CT灌注成像技术参数的优化及其在孤立性肺结节临床诊断中的价值

论文摘要

【研究背景】自CT灌注成像技术应用于临床以来,研究者对技术参数及其临床应用价值进行了不断的研究,并取得了一定的成果。1995年,Swensen采用注入对比剂后每30s扫描1次,6次扫描,共3min的扫描方式。1996和2000年,Swensen采用注入对比剂后每1min扫描1次,4次扫描,共4min的扫描方式。Chin在研究中采用注入对比剂后每20s扫描1次,9次扫描,共3min的扫描方式。Miles等在研究中采用注入对比剂后前30s每3s扫描1次,共10次扫描的扫描方式。张金娥等在研究中采用注入对比剂后延迟5.6s开始扫描,每1s扫描1次,扫描持续时间40s的扫描方式。虽然不同学者采用的扫描方式不完全相同,但扫描间隔都在3s内,随着CT扫描速度的提高,现在都倾向于1s扫描1次,扫描延迟时间0～15s,扫描持续时间30～40s。此外,对比剂注射速率亦是人们关注的焦点问题之一,其与灌注软件应用的数学模型相关。CT灌注成像技术目前应用的主要数学模型为去卷积数学模型和非去卷积数学模型两大类。前者对注射速率的要求较低,目前临床上应用4-5ml/s;后者对注射速率的要求较高,可高达10ml/s,甚至20ml/s,临床工作中需进行静脉插管。在不同性质的孤立性肺结节的诊断及鉴别诊断中,张敏鸣等对65例SPN患者进行了CT灌注研究,将患者分为恶性肿瘤组（原发和转移性肺癌）、良性肿瘤组（肉芽肿、结核瘤、错构瘤、支气管囊肿）、活动性炎症组（肺炎、结核）,分别测定了SPN增强的峰值、SPN增强峰值与主动脉增强峰值的比、SPN的灌注量。结果表明恶性和活动性炎症SPN增强峰值、增强峰值与主动脉增强峰值比、灌注量均高于良性SPN,但恶性和活动性炎症SPN之间并无显著性差异。白荣杰等及王秋实等分别对34例肺部孤立结节（SPN）及34例肺部肿块行多层螺旋CT灌注成像,通过灌注软件计算相关病灶的时间一密度曲线及灌注参考值,得到与张敏鸣等相似的结果。综合以上的研究成果,CT灌注成像应用于孤立性肺结节的研究仍然存在着如下的问题。第一,早期的灌注技术反映了病变或器官在一段时间内的平均灌注状况,其与病理改变的对应关系较首过灌注技术相关性较差;第二,在检查过程中,患者接受的X线辐射剂量居高不下,平均高于常规CT扫描地数倍,甚至数十倍,成为CT灌注成像技术在临床广发应用的门槛;第三,CT灌注成像技术要求患者在数据采集期间保持屏气状态,时间约为30-40秒,对于一般患者而言很难达到。第四,CT灌注成像技术根据所应用的数学模型使用不同的注射速率,临床工作中患者能够接受的注射速率成为灌注技术广泛应用的另一个门槛。第五,不同性质的孤立性肺结节CT灌注成像的临床意义仍然需要进一步探讨。【目的】通过对67例孤立性肺结节的CT灌注成像检查中技术参数的调整,探讨扫描的持续时间、扫描时间间隔、对比剂注射速率在64排螺旋CT评价孤立肺结节整体灌注的影响,并进一步优化CT灌注成像检查技术参数;通过对不同性质孤立性肺结节CT灌注成像的研究,探讨该技术在孤立性肺结节的诊断及鉴别诊断中的作用及限度。【材料及方法】病例选择标准:1、首诊未经治疗,通过常规X线平片或者CT平扫发现肺内孤立性肺结节。2、结节的直径小于等于3cm的孤立肺结节。直径定义为:CT检查中,纵隔窗上前后径、左右径、上下径的平均值。上下径通过多层螺旋CT多层面重建（MPR）图像测量。3、无对比剂过敏。4、通过呼吸训练,能配合扫描。一般资料:2005年12月～2008年1月间符合标准的恶性肿瘤患者接受64排螺旋CT灌注扫描并纳入分析者,共67例。恶性50例,良性7例,炎性病变10例。男性41例,女性26例。年龄范围28-73岁,平均年龄56.02±9.11岁。其中,43例通过手术证实;2例通过CT引导经皮肺穿刺活检证实;1例通过纤支镜活检证实;4例同时发现全身多处转移性肿瘤。7例良性结节,其中1例经过手术证实为肉芽肿组织,6例为经过两年随访无变化者;10炎性结节均为抗炎治疗后复查表现为吸收者。病例分组:1、根据不同的注射速率分组。应用不同的数学模型对对比剂注射速率的要求不同。对于本次研究中所使用的为去卷积数学模型。在以往的研究中,国内学者大多数在检查中采用了4-5ml/s的注射速率。此速率在一部分患者中取得了不错的效果。但是,依据笔者的观察,在注射速率为4-5ml/s的情况下,仍然有一部分患者出现了并发症而放弃CT灌注成像检查。而当注射速率过低时,单位时间内病变或器官内,碘浓度过低,导致灌注值偏低。