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《苏州大学》 2017年
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二氧化硅的能谱CT实验研究及在矽肺诊断中的初步应用

刘荣荣  
【摘要】:第一部分:二氧化硅与碳酸钙和磷酸二氢钙能谱CT实验研究目的:通过能谱CT扫描SiO_2、Ca(H_2PO_4)_2.H_2O、Ca CO3样品,划定不同位置及大小ROI,运用多种能谱分析工具综合分析三种物质的不同ROI能谱观测指标,探索SiO_2与Ca(H_2PO_4)_2.H_2O和Ca CO3两种钙盐鉴别要点及不同ROI的影响情况,为分析矽肺结节奠定实验基础。材料和方法:采用SiO_2、Ca(H_2PO_4)_2.H_2O、Ca CO3样品各一瓶,采用美国GE公司宝石能谱CT先后进行常规扫描和能谱扫描。常规扫描管电压120k Vp,能谱扫描管电压高低能量(140和80k Vp)瞬时(0.5ms)切换,其他扫描参数保持一致:旋转时间0.6s/r,螺距0.984:1,床速39.37mm/r,管电流360m A,层厚及间距均为5mm,FOV Medium Body,探测器准直64×0.625mm。扫描完成后采用标准算法重建,重建层厚0.625mm,重建间隔0.5 mm,ASIR 30%,能谱CT重建成70ke V单能量图像,所有图像传至GE ADW4.6工作站备用。在工作站根据不同ROI(最大,大,中,小)测量常规CT扫描SiO_2、Ca(H_2PO_4)_2.H_2O、Ca CO3的平均CT值和SD值;获取能谱CT的.csv数据文件(包含了40~140ke V,每间隔10 ke V能量级的CT值(HU),有效原子序数(Effective-Z)及各配对基物质浓度值(mg/cm3))。将所有.csv数据整理后运用IBM SPSS 21软件统计学分析,偏态资料用中位数±四分位间距(M±P25~P75)表示,多组间集中趋势差异性检验用非参数Kruskal-Wallis H(K)检验,两组间集中趋势差异性检验用非参数Mann-Whitney U检验。Ca(H_2PO_4)_2.H_2O和Ca CO3观察指标与SiO_2鉴别采用受试者工作特征曲线(ROC)分析,计算割点值(Cut off vule)及特异性和敏感性。以P0.05为差异有统计学意义。结果:1.能谱CT扫描40~140ke V单能量图CT值、有效原子序数及硅钙物质对基物质图测量值差异均无明显统计学意义(P值大于或接近0.05),箱图也显示箱体重叠较多。常规CT扫描Ca(H_2PO_4)_2.H_2O、Ca CO3、SiO_2 4种不同ROI测得的CT值比较,差异无统计学意义(P=0.132),箱式也显示箱体重叠,但常规扫描CT值标准差(SD值)差异有统计学意义(P0.001),离散度大。2.能谱CT扫描测量40~140 ke V能量级三种物质CT值、有效原子序数和基物质对定量值差异均具有统计学意义(P0.001);SiO_2与Ca(H_2PO_4)_2.H_2O、SiO_2与Ca CO3比较,各观察值差异有明显统计学意义(P﹤0.001);而且70~140ke V单能量图CT值、有效原子序数及硅钙物质对基物质图测量值ROC曲线下面积为1,诊断敏感性和特异性均为100%。常规CT扫描Ca(H_2PO_4)_2.H_2O、Ca CO3、SiO_2比较,差异有统计学意义(P﹤0.05),但箱式图箱体及延长线重叠部分较多。3.能谱扫描40~140ke V Ca(H_2PO_4)_2.H_2O粉末和晶块比较,差异具有统计学意义(P﹤0.001),箱式图中粉末和晶块箱体及延长线重叠较少;Calcium(SiO_2)和SiO_2(Calcium)物质对比较,差异具有统计学意义(P﹤0.05);钙-硅图粉末和晶块箱体及延长线重叠较多,硅-钙图粉末和晶块箱体及延长线重叠较少,有效原子序数Ca(H_2PO_4)_2.H_2O粉末和晶块比较,差异无统计学意义(P=0.492),箱式图中箱体内中位数相差不大,箱体及延长线重叠较多。常规CT扫描Ca(H_2PO_4)_2.H_2O粉末和晶块CT值比较,差异具有统计学意义(P﹤0.001);箱式图中粉末和晶块箱体内及延长线基本无重叠。结论:1.常规CT扫描不能完全区分Ca(H_2PO_4)_2.H_2O、Ca CO3、SiO_2三种物质,且CT值受到物质形态的影响较大;常规CT不能判断粉末和晶块状Ca(H_2PO_4)_2.H_2O为同一种物质。2.