双源双能量CT脂肪图定量测量肥胖患者肝脏脂肪含量可行性研究

陈其春 王龙胜 贾犇黎 宫希军 赵 红 倪良平 李 欢

近年来，肥胖及其诱发的非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)增长迅速且呈低龄化趋势，NAFLD可发展为脂肪性肝炎，从而增加肝硬化的发生风险。早期诊断并及时干预可治愈此类疾病。肝脏脂肪含量(hepatic fat content, HFC)的准确量化对于NAFLD的诊断、治疗和监测至关重要。肝活检虽是定量HFC的金标准，但受有创等缺点限制。MRI尽管是目前评估HFC最准确的无创检查[1-3]，但价格昂贵、禁忌证多，且需要配置特殊扫描序列。CT衰减值测量能够对脂肪肝进行半定量评估，因便捷被众多研究[4, 5]采用。随着双能量CT(dual-energy CT,DECT)快速发展，其独特的多材料分解(multimaterial decomposition, MMD)算法能够为脂肪定量评估提供全新的方法。增强DECT能够准确量化HFC，与MRI相关性好[3]，价值已被认可。相关体模与临床研究[6-8]发现，平扫DECT利用MMD算法生成的脂肪图在脂肪定量方面具有潜在应用价值，为肝脏脂肪定量提供了新思路。本研究拟探讨双源平扫DECT脂肪图在肥胖患者减重术前肝脏脂肪定量中的可行性及临床价值，旨在为减重患者脂肪肝诊断和术后疗效评估提供新的无创定量方法。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2021年6～11月安徽医科大学第二附属医院普外科就诊拟行减重手术的肥胖患者46例作为研究对象，其中男10例，女36例，年龄21～45岁，平均(31.67±6.42)岁。纳入标准：①肥胖患者[身体质量指数(body mass index,BMI)≥30 kg/m2]住院拟行减重手术者；②术前完成腹部或腹盆腔双源DECT平扫检查，图像数据保存完整者。排除标准：①合并肝硬化、药物性肝病、自身免疫性肝病等肝脏基础疾病者；②有血色病或输血相关病史者。本研究经安徽医科大学第二附属医院医学伦理委员会审批通过[编号:YX2021-017(F1)]。

1.2 设备与方法

1.2.1 设备及扫描参数 采用第三代双源CT扫描仪(SOMATOM Force; Siemens, Germany)，进行术前腹部或腹盆腔CT平扫检查，使用双能量协议，扫描参数为：管电压组合为100 kV、Sn150 kV，参考管电流190/95 mAs，探测器准直128×0.6 mm，螺距 0.6 mm，机架旋转时间0.5 s，矩阵 512×512。扫描后可获得100 kVp、Sn150 kVp和Mixed(100 kVp：150 kVp，50%：50%)三组原始图像。图像重建采用软组织核(Qr40d)进行横断面自动重建，重建层厚为5 mm和1 mm图像。

1.2.2 图像分析 将DECT平扫数据传输至西门子最新后处理工作站(Syngo via VB20, Siemens)，利用工作站肝脏“脂肪图”软件(Syngo Dual Energy)，根据MMD算法自动生成肝脏脂肪分布图(解剖图与色阶图混合比为50%)。由2名放射科医师(A和B，分别具有5年和10年以上工作经验)分别采用盲法独立测量HFC值。医师A和B在1周后对本组患者术前同一DECT扫描数据进行第2次测量。由于肝左叶形态变异较大，选取肝右叶上段、肝门层面、肝右叶下段3个层面，距离肝脏边缘至少5 mm绘制3个相对固定位置感兴趣区(region of interest，ROI)(面积2.0～3.0 cm2)进行测量，取平均值作为HFC值。为避免脂肪色阶图对ROI选择的干扰，将脂肪图混合比模块移至0%，显示为CT解剖图上进行测量，可有效避开肝血管和胆道、钙化灶等。另外，选用100 kV图像进行肝脏CT值、肝脾CT值比值(CTL/S)测量，肝脏3个ROI位置选择尽量与脂肪图测量位置保持一致，脾脏选择3个层面共放置3个ROI(面积2.0～3.0 cm2)进行CT值测量，结果取其平均值。

