能譜CT基物質(zhì)分離技術(shù)在肝硬化與正常肝臟血流定量研究中的應(yīng)用

任占麗，雷雨欣，陳曉俠，賈永軍，于楠，于勇，郭長義，賀太平，張喜榮

1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，陜西咸陽712000；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院CT室，陜西咸陽712000

前言

肝硬化是肝臟最常見的慢性疾?。?］，主要病理學(xué)變化為肝細(xì)胞的彌漫變性和壞死、肝臟纖維組織增生和彌漫性的肝纖維化、肝臟假小葉與再生結(jié)節(jié)的形成等［2］。肝硬化早期臨床癥狀多不明顯，隨著病變的發(fā)展，肝臟組織結(jié)構(gòu)逐漸變形和結(jié)構(gòu)破壞而形成假小葉，同時(shí)肝臟血運(yùn)改建及重新分布，引起肝臟動(dòng)靜脈血液循環(huán)異常［3］,造成部分患者靜脈曲張出血、肝性腦病等并發(fā)癥與合并癥，從而導(dǎo)致臨床預(yù)后不佳［4］。因此，早期肝硬化的發(fā)現(xiàn)、臨床診斷、較早治療對(duì)于患者的預(yù)后尤為重要。多層螺旋CT 檢查可以顯示肝硬化患者肝臟形態(tài)、側(cè)支循環(huán)以及腹水等繼發(fā)性改變，但在提供肝臟血流動(dòng)力學(xué)方面仍存在缺陷；CT 肝臟灌注成像雖然可以提供肝臟微循環(huán)的功能信息，但CT 肝臟灌注成像存在覆蓋范圍有限、運(yùn)動(dòng)偽影和高輻射劑量等局限性［5］。能譜CT成像作為新的成像技術(shù)，解除了傳統(tǒng)CT 成像依賴CT 值診斷疾病的限制，能譜CT物質(zhì)分離技術(shù)可以為臨床提供單能量圖像、多種基物質(zhì)圖（如碘基圖、水基圖等），且可以對(duì)物質(zhì)含量進(jìn)行定量測定，碘基圖測量的碘濃度可以精確反映組織攝取碘物質(zhì)的情況［6］，間接反映組織血供和病變血流量［7-8］。文獻(xiàn)報(bào)道通過測量肝臟不同增強(qiáng)期相碘濃度值可以間接反映肝硬化情況下肝臟血流的變化［9］。因此，本研究通過采用能譜CT對(duì)肝硬化與正常肝臟的動(dòng)脈期和門靜脈期的肝臟CT 值和碘濃度進(jìn)行測量，并計(jì)算肝臟動(dòng)脈期碘分?jǐn)?shù)（Arterial Iodine Fraction, AIF）和門靜脈期碘含量（Portal Venous Iodine Concentration, PVIC），旨在探索能譜CT 多參數(shù)成像評(píng)估肝硬化與正常肝臟雙重血流定量研究中的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

收集陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院2018年1月至3月經(jīng)臨床診斷為肝硬化Child-Pugh A級(jí)，且肝臟穿刺活檢病理證實(shí)為肝硬化患者，同時(shí)進(jìn)行上腹部能譜CT平掃加三期增強(qiáng)檢查未見明確肝臟病變及門靜脈血管病變患者為研究組（肝硬化組）；同時(shí)收集能譜CT平掃及三期增強(qiáng)檢查肝臟及門靜脈正常者為對(duì)照組（正常肝臟組）。納入者年齡≥18歲，自愿參與本研究，臨床病情需要行腹部能譜增強(qiáng)檢查者；排除肝臟器質(zhì)性疾病、脂肪肝、門靜脈先天異常及血管病變等。最終納入研究60例，肝硬化組30例，男性17例，女性13 例，年齡43～78 歲，平均年齡（63.50±10.15）歲；正常肝臟組30 例，男性15 例，女性15 例，年齡46～77 歲，平均年齡（59.90±12.52）歲。所有研究者在進(jìn)行能譜CT檢查前均簽署知情同意書，且檢查均在醫(yī)院倫理委員會(huì)監(jiān)督下進(jìn)行。

