能谱CT成像对晶状体老化诊断价值的初步研究

王冬梅 何健杨 尚文胡 安宁 朱斌 周正杨

引起老年人视力障碍的眼病中第1位的是白内障［1］，流行病学调查结果显示＞50岁中老年人白内障发病率明显增加。随着年龄增大，晶状体蛋白发生年龄相关性修饰，其结构排列方式发生变化，导致晶状体质量和厚度增加，晶状体老化的最终结果是白内障的形成。已知关于外伤性白内障的CT表现研究较多，研究表明外伤性白内障的晶状体较正常晶状体CT值降低［2-3］，但对于晶状体老化时其CT值是否有改变国内尚未见文献报道。

1 材料和方法

1.1 病例选择回顾性分析2011年1～3月到我院行头部CT能谱扫描的患者33例(扫描范围均包括双侧眼眶)，去除有明确眼科病史患者2例及CT图像上晶状体形态异常者1例，选取CT图像上能够清晰显示双侧晶状体的患者共30例为研究对象。30例患者分青年组(≤50岁)和老年组(≥70岁)。青年组17例，男7例，女10例，年龄25～50岁，平均(41.65±7.59)岁;老年组13例，男7例，女6例，年龄70～84岁，平均(72.92±4.35)岁。

1.2 扫描参数及后处理头颅扫描机器为GE公司宝石能谱CT(Discovery CT750HD)，采用GSI能谱扫描模式：管电压80 kV与140 kV瞬间切换(0.5 ms)，最大管电流640 mA，探测器宽度20 mm(2.5 mm×8i);轴位非螺旋扫描，矩阵512×512，重建层厚2.5 mm，层间距2.5 mm。扫描后自动重建获得混合能量和40～140 keV共101种单能量图像。在60 keV单能量图像的晶状体和背景区域分别画感兴趣区(ROI)，自动生成对比噪声比(CNR)曲线，选择CNR值最大的单能量图像作为最佳单能量图像。由2位放射科医师对混合能量及最佳单能量图像的眼眶内射线硬化伪影进行评估，按伪影对正常结构的遮挡程度对伪影进行目测分级，分为明显、轻微和无伪影3个级别：伪影遮挡影响正常结构观察者为明显，伪影可见但不影响正常结构的观察者为轻微，未见伪影为无;以双侧晶状体内为ROI，生成晶状体能谱曲线，在40～140 keV范围内每隔5 keV记录对应单能量下的晶状体CT值。

1.3 统计学处理采用SPSS 17.0统计软件，对混合能量及最佳单能量图像中眼眶内射线硬化伪影分级情况进行χ2检验，对各单能量图像青年组和老年组晶状体的CT值均值行t检验，P＜0.05为有统计学意义。

2 结果

60只晶状体形态及密度未见明确异常。混合能量图像56只晶体可见明显射线硬化伪影，呈明暗相间的条带状伪影(图1A)，4只为轻微伪影;对应的最佳单能量图像均无明显硬化伪影，12只见轻微伪影(图1B)，48只无伪影。结果显示最佳单能量图像较混合能量图像眼眶内伪影明显减少，二者伪影程度存在显著性差异(χ2=54.000，P＜0.01)。

在40～110 keV范围内每隔5 keV测量各单能量图像对应的晶状体CT值，分别计算青年组和老年组CT值均值(见表1)。对各单能量下青年组和老年组平均CT值行t检验，2组间具有显著性差异(t=17.466，P＜0.01)。老年组CT均值［(76.87±2.30)HU］较青年组［(81.33±2.48)HU］显著减低，且在40～85 keV范围内差异较大并相对恒定，其他区间内2组差异较小。此外，青年组和老年组晶状体能谱曲线形态不同(图2)。头部CT能谱成像X线辐射剂量较传统CT成像增加约15%［(1.77±0.07)msv比(1.54±0.08)msv］。

表1 青年组和老年组40～110 keV对应单能量(keV)下晶状体的CT值均值(HU)

3 讨论

既往对于外伤性白内障CT表现研究较多［2-3］，而晶状体CT值与其老化的关系国内未见文献报道。传统CT成像(类似于本研究中的混合能量成像)X线球管发射的X线束呈宽能谱分布，眼眶部位副鼻窦内气体、眶周脂肪及颅骨各结构密度差异大，经常导致眶内严重的射束硬化伪影［4］，本研究结果显示混合能量图像眼眶内明显伪影出现率为93.3%(56/60)，严重影响了眶内细微结构如晶状体CT值测量的准确性。GE公司开发的宝石能谱CT通过单能量成像技术结合金属伪影减少系统(metal artifact reduction system，MARs)去除硬化伪影，明显减少了眼眶内的射线硬化伪影，降低了噪声，提高了组织密度分辨率，有利于晶状体CT值的准确测量，为本研究开展晶状体老化CT值变化的测量提供了可能性。