1.3 观察指标 ①临床指标：研究对象身高、体质量、BMI、腰围、三酰甘油、血清尿酸。②采用组内相关系数(interclass correlation coefficient，ICC)评价DECT脂肪图测量HFC值的可重复性。③本组资料HFC值：最终HFC值定义为医师A与B第一次测量结果的平均值。当脂肪图测量HFC值显示为负值时，默认HFC值为0%。④HFC值评估脂肪肝严重程度[9]：HFC值≤5%认为正常，5%～14%为轻度脂肪变性，14%～28%为中度脂肪变性，大于28%为重度脂肪变性。⑤肝脏CT值、CTL/S、CTL/S法评估脂肪肝严重程度：CTL/S定义为肝脏CT值与脾脏CT值之比。根据既往文献[10]，将CTL/S法作为定义脂肪肝参考标准。其分度标准为正常肝脏CTL/S≥1.0；脂肪肝CTL/S<1.0，其中轻度脂肪肝为0.7

2 结果

2.1 一般结果 本组资料中，46例肥胖患者身高150.00～188.00 cm，平均(164.84±9.23)cm；体质量75.50～175.50 kg，中位数102.50(90.38,115.00)kg；BMI为32.41～60.09 kg/m2，中位数38.12(34.56,42.75)kg/m2；腰围102.00～152.00 cm，中位数119.50(110.75,127.25)cm；三酰甘油0.49～6.77 mmol/L，中位数1.69(1.24,2.60)mmol/L；血清尿酸258.00～790.00 μmol/L，中位数398.50(361.00,498.75)μmol/L。

2.2 HFC值测量可重复性验证 DECT脂肪图测量HFC值，医师A与B前后两次测量(测量者内)的可重复性ICC分别为0.985和0.983(P均<0.001)，医师A与B第一次测量数据间(测量者间)的可重复性ICC为0.979(P<0.001)。

2.3 脂肪肝定量结果

2.3.1 DECT脂肪图评估结果 医师A两次测量的HFC值分别为11.34(3.68,22.97)%，11.82(4.87,24.03)%，医师B两次测量的HFC值分别为13.09(4.66,24.38)%，14.43(4.90,23.84)%。本组资料最终的HFC值范围为0%～42.29%，中位数为12.09(3.97,23.46)%。HFC值评估脂肪肝严重程度结果见表1。DECT脂肪图上黄-褐色代表脂肪含量高，深蓝色代表脂肪含量低，色阶图能够直观体现脂肪肝严重程度及均匀度(图1)。

图1 DECT平扫脂肪图测量肝门层面右叶HFC值

2.3.2 CT值测量评估结果 本组资料肝脏CT值范围为18～71HU，平均(44.37±15.14)HU，CTL/S范围为0.31～1.35，平均(0.80±0.29)。根据CTL/S定义的脂肪肝标准，正常肝脏15例(32.61%)，脂肪肝31例(67.39%)，中-重度脂肪肝约占41.30%。两种方法评估脂肪肝严重程度比较，差异无统计学意义(χ2=6.000，P=0.112)。见表1。

表1 CTL/S法与HFC值评估脂肪肝严重程度比较(例)

2.4 相关性分析 Spearman秩相关分析结果显示，HFC值与肝脏CT值(r=-0.978，P<0.001)、CTL/S(r=-0.981，P<0.001)均呈负相关(图2)。HFC值与身高、体质量、BMI、腰围无明显相关性(P均>0.05)，HFC值与三酰甘油水平呈弱相关(r=0.293，P=0.048)，HFC值与血清尿酸水平呈中等相关(r=0.339，P=0.021)。

图2 HFC值与CTL/S相关性散点图

3 讨论

NAFLD被认为是代谢综合征以及心血管疾病死亡的独立危险因素，同时会增加发生脂肪性肝炎、肝硬化和肝癌的风险，已成为慢性肝病的主要原因。研究[11]表明，中国NAFLD总人群患病率为29.88%，而肥胖人群患病率高达66.21%。对于病态性肥胖患者，近年来流行的袖状胃切除术不仅能够迅速减轻体重，还能有效改善脂肪肝[12]。故肥胖患者肝脏脂肪含量的无创精准量化对于诊断和管理NAFLD具有重要临床意义。

本研究以CTL/S法诊断脂肪肝为参照，采用第三代双源DECT脂肪图直接定量肥胖患者的HFC，结果显示，平扫DECT脂肪图测量HFC值在测量者间和测量者内具有良好的一致性，可重复性好。目前，诊断脂肪肝的无创方法中，CT是一种比腹部MRI更方便的筛查和早期诊断NAFLD的工具。其中，DECT有望成为一种使用更广泛、辐射剂量更低且同样能够测量HFC的新技术。

