CT能譜成像在鑒別甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)中的應(yīng)用價值

薛龍梅XUE Longmei

潘自兵2PAN Zibing

張志遠3ZHANG Zhiyuan

馬 鳳2MA Feng

任 翔1REN Xiang

劉 磊1LIU Lei

CT能譜成像在鑒別甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)中的應(yīng)用價值

薛龍梅1XUE Longmei

潘自兵2PAN Zibing

張志遠3ZHANG Zhiyuan

馬 鳳2MA Feng

任 翔1REN Xiang

劉 磊1LIU Lei

目的通過對甲狀腺結(jié)節(jié)患者能譜曲線及能譜特征參數(shù)分析，探討寶石CT能譜成像（GSI）技術(shù)對甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的鑒別診斷價值。資料與方法對經(jīng)病理證實的39例甲狀腺結(jié)節(jié)患者行GSI三期增強掃描，分析碘/水物質(zhì)含量、有效原子序數(shù)及表化后的碘濃度比（病灶碘濃度與同期相頸動脈碘濃度的比值），計算能譜曲線斜率。結(jié)果GSI三期增強掃描中，良性結(jié)節(jié)的碘濃度均明顯高于惡性結(jié)節(jié)，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；兩組間碘濃度比在動脈期和靜脈期差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01）；在平掃期和動脈期，良性結(jié)節(jié)的能譜曲線斜率明顯大于惡性結(jié)節(jié)，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；兩組間水濃度、有效原子序數(shù)在各期相差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。結(jié)論 甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)具有不同的平掃+增強GSI特征，應(yīng)用GSI的多種參數(shù)對術(shù)前鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性具有很大的潛能。

甲狀腺結(jié)節(jié)；甲狀腺腫瘤；體層攝影術(shù)，X線計算機；寶石能譜成像；診斷，鑒別

近年甲狀腺結(jié)節(jié)發(fā)病逐年增加，并呈年輕化趨勢，多發(fā)生于40歲以下的中青年女性，約5%為惡性[1]。甲狀腺癌發(fā)病多隱匿，病程進展緩慢，術(shù)前缺乏特異性的診斷方法，與甲狀腺良性結(jié)節(jié)鑒別診斷困難，常導致誤診或過度治療。能譜CT改變了CT的傳統(tǒng)診斷模式，其在較低射線劑量條件下得到混合能量圖像的同時可生成一系列特定能量水平的單能量圖像（kilo electron Volta，keV）、基物質(zhì)（水、碘等）含量圖像、能譜曲線、有效原子序數(shù)等，能為疾病的診斷、鑒別提供更多定量指標和分析工具。本研究通過對常見甲狀腺結(jié)節(jié)病灶CT平掃+增強能譜成像（gemstone spectral imaging，GSI）各項參數(shù)進行對比分析，初步探討GSI在鑒別甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)中的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 2012-10～2013-04寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院心腦血管病醫(yī)院就診并經(jīng)GSI檢查的39例甲狀腺結(jié)節(jié)患者，其中男12例，女27例；年齡24～73歲，平均（48.5±6.6）歲。全部病例均經(jīng)手術(shù)或穿刺活檢取得病理證實，其中良性組31例，包括22例結(jié)節(jié)性甲狀腺腫，9例甲狀腺腺瘤；惡性組8例，均為甲狀腺乳頭狀癌。本研究方案所有患者均知情同意。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery HD 750 CT機行GSI頸部掃描，掃描模式：電壓為高低能量，140 kVp和80 kVp，0.5 ms切換，自動調(diào)節(jié)管電流，機架轉(zhuǎn)速0.6 s/周，層厚、層間距均為5 mm，螺距0.984，視野10 cm×10 cm。掃描范圍自舌骨上緣到鎖骨水平，胸骨后甲狀腺掃描范圍擴大至主動脈弓水平，患者取仰臥位，掃描前囑患者雙肩盡量下垂以避免鎖骨線束硬化偽影，屏氣、避免吞咽以減少運動偽影。靜脈注射碘海醇，速度為3 ml/s，于動脈期25 s及間隔30 s后即靜脈期55 s進行掃描。掃描結(jié)束后，對獲得的動脈期、靜脈期圖像處理為0.625 mm/0.625 mm重建間隔的薄層圖像，然后將重建圖像傳送到AW 4.4后處理工作站，分別行多平面重組；在儀器自備專用的能譜圖像分析軟件GSI view上對各期圖像進行GSI能譜分析。

