能譜CT綜合分析對良惡性漿膜腔積液的鑒別價值

鞠 燁，劉愛連，汪禾青，張 婷，馬春梅，劉靜紅，王 升，田士峰，崔文俊，張龍敏，謝德舜

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116000）

漿膜腔積液的病因復(fù)雜，及時準(zhǔn)確的定性對臨床進(jìn)一步治療方案的確定非常重要，目前，超聲、X線、普通CT及MR對漿膜腔積液的檢出和定量均較容易，但定性尚存在很大的限度。能譜CT已經(jīng)用于離體胸水性質(zhì)的鑒別，并取得令人鼓舞的結(jié)果[1]，本文旨在探討能譜CT綜合分析平臺對良惡性漿膜腔積液的鑒別價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2012年1月—2012年10月我院行能譜CT掃描并經(jīng)證實的漿膜腔積液患者。惡性積液中肝硬化合并原發(fā)性肝癌者除外，惡性腫瘤的原發(fā)灶均經(jīng)病理證實，所測量漿膜腔積液亦均經(jīng)脫落細(xì)胞學(xué)證實發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤細(xì)胞，良性積液病例均無原發(fā)腫瘤病史且積液的細(xì)胞學(xué)檢查未發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤細(xì)胞，并由實驗室檢查證實為良性積液。最后納入85例，男35例，女50例，年齡41～81歲，平均（63.2±10.4）歲。 其中，良性漿膜腔積液 14例（肝硬化合并腹水5例、心衰合并胸水1例、肺炎合并胸水7例、結(jié)核性腹膜炎合并腹水1例）、惡性漿膜腔積液71例（胃腸道惡性腫瘤合并腹水13例、肺癌合并胸水46例、乳腺癌多處轉(zhuǎn)移合并胸水8例、卵巢癌合并腹水3例、食管癌合并胸水1例）。該研究獲得醫(yī)院倫理委員會的批準(zhǔn)和患者的知情同意。

1.2 CT掃描方法

應(yīng)用 GE能譜 CT機 （HD CT 750 Discovery），采用GSI模式掃描。螺旋掃描速度為0.6 s/周，探測器寬度為4 cm；電壓為高低能量（140 kVp和80 kVp）瞬時（0.5 ms）切換，管電流約為600 mA。圖像重建第1組為常規(guī)140 kVp圖像，用于檢查過程中實時觀察，層厚、層間隔為5 mm。第2組為單能量（70 keV）圖像，層厚、層間隔為1.25 mm。圖像重建均采用標(biāo)準(zhǔn)算法。

1.3 圖像分析與測量

圖像分析和測量均在專業(yè)工作站AW 4.5上進(jìn)行。由筆者和1名工作10年以上的影像診斷醫(yī)師分別獨立測量，并且對研究對象最終結(jié)果不知曉，在混合能量140 kVp成像圖像上選取圖像中積液最明顯的層面進(jìn)行CT值的測量，選擇直徑5～10 mm圓形ROI采用三點測量并取其平均值。將單能量圖像（70 keV、5 mm）載入能譜成像分析軟件GSI viewer中進(jìn)行分析，同一病人對照其混合能量的相應(yīng)區(qū)域選取同樣大小的ROI進(jìn)行測量，保存ROI數(shù)據(jù)文件，該數(shù)據(jù)文件為Excel表格文件，包含40～140 keV（以10 keV為間隔）各單能量水平CT值（HU）、有效原子序數(shù)。應(yīng)用統(tǒng)計軟件計算有效原子序數(shù)分布峰值。選取脂（水）、水（碘）、水（鈣）作為配對基物質(zhì)，用數(shù)據(jù)文件生成其濃度。計算能譜曲線斜率（K值），公式為K=y/x，y是140 keV和40 keV時對應(yīng)的CT值之差，x值固定為100。根據(jù)計算出的斜率將曲線分為遞增型（K＞0）和遞減型（K＜0）（圖 1～4）。

