能谱CT动态增强在肝硬化诊断中的初步研究

2013-11-09李卫侠林晓珠吕培杰徐学勤胡曙东郁义星赵雪松董海鹏严福华陈克敏

中国医学计算机成像杂志 2013年1期

李卫侠林晓珠吕培杰徐学勤张静胡曙东郁义星赵雪松董海鹏严福华陈克敏

基于单源瞬时kVp切换技术的CT能谱成像能在小于0.5ms内使用高低球管电压（80、140kVp）瞬时切换实现两组数据同时采样，能够测量出物质的X线衰减系数，每种物质都有其对X线衰减的特征吸收曲线，根据已知不同物质的质量吸收系数随能量变化的关系，计算出感兴趣物质在各个能量点中对X线的吸收，从而实现单能量成像，并获得感兴趣物质的衰减（即CT值）随X线能量变化的曲线，即能谱曲线。而且在能谱成像中，任何感兴趣物质都能通过两种基物质的组合产生相同的衰减效应来表达，即通过高、低两组电压扫描的X线衰减图像可以表达为两种基物质的密度图，这个过程就是物质分离。通过水碘分离技术获得的碘基图像中感兴趣物质的碘浓度值主要反映被检组织内碘的含量（通常为对比剂增强后），从而间接反映了被检组织的供血情况，水基图像可以代替平扫图像，实现虚拟平扫，为优化CT检查方案、减少曝光剂量提供了可能；能谱CT还可以获得有效原子序数（effective atomic number, Eff-Z）来描述不同物质对X线的吸收率随能量变化的特性，以此进行物质检测、鉴别及物质分离等技术应用。

CT能谱成像作为一种全新的成像模式，其研究与应用也刚刚开始[1-10]。CT能谱成像所获得的单能量图像可以用于去除颅后窝硬化伪影[2]及金属伪影[3]，并通过最佳能量点的选择，结合最佳对比噪声比(optimal contrast-to-noise, CNR），相应的单能量图像能够清晰的展示解剖结构或者病灶，比如优化肝脏病灶[4]或胰腺[5]及肾脏[5-7]等病灶的显示及优化门静脉成像[9]等。目前也有部分学者[9-11]对肝硬化的能谱表现进行了初步分析，但有关肝脏各段的能谱成像参数在肝硬化诊断的应用目前尚少有报道，因此本文旨在采用能谱扫描方法，通过对比分析对照组与肝硬化组能谱CT动态增强扫描动脉期及门脉期各段肝实质的多个能谱成像参数的变化，初步探讨能谱CT动态增强在肝硬化诊断中的应用价值。

方法

1.研究对象

1.1肝硬化组：2010年3月到2011年8月, 25例经临床证实的肝硬化患者行宝石能谱CT检查（①患者有肝炎、长期饮酒等相关病史；②肝功能减退和门脉高压的临床表现；③体格检查肝脏质地坚硬有结节感；④肝功能试验阳性改变；⑤影像学检查。以上5点相结合作为肝硬化诊断的临床标准），男16例，女9例，平均年龄45.2岁，范围18～69岁，肝功能Child-Pugh分级：A级7例，B级9例，C级9例。其中乙肝后肝硬化失代偿13例，Wilson病所致肝硬化3例，丙肝后肝硬化5例，酒精性肝硬化2例，隐源性肝硬化2例。

1.2对照组：18例因其他疾病而行CT检查的患者，3例为胰腺炎患者，2例为胰头占位导致肝内胆管扩张，2例因具有肝脏脂肪浸润，1例因肝内胆管结石而排除，故仅10例经病史及临床检查证实无相关肝脏、胰腺和脾脏病变的患者入组（4例为胰腺囊腺瘤，2例为胃间质瘤，2例为肾囊肿，2例为肾上腺腺瘤患者），其中男3例，女7例，平均年龄42.5岁。

2.能谱CT扫描方法

使用能谱CT扫描仪（ Discovery CT 750HD,GE Medical Systems，Milwaukee，WI，USA）进行平扫及宝石能谱成像（gemstone spectral imaging，GSI）增强扫描。检查前日晚餐后禁食、检查当日清晨空腹，检查前饮水约800～1000ml充盈上消化道，以利于辨认器官间的毗邻关系，避免与腹部肿块相混淆。首先进行上腹部定位像的扫描，然后行上腹部CT平扫，确定肝脏及病变位置，120kVp，采用自动mA技术，噪声指数（noise index, NI）设为10～12，准直器宽度0.625 mm×64，层厚/层距5mm，螺距0.984∶1。增强扫描动脉期一般采用Smart Prep技术进行动态监测腹主动脉，监测阈值为100HU，监测开始时间为12s，门脉期开始扫描时间为动脉期扫描结束后30s。对比剂浓度为300mg/ml，剂量为80～100ml，注射速率3ml/s。动脉期扫描范围覆盖整个肝脏及其病灶，门脉期扫描范围覆盖整个上腹部，包含肝脏及双肾。能谱扫描方式选择Helical-body-large-40mm，根据患者体型大小选择螺旋时间为0.6s或0.8s。首先重建混合能量图像（quality check，QC），QC图像为双能量瞬时切换中的140kVp图像，层厚/层距为2.5～5mm，标准算法（standard，stnd）；然后重建单能量图像（monochromatic，mono），一般可选择68keV，一组层厚/层距为2.5～5mm，用于普通观察，一组层厚/层距为0.625～1.25mm，用于进行二维、三维重建及GSI能谱分析。

