能谱CT测量活体甲状腺碘含量及其准确性的研究

何磊，柳溪，陈英敏，刘蓉辉，贾秀川，康林

(1.河北省人民医院医学影像科，2.河北省人民医院病理科，河北 石家庄　050051)



能谱CT测量活体甲状腺碘含量及其准确性的研究

何磊1，柳溪1，陈英敏1，刘蓉辉1，贾秀川1，康林2

(1.河北省人民医院医学影像科，2.河北省人民医院病理科，河北 石家庄050051)

目的：利用能谱CT基物质成像技术测量活体甲状腺碘含量的正常值，并对其准确性进行研究。方法：对76例疑颈部或甲状腺疾病患者进行能谱CT扫描。利用GSIViewer浏览器处理，取得甲状腺组织的最佳对比噪声比对应的单能量值，测量甲状腺的碘密度值、水密度值。另外收集35例结节性甲状腺肿手术离体标本,选取结节旁正常甲状腺组织，利用砷铈催化分光光度法测量标本碘含量，并分别研究其与碘密度值、水密度值的相关性。结果：男性与女性的碘密度值分别为(1.57±0.58)mg/mL、(1.39±0.64)mg/mL，差异有统计学意义(P<0.05)。除40～60岁组与>60岁组比较碘密度值差异无统计学意义外(P>0.05)，其余各组比较均有统计学意义(P<0.05和P<0.01)。结节性甲状腺肿组的离体标本最佳Kev碘密度值(0.28 ～2.31)mg/mL,平均(1.38±0.56)mg/mL，与离体标本碘含量[(0.173～0.64 )mg/g，平均(0.357±0.064)mg/g]有相关性(r=0.820,P<0.01)； CT值为58.12～129.78 HU,平均(94.02±20.37)HU，与离体标本碘含量有相关性(r=0.754,P<0.01)；水密度值为(1 040.73～ 1 067.17)mg/mL,平均(1 055.93±11.16)mg/mL，与离体标本碘含量未见相关(r=0.064,P>0.05)。结论：宝石能谱CT成像可更直接、更准确地测量活体甲状腺碘浓度，从而为诊断甲状腺病变提供参考。

体层摄影术；X线计算机；甲状腺；碘密度；能谱成像

正常甲状腺具有摄碘功能，人体中20%的碘存在于甲状腺中，碘摄入量的过高或过低都会导致甲状腺疾病，通过测量甲状腺碘浓度，可以反映近期碘的摄入量及身体内碘的储存量[1]，因此准确测量甲状腺碘浓度对诊断甲状腺疾病有重要意义。本研究运用宝石能谱CT基物质分离技术直接获取甲状腺碘、水密度值，并与砷铈催化分光光度法测量的手术离体标本碘含量进行对比，评价甲状腺碘密度值是否能准确反映活体甲状腺的碘含量。

1　资料与方法

1.1一般资料

选择2012年5月1日至2013年5月30日接受GSI检查的疑颈部或甲状腺疾病患者共76例入组。包括男性29例，女性47例，年龄范围19～78岁，平均年龄(50.7±13.6)岁。按年龄将患者分为3组：<40岁组、40～60岁组、>60岁组。排除甲状腺疾病及功能异常者。另收集2012年5月1日至2013年5月30日经手术病理证实为结节性甲状腺肿患者35例，包括男性13例，女性22例，年龄范围24～65岁，平均年龄(43.7±11.3)岁。上述所有病例均要求近期测量甲状腺激素TSH、T3、T4、TT3、TT4正常，近期未服用甲状腺制剂、含碘药物、特殊食物(如紫菜、海带、海苔等)。

1.2CT检查方法

病例的CT扫描均使用美国GE公司的Discovery CT750 HD扫描机，使用GSI单能模式：140 kVp和80 kVp电压0.5 ms瞬时切换，管电流600 mA，球管旋转速度0.5 s/rot。FOV 10 cm×10cm，层厚0.625 mm，层间0.625 mm，螺距0.984∶1。病人仰卧、颈过仰，嘱病人肩部尽量下沉，以尽可能减少肩部硬化伪影影响，扫描前训练患者呼吸与屏气，禁吞咽。扫描范围自下颌部至纵膈上部。