1.4 統(tǒng)計分析

統(tǒng)計方法采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件。比較良惡性漿膜腔積液混合能量下CT平均值及40～140keV（以10 keV為間隔）各單能量水平CT平均值、有效原子序數(shù)及其分布峰值、配對基物質(zhì)濃度等定量參數(shù)的差異，結(jié)果進(jìn)行獨立樣本t檢驗；比較良惡性漿膜腔積液能譜曲線斜率（K值）平均值，結(jié)果進(jìn)行獨立樣本t檢驗；比較良惡性能譜曲線類型構(gòu)成比的差異，結(jié)果采用Fisher精確概率法檢驗；采用受試者工作特征曲線（ROC）評估能譜曲線類型對良惡性積液的診斷價值，曲線下面積（AUC）用于判斷能譜曲線類型對良惡性積液診斷的準(zhǔn)確性，同時計算能譜曲線診斷良惡性積液的特異度和敏感度。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)混合能量及單能量40～140 keV的CT值

在低能量（40～60 keV）下兩組的CT值有顯著的統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.01），在130～140 keV下兩組CT值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），而在70～120 keV下和混合能量下兩組之間CT值的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表 1）。

Table 1 The CT value(HU)of benign and malignant effusion at 140 kVp polychromatic images and 40～140 keV

如良、惡性漿膜腔積液在不同單能量下 （40～140 keV）的CT值擬合曲線所示，在40 keV時兩者差異最為顯著，而在85 keV左右兩者曲線有交叉（圖 5）。

圖5 良、惡性漿膜腔積液不同單能量下（40～140 keV）CT值擬合曲線。Figure 5. The spectral curve of the benign and malignant serous effusion at 40～140 keV.

2.2 有效原子序數(shù)（Effective-Z）及分布峰值

良性積液的有效原子序數(shù)的平均值 （7.80±0.18）高于惡性積液（7.32±0.20），兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=8.52，P<0.01）。良性組有效原子序數(shù)的分布峰值（7.84±0.18）高于惡性組（7.32±0.19），兩者之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-9.05，P＜0.01）。如惡性積液有效原子序數(shù)分布峰值的直方圖所示，惡性積液有效原子序數(shù)分布類似于正態(tài)分布，分布峰值約為7.32，而其他位置分布稀少（圖6）。如良性積液有效原子序數(shù)分布峰值的直方圖所示，良性積液有效原子序數(shù)分布呈偏態(tài)分布，峰值位于7.84，而在8.0左右也有一定數(shù)量的分布（圖7）。

2.3 配對基物質(zhì)濃度

惡性積液脂（水）、水（碘）、水（鈣）含量均高于良性組，兩組值（g/L）分別為 220.51±187.92、1 023.42±12.69、1 026.04±12.69；-265.55±198.44、1 011.91±7.40、1 008.73±8.95，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）（表 2）。

2.4 能譜曲線

良性漿膜腔積液能譜曲線斜率（K值）的平均值（0.17±0.21）大于惡性（-0.20±0.26），兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-7.75，P<0.01）；95.77%（68/71 例）的惡性漿膜腔積液呈遞增型曲線，100%（14/14例）的良性漿膜腔積液呈遞減型曲線，其差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.00）（表 3）。

圖6 惡性積液有效原子序數(shù)分布峰值直方圖。Figure 6. The histogram of eff-Z distribution peaks for malignant effusion.

圖7 良性積液有效原子序數(shù)分布峰值直方圖。Figure 7. The histogram of eff-Z distribution peaks for benign effusion.

能譜曲線類型對良惡性漿膜腔積液診斷的ROC分析顯示，曲線類型對兩組積液診斷的準(zhǔn)確性（即曲線下面積）為92.1%，其靈敏度為85.7%，特異度為 98.6%（圖 8）。

圖8 能譜曲線類型對積液良惡性診斷的ROC曲線。Figure 8. The ROC curve of spectral CT curve for diagnosing benign and malignant effusion.