因此,在本组研究中,在以往的研究基础上适当降低注射速率,设置3ml/s和5ml/s进行对照观察。2、根据不同的扫描时间分组。CT首过灌注成像对数据采集的时间有着严格的要求。同时,患者的屏气能力是CT灌注成像检查的成败中的一个重要因素。故扫描持续时间的选择十分重要。人体血液循环的周期一般为20～25s,为避免再循环的影响,要求扫描时间不得超过此段时间。因此,本研究中,设置扫描时间为23秒（11-32秒）、25秒（11-36秒）及30秒（11-41秒）进行比较。3、根据不同的时间间隔分组。X射线辐射的问题一直是人们所关注的焦点之一。与之相关的重要因素之一即为曝光总时间。在本组研究中,设置时间间隔为无间隔组、间隔1秒组以及间隔2秒组,相应的曝光总时间为30秒、15秒、10秒。由此,时间间隔1秒及2秒即可明显降低患者接受的X线辐射剂量。4、根据不同的性质分组。良、恶性孤立性肺结节的诊断与鉴别诊断一直是临床十分关注的问题之一。本研究中根据最终的病理结果,或者影像随访标准,将孤立性肺结节为恶性结节、良性结节以及炎性结节三组。数据处理:1、在第一部分的研究中,根据不同注射速率,分为3ml/s（组1）和5ml/s（组2）,分别计算肺结节血流量（灌注值）、血容量、平均通过时间、表面渗透性,共四个参数的平均值作为肺结节的整体灌注定量参数,并对两组不同注射速率的四个灌注参数进行t检验。2、在第二部分的研究中,选取其中的50例恶性结节进行统计分析。根据不同的扫描时间,分为11-34S（组1）、11-36S（组2）和11-41S（组3）,分别计算肺结节血流量（灌注值）、血容量、平均通过时间、渗透性表面乘积,共四个参数的平均值作为肺结节的整体灌注定量参数,并对三组不同扫描时间的四个灌注参数进行重复测量统计检验。3、在第三部分的研究中,选取其中的50例恶性结节进行统计分析。根据不同的扫描时间间隔,分为利用所有图像（1组）、每间隔1秒的数据（2组）,和每间隔2秒的数据（组3）,分别计算肺结节血流量（灌注值）、血容量、平均通过时间、渗透性表面乘积,共四个参数的平均值作为肺结节的整体灌注定量参数,并对三组不同时间间隔的四个灌注参数进行重复测量统计检验。4、第四部分研究中,选取全部67例结节,利用所有图像,分别计算肺结节血流量（灌注值）、血容量、平均通过时间、表面渗透性,共四个参数的平均值作为肺结节的整体灌注定量参数,并对三组不同性质的孤立性肺结节的四个灌注参数进行t检验,所得结果,作为临床诊断及鉴别诊断的依据,并探讨起临床价值与限度。【结果】1、注射速率为3ml/s时,恶性结节的平均血流量为49.006±42.429ml.100g-1.min-1;血容量平均值为3.358±4.608 ml/100g;平均通过时间平均值为6.307±3.772秒;表面渗透性平均值为9.378±9.040 ml.100g-1.min-1;注射速率为5ml/s时,恶性结节的血流量平均值为52.917±61.206 ml.100g-1.min-1;血容量平均值为3.045±4.671 ml/100g;平均通过时间平均值为6.079±3.831秒;表面渗透性平均值为8.142±7.082ml.100g-1.min-1。两组均数灌注参数BF（血流量）p=0.249＞0.05;BV（血容量）p=0.737＞0.05;MTT（平均通过时间）p=0.776＞0.05;PS（表面渗透性）p=0.454＞0.05。四个灌注指标值均大于0.05,说明两种不同注射速率对恶性孤立性肺结节灌注成像无差别。2、扫描时间为23秒组中,恶性结节的血流量平均值为55.531±55.870ml.100g-1.min-1;血容量值平均值为3.361±2.799ml/100g;平均通过时间平均值为5.323±2.961秒;表面渗透性平均值为8.980±9.454 ml.100-1.min-1;扫描时间为25秒组中,恶性结节的血流量平均值为61.100±75.785 ml.100g-1.min-1;血容量平均值为3.354±2.636ml/100g;平均通过时间为5.651±3.140秒;表面渗透性平均值为8.367±7.854ml.100g-1.min-1;扫描时间为30秒组中,恶性结节的血流量平均值为52.917±61.206ml.100g-1.min-1;血容量平均值为3.524±4.564ml/100g;平均通过时间平均值为6.249±3.545秒;表面渗透性平均值为8.864±8.627ml.100g-1.min-1。