CT能谱成像在鉴别甲状腺良恶性结节中的应用价值

2014-03-16薛龙梅XUELongmei

中国医学影像学杂志 2014年12期

关键词：能谱斜率甲状腺癌

薛龙梅XUE Longmei

潘自兵2PAN Zibing

张志远3ZHANG Zhiyuan

马凤2MA Feng

任翔1REN Xiang

刘磊1LIU Lei

CT能谱成像在鉴别甲状腺良恶性结节中的应用价值

薛龙梅1XUE Longmei

潘自兵2PAN Zibing

张志远3ZHANG Zhiyuan

马凤2MA Feng

任翔1REN Xiang

刘磊1LIU Lei

目的通过对甲状腺结节患者能谱曲线及能谱特征参数分析，探讨宝石CT能谱成像（GSI）技术对甲状腺良恶性结节的鉴别诊断价值。资料与方法对经病理证实的39例甲状腺结节患者行GSI三期增强扫描，分析碘/水物质含量、有效原子序数及表化后的碘浓度比（病灶碘浓度与同期相颈动脉碘浓度的比值），计算能谱曲线斜率。结果GSI三期增强扫描中，良性结节的碘浓度均明显高于恶性结节，差异有统计学意义（P＜0.05）；两组间碘浓度比在动脉期和静脉期差异有统计学意义（P＜0.01）；在平扫期和动脉期，良性结节的能谱曲线斜率明显大于恶性结节，差异均有统计学意义（P＜0.05）；两组间水浓度、有效原子序数在各期相差异均无统计学意义（P＞0.05）。结论甲状腺良恶性结节具有不同的平扫+增强GSI特征，应用GSI的多种参数对术前鉴别甲状腺结节良恶性具有很大的潜能。

甲状腺结节；甲状腺肿瘤；体层摄影术，X线计算机；宝石能谱成像；诊断，鉴别

近年甲状腺结节发病逐年增加，并呈年轻化趋势，多发生于40岁以下的中青年女性，约5%为恶性[1]。甲状腺癌发病多隐匿，病程进展缓慢，术前缺乏特异性的诊断方法，与甲状腺良性结节鉴别诊断困难，常导致误诊或过度治疗。能谱CT改变了CT的传统诊断模式，其在较低射线剂量条件下得到混合能量图像的同时可生成一系列特定能量水平的单能量图像（kilo electron Volta，keV）、基物质（水、碘等）含量图像、能谱曲线、有效原子序数等，能为疾病的诊断、鉴别提供更多定量指标和分析工具。本研究通过对常见甲状腺结节病灶CT平扫+增强能谱成像（gemstone spectral imaging，GSI）各项参数进行对比分析，初步探讨GSI在鉴别甲状腺良恶性结节中的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2012-10～2013-04宁夏医科大学总医院心脑血管病医院就诊并经GSI检查的39例甲状腺结节患者，其中男12例，女27例；年龄24～73岁，平均（48.5±6.6）岁。全部病例均经手术或穿刺活检取得病理证实，其中良性组31例，包括22例结节性甲状腺肿，9例甲状腺腺瘤；恶性组8例，均为甲状腺乳头状癌。本研究方案所有患者均知情同意。

1.2 仪器与方法采用GE Discovery HD 750 CT机行GSI颈部扫描，扫描模式：电压为高低能量，140 kVp和80 kVp，0.5 ms切换，自动调节管电流，机架转速0.6 s/周，层厚、层间距均为5 mm，螺距0.984，视野10 cm×10 cm。扫描范围自舌骨上缘到锁骨水平，胸骨后甲状腺扫描范围扩大至主动脉弓水平，患者取仰卧位，扫描前嘱患者双肩尽量下垂以避免锁骨线束硬化伪影，屏气、避免吞咽以减少运动伪影。静脉注射碘海醇，速度为3 ml/s，于动脉期25 s及间隔30 s后即静脉期55 s进行扫描。扫描结束后，对获得的动脉期、静脉期图像处理为0.625 mm/0.625 mm重建间隔的薄层图像，然后将重建图像传送到AW 4.4后处理工作站，分别行多平面重组；在仪器自备专用的能谱图像分析软件GSI view上对各期图像进行GSI能谱分析。

1.3 图像分析启动能谱分析软件，在碘基、水基、有效原子序数图上选择肿瘤最大层面，应用感兴趣区技术分别在平扫、动脉期和静脉期选取面积约为病灶面积2/3的感兴趣区，避开坏死、钙化、血管影和因锁骨产生的伪影，获取其内组织的碘浓度、水浓度及有效原子序数；测3次取均值。为消除个体循环因素的影响，分别计算动脉期与静脉期的碘浓度比，动脉期与静脉期碘浓度比=感兴趣区碘浓度/同期相颈动脉碘浓度。得出感兴趣区内组织在40～140 keV能量范围的衰减曲线，计算各组的平均能谱衰减曲线斜率=（CT40 keV－CT100 keV）/CT60 keV。