Table 2 The based material density of malignant and benign effusion(g/L,±s)

Table 2 The based material density of malignant and benign effusion(g/L,±s)

Nature fat(water)water(iodine)water(calcium)Benign -265.55±198.44 1 011.91±7.40 1 008.73±8.95 Malignant 220.51±187.92 1 023.42±12.69 1 026.04±12.69 P value 0.00 0.00 0.00

Table 3 The constituent ratio of the benign and malignant serous effusion

3 討論

3.1 漿膜腔積液分類及檢查方法

Light標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)血清蛋白、乳酸脫氫酶（LDH）及細(xì)胞計數(shù)可做出漏出液和滲出液的分類[2]，而近年來臨床上更為關(guān)注的是積液良惡性的鑒別，引起良性漿膜腔積液的病因很多，最常見的是肝硬化失代償、心功能不全、腎功能衰竭、結(jié)核、非特異性炎癥等，惡性漿膜腔積液則見于各種惡性腫瘤的晚期。在良性積液中肝硬化性和心衰、腎衰性積液多數(shù)為漏出液，而炎性和結(jié)核性積液則多數(shù)為滲出液，惡性腫瘤引起的積液漏出及滲出亦有交叉，故多數(shù)生化指標(biāo)在良惡性積液上有一定重疊，單從上述指標(biāo)來鑒別有困難。本研究中剔除了肝硬化合并原發(fā)性肝癌的病例，是由于其多數(shù)指標(biāo)與肝硬化類似[3-4]，若將其一并歸入惡性組，勢必影響結(jié)果的可靠性。

漿膜腔穿刺抽取積液中發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞雖然是診斷惡性積液的金標(biāo)準(zhǔn)，但具有創(chuàng)傷性、風(fēng)險性，門診患者及有穿刺禁忌證患者不能接受此項檢查[5-6]，并且惡性脫落細(xì)胞學(xué)檢查存在假陰性率，其靈敏性僅有40%～60%[7]，也就是說在積液細(xì)胞中未發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤細(xì)胞仍然不能排除該積液為惡性積液，這也是臨床上存在的困惑。常規(guī)胸部X線片可以確定胸腔積液的存在與否，并有助于胸部疾病的診斷。腹部B型超聲檢查能靈敏、方便檢出少量腹水及動態(tài)了解腹水消長情況。常規(guī)CT、MRI能夠確定漿膜腔積液的存在，并能對漿膜腔積液量進(jìn)行估計。有學(xué)者認(rèn)為常規(guī)CT值在滲出液和漏出液中有所不同，滲出液CT值明顯高于漏出液CT值，但存在很大重疊[8]，因而有一定的局限性。常規(guī)CT能顯示血性和膿性積液的CT值均高于漿液性，但卻難以進(jìn)一步鑒別。MRI在諸多影像手段中，以其多方位、多參數(shù)成像及高性能的軟組織分辨率在漿膜腔的原發(fā)病灶的顯示及診斷中較有優(yōu)勢。文獻(xiàn)報道MRI結(jié)合常規(guī)及DWI信號特征、ADC值，對血性、漿液性和膿性具有準(zhǔn)確的鑒別能力，可以鑒別腫瘤性和非腫瘤性病變，敏感度為90.3%，特異度為92.0%，進(jìn)而預(yù)測惡性腹水[6]。但是，MRI檢查價格昂貴、成像速度慢、病人配合度要求高，部分病人有幽閉恐懼癥或心臟起搏器等MR禁忌，這些均使MR對漿膜腔積液的檢出和定性應(yīng)用受限。

3.2 能譜CT對漿膜腔積液定性的價值

能譜CT單能量下的CT值相對于混合能量下的CT值更能準(zhǔn)確的反應(yīng)物質(zhì)的X線吸收特性[9]。與常規(guī)CT相比，能譜CT成像提供了更多的分析工具和定量指標(biāo)，如：40～140 keV下任一keV的單能量CT值、有效原子序數(shù)、配對基物質(zhì)濃度、能譜曲線等。

