能谱CT在鉴别甲状腺结节性质中的应用

1.天津医科大学第四中心临床学院放射科 (天津 300143)

2.天津市静海县人民医院(天津 301600)

赵 超1 纪盛章1 宫长水2 张 昊2

甲状腺结节是临床常见的疾病征象，女性多于男性。尸检数据显示甲状腺结节的发病率可达65%[1]，其中约7%的甲状腺结节为恶性肿瘤[2]。早期发现结节并鉴别其良恶性对临床治疗、手术方式的选择及预后判断均有重要意义。目前结节性质的术前诊断主要依赖于影像检查，包括超声、核医学、CT、MRI等，但特异性都有限，且良恶性结节的影像表现有一定的重叠，如结节性甲状腺肿和乳头状癌均有乳头状结构[3]，单纯从形态学上难以鉴别。能谱CT成像(gemstone spectral imaging, GSI)能够重建40～140KeV范围内任一单能量图像，并能进行基于组织成分的物质分离，为甲状腺结节良恶性的鉴别提供了新的平台。本研究通过甲状腺结节的能谱扫描与术后病理结果的对照研究，探讨良恶性结节的CT能谱表现特征，以期提高良恶性结节鉴别诊断的准确率。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集天津市静海县医院2012年10月～2013年10月接受能谱CT检查，经手术病理证实的甲状腺结节患者30例。其中结节性甲状腺肿患者15例，男3例，女12例，平均(48.5±8.6)岁；乳头状癌患者15例，男5例，女10例，平均(45.5±15.5)岁。共发现35个结节，均经病理证实。其中结节性甲状腺肿20个；乳头状癌15个。另取15例健康志愿者的正常甲状腺作为正常对照组。本研究经医院伦理委员会审核通过。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery HD 750 CT扫描仪，扫描范围从下颌骨至胸廓入口，包括全部甲状腺。采用GSI颈部扫描方案，准直层厚64×0.625mm，螺距0.984：1。电压为高低能量(140、80kVP)瞬时(0.5ms)切换，自动电流，球管转速0.8s，行平扫及增强扫描。增强检查采用高压注射器经肘静脉注射非离子对比剂(碘佛醇，320mg/ml)，流速2.0～2.5ml/s，剂量100ml。注药后20s和40s分别扫描，获得动脉期和静脉期图像。扫描后采用标准算法分别重建常规混合图像和能谱图像。

1.3 图像后处理分析 在AW 4.5工作站，用GSI Viewer软件进行图像处理，获得能量范围在40～140KeV的101个单能量图像，在最佳单能量图像(70KeV)中以ROI(感兴趣区)分别在平扫、动脉期和静脉期选取病灶内的实性部分(避开囊变、钙化、大血管和锁骨产生的伪影)，获取组织的碘浓度，测3次，取平均值。利用GSI Viewer软件得出ROI的能谱曲线(40～140KeV)，分析能谱曲线的特征，并计算各个ROI能谱曲线的斜率值。斜率值为能谱曲线上两点的CT值差除以这两点的能量差。本次研究中选择40、140KeV两点间的斜率=(HU40KeVHU100KeV)/60。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0统计软件包，计算资料采用±S表示。采用独立样本t检验，分别两两比较结节性甲状腺肿组与乳头状癌组、结节性甲状腺肿组与正常甲状腺组、乳头状癌组与正常甲状腺组的定量指标(平扫、动脉期及静脉期的碘浓度)；单因素方差分析比较结节性甲状腺肿组，乳头状癌组与正常甲状腺组之间各期能谱曲线斜率的差异；以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 碘浓度值 在平扫、动脉期及静脉期乳头状癌组、结节性甲状腺肿组与正常甲状腺组的碘浓度两两比较差异均有统计学意义(P均＜0.05)(表1-3，图-16)

2.2 能谱曲线斜率 在平扫、动脉期及静脉期乳头状癌、结节性甲状腺肿与正常甲状腺组织的能谱曲线形态各异(图17-19)。结节性甲状腺肿组、正常甲状腺组、乳头状癌组中多数者曲线随着单能量KeV值的升高，对应的CT值逐渐递减，曲线为下降型，斜率为正值；乳头状癌组中的少数随着单能量KeV值的升高，对应的CT值逐渐增加，曲线为上升型，斜率为负值；各组的衰减程度不同，在平扫、动脉期和静脉期，各组两两比较差异均有统计学意义(P均＜0.05)(表4)

