平扫图像示瘤-肺交界面显示模糊；B.混合能量动脉期图像，表现同A；C.动脉期68 keV最佳单能量图像示瘤-肺交界面显示较清晰；D.最佳单能量-碘基伪彩融合图示瘤-肺交界面显示清晰，不张肺组织的IC低于肿瘤。

研究中我们发现增强各期中BMI-ICM 对瘤-肺交界面的检出率最高，达95.2%，BMI 次之，PI 最低。这可能是因为BMI-ICM 联合了优化CNR 技术、多平面重组（multi-planar reformation，MPR）及物质分离等多种后处理技术，其中优化CNR 技术重组出的BMI可以提高图像的对比度，有助于病灶的显示；碘基伪彩图色彩明亮，能够提高图像清晰度及对比度；MPR 技术可以从不同的方向和角度去观察病变，从而弥补横断面对肿瘤形态及边界显示的不足［13］。本研究结果还显示BMI 及BMI-ICM 图像上动、静脉期瘤-肺交界面的主观评分及检出率均显著高于延迟期，因此笔者认为在观察中央型肺癌瘤-肺交界面时以动脉期或静脉期图像为宜。实际工作中我们可以首先比较PI 图像上动脉期及静脉期瘤-肺交界面的显示情况，然后选择对比度较好者进行图像重组与观察。

在能谱CT 物质分离技术中，碘和水是最常用的基物质对。由于碘是增强对比剂中的主要成分，因此通过测定碘-水基物质图像上某一感兴趣区的碘浓度值可有效判断其血供。本研究测量并比较了增强各期肺癌与肺不张的碘浓度值，发现在94.38%的肺癌患者中，不张肺组织的IC 明显高于肿瘤，分析其原因可能在于不张肺组织主要由粗大的肺动脉供血，血供丰富且强化时间较早，而肿瘤主要由支气管动脉供血，血供相对较少且强化时间较晚。此外，少数肺癌患者不张肺组织的IC 值低于肿瘤，这可能与肿瘤的强化程度还受到病理类型、分化程度、大小及瘤内有无坏死等多种因素的影响有关［14］。Aoki等［15］的研究也表明IC 较CT 值更能准确反映病灶的血流量及微血管密度的变化，因此IC 可以作为中央型肺癌与肺不张鉴别的一个有效定量指标。

本研究尚存在一定的局限性：首先，研究中搜集到的病例均为拟行放疗的肺癌患者，且部分处于中晚期，难以获得放疗前的手术切除标本并与能谱CT 成像结果进行病理对照；其次，能谱CT 扫描时患者所接受的辐射剂量略高于常规CT，但本研究选取了当前扫描参数下的最低容积剂量指数（10.30 mGy），同时静脉期及延迟期仅对病灶局部进行扫描，这就大大降低了患者所接受的辐射剂量。

综上所述，能谱CT 有助于鉴别中央型肺癌及阻塞性肺不张，为临床放疗靶区精准勾画提供新方法。