混合能量CT值：即相當(dāng)于常規(guī)CT掃描測得的CT值，采用混合光掃描得到的CT值不準(zhǔn)確[10-12]。而本研究所示常規(guī)混合能量不能鑒別兩組積液，且單能量中70～80 keV相當(dāng)于常規(guī)CT的混合能量，本組資料中惡性與良性積液在70～80 keV的CT值無差別，進(jìn)一步證明了常規(guī)CT值不能區(qū)分這兩種性質(zhì)的積液，對兩者鑒別價值有限。

單能量CT值：是指處于某一能量水平的X線穿過物質(zhì)后產(chǎn)生的衰減圖像測得的CT值，更為精確[10-12]。低能量（keV）圖像具有很好的組織對比力[1]，在本研究中，兩組積液在低能量（40～60 keV）下的CT值有顯著的統(tǒng)計學(xué)差異，提示低能量（keV）圖像在惡性與良性積液的鑒別中起到重要作用，這與之前研究所示的胸腔滲出液與漏出液在低能量下差別大的結(jié)果一致[1]。而在高能量（130～140 keV）下兩組CT值仍有統(tǒng)計學(xué)差異，良惡性積液在組織分辨略差的高能量圖像上亦可以區(qū)分，說明這兩種性質(zhì)積液成分存在有很大的不同。

有效原子序數(shù)：是從原子序數(shù)引出的概念，可以用來進(jìn)行物質(zhì)檢測、鑒別及物質(zhì)分離，已經(jīng)有研究表明，有效原子序數(shù)可以較準(zhǔn)確判定離體尿路結(jié)石化學(xué)成分[13]，進(jìn)而指導(dǎo)臨床采取相應(yīng)的治療方案。在本研究中，良性組漿膜腔積液的有效原子序數(shù)均值及分布峰值均高于惡性組。

基物質(zhì)濃度：任何物質(zhì)的X線衰減系數(shù)都可以由其他任意兩種基物質(zhì)（配對基物質(zhì)）的X線衰減系數(shù)的加權(quán)和來表示，這就是基礎(chǔ)物質(zhì)分解的原理[1]。本研究選取了脂（水）、水（碘）、水（鈣）成分的配對基物質(zhì)進(jìn)行分析，是由于這包含了從脂肪到碘對比劑等醫(yī)學(xué)中常見的物質(zhì)范圍。已經(jīng)有研究證明惡性腹水中游離脂肪酸比肝硬化高出3倍，惡性腹水中飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸都比肝硬化腹水高[14]，這是由于脂肪酸是腫瘤代謝的能量底物，因此在惡性腹水中升高，本文結(jié)果顯示惡性組積液的脂肪濃度高于良性組積液，也反映出這一特征。

能譜曲線：物質(zhì)的能譜曲線（即物質(zhì)的CT值衰減曲線）反映X線束穿過某種物質(zhì)的衰減情況，可以用能譜曲線的差異來區(qū)分人體內(nèi)不同密度的物質(zhì)成分[10-12]。我們可以通過斜率（K值）來定量評估曲線，本研究中良性漿膜腔積液能譜曲線斜率的平均值高于惡性積液。惡性漿膜腔積液中可以找到細(xì)胞密度較大的惡性腫瘤細(xì)胞或異型細(xì)胞，而且其脂質(zhì)和蛋白含量與良性的漿膜腔積液有所不同，所以X線對兩者的穿透力應(yīng)該有所差別，其衰減程度也應(yīng)該不同，因此可以得到不同的能譜曲線，而通過能譜曲線類型能更為直觀地反映兩者的差別，本組研究中所有良性漿膜腔積液均呈遞減型曲線，有95.77%惡性漿膜腔積液呈遞增型曲線，這一結(jié)果與之前的研究結(jié)果具有很高的一致性[15]，惡性積液的曲線形態(tài)與脂肪的能譜曲線形態(tài)相似[16]，這與上述的惡性積液中脂（水）濃度高于良性積液的結(jié)論一致，并且能譜曲線較基物質(zhì)濃度的測量更為直觀，有更好的臨床應(yīng)用價值。本研究通過ROC分析也證明了能譜曲線類型對良惡性積液的鑒別有很高的靈敏度、特異度及準(zhǔn)確性。