3 讨 论

能谱CT采用单管球高低能量快速切换扫描模式，即单个球管在一个旋转周期内通过80KVp和140KVp高低两种能量的高速瞬时切换同时采样，保证了球管发射射线的“同时、同源、同向”性。再加上高通透性及高清空速率的宝石探测器，准确采集到相关信号。之后，采用原始数据的投影模式进行运算以及用于能谱成像的重建/后处理引擎与GSI浏览器，就能生成范围在40～140KeV的任一单能量图像[4]。从而得到物质在不同X线能量下的衰减曲线(能谱曲线)。由于人体组织的能谱曲线是由其组织成分决定的，不同组织成分的衰减值不同，因此具有不同形态的能谱曲线。利用CT能谱曲线的差异可以鉴别人体内不同成分的组织，例如甲状腺良恶性结节源于不同的组织成分，因而具有不同的能谱曲线；能谱CT物质分离技术可以将甲状腺病变进行碘、水分离，分析甲状腺组织及病变的碘含量及水含量，从而了解病变及甲状腺组织的含碘、含水情况，推测病变性质[5]。

表1 结节性甲状腺肿组与乳头状癌组各期碘浓度对比（单位 mg/cm3）

表2 结节性甲状腺肿组与正常甲状腺组各期碘浓度对比（单位 mg/cm3）

表3 乳头状癌组与正常甲状腺组各期碘浓度对比（单位 mg/cm3）

表4 结节性甲状腺肿组、乳头状癌组与正常甲状腺组不同期相能谱曲线斜率

图1-8 右侧甲状腺癌乳头状癌能谱CT图像 图1,2,3分别代表平扫、动脉期及静脉期的碘基图，病灶内的碘含量分别为：0.84mg/cm3、1.79mg/cm3和2.74mg/cm3。图4为动脉期70KeV单能量图像，分别在病灶内及对侧正常甲状腺组织选取感兴趣区。图5为动脉期能谱曲线图，红色代表病灶内的曲线；黄色为对侧正常甲状腺曲线。图6为静脉期70KeV单能量图像，分别在病灶内及对侧正常甲状腺组织选取感兴趣区。图7为静脉期能谱曲线图，红色和粉色代表病灶内不同部位的曲线，黄色为对侧正常甲状腺曲线。图8病理诊断为甲状腺右叶乳头状癌。图9-16 左侧结节性甲状腺肿能谱CT图像 图9,10,11分别代表平扫、动脉期及静脉期的碘基图，病灶内的碘含量分别为：0.38mg/cm3、3.28mg/cm3和2.16mg/cm3。图12为动脉期70KeV单能量图像，分别在病灶内及同侧正常甲状腺组织选取感兴趣区。图13为能谱曲线图，红色和黄色代表病灶内不同部位的曲线；粉色为同侧正常甲状腺组织曲线。图14为静脉期70KeV单能量图像，分别在病灶内及同侧正常甲状腺组织选取感兴趣区。图15为静脉期能谱曲线图，红色和粉色代表病灶内不同部位的曲线，蓝色为同侧正常甲状腺组织曲线。图16病理诊断为甲状腺左叶结节性甲状腺肿。图17-19 正常甲状腺、结节性甲状腺肿及乳头状癌的能谱曲线 图17平扫 图18 动脉期 图19 静脉期