1.2 掃描方法

設(shè)備選用陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院GE Discovery 750 HD寶石能譜CT成像機(jī)。檢查前去除掃描野內(nèi)金屬物品，患者采用雙足先進(jìn)體位，平躺仰臥于檢查床，雙手上舉并交叉抱頭，甲狀腺及盆腔生殖器進(jìn)行放射防護(hù)，并對(duì)患者進(jìn)行呼吸配合訓(xùn)練。造影劑選取非離子型對(duì)比劑碘海醇（350 mgI/mL），采用德國Ulrich 高壓注射器，通過18-22 號(hào)靜脈留置針經(jīng)肘正中靜脈注入，對(duì)比劑用量0.8 mL/kg，對(duì)比劑流速4.0 mL/s。采用能譜CT 三期增強(qiáng)掃描協(xié)議，掃描范圍自膈頂上方1 cm 至肝脾下緣下方1 cm，動(dòng)脈期（Arterial Phase,AP）采用固定閾值觸發(fā)技術(shù)，在膈頂下方1 cm 層面腹主動(dòng)脈管腔內(nèi)放置感興趣區(qū)域（Region of Interest,ROI），當(dāng)腹主動(dòng)脈管腔內(nèi)CT值達(dá)200 HU時(shí)觸發(fā)掃描，動(dòng)脈期掃描結(jié)束后分別延遲30、120 s 行門靜脈期（Venous Phase,VP）、延遲期掃描，掃描層厚5 mm，層間距5 mm。

1.3 數(shù)據(jù)測量

掃描完成后將動(dòng)脈期、門靜脈期原始數(shù)據(jù)分別重建70 keV 單能量圖像，重建層厚1.25 mm，層間距1.25 mm。將所有重建圖像傳送至AW4.6 工作站用于數(shù)據(jù)測量，采用GSI分析軟件自動(dòng)生成碘基物質(zhì)分離圖像，選取肝門層面且同時(shí)顯示肝尾狀葉、肝左外葉、肝左內(nèi)葉、肝右前葉、肝右后葉的層面，在動(dòng)脈期、門靜脈期肝臟五葉分別放置3個(gè)直徑約10 mm的ROI，ROI 的放置避開肝臟內(nèi)強(qiáng)化血管，分別記錄每個(gè)ROI的碘基值（Iodine Concentration,IC），取肝臟各葉3個(gè)ROI的平均值為每個(gè)肝葉的碘濃度（圖1和圖2），根據(jù)肝臟各葉碘基值計(jì)算肝臟各葉動(dòng)脈期碘分?jǐn)?shù)（Arterial Iodine Fraction,AIF）和門靜脈期碘含量（Portal Venous Iodine Concentration,PVIC），其中AIF定義為肝臟動(dòng)脈期碘濃度與門靜脈期碘濃度的比值（AIF=ICAP/ICVP），PVIC 定義為門靜脈期碘濃度與動(dòng)脈期碘濃度之差（PVIC=ICVP-ICAP）。根據(jù)肝臟各葉碘基值分別計(jì)算肝左葉、肝右葉、肝臟平均以及肝臟總碘濃度，其中肝左外葉與肝左內(nèi)葉碘基值的平均值為肝左葉碘濃度，肝右前葉與肝右后葉碘基值的平均值為肝右葉碘濃度，肝臟五葉碘基值的平均值為肝臟平均碘濃度，肝臟五葉碘基值的總和為肝臟總碘濃度；同時(shí)根據(jù)肝臟各葉AIF和PVIC計(jì)算肝左葉、肝右葉、肝臟平均以及肝臟總AIF和PVIC，其中肝左外葉與肝左內(nèi)葉AIF和PVIC的平均值為肝左葉AIF和PVIC，肝右前葉與肝右后葉AIF和PVIC的平均值為肝右葉AIF和PVIC，肝臟五葉AIF和PVIC的平均值為肝臟平均AIF和PVIC，肝臟五葉AIF和PVIC的總和為肝臟總AIF和PVIC。

圖1 正常肝臟單能量圖像和碘基圖Fig.1 Monochromatic energy image and iodine-based material decomposition image of healthy liver

圖2 肝硬化單能量圖像和碘基圖Fig.2 Monochromatic energy image and iodine-based material decomposition image of cirrhotic liver

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件，參數(shù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。兩組患者性別差異采用χ2檢驗(yàn)，肝臟各葉CT值、碘濃度、AIF、PVIC間的差異采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。繪制ROC曲線，計(jì)算曲線下面積（AUC），分析各能譜參數(shù)診斷效能。