3.3 本研究的局限和不足以及待解決的問題

本研究為體內(nèi)試驗研究，體內(nèi)內(nèi)環(huán)境較為復(fù)雜，例如胸腹腔內(nèi)臟器對射線的吸收、部分容積效應(yīng)等因素，上述研究是否真正反應(yīng)積液的性質(zhì)，有待進(jìn)一步與離體標(biāo)本的對照研究。另外，有效原子序數(shù)所反映的是混合物的有效原子序數(shù)，需要進(jìn)一步將混合物分離，與體內(nèi)物質(zhì)真正元素的原子序數(shù)進(jìn)行對照。

]

[1]辛小燕，朱斌，陳君坤，等.CT能譜成像在胸腔滲出液與漏出液定性鑒別中的作用[J]. 中華放射學(xué)雜志，2011，45（8）：723-726.

[2]Light RW,Macgregor MI,Luchsinger PC,et al.Pleural effusions:the diagnostic separation of transudates and exudates[J].Ann Intern Med,1972,77(4):507-513.

[3]Castaldo G,Oriani G,Cimino L,et al.Total discrimination of peritoneal malignant ascites from cirrhosis and hepatocarcinomaassociated ascites by assays of ascitic cholesterol and lactate dehydrogenase[J].Clin Chem,1994,40(3):478.

[4]Kahn FY.Ascites in the state of Qatar:aetiology and diagnostic value of ascitic fluid analysis[J].Singapore Med J,2007,48(5):434.

[5]謝鵬雁. 腹水鑒別的基本思路[J]. 中國醫(yī)刊，2006，41（9）：514-515.

[6]靳瑞娟，馬強華，楊曉萍，等.磁共振DWI技術(shù)在腹水病因診斷中的價值[J]. 世界華人消化雜志，2009，17（4）：373-377.

[7]張潔，俞贊臨.良、惡性腹水生化檢測診斷進(jìn)展[J].上海交通大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版，2007，27（11）：1389-1392.

[8]Nandalur KR,Hardie AH,Bollampally SR,et al.Accuracy of computed tomography attenuation values in the characterization of pleural fluid:an ROC study[J].Acad Radiol,2005,12(8):987-991.

[9]李小虎，劉斌，余永強，等.能譜CT單能量區(qū)分體外腎結(jié)石成分的初步實驗研究[J]. 中國 CT 和 MRI雜志，2011，9（5）：9-20.

[10]Karcaaltincaba M,Aktas A.Dual-energy CT revisited with multidetector CT:review of principles and clinical applications[J].Diagn Interv Radiol,2011,17(3):181-194.

[11]Remy-Jardin M,Faivre JB,Pontana F,et al.Thoracic applications of dual energy[J].Radiol Clin North Am,2010,48(1):193-205.

[12]Kang MJ,Park CM,Lee CH,et al.Dual-energy CT:clinical applications in various pulmonary diseases[J].Radiographics,2010,30(3):685-698.

[13]黃科峰，周寶成，黃金山，等.能譜CT有效原子序數(shù)對離體尿路結(jié)石成分分析的前瞻性研究[J].臨床軍醫(yī)雜志，2011，8（4）：615-617.

[14]Greco AV,Mingrone G,Gasbarrini G.Free fatty acid analysis in ascitic fluid improves diagnosis in malignant abdominal tumors[J].Clin Chim Acta,1995,239(1):13-22.

[15]鞠燁，劉愛連，汪禾青，等.能譜曲線鑒別診斷良惡性漿膜腔積液[J]. 中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2012，28（12）：2239-2242.

[16]王成林，程琳，張子欽，等.肝臟局限性脂肪沉積CT診斷[J].中國 CT 和 MRI雜志，2011，9（10）：1-5.