1.3 圖像分析 啟動能譜分析軟件，在碘基、水基、有效原子序數(shù)圖上選擇腫瘤最大層面，應(yīng)用感興趣區(qū)技術(shù)分別在平掃、動脈期和靜脈期選取面積約為病灶面積2/3的感興趣區(qū)，避開壞死、鈣化、血管影和因鎖骨產(chǎn)生的偽影，獲取其內(nèi)組織的碘濃度、水濃度及有效原子序數(shù)；測3次取均值。為消除個體循環(huán)因素的影響，分別計算動脈期與靜脈期的碘濃度比，動脈期與靜脈期碘濃度比=感興趣區(qū)碘濃度/同期相頸動脈碘濃度。得出感興趣區(qū)內(nèi)組織在40～140 keV能量范圍的衰減曲線，計算各組的平均能譜衰減曲線斜率=（CT40 keV－CT100 keV）/CT60 keV。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 17.0軟件，應(yīng)用兩獨立樣本t檢驗或t'檢驗比較在不同期相下兩組間的碘濃度、水濃度、有效原子序數(shù)、碘濃度比和曲線斜率差異，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)碘濃度比較 良性組、惡性組的碘濃度在平掃期、動脈期、靜脈期差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），以平掃期、動脈期更明顯，且良性結(jié)節(jié)碘含量均高于甲狀腺癌碘含量，見圖1、2及表1。

2.2 甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)水濃度、有效原子序數(shù)比較兩組間的水濃度和有效原子序數(shù)相差很小，在各期相差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見圖1、2及表1、2。

2.3 甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)碘濃度比比較 良性組、惡性組的碘濃度比在動脈期及靜脈期差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.01），且動脈期差異大于靜脈期，見圖1、2及表1。

2.4 良惡性甲狀腺結(jié)節(jié)能譜曲線斜率比較 良性組的曲線斜率在3個期相均大于惡性組；在平掃及動脈期，兩組間的曲線斜率兩兩比較差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見圖3及表2。

圖1 女，54歲，結(jié)節(jié)性甲狀腺腫。GSI掃描動脈期碘基圖顯示碘濃度為43.10（100 μg/ml)，碘濃度比為0.51（箭，A）；水基圖顯示水濃度為1059.16 mg/ml（箭，B）；鏡下可見結(jié)節(jié)性甲狀腺腫并腺瘤樣增生，部分區(qū)域纖維組織增生，病理證實為結(jié)節(jié)性甲狀腺腫（HE，×200，C）

圖2 女，62歲，甲狀腺乳頭狀癌。GSI掃描動脈期碘基圖顯示碘濃度為32.05（100 μg/ml），碘濃度比為0.27（箭，A）；水基圖顯示水濃度為1050.83 mg/ml（箭，B）；術(shù)后病理鏡下示甲狀腺乳頭狀癌（HE，×200，C）

圖3 甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)在平掃期（A）、動脈期（B）、靜脈期（C）的平均能譜曲線。粉色曲線代表良性組，紅色曲線代表惡性組，可見良性曲線較惡性曲線高，良性曲線走形較陡直，惡性曲線較平緩，增強后兩者都得到放大

表1 甲狀腺結(jié)節(jié)良性組與惡性組各基物質(zhì)比較

表2 甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)在不同期相的有效原子序數(shù)和能譜曲線斜率比較