1.3测量

所得图像均在专业高级工作站(AW，GE Healthcare)进行测量，用GSI Viewer重建，重建出140kVp混合能量图像，测量甲状腺的CT值。采用基物质成像技术，获得碘基图像，并通过CNR曲线[CNR=(CT1-CT2)/SD，CT1为甲状腺CT值，CT2为同层面胸锁乳突肌CT值，SD为相应层面背景噪声值][2]得出最佳CNR相对应的单能量值。获得最佳单能量值碘基图和水基图，并进行定量分析。在密度相对均匀(无异常密度且无肩部硬化伪影)的甲状腺上极划定感兴趣区(ROIs)，平均面积为50 mm2。每叶取3个点，分别测量碘密度值与水密度值，并取均值(图1)。

1.4手术标本碘测定方法

标本选取避开甲状腺结节的正常甲状腺组织约10 g左右，剪成肉糜，加冷去离子水1 mL，制备组织匀浆，经1 h 100℃过硫酸铵消化后液体澄清，说明组织匀浆消化完全，采用砷铈催化分光光度法测定碘含量[2]，测定结果以单位质量甲状腺中碘含量表示(mg/g)。

1.5统计学分析

统计分析采用SPSS 13.0统计学软件，采用线性回归分析来判定最佳Kev测量的碘密度值、水密度值与离体标本碘含量是否有相关性。不同年龄组之间的碘密度值、水密度值比较采用单因素方差分析，不同性别的碘密度值、水密度值比较采用独立样本t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1不同性别患者的碘密度值和水密度值比较

男性与女性的最佳Kev碘密度值分别为1.57±0.58 mg/mL、1.39±0.64 mg/mL，差异有统计学意义(t=2.57，P<0.05)。水密度值分别为1 062.59±15.05 mg/mL、1 059.46±11.59 mg/mL，差异无统计学意义(t=0.38，P=0.795)。

2.2不同年龄组患者的碘密度值和水密度值比较

各年龄组甲状腺碘密度及水密度测定值见表1，<40岁组分别与40～60岁、>60岁组比较，碘密度值差异均有统计学意义(P<0.05和P<0.01)。40～60岁组与>60岁组比较，碘密度值差异无统计学意义(P>0.05)。各组间比较水密度值差异均无统计学意义(P>0.05)。

表1　不同年龄组患者的碘密度值及水密度值比较

2.3离体标本碘含量与碘密度值、CT值、水密度值的相关性分析

35例结节性甲状腺肿患者的离体标本碘含量0.173～0.64 mg/g，平均(0.357±0.064)mg/g。最佳Kev碘密度值0.28 ～2.31 mg/mL，平均(1.38±0.56)mg/mL，与离体标本碘含量有相关性(r=0.820,P<0.01)； CT值为58.12～129.78 HU，平均(94.02±20.37)HU，与离体标本碘含量有相关性(r=0.754,P<0.01)；水密度值为1 040.73～1 067.17 mg/mL,平均(1 055.93±11.16 )mg/mL，与离体标本碘含量未见相关(r=0.064,P>0.05)。(图2)

3　讨论

传统X线采集信息基于混合能量，产生的CT值不够精准，也不能够进行物质的分离测量。而CT能谱成像时，采用的是单源双能量技术, 宝石CT引入的能谱成像技术由能量成像跃变为能谱成像，突破了常规CT诊断模式——仅依靠CT值单参数成像的局限性，将5维空间(x、y、z、时间和能量)多参数成像模式带入CT诊断[3]。能谱CT通过X线高低两种能量高速切换，能够测量出物质的X线衰减系数，可以进一步将这种衰减系数转化为会产生同样衰减的两种物质的密度，这样的过程称之为物质组成分析与物质的分离[4]，这就是能谱成像物质分离的基本原理。通常来讲，衰减高低不同的物质会选择成对的基质，得出不同基物质对(如水、钙、碘等)的图像。