3.能谱图像后处理及数据分析

将扫描所得原始数据传导至AW4.4工作站，将各个扫描期像的薄层图像分别载入能谱分析浏览器（GSI viewer）进行后处理，分别测量动脉期及门脉期肝脏I～VIII段肝组织单能量为70keV时的CT值，碘浓度，水浓度及有效原子序数值（Eff-Z），感兴趣区（region of interest，ROI）尽量放置于肝脏各段的中央区域，并避开大血管，动脉期及门脉期肝脏各段放置的ROI大小及位置尽量保持一致，本研究ROI面积大小约为100mm2。

4.统计学分析

应用SPSS13.0统计学软件进行数据分析，对正常组及肝硬化组Ⅰ～Ⅷ段肝实质单能量为70keV时的CT值，碘浓度，水浓度及Eff-Z进行独立样本t检验。P＜0.05认为差异有统计学意义。

结果

1.对照组肝脏的能谱CT表现

在动脉期肝实质呈轻度均匀强化，碘基图像呈略高浓度改变（与竖脊肌相比），但低于脾脏密度；水基图像呈高浓度改变，高于胰腺及脾脏密度。门脉期扫描时，肝实质强化较明显，碘基图像呈高浓度改变（与竖脊肌相比），但低于脾脏密度；水基图像呈高浓度改变，高于胰腺及脾脏密度。对照组肝脏组织各段能谱CT测量结果见表1；正常肝脏组织的散点图、直方图及能谱曲线特征描述如图所示（图1）。

2.肝硬化患者的能谱CT表现

在动脉期肝硬化肝实质呈不均匀轻度强化，但与对照组相比，Ⅱ段及Ⅳ段70keV的CT值有所下降，且具有统计学意义（P＜0.05认为有统计学差异)，其他各段70keV的CT值改变均无统计学意义；动脉期Ⅰ至Ⅷ段的碘浓度、水浓度及Eff-Z与对照组相比均无统计学意义。门脉期强化较均匀，与对照组相比，门脉期Ⅰ段至Ⅷ段70keV的CT，碘浓度和Eff-Z均有所下降，且均具有统计学意义，门脉期Ⅰ段至Ⅷ段的水浓度与对照组相比均无统计学意义（表2）。肝硬化组肝脏各段能

表1 对照组肝脏I至VIII段肝实质动态增强各期能谱CT成像参数测量结果（10例）

图2 A为肝硬化动脉期70keV单能量图像，B为碘基图像，C为水基图像；D～F 肝硬化动脉期V段肝组织散点图、直方图、能谱曲线；G为肝硬化门脉期70keV单能量图像，H为碘基图像，I为水基图像；J～L肝硬化动脉期V段肝组织散点图、直方图、能谱曲线。其中门脉期的散点图（J）中碘浓度较动脉期相比明显增加，水浓度稍有减少；门脉期直方图基底部未见明显改变，强化峰值向右移位；动脉期能谱曲线显示较为平坦，门脉期能谱曲线有明显增高，斜率增大，但仍呈逐渐下降型曲线。

表2对照组与肝硬化组Ⅰ至Ⅷ段肝实质动态增强各期能谱CT成像参数的独立样本t检验结果

表3 肝硬化组Ⅰ至Ⅷ段肝实质动态增强各期能谱CT成像参数测量结果（25例）

讨论

肝硬化是临床常见的慢性进行性肝病，由一种或多种病因长期或反复作用形成的弥漫性肝损害，随着病情加重，肝硬化程度不断加重。我国是病毒性肝炎高发区，仅乙型肝炎病毒（HBV）携带者就达1.2亿，其中慢性乙型肝炎患者达3000万以上，25%的慢性乙肝患者最终将会发展为肝硬化，甚至肝癌。病理组织学上有广泛的肝细胞坏死、残存肝细胞结节性再生、结缔组织增生与纤维隔形成，导致肝小叶结构破坏和假小叶形成，肝脏逐渐变形、变硬而发展为肝硬化。早期由于肝脏代偿功能较强可无明显症状，后期则以肝功能损害和门脉高压为主要表现，并有多系统受累，晚期常出现上消化道出血、肝性脑病、继发感染、脾功能亢进、腹水、癌变等并发症。许多学者明确提出了肝纤维化甚至是早期肝硬化（肝脏结构破坏的末期结节性纤维化）仍是可逆的的观点[12-14]。所以对肝硬化作出早期诊断并动态监测其变化，对于慢性肝病的治疗、改善预后有着重要的意义。