3 討論

甲狀腺是人體組織中密度最高的軟組織，甲狀腺的CT值與其含碘量呈正相關(guān)，這是用CT測量甲狀腺組織含碘量的依據(jù)。多層螺旋CT可以鑒別甲狀腺良惡性腫瘤，結(jié)節(jié)內(nèi)沙粒狀鈣化、突破包膜、氣管受累、淋巴結(jié)腫大對于確定惡性腫瘤具有重大的臨床意義[2,3]，但常規(guī)CT基于kVp混合能量成像，無法獲得準確的CT值，且不能重復地反映組織本身的X線衰減特性，使得換算出的碘濃度存在相當大的偏差，影響到定量的準確性[4]。

GSI引入的能譜成像技術(shù)由能量成像躍變?yōu)槟茏V成像，X線照射人體后，其質(zhì)量吸收系數(shù)隨能量而變化。不同物體有其特征性吸收曲線，CT值反映物體對X線的線性吸收；對物體應(yīng)用兩個不同能量譜時，X線衰減會發(fā)生變化，因此使用任意兩個能量譜可以對被測物體或體素內(nèi)的物質(zhì)進行鑒別和定量，這就是能譜成像物質(zhì)分離的基本原理[5-8]。因此，可以利用物質(zhì)分離定量測定分析工具將每種結(jié)構(gòu)分解成對X線吸收比例不同的任意兩種物質(zhì)，得到不同基物質(zhì)對，如水、碘、鈣等的圖像，而以碘為基物質(zhì)的碘基圖對碘的沉積很敏感，用碘濃度來表示組織的密度，有利于顯示攝碘組織，并可進行組織相對碘濃度的定量分析。GSI使形態(tài)上相似或密度相近的甲狀腺結(jié)節(jié)借助CT能譜成像的可視化分析工具進行性質(zhì)和來源的鑒別成為可能。

本研究結(jié)果顯示，甲狀腺癌的碘濃度和碘濃度比在平掃期、動脈期、靜脈期均低于甲狀腺良性結(jié)節(jié)。根據(jù)能譜技術(shù)物質(zhì)分離原理[9]，對測得的基物質(zhì)濃度必須應(yīng)用成對的基物質(zhì)分離，故本研究在觀察碘隨血供變化的同時考慮水的變化，發(fā)現(xiàn)水濃度在不同期相、不同病變間變化并不明顯，亦即在水保持恒定的前提下，觀察碘的變化有助于評估不同性質(zhì)的甲狀腺結(jié)節(jié)。在本研究的3個期相中甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的含碘量均低于良性結(jié)節(jié)，其最主要原因可能是癌灶內(nèi)的甲狀腺濾泡細胞完全為癌細胞和機化的纖維結(jié)締組織所取代，故其碘濃度較低，而結(jié)節(jié)性甲狀腺腫和甲狀腺腺瘤內(nèi)仍存留部分攝碘功能的濾泡細胞，具有較高的碘濃度。李銘等[10]在研究甲狀腺的標本影像時認為絕大部分結(jié)節(jié)性甲狀腺腫病灶及所有濾泡性腺瘤內(nèi)可見含碘組織成分，碘含量為正值，所有乳頭狀癌病灶內(nèi)碘含量為負值。本研究中動脈期及靜脈期表化后的碘濃度比的診斷性能均高于單純的碘濃度。碘濃度除與結(jié)節(jié)的性質(zhì)有很大關(guān)系外，還受對比劑總劑量、個體循環(huán)差異等因素的影響。因此本研究以頸動脈作為參照，獲得同期頸總動脈分叉層面的表化碘濃度比以排除干擾因素的影響。本研究發(fā)現(xiàn)在動脈期運用GSI術(shù)前評價甲狀腺良惡性的效能稍優(yōu)于靜脈期，可能與甲狀腺結(jié)節(jié)攝碘量達峰時間有關(guān)，提示評價甲狀腺結(jié)節(jié)病變時，主要放在動脈期和平掃期適當聯(lián)合靜脈期。