正常甲状腺具有摄碘功能，人体中20%的碘存在于甲状腺，碘摄入量与甲状腺功能关系呈“U”形曲线，摄入的碘量过高或过低都会导致甲状腺功能异常[5]。以往测量尿碘和甲状腺吸碘率来反映体内碘水平，但此两种方法易受到饮食中含碘量的影响。因为无机碘很容易被甲状腺摄取、也很容易被肾脏清除[6]，故测量一次随机尿样尿碘量较高或及甲状腺吸碘率较低并不能绝对认为机体不缺碘。测甲状腺的碘含量反映机体平均碘摄入量，故而比测量尿碘和甲状腺吸碘率更能真实客观反映体内碘水平。张新船等[7]用CT值换算方法来测定甲状腺的碘浓度，但成像所用X线并非单能量，而是有一定能谱范围的能量束，不可避免的会导致CT值的不准确，进而影响各种定量诊断。而本研究宝石能谱CT成像运用物质分离原理，利用物质分离得到碘基图像和水基图像，可准确测量甲状腺内碘、水密度值，有效地避免了CT值不准确而引起的误差，客观真实地反映了甲状腺碘浓度及体内碘水平。本研究发现最佳Kev的碘密度值和CT值均与离体标本碘含量有相关性，但r值分别为0.820和0.754,说明最佳Kev的碘密度值与离体标本碘含量相关性更高，反映甲状腺碘浓度更准确,也客观的印证了上述观点。

以往Zhang等[8]研究表明，GSI可以准确、客观地测量不同比例碘溶液的碘浓度，可以用于定量分析，为临床应用能谱成像来测量甲状腺碘浓度提供了理论依据。但活体甲状腺组织结构比较复杂，不同于单纯的碘溶液，尚未有研究证明能谱CT测量活体甲状腺碘浓度的准确性，本研究通过实验数据证明能谱CT测量的甲状腺碘浓度值、CT值与离体标本碘含量有较高相关性，证明GSI可以客观真实地反映甲状腺碘浓度及体内碘水平。本研究显示甲状腺水浓度值与离体标本碘含量无相关性，究其原因可能是甲状腺激素是以碘和酪氨酸为原料在甲状腺腺细胞内合成的，而甲状腺的水浓度值取决于细胞间血管密度，与甲状腺腺细胞内碘含量无明显关系，故水浓度值与离体标本碘含量无相关性。

本研究通过测量正常人甲状腺碘含量，发现男性与女性的碘密度值分别为(1.57±0.58)mg/mL、(1.39±0.64)mg/mL，差异有统计学意义。此碘密度值结果与邵伟光等[9]研究结果较为一致，与孙博等[10]研究结果不一致，分析原因可能是孙博等采用结节性甲状腺肿病人作为统计对象，患者长期处于缺碘或相对缺碘环境是结节性甲状腺肿常见的病因，所以即使甲状腺激素测量正常，甲状腺的碘含量也可能处于相对较低的水平，故其测得的碘密度值较低。而且甲状腺碘含量值是否存在地域差异对实验结果产生影响也尚待证实。

本研究还发现随年龄增加甲状腺碘密度呈现逐渐下降趋势，<40岁组分别与40～60岁、>60岁组比较，碘密度值差异均有统计学意义(P<0.05和P<0.01)。40～60岁组与>60岁组比较，碘密度值差异无统计学意义(P>0.05)。各组间比较水密度值差异均无统计学意义(P>0.05)。此研究结果与邵伟光等[9]研究结果较为一致。王中丽等[11]研究，随着大鼠增龄，甲状腺被膜增厚，脂肪细胞增多，滤泡间结缔组织增加，毛细血管仍很丰富，甲状腺内不能碘化甲状腺球蛋白的“冷”滤泡细胞增多，甲状腺球蛋白的量也逐渐下降，从而出现甲状腺摄取和贮存碘的能力的下降，毛细血管仍很丰富，可能导致水密度值无明显差异，这可能就为本研究结论的病理生理基础。

本实验结果表明，可以利用GSI技术CT扫描得到甲状腺碘基图像，并且在基物质图像上准确地测量碘含量，为将GSI碘浓度测量应用于诊断甲状腺病变性质提供了有力基础，为甲状腺CT研究开拓了新的思维方向和思路。

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[7]张新船，孙吉林，刘秋芝，等．CT测量甲状腺含碘量的研究与碘缺乏病的监测[J]．中国地方病防治杂志，1998，13(4)：201-203.