本研究通过对能谱曲线的分析后采用曲线斜率(能量值40、140KeV两点间的CT值差)为统计量，对结节性甲状腺肿组、甲状腺乳头状癌组及正常甲状腺组的斜率进行对比。正常甲状腺的能谱曲线均表现为下降型，结节性甲状腺肿的能谱曲线也表现为下降型，但其均位于正常甲状腺曲线的下方，说明结节性甲状腺肿的组织结构与正常甲状腺组织相似,由于其主要病理变化为甲状腺滤泡上皮细胞增生，滤泡内甲状腺球蛋白含甲状腺素减少形成胶质贮积，间质纤维组织增生、间隔包绕逐渐形成大小不一的结节，因此其碘含量及摄碘能力均低于正常甲状腺组织，所以其平扫及增强扫描的CT值及反应其变化趋势的能谱曲线斜率低于正常甲状腺组织；而甲状腺乳头状癌的能谱曲线走形低平，平扫和动脉期时多数都位于正常甲状腺和结节性甲状腺肿的曲线下方，统计结果表明斜率的差异均有统计学意义(P＜0.01)，尤其以增强扫描动脉期的曲线差异最明显，(图18)。甲状腺乳头状癌的主要病理变化为甲状腺滤泡被呈乳头状排列的癌细胞所取代，乳头分支较多，乳头中心有纤维血管间质。所以乳头状癌对甲状腺滤泡的摄碘能力破坏较结节性甲状腺肿更大，Frilling等[6]在研究分化型甲状腺癌时发现恶性肿瘤有30%～50%失去摄碘能力。因此甲状腺乳头状癌的CT值及反应其变化趋势的能谱曲线斜率应低于结节性甲状腺肿。但本研究发现在静脉期乳头状癌的能谱曲线位于正常甲状腺组织和结节性甲状腺肿之间，其斜率高于结节性甲状腺肿。分析原因，笔者认为可能与恶性肿瘤中的血管内皮生长因子有关。有研究表明[7]，血管内皮生长因子最直接参与诱导肿瘤血管生成，能使血管扩张，通透性增大。国外有研究[8]表明，甲状腺乳头状癌中血管内皮生长因子呈高度表达，且表达水平与肿瘤的恶性程度呈正相关，因此恶性病变较良性病变组织中的血管通透性增高，摄取的部分碘滞留在组织间隙中，而良性病变可以快速通过血液将摄取的碘廓清；虽然恶性病变因为摄碘能力差在动脉期碘含量要低于结节性甲状腺肿，但其对比剂弥散过程比良性病变要慢，而静脉期主要反映对比剂的弥散过程，因此静脉期恶性病变的碘含量略高于结节性甲状腺肿，相应的能谱曲线斜率也略高于结节性甲状腺肿。乳头状癌中有2例能谱曲线呈反向上升型，斜率为负值，说明其组织结构与正常甲状腺差异较大，部分乳头状癌的组织结构可能与脂性成分接近[9]。由于本研究例数较少，关于负性斜率能否成为甲状腺癌能谱成像的一个特征性指标还有待于进一步研究。

邵伟光等[10]应用能谱CT测定正常成人甲状腺碘浓度，为将能谱CT碘浓度测量应用于甲状腺良恶性结节的鉴别提供了基础。薛蕴菁[11]等利用能谱CT的碘/水物质分离图像鉴别甲状腺良恶性病变，发现其可直观反应甲状腺组织和病变组织的含碘情况。本研究分别测量良乳头状癌在平扫、动脉期和静脉期的碘浓度，对数据进行分析，发现结节性甲状腺肿与正常甲状腺组织各期碘含量变化趋势一致，先上升后下降，结节性甲状腺肿各期碘浓度均低于正常甲状腺；乳头状癌各期碘浓度也低于正常甲状腺，但其静脉期浓度较其动脉期略高，这点与结节性甲状腺肿和正常甲状腺不同，与陈克敏、林晓珠等[12]研究结果基本符合。分析原因，考虑与甲状腺乳头状癌中血管内皮生长因子导致血管通透性变化，对比剂弥散过程减慢有关，与能谱曲线变化原因基本一致。对数据进行两两比较后发现其差异有统计学意义(P＜0.01)，研究结果提示碘含量的差异与病变性质有关，乳头状癌的甲状腺滤泡大部分或完全为癌组织和机化的结缔组织取代，导致其摄碘能力下降或消失[9]；而结节性甲状腺肿病灶内仍存留部分有摄碘功能的滤泡组织，因此具有相对较高的碘浓度。但也存在个别情况，如研究中发现1例完全囊变的结节性甲状腺肿其碘含量低于甲状腺癌的碘含量，分析认为由于未发现其实行成分，故未检出含碘成分；而部分甲状腺癌的实性成分仍具有一定的摄碘能力。但可根据常规CT分析(如病变形态、边缘情况，强化特征)等来鉴别。

以往临床上鉴别甲状腺良恶性结节多采用超声，实性低回声、形态不规则、边界模糊、伴有微钙化、血供较丰富是甲状腺乳头状癌的重要超声特征[13]，由于其主要是形态学观察，缺少量化指标，且受检查医师个人因素影响较大，当超声表现不典型时难以明确诊断。朱迪等[14]研究表明利用能谱曲线斜率值诊断甲状腺乳头状癌的敏感度、特异度均较超声有所提高。

综上所述，甲状腺良恶性结节的碘浓度不同，能谱曲线斜率不同，曲线形态有一定的差异，综合分析形态学变化、碘浓度及能谱曲线斜率的变化有助于提高诊断准确率，为临床提供更为客观的影像学依据。但能谱CT投入临床应用时间还不长，多处于探索阶段，积累的经验还比较少。本研究的样本量较小，良性病变中未涉及甲状腺腺瘤，恶性病变中未发现滤泡状癌等其他病理分型，未与超声、核医学等其他检查对照研究，存在着一些不足，有待于我们进一步研究。相信随着能谱CT在临床应用中的逐步增加和经验的积累，这项技术在肿瘤的鉴别诊断中必将发挥更大的作用。

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