能譜曲線即單能量下的CT值變化曲線，是由物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)決定的，人體組織成分多為混合性，其CT值衰減曲線多不具有特征性，然而類似的能譜曲線可提示同樣或類似的物質(zhì)成分類型，并可用一定范圍內(nèi)的曲線斜率來進行定量評估。倪鳴飛等[11]報道，甲狀腺良性結(jié)節(jié)在能譜曲線上斜率均為正值，甲狀腺癌能譜曲線斜率為負值或斜率為較小正值。本組結(jié)果提示在平掃、增強后，甲狀腺癌的能譜曲線斜率均小于良性結(jié)節(jié)，曲線斜率走形更為低平，且甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)在平掃及動脈期的能譜曲線斜率值差異均有統(tǒng)計學意義，動脈期的差異較為明顯，而靜脈期差異不大，可能與良性結(jié)節(jié)均含有正常甲狀腺細胞成分有關(guān)，甲狀腺癌組織中可能含有脂肪或分子結(jié)構(gòu)與脂肪相近成分?？紤]與惡性結(jié)節(jié)的組織破壞更明顯、且血供相對較少有關(guān)；良惡性結(jié)節(jié)的曲線斜率差異主要在低能量水平較為明顯，可能與低能量水平時的X線穿透力低、圖像的組織對比度較高有關(guān)，與文獻報道一致[12-14]，提示在臨床工作中，應(yīng)選擇較低能量點進行圖像觀察分析。靜脈期良惡性結(jié)節(jié)的能譜曲線斜率無明顯差異，分析原因可能與不同性質(zhì)的甲狀腺結(jié)節(jié)供血程度相關(guān)。結(jié)節(jié)性甲狀腺腫病理上屬正常的甲狀腺腫結(jié)節(jié)期，血供豐富，有研究提示結(jié)節(jié)性甲狀腺腫在時間密度曲線上呈快升快降，致使能譜衰減較快，而甲狀腺癌較結(jié)節(jié)性甲狀腺腫達峰時間較長，回歸時間亦較長，時間密度曲線上呈慢升慢降型，致使能譜衰減較慢，除此還有某些腺瘤供血較差，強化需要較長時間。

當某元素與某物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)相同時，該元素的原子序數(shù)即稱為該物質(zhì)的有效原子序數(shù)。有效原子序數(shù)為比較穩(wěn)定的能譜分析客觀參數(shù)，其與碘含量及CT值相關(guān)。而本研究中甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的有效原子序數(shù)在各期相中均無明顯差異，提示甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)實性組織對X線的質(zhì)量衰減系數(shù)無明顯差異，考慮可能與腫瘤組織分化程度、出血、囊變、脂化等因素有關(guān)。

當然本研究尚處于初步探索階段，有一定的局限性，如樣本量較小，尤其是甲狀腺癌僅8例，在今后的研究中將不斷增加樣本量來進一步探討GSI在甲狀腺結(jié)節(jié)中的應(yīng)用價值，且尚需在較大樣本量的基礎(chǔ)上進一步對不同病理類型的甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)進行細分。

（本文編輯 馮 婕）

GSI掃描獲得的碘濃度，尤其是表化后的碘濃度比對于術(shù)前評估甲狀腺結(jié)節(jié)的性質(zhì)具有很大的價值，此外能譜曲線斜率可以分析甲狀腺的形態(tài)學及各種能譜參數(shù)，為臨床提供較為客觀準確的影像學依據(jù)。

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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.寧夏醫(yī)科大學 寧夏銀川 750004

2. 寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院心腦血管病醫(yī)院寧夏銀川 750004

3.寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院 寧夏銀川 750021

張志遠

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

中國醫(yī)學影像學雜志

2014年 第22卷 第12期：908-911

Chinese Journal of Medical Imaging 2014 Volume 22(12): 908-911

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.12.007