[8]Zhang D,Li X,Liu B.Objective characterization of GE discovery CT750 HD scanner: Gemstone spectral imaging mode[J].Med Phys,2011,38(3):1178-1188.

[9]邵伟光，周茂义，刘典美，等.宝石能谱CT测定成人甲状腺碘浓度[J].中国医学影像技术杂志，2011，27(12)：2389-2392.

[10]孙博，董越，方春晓，等.能谱CT基物质成像技术测定测量活体甲状腺碘含量[J].中国介入影像与治疗学杂志，2013,10(2)：77-80.

[11]王中丽，罗善云，谈新提，等.增龄对大鼠甲状腺组织结构及功能的影响[J].武汉大学学报，医学版，2003,24(4)：343-346.

(学术编辑：陈天武)

本刊网址：http：//www.nsmc.edu.cn作者投稿系统：http：//noth.cbpt.cnki.net邮箱：xuebao@nsmc.edu.cn

Study on the gemstone spectral imaging of thyroid iodine content measurement in vivo and its accuracy

HE Lei1,LIU Xi1,CHEN Ying-min1,LIU Rong-hui1,JIA Xiu-chuan1,KANG Lin2

(1.DepartmentofRadiology;2.DepartmentofPathology,HebeiGeneralHospital,Shijiazhuang050051,Hebei,China)

Objective：To measure the iodine concentration of the living the normal value base on material imaging measurement,and to study its accuracy.Methods：Total of 76 cases of suspected cervical or thyroid disease underwent gemstone spectral imaging.Then the imagine data were transmitted to AW 4.4 station to obtain monochromatic images of optimal contrast to-noise ratio (CNR) and iodion-based images with GSI Viewer.Iodine, water concentration of ROl in thyroid tissue was measured.In addition，35 cases of surgical specimens of nodular goiter were collected,and select normal thyroid tissue of adjacent nodules.The iodine content of samples was measured by As-Ce-Catalytic spectrophotometry.Relationship between iodine and water concentration with it were analyzed.Results：The difference of iodine concentration between male and female patients was statistically significant (P<0.05).There was no statistical difference between 40-60 group and >60 group(P>0.05)，while differences between other groups were statistically significant (P<0.05 andP<0.01).The comparison among groups of water concentration were not statistically significant(P>0.05).In nodular goiter group,the iodine concentration of isolated specimen is 0.173-0.64 mg/g，mean(0.357±0.064)mg/g.Statistical analysis showed correlation (r=0.820，P<0.01)between iodine concentration (0.28-2.31 mg/mL,mean(1.38±0.56)mg/mL) and the iodine concentration of isolated specimen.There was no correlation(r=0.064,P>0.05) between water concentration (1 040.73-1 067.17 mg/mL,mean(1 055.93±11.16)mg/mL) and the iodine concentration of isolated specimen.Conclusion：Gemstone spectral imaging can be more direct and more accurate quantifying of iodine concentration of normal thyroid.This can provide reference for the diagnosis of thyroid diseases.

Tomography;X-ray computed;Thyroid;Iodine concentration;Gemstone spectral imagine

10.3969/j.issn.1005-3697.2016.05.034

2015-01-05

何磊(1981-)，女，主治医师。E-mail:helei198104@sina.com

陈英敏，E-mail：hbghyingxiang@126.com

时间：2016-10-2511∶31

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20161014.1716.068.html

1005-3697(2016)05-0741-04

R581

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