晶状体是富含蛋白质的组织(约占晶状体湿重的34%)，晶状体老化过程及至白内障的形成机制复杂，既往已有很多研究，主要包括上皮细胞凋亡、晶状体蛋白质、糖、氧自由基、细胞骨架、膜复合体、离子与酶等的变化，其中多位国外学者提到晶状体上皮细胞(lens epithelial cells，LECs)的改变，早在1989年有学者采用白内障手术后LECs的组织学研究，结果表明随着年龄增加，LECs数目增加，但密度降低，女性(5780.6个/mm2)较男性(5008.6个/mm2)低［5］。Balaram等［6］首次报道了LECs降低与性别、白内障类型和混浊程度间的回归模型，认为正常人75岁时LECs约丧失675个/mm2，丧失率为14%。Oharazawa等［7］研究也认为随着年龄的增加LECs数目增加，密度降低，并且LECs密度显著降低发生在＞80岁。

国内学者严宏等［8］研究也表明晶状体老化的结构性改变包括晶状体质量和密度的增加、晶状体前囊膜的增厚和LECs密度的降低。本研究发现老年组晶状体CT值较青年组显著减低，结合文献［5-8］分析推测随着年龄增加，晶状体质量的增加，是由于晶状体厚度及体积的增加，而单位体积内的LECs数目及晶状体的密度是减低的，而CT值正是组织密度的反映，本文研究结果与文献报道相符。学者钱宜珊［9］通过Pentacam眼前节分析仪测量晶状体的密度和厚度，认为晶状体皮质、核的密度值及晶状体厚度均随年龄呈现递增趋势，其用灰度值表示晶状体密度，0为完全透明，100为完全混浊不透光，所指的密度不等同于CT值所代表的密度，两者的测量标准不同。

外伤性白内障CT值降低的机制在于晶状体水分增加，老化性晶状体内水分是否因为晶体内糖、氧自由基、离子与酶等微环境的变化而增加尚待研究。单能量成像技术能够通过反映不同物质的特征吸收曲线而实现物质分离。Anderson等［10］通过小鼠的3D能谱图像区分钙、碘和钡多种对比剂。本研究发现代表物质特征的能谱曲线在青老年2组人群中呈现不同形态，可能提示晶状体老化时内部蛋白及其他微分子结构的改变。

本研究仅为初步回顾性研究，样本量较小，年龄分组不够细致，由CT值测量反映的晶状体密度无法得到病理学对照;本研究选择的GSI能谱扫描模式较常规扫描模式辐射剂量有所提高，辐射剂量需要通过如扫描层厚的增加等扫描模式的改进进一步降低。但本研究证实了CT能谱成像能够有效去除眶内射线硬化伪影，并提示晶状体老化所致的微小密度改变有望通过单能CT值反映出来，不仅为眶内细微结构的观察开辟了新的前景，而且为CT检测组织器官老化过程中物质结构成分的改变提示了可能性。

［1］孙兴怀.老年人常见青光眼的特点［J］.实用老年医学，2008，22(5)：326-329.

［2］李其涛，李波，高君.晶状体损伤的CT改变在眼部外伤中的诊断价值［J］.当代医学，2010，16(25)：94-95.

［3］罗建光，杨东益，刘顾岗，等.外伤性白内障的CT诊断［J］.中华放射学杂志，1998，32(2)：112-114.

［4］张砚博，汤少杰，牟轩沁.基于CT数据一致性的双多项式射束硬化校正改进［J］.光子学报，2009，38(8)：2131-2134.

［5］Guggenmoos-Hoizmann I，Engel B，Henke V，et al.Cell density of human lens epithelium in women higher than in men［J］.Invest Ophthalmol Vis Sci，1989，30(2)：330-338.

［6］Balaram M，Tung WH，Kuszak JR，et al.Noncontact specularmi-croscopy of human lens epithelium［J］.Invest Ophthalmol Vis Sci，2000，41(2)：474-479.

［7］Oharazawa H，Ibaraki N，Matsui H，et al.Age-related changes of human lens epithelial cells in vivo［J］.Ophthalmic Res，2001，33(6)：363-366.

［8］严宏，惠延年.晶状体的老化和白内障形成［J］.第四军医大学学报，2005，26(2)：97-100.

［9］钱宜珊.Pentacam眼前节分析仪定量测定晶状体密度及厚度［J］.眼视光学杂志，2008，10(3)：168-170.

［10］Anderson NG，Butler AP，Scott NJA，et al.Spectroscopic(multi-energy)CT distinguishes iodine and barium contrast material in MICE［J］.Eur Radiol，2010，20(9)：2126-2134.