能谱CT中单能量图40~60 ke V能量级时SiO_2与Ca CO3、SiO_2与Ca(H_2PO_4)_2.H_2O不能有效区分,而70~140 ke V时SiO_2与Ca CO3、SiO_2与Ca(H_2PO_4)_2.H_2O可以区分,且随着能量级的升高区分度愈大。3.能谱CT的Effective-Z、Calcium(SiO_2)和SiO_2(Calcium)物质对测量值能有效区分SiO_2与Ca CO3、SiO_2与Ca(H_2PO_4)_2.H_2O。而且无论粉末或晶块状Ca(H_2PO_4)_2.H_2O,有效原子序数差别无统计学意义。4.能谱CT扫描不同ROI对Ca(H_2PO_4)_2.H_2O、Ca CO3、SiO_2三种物质各指标测量值差异无统计学意义。第二部分:能谱CT在矽肺诊断中的应用研究目的:运用第一部分研究结果(70~140ke V单能量图、有效原子序数、基物质对分析),初步探索能谱CT上述观察指标对矽肺结节的诊断价值。材料和方法:选取专家组确诊的矽肺27例(矽肺组)作为研究对象,其中矽肺壹期9例,矽肺贰期12例,矽肺叁期6例,接尘时间4~40年不等,平均18.74±8.56年,接触粉尘种类分别为采石7例、矿山开采10例,玻璃吹制6例,陶器制作3例,大理石切割1例;选取2016年3月~2017年3月无粉尘接触史的肺部有多发结节或肿块的进行能谱CT模式扫描作为对照组,共20例,其中恶性肿瘤转移14例,肺结核2例,体检偶然发现结节4例。所有研究对象均在美国GE Discovery CT750 HD进行能谱扫描,扫描参数保持一致:机架旋转时间0.6s/r,螺距0.984,床速39.37mm/r,管电流360m A,扫描层厚5mm,FOV medium body,探测器准直64×0.625mm,电压行高低能量(140kv P和80kv P)瞬时(0.5ms)切换,扫描范围两侧全部肺野。扫描完成后采用标准算法重建呈70ke V单能量图像,重建层厚0.625mm,重建间隔0.5 mm,ASIR 30%。所有图像传至GE ADW4.6工作站备用。在工作站选取合适大小的圆形或椭圆形ROI,ROI应包括病灶面积的1/2~1/3,微小病灶最大限度放大后再测量。获取能谱CT的.csv数据文件(包含了40~140ke V,每间隔10 ke V能量级的CT值(HU),有效原子序数(Effective-Z)及各配对基物质浓度值(mg/cm3))。将能谱CT 70~140ke V单能量图像、有效原子序数、各配对基物质浓度值纳入统计学分析,偏态资料用中位数±四分位间距(M±P25~P75)表示,两组间集中趋势差异性检验用非参数Mann-Whitney U检验。矽肺结节测得指标与对照组结节鉴别采用受试者工作特征曲线(ROC)描绘,并计算曲线下面积等统计量及阈值(Cut off vule)、特异性和敏感性。以P0.05为差异有统计学意义。结果:1.矽肺组与对照组能谱CT 70~140ke V单能量图像比较,差异有统计学意义(P﹤0.001);箱式图箱体及延长线重叠,极值较多,但是随着能量级的升高,箱体差距愈来愈大。矽肺组与对照组基物质图比较,差异有统计学意义(P﹤0.001);箱式图中SiO_2(Water)和Calcium(Water)箱体及延长线重叠较多,矽肺组极值较多,其余各组箱体重叠较少,延长线有重叠。矽肺组与对照组有效原子序数比较,矽肺组为11.73±1.11,对照组9.6±1.57,差异有统计学意义(P﹤0.001)。2.能谱CT 70~90ke V单能量图像CT值ROC曲线下面积在0.816~0.843之间(0.85),100~140ke V单能量图像CT值ROC曲线下面积在0.859~0.877之间(0.85);基物质图定量测定值ROC曲线下面积在0.894~0.905之间(0.85);有效原子序数观察指标ROC曲线下面积最大,为0.923,相应敏感性和特异性指标值分别为93.58%和81.67%。结论:结果表明矽肺组与对照组结节能谱CT 70~140ke V单能量图像、基物质对及有效原子序数各观察指标差异均具有统计学意义,100~140ke V单能量图结节CT值、有效原子序数、硅-水基物质图、水-硅基物质图、硅-钙基物质图、钙-硅基物质图、钙-水基物质图和水-钙基物质图ROC曲线下面积均大于0.85,其中有效原子序数曲线下面积最大,为0.923,相应阈值10.52,诊断敏感性93.58%,特异性81.67%,是矽肺结节诊断有价值的指标。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R135.2;R816.4

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