1.4 统计学方法采用SPSS 17.0软件，应用两独立样本t检验或t'检验比较在不同期相下两组间的碘浓度、水浓度、有效原子序数、碘浓度比和曲线斜率差异，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 甲状腺良恶性结节碘浓度比较良性组、恶性组的碘浓度在平扫期、动脉期、静脉期差异均有统计学意义（P＜0.05），以平扫期、动脉期更明显，且良性结节碘含量均高于甲状腺癌碘含量，见图1、2及表1。

2.2 甲状腺良恶性结节水浓度、有效原子序数比较两组间的水浓度和有效原子序数相差很小，在各期相差异均无统计学意义（P＞0.05），见图1、2及表1、2。

2.3 甲状腺良恶性结节碘浓度比比较良性组、恶性组的碘浓度比在动脉期及静脉期差异均有统计学意义（P＜0.01），且动脉期差异大于静脉期，见图1、2及表1。

2.4 良恶性甲状腺结节能谱曲线斜率比较良性组的曲线斜率在3个期相均大于恶性组；在平扫及动脉期，两组间的曲线斜率两两比较差异均有统计学意义（P＜0.05），见图3及表2。

图1 女，54岁，结节性甲状腺肿。GSI扫描动脉期碘基图显示碘浓度为43.10（100 μg/ml)，碘浓度比为0.51（箭，A）；水基图显示水浓度为1059.16 mg/ml（箭，B）；镜下可见结节性甲状腺肿并腺瘤样增生，部分区域纤维组织增生，病理证实为结节性甲状腺肿（HE，×200，C）

图2 女，62岁，甲状腺乳头状癌。GSI扫描动脉期碘基图显示碘浓度为32.05（100 μg/ml），碘浓度比为0.27（箭，A）；水基图显示水浓度为1050.83 mg/ml（箭，B）；术后病理镜下示甲状腺乳头状癌（HE，×200，C）

图3 甲状腺良恶性结节在平扫期（A）、动脉期（B）、静脉期（C）的平均能谱曲线。粉色曲线代表良性组，红色曲线代表恶性组，可见良性曲线较恶性曲线高，良性曲线走形较陡直，恶性曲线较平缓，增强后两者都得到放大

表1 甲状腺结节良性组与恶性组各基物质比较

表2 甲状腺良恶性结节在不同期相的有效原子序数和能谱曲线斜率比较

3 讨论

甲状腺是人体组织中密度最高的软组织，甲状腺的CT值与其含碘量呈正相关，这是用CT测量甲状腺组织含碘量的依据。多层螺旋CT可以鉴别甲状腺良恶性肿瘤，结节内沙粒状钙化、突破包膜、气管受累、淋巴结肿大对于确定恶性肿瘤具有重大的临床意义[2,3]，但常规CT基于kVp混合能量成像，无法获得准确的CT值，且不能重复地反映组织本身的X线衰减特性，使得换算出的碘浓度存在相当大的偏差，影响到定量的准确性[4]。

GSI引入的能谱成像技术由能量成像跃变为能谱成像，X线照射人体后，其质量吸收系数随能量而变化。不同物体有其特征性吸收曲线，CT值反映物体对X线的线性吸收；对物体应用两个不同能量谱时，X线衰减会发生变化，因此使用任意两个能量谱可以对被测物体或体素内的物质进行鉴别和定量，这就是能谱成像物质分离的基本原理[5-8]。因此，可以利用物质分离定量测定分析工具将每种结构分解成对X线吸收比例不同的任意两种物质，得到不同基物质对，如水、碘、钙等的图像，而以碘为基物质的碘基图对碘的沉积很敏感，用碘浓度来表示组织的密度，有利于显示摄碘组织，并可进行组织相对碘浓度的定量分析。GSI使形态上相似或密度相近的甲状腺结节借助CT能谱成像的可视化分析工具进行性质和来源的鉴别成为可能。

本研究结果显示，甲状腺癌的碘浓度和碘浓度比在平扫期、动脉期、静脉期均低于甲状腺良性结节。根据能谱技术物质分离原理[9]，对测得的基物质浓度必须应用成对的基物质分离，故本研究在观察碘随血供变化的同时考虑水的变化，发现水浓度在不同期相、不同病变间变化并不明显，亦即在水保持恒定的前提下，观察碘的变化有助于评估不同性质的甲状腺结节。在本研究的3个期相中甲状腺恶性结节的含碘量均低于良性结节，其最主要原因可能是癌灶内的甲状腺滤泡细胞完全为癌细胞和机化的纤维结缔组织所取代，故其碘浓度较低，而结节性甲状腺肿和甲状腺腺瘤内仍存留部分摄碘功能的滤泡细胞，具有较高的碘浓度。李铭等[10]在研究甲状腺的标本影像时认为绝大部分结节性甲状腺肿病灶及所有滤泡性腺瘤内可见含碘组织成分，碘含量为正值，所有乳头状癌病灶内碘含量为负值。本研究中动脉期及静脉期表化后的碘浓度比的诊断性能均高于单纯的碘浓度。碘浓度除与结节的性质有很大关系外，还受对比剂总剂量、个体循环差异等因素的影响。因此本研究以颈动脉作为参照，获得同期颈总动脉分叉层面的表化碘浓度比以排除干扰因素的影响。本研究发现在动脉期运用GSI术前评价甲状腺良恶性的效能稍优于静脉期，可能与甲状腺结节摄碘量达峰时间有关，提示评价甲状腺结节病变时，主要放在动脉期和平扫期适当联合静脉期。