本研究结果显示，HFC值与肝脏CT值、CTL/S均高度负相关，CT值测量能够对肝脏脂肪进行较准确地半定量评估，与既往报道相符[4-5]。肝脏CT值评估中重度脂肪肝具有高度特异性，缺点是易受管电压和铁过载的影响，对轻度脂肪肝的诊断敏感性较低。研究[13]显示，CTL-S和CTL/S比单纯肝脏CT值指标在诊断脂肪肝方面性能更优，受扫描设备的影响较小，其中CTL/S诊断结果与病理高度相关。因此，本研究将CTL/S法诊断脂肪肝作为参照。Graffy等[9]发现基于深度学习的平扫CT值测量自动定量肝脏脂肪，能够应用于人群的脂肪肝体检筛查，与基于ROI的手动测量值之间一致性好；同时提示体检人群中肥胖者的肝脏脂肪变性占69.6%，与本研究结果相仿。在肥胖患者检查中，双能量模式不仅可以降低辐射剂量，同时双能单色图像可以校正光束硬化效应，使CT值测量更准确，这也是本研究选择单色100kV图像测量CT值的原因。

MMD算法是针对DECT发展起来的一种基于模型的新技术，可以扩展DECT的材料判别能力，能够区分两种或多种不同的材料，并能够直接定量肝脏体积脂肪分数。第三代双源DECT通过后处理软件自动生成脂肪图，实现了该新技术的应用。增强DECT可以通过碘提取和计算生成虚拟平扫图，从而实现增强状态下的肝脏脂肪量化。研究[3]发现，利用第三代双源增强DECT能够准确量化肝脏脂肪含量，与MRI结果及虚拟平扫CT值的相关性好。Zhan等[14]利用双源DECT冠脉CT血管造影数据生成虚拟平扫脂肪图，测量肝脏脂肪分数，发现其测量可重复性好，并与肝脏CT值显著相关。但增强DECT存在对比剂过敏风险，且检查费用高，对于减重患者的术前检查不适用。

本研究结果显示，平扫DECT脂肪图可直接定量肝脏脂肪含量百分比，与CTL/S法在评估脂肪肝严重程度方面比较，差异无统计学意义，脂肪图能够直观反应肝脏脂肪浸润严重程度和均匀度。目前，仅少数研究提示平扫DECT在脂肪肝定量中的潜在价值。体模研究[7]证实，新一代能谱DECT脂肪图在无碘存在下，能够实现脂肪定量，且受铁含量影响较低，MMD算法优化、校正了铁的影响。临床研究[8]证实，以多回波Dixon-MRI结果为标准，第三代双源平扫DECT脂肪图具有准确定量胰腺脂肪含量的潜力，与本研究在肝脏脂肪定量方面得到的结论相一致。Hyodo等[15]研究也表明，对比增强和平扫DECT均可定量肝脏脂肪含量，两者测量差异小于2%。另外，本研究发现，当肝脏CT值较高时(约60 HU以上)，DECT脂肪图测量结果会为负值，此时默认HFC值为0%。可能的解释为，根据双能量MMD算法，当测量值位于纯肝组织斜率时为0%脂肪，位于脂肪斜率时为100%脂肪，当测量值位于纯肝组织右侧象限时会为负值。既往有研究[16]根据MR的质子密度脂肪分数与平扫CT值呈线性关系推导出线性方程，当肝脏CT值为65.9 HU或更大时，根据方程计算的CT脂肪分数为负值，这为本研究结果提供了另一角度的理论依据。

本研究结果显示，HFC值与人体测量学指标无明显相关性，与三酰甘油水平弱相关，与血清尿酸水平中等相关。由于身高和体脂分布的差异，人体测量学指标不能很好的反应腹型肥胖，而腹型肥胖与NAFLD正相关，这也解释了人体测量学指标不能可靠地预测潜在的肝脏脂肪变性，与Graffy等[9]报道结果一致。目前认为以肝脏脂肪和腹内脂肪为代表的内脏脂肪沉积与代谢综合征和心血管事件发生相关性更高[4, 14]，2者通过腹部CT平扫较容易获取。因此，DECT测量内脏脂肪含量，在防治肥胖及NAFLD中具有重要作用。

本研究不足之处：研究样本量相对较少，缺乏“无创金标准”MR结果的对照，下一步需扩大样本量并希望取得MR对照数据；无法排除肝铁质沉积对测量结果的影响，但研究对象为中青年，在排除肝脏基础疾病的情况下，存在影响结果的肝铁质沉积的可能性较小，且双能MMD算法能够校正铁的部分影响；脂肪肝诊断标准参照传统的CTL/S法，具有一定局限性。

综上所述，双源平扫DECT脂肪图定量评估HFC可重复性好，有望为无创的NAFLD定量、分级诊断提供新的工具，为减重患者手术前后脂肪肝疗效对比评价和监测提供了可行的无创检查方法，能否推广应用于脂肪肝的机会性筛查有待验证。