有关肝硬化的影像诊断，各种文献报道很多[15-17]。但多数以肝脏大小、形态的变化，并辅以一些继发的改变如肝脏表现凹凸不平、门脉高压、腹水以及肝实质的粗糙程度作为诊断标准的。肝脏大小形态的改变则主要从各肝段或各肝叶的大小、体积及各叶间的比例进行衡量，但是一方面由于肝脏本身变异很多，如先天性左叶缺如及獭尾肝等会影响肝脏各叶比例的数值，导致根据肝脏形态学改变及肝叶比例的测量来诊断肝硬化的可靠性有待商榷，另一方面肝脏各叶体积的获取必须要进行一些测量和计算，造成日常工作的不方便[18-20]。也有不少文献采用肝脏灌注获得的各灌注参数来评估肝纤维化及肝硬化的程度[21-24]，但该方法由于扫描时间较长，需要患者呼吸配合度较高，操作比较复杂。目前也有部分学者[9-11]对肝硬化的能谱表现进行了初步分析，但有关肝脏各段的能谱成像参数在肝硬化患者检查中的应用目前尚少有报道，因此，本文初步探讨了增强扫描动脉期及门脉期Ⅰ至Ⅷ段肝实质的能谱成像参数在肝硬化诊断中的应用。

本研究中门脉期肝硬化组Ⅰ段至Ⅷ段肝实质单能量为70keV时的CT值，碘浓度和Eff-Z与正常对照组相比均有明显下降，这与国内外文献关于肝纤维化、肝硬化时肝动脉分数（hepatic arterial fraction，HAF）较正常肝脏增加，门静脉灌注降低的研究结果相一致[25-27]。提示肝硬化阶段因肝外侧枝循环分流及肝内门脉高压导致门静脉灌注量减少，门静脉血流在肝脏供血中的比例减少，因此相应的单能量为70keV时的CT值，碘浓度和Eff-Z均较正常组有所下降。而Ⅰ段至Ⅷ段肝实质的水浓度因不含碘物质，故增强扫描后不受碘对比剂的影响，动脉期及门脉期的数值改变无统计学意义。吕培杰等[23]关于能谱CT在肝硬化中的研究认为门脉期肝硬化组标准化碘浓度值明显低于正常对照者，这个结果也与本研究所得结论相一致。赵丽琴等[9,11]认为门静脉期肝实质内的碘含量低于正常对照组，这也与本研究门脉期研究结果与其相一致。但本研究动脉期Ⅱ段及Ⅳ段单能量为70keV时的CT值与正常对照组相比有所下降，且具有统计学意义，而其他各段单能量为70keV时的CT值改变，Ⅰ至Ⅷ段的碘浓度、水浓度及Eff-Z与正常对照组相比均无统计学意义，考虑一方面由于肝硬化虽然为弥漫性病变，但各段肝实质发生肝细胞变性、坏死、再生、周围炎性成分及纤维间隔增生的程度均不相同，故肝硬化阶段各段肝实质的能谱参数与对照组相比改变程度亦有所不同；另一方面由于肝脏具有独特的双重血供，其血供20%～30%来自肝动脉系统，70%～80%来自门静脉系统，两者之比约为1∶3～1∶4，因此动脉期肝实质各段强化并不明显，受碘对比剂的影响相对较小，因此动脉期肝硬化组各段肝实质的能谱参数改变并没有门脉期明显。

本研究尚存在以下缺点：①由于伦理方面及临床方面的原因，对照组及肝硬化组患者均未行肝脏穿刺活检进行病理证实。但是对照组均无肝炎病史，血清学检查中肝功能均正常。肝硬化患者则是根据其临床病史、生化检查结合其影像学表现（CT和/或MR增强检查）进行的诊断。②本文样本量较少，并未对不同肝功能Child-Pugh分级间患者肝实质的能谱参数改变做进一步的分析研究，如要进一步深入的研究需要分级更具体及更大样本量的研究。

但本研究证明，肝硬化患者的能谱CT门脉期各参数值和对照组之间有差别，因此能谱CT扫描肝脏各段能谱参数的分析可为肝硬化的诊断提供参考价值，在临床上值得深入研究。