2 結(jié)果

兩組患者一般資料（性別、年齡、身高、體質(zhì)量、BMI）間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表1）。肝硬化組肝臟各葉動(dòng)脈期CT值和碘濃度與正常肝臟組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），而肝硬化組門靜脈期肝臟各葉CT值和碘濃度顯著低于正常肝臟組（P＜0.05）。肝硬化組動(dòng)脈期平均CT值和總CT值稍低于正常肝臟組，而肝硬化組動(dòng)脈期平均碘濃度和總碘濃度稍高于正常肝臟組，但差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；肝硬化組門靜脈期平均CT值、總CT值、平均碘濃度、總碘濃度均顯著低于正常肝臟組（P＜0.05）（表2和表3）。肝硬化組肝臟各葉AIF、平均AIF和總AIF稍高于正常肝臟組（P＞0.05），而肝硬化組肝臟各葉PVIC、平均PVIC和總PVIC均顯著低于正常肝臟組（P＜0.05）（表4）。肝臟門靜脈期CT值、碘濃度和PVIC的ROC曲線分析，以門靜脈期肝臟平均碘濃度21.47 mg/mL為閾值評(píng)價(jià)肝硬化與正常肝臟時(shí)，ROC曲線AUC為0.790，敏感度為77.8%，特異度為83.3%，顯著高于肝臟CT 值和PVIC。肝臟平均PVIC 取18.38 mg/mL 為閾值時(shí)，ROC曲線AUC為0.722，特異度達(dá)100%，但敏感度僅為38.9%（表5,圖3）。

表1 兩組患者基本資料Tab.1 General information in two groups of patients

3 討論

肝臟是由肝動(dòng)脈系統(tǒng)及門靜脈系統(tǒng)雙重供血的腹部臟器［10］，其中約25%的入肝血流由肝動(dòng)脈供血，75%的肝臟血流由門靜脈供血，且在肝動(dòng)脈系統(tǒng)與門靜脈系統(tǒng)間存在許多血管交通支［11］。因此肝動(dòng)脈血流和門靜脈血流的定量測量有助于臨床進(jìn)行肝硬化患者病情評(píng)估以及為預(yù)后提供肝臟血流動(dòng)力學(xué)的重要信息。能譜CT 是在一次成像掃描中采用瞬時(shí)管電壓切換技術(shù)（80 kV與140 kV切換），產(chǎn)生40 keV至140 keV的單能量圖像和基物質(zhì)分離圖像，在碘基圖像上測量肝臟各葉碘濃度可以用來評(píng)估肝硬化患者肝實(shí)質(zhì)對(duì)碘物質(zhì)的攝取，而碘物質(zhì)作為對(duì)比劑的主要成分，經(jīng)由血管注入體內(nèi)并隨著血液循環(huán)進(jìn)入肝臟，從而通過對(duì)肝硬化患者肝臟碘濃度的測量來反映肝臟血流的變化［12］。肝動(dòng)脈期碘濃度反映肝動(dòng)脈供血，門靜脈期碘濃度反映肝動(dòng)脈及門靜脈的雙重血供，肝臟AIF則反映肝動(dòng)脈血供在肝臟總血流中所占的比例，而PVIC 反映的是肝臟門靜脈的供血量［13-14］。

表2 動(dòng)脈期與靜脈期肝臟各葉CT值的比較Tab.2 Comparison of CT values of different liver lobes in arterial phase and portal venous phase

表3 動(dòng)脈期與靜脈期肝臟各葉碘濃度的比較Tab.3 Comparison of iodine concentrations of different liver lobes in arterial phase and portal venous phase

表4 AIF與PVIC的比較Tab.4 Comparison of arterial iodine fraction and portal venous iodine concentration

表5 門靜脈期CT值和碘濃度、PVIC在Child-Pugh A級(jí)肝硬化與正常肝臟的診斷效能Tab.5 Diagnostic performance of the CT value and iodine concentration in portal venous phase and PVIC in Child-Pugh A cirrhotic liver and healthy liver

圖3 肝硬化與正常肝臟碘濃度、CT值和PVIC的ROC曲線Fig.3 Receiver operating characteristic(ROC)curves of iodine concentration,CT value and PVIC in cirrhotic liver and healthy liver

在本研究中，通過比較動(dòng)脈期及門靜脈期肝臟CT值和碘濃度，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)肝臟動(dòng)脈期的CT值和碘濃度在肝硬化組與正常肝臟間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），而肝硬化門靜脈期的CT 值和碘濃度顯著低于正常肝臟（P＜0.05），這可能與門靜脈供血約占正常肝臟血供比例的75%，而肝硬化時(shí)肝竇結(jié)構(gòu)的纖維化破壞和肝星狀細(xì)胞收縮力的動(dòng)態(tài)變化以及假小葉與再生結(jié)節(jié)的形成，導(dǎo)致肝內(nèi)門靜脈發(fā)生變形和扭曲，門靜脈供血回流發(fā)生障礙并產(chǎn)生門靜脈高壓，門靜脈向肝臟供血明顯減少，而肝臟所具有的自身調(diào)節(jié)作用可以使肝動(dòng)脈供血代償性增加，引起肝臟血運(yùn)改建及重新分布，在CT 圖像上引起CT 值降低和能譜碘基圖上產(chǎn)生門靜脈期的碘濃度明顯下降，而動(dòng)脈期CT值和碘濃度增加不顯著［15-17］。AIF反映肝動(dòng)脈供血占肝臟血供的比例，PVIC反映肝臟的門靜脈供血量，本研究中肝硬化AIF稍高于正常肝臟（P＞0.05），而肝硬化PVIC 顯著低于正常肝臟（P＜0.05），表明隨著肝硬化病情的逐漸進(jìn)展，肝實(shí)質(zhì)的供血比例中動(dòng)脈供血增加和門靜脈供血減少，從而出現(xiàn)肝硬化患者AIF高于正常肝臟和PVIC低于正常肝臟［18］。