三组不同扫描时间（23秒、25秒、30秒）的恶性结节的灌注参数血流量p=0.937＞0.05;平均通过时间:p=0.111＞0.05;表面渗透性:p=0.906＞0.05,无显著统计学差异,说明三种不同扫描时间对灌注参数没有明显影响。3、无间隔扫描组中,恶性结节的血流量平均值为52.917±61.206ml.100g-1.min-1;血容量值平均值为3.524±4.564ml/100g;平均通过时间平均值为6.249±3.545秒;表面渗透性平均值为8.864±8.627 ml.100g-1.min-1;间隔1秒组中,恶性结节的血流量平均值为41.461±20.312 ml.100g-1.min-1;血容量值平均值为3.579±3.106ml/100g;平均通过时间平均值为5.560±3.522秒;表面渗透性平均值为10.886±10.248ml.100g-1.min-1;间隔2秒组中,恶性结节的血流量平均值为4.487±5.429ml.100g-1.min-1:血容量值平均值为3.524±4.564ml/100g;平均通过时间平均值为6.451±3.817秒;表面渗透性平均值为9.319±8.857ml.100g-1.min-1。三组不同时间间隔（无间隔、间隔1秒、间隔2秒）的恶性结节的灌注参数比较中,血流量p=0.001＜0.05;血容量p=0.286＞0.05;平均通过时间p=0.116＞0.05;表面渗透性p=0.504＞0.05。血流量有显著差异,血容量、平均通过时间及表面渗透性无统计学差异。4、不同性质孤立性肺结节灌注成像中,恶性结节的血流量平均值为52.9±61.2607ml.100g-1.min-1;血容量平均值为3.524±4.564ml/100g;平均通过时间平均值为6.249±3.545秒;表面渗透性平均值为8.864±8.627ml.100g-1.min-1;良性结节的血流量平均值为41.461±20.312 ml.100g-1.min-1;血容量平均值为3.579±3.106ml/100g:平均通过时间平均值为5.560±3.522秒:表面渗透性平均值为10.886±10.248ml.100g-1.min-1炎性结节的血流量平均值为74.283±69.258ml.100g-1.min-1;血容量平均值为4.487±5.429ml/100g;平均通过时间平均值为6.451±3.817秒;表面渗透性平均值为9.319±8.857ml.100g-1.min-1。恶性结节与良性结节比较:血流量（p=0.256＞0.05）,血容量（p=0.439＞0.05）,平均通过时间（p=0.763＞0.05）,均无明显差异;渗透表面积（p=0.009＜0.05）;有明显差异;恶性结节与炎性结节比较:血流量（p=0.318＞0.05）,血容量（p=0.953＞0.05）,平均通过时间（p=0.348＞0.05）,渗透表面积（p=0.274＞0.05）,均无明显差异;良性结节与炎性结节比较:血流量（p=0.003＜0.05）,有明显差异;血容量（p=0.306＞0.05）,平均通过时间（p=0.205＞0.05）,渗透表面积（p=0.274＞0.05）,无明显差异。【结论】1、应用64排螺旋CT进行评价孤立肺结节灌注时,3ml/s与5ml/s流速所得灌注信息无明显差别,故推荐使用3ml/s的注射速率。2、应用23秒、25秒以及30秒为扫描时间进行64排螺旋CT孤立肺结节灌注成像,所得参数无明显差别,故推荐数据采集时间为11-34秒。3、由于三种不同时间间隔中血流量有差异,为了保证灌注成像的临床意义,故推荐使用11～41S连续无间隔扫描。4、应用64排螺旋CT动态增强对孤立性肺结节整体灌注模式定量评价有助于结节鉴别诊断,同时存在一定的限度。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 中英文缩略词对照表
• 前言
• 第一部分:注射速率对孤立性肺结节64排螺旋CT灌注成像的影响
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 附图
• 参考文献
• 第二部分:扫描时间对孤立性肺结节64排螺旋CT灌注成像的影响
• 资料与方法
• 结果
• 讨论
• 附图
• 参考文献
• 第三部分:时间间隔对孤立性肺结节在64排螺旋CT灌注成像的影响
• 资料与方法
• 结果
• 讨论
• 附图
• 参考文献
• 第四部分:64排螺旋CT灌注成像首过技术在孤立性肺结节诊断及鉴别诊断中的应用及限度
• 资料与方法
• 结果
• 讨论
• 附图
• 参考文献
• 综述（一）
• 综述（二）
• 致谢