能谱曲线即单能量下的CT值变化曲线，是由物质的分子结构决定的，人体组织成分多为混合性，其CT值衰减曲线多不具有特征性，然而类似的能谱曲线可提示同样或类似的物质成分类型，并可用一定范围内的曲线斜率来进行定量评估。倪鸣飞等[11]报道，甲状腺良性结节在能谱曲线上斜率均为正值，甲状腺癌能谱曲线斜率为负值或斜率为较小正值。本组结果提示在平扫、增强后，甲状腺癌的能谱曲线斜率均小于良性结节，曲线斜率走形更为低平，且甲状腺良恶性结节在平扫及动脉期的能谱曲线斜率值差异均有统计学意义，动脉期的差异较为明显，而静脉期差异不大，可能与良性结节均含有正常甲状腺细胞成分有关，甲状腺癌组织中可能含有脂肪或分子结构与脂肪相近成分。考虑与恶性结节的组织破坏更明显、且血供相对较少有关；良恶性结节的曲线斜率差异主要在低能量水平较为明显，可能与低能量水平时的X线穿透力低、图像的组织对比度较高有关，与文献报道一致[12-14]，提示在临床工作中，应选择较低能量点进行图像观察分析。静脉期良恶性结节的能谱曲线斜率无明显差异，分析原因可能与不同性质的甲状腺结节供血程度相关。结节性甲状腺肿病理上属正常的甲状腺肿结节期，血供丰富，有研究提示结节性甲状腺肿在时间密度曲线上呈快升快降，致使能谱衰减较快，而甲状腺癌较结节性甲状腺肿达峰时间较长，回归时间亦较长，时间密度曲线上呈慢升慢降型，致使能谱衰减较慢，除此还有某些腺瘤供血较差，强化需要较长时间。

当某元素与某物质的质量衰减系数相同时，该元素的原子序数即称为该物质的有效原子序数。有效原子序数为比较稳定的能谱分析客观参数，其与碘含量及CT值相关。而本研究中甲状腺良恶性结节的有效原子序数在各期相中均无明显差异，提示甲状腺良恶性结节实性组织对X线的质量衰减系数无明显差异，考虑可能与肿瘤组织分化程度、出血、囊变、脂化等因素有关。

当然本研究尚处于初步探索阶段，有一定的局限性，如样本量较小，尤其是甲状腺癌仅8例，在今后的研究中将不断增加样本量来进一步探讨GSI在甲状腺结节中的应用价值，且尚需在较大样本量的基础上进一步对不同病理类型的甲状腺良恶性结节进行细分。

（本文编辑冯婕）

GSI扫描获得的碘浓度，尤其是表化后的碘浓度比对于术前评估甲状腺结节的性质具有很大的价值，此外能谱曲线斜率可以分析甲状腺的形态学及各种能谱参数，为临床提供较为客观准确的影像学依据。

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CT Gemstone Spectral Imaging in Differential Diagnosis of Benign and Malignant Primary Thyroid Nodules

PurposeTo discuss the value of gemstone spectral imaging (GSI) in distinguishing malignant thyroid nodules from benign ones through the analysis of parameters like spectral curve and spectral features in patients with thyroid nodules.Materials and MethodsThirty-nine patients with thyroid nodules confrmed pathologically underwent triple-phase enhanced GSI. The features such as iodine concentration, water concentration, effective atomic number and normalized iodine concentration (NIC, obtained by dividing the iodine concentration of tumor to that of carotid artery) were analyzed and the slope of spectral curve of the nodules at each phase was calculated.ResultsOn the triple-phase enhanced GSI, the Iodine concentration of benign thyroid nodule was signifcantly higher than that of malignant thyroid nodules (P＜0.05); the NIC at arterial phase and venous phase showed signifcant difference between the two groups (P＜0.01); the slope of spectral curve of benign nodules was signifcantly larger than that of malignant nodules on plain scan and at arterial phase respectively (P＜0.05); however, the water concentration and effective atomic number had no difference at each phase between the two groups (P＞0.05).ConclusionBenign and malignant thyroid nodules show different features on plain and enhanced GSI, which means that various parameters of GSI could be used in the differentiation of thyroid nodules before operation.

Thyroid nodule; Thyroid neoplasms; Tomography, X-ray computed; Gemstone spectral imaging; Diagnosis, differential

1.宁夏医科大学宁夏银川 750004

2. 宁夏医科大学总医院心脑血管病医院宁夏银川 750004

3.宁夏医科大学总医院宁夏银川 750021

张志远

General Hospital of Ningxia Medical

University, Yinchuan 750021, China

Address Correspondence to: ZHANG Zhiyuan E-mail: zhang5385@126.com

R736.1；R445.3

2014-06-27

修回日期：2014-10-25

中国医学影像学杂志