文獻(xiàn)［19］報(bào)道肝動(dòng)脈和門靜脈在肝左葉和肝右葉的解剖結(jié)構(gòu)存在微小差異，肝左動(dòng)脈較肝右動(dòng)脈粗短而產(chǎn)生肝左葉動(dòng)脈供血高于肝右葉，門靜脈右支較門靜脈左支粗短而產(chǎn)生肝右葉的門靜脈供血高于肝左葉。因此本研究與以往研究［20］采用單一的肝左葉或肝右葉、或者肝左葉及肝右葉聯(lián)合肝尾狀葉的研究相比，本研究在肝臟實(shí)質(zhì)內(nèi)選取更多的ROI進(jìn)行測量，對(duì)肝臟五葉、左半肝（肝左葉）及右半肝（肝右葉）、肝臟平均CT 值和碘濃度、肝臟總CT 值和碘濃度、AIF、PVIC 均進(jìn)行詳細(xì)研究，對(duì)全肝的血流定量進(jìn)行全面評(píng)估，可以減小甚至排除血管解剖特點(diǎn)對(duì)肝臟血流定量的影響。本研究結(jié)果中肝臟尾狀葉門ICVP、PVIC在肝硬化與正常肝臟間存在差異。而丁賀宇等［21］對(duì)肝硬化血流動(dòng)力學(xué)的研究中發(fā)現(xiàn)肝尾狀葉ICVP、AIF和PVIC在肝硬化與正常肝臟間不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這結(jié)果與本研究存在不同之處，可能與尾狀葉獨(dú)特的血供有關(guān)，正常尾狀葉同時(shí)接受左右半肝的動(dòng)脈供血和靜脈供血，肝硬化時(shí)肝動(dòng)脈與門靜脈供血比例發(fā)生變化，從而引起尾狀葉的血供比例失調(diào)。

本研究對(duì)肝硬化與正常肝臟門靜脈期CT值、碘濃度和PVIC的ROC曲線分析顯示，以門靜脈期肝臟平均碘濃度21.47 mg/mL 為閾值評(píng)價(jià)肝硬化與正常肝臟時(shí)，ROC曲線AUC為0.790，敏感度為77.8%，特異度為83.3%，顯著高于肝臟CT 值和PVIC，這表明門靜脈期肝臟平均碘濃度在肝臟血流定量評(píng)價(jià)中具有較高的診斷效能，在評(píng)價(jià)Child-Pugh A級(jí)肝硬化與正常肝臟血流定量中具有重要的價(jià)值。

本研究仍存在一些局限性：首先，臨床肝硬化穿刺活檢患者較少，故研究樣本量較??；其次，本研究以Child-Pugh A 級(jí)肝硬化為主，未涉及Child-Pugh B級(jí)和Child-Pugh C 級(jí)肝硬化病例；最后，動(dòng)脈期及門靜脈期碘基值的測量受掃描觸發(fā)時(shí)間、肝動(dòng)脈及門靜脈解剖結(jié)構(gòu)和患者自身血液循環(huán)狀態(tài)的影響。因此在今后的臨床工作和研究中，有待進(jìn)一步擴(kuò)大研究病例數(shù)來完善研究，將Child-Pugh B 級(jí)和Child-Pugh C 級(jí)肝硬化病例均納入研究，同時(shí)尋求更加完善的上腹部CT 成像方案來減少因掃描操作對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生的影響，從而獲得肝硬化患者更加精確的血流動(dòng)力學(xué)改變情況。

能譜CT 基物質(zhì)分離技術(shù)可以產(chǎn)生多組單能量圖像和基物質(zhì)圖像，不僅可以為臨床提供肝硬化的解剖和形態(tài)學(xué)信息，而且在碘基物質(zhì)圖像上準(zhǔn)確測量的碘濃度以及AIF、PVIC 均是反映和評(píng)價(jià)肝硬化血流動(dòng)力學(xué)變化的定量指標(biāo)，可以幫助臨床對(duì)肝硬化做出早期診斷和及時(shí)的干預(yù)治療，提升肝硬化患者的預(yù)后，并對(duì)肝硬化的血流改變進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測和評(píng)估。