双能CT测量肝脏铁沉积的家兔模型分析

2020-07-24 521 上传者：管理员

摘要：目的:研究双能CT(dual-energyCT,DECT)的虚拟铁浓度(VIC)图定量肝铁沉积的可行性和准确性。方法:32只家兔每周肌肉注射右旋糖酐铁15mg/kg。每周随机抽取家兔2只行CT检查,测量80kVp、120kVp、140kVp、VIC图的CT值,检查完毕后处死家兔,取肝脏标本测量肝铁浓度(LIC)。结果:LIC分别为8.60±4.90mgFe/g干重(1.10～22.90mgFe/g干重)。80kVp、120kVp、140kVp、VIC图CT值与LIC成正线性相关,相关系数r分别为0.900、0.837、0.719、0.895,VIC与LIC的直线回归方程为y=0.31x-0.48(F=129.7,P<0.05)。结论:双能CT的VIC图可以测量肝脏铁沉积的LIC。

关键词：
兔模型
双能CT
定量诊断
肝脏
铁超负荷
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肝脏是人体铁代谢的重要器官,正常的肝脏铁浓度小于2.0mgFe/g干重,铁浓度高于正常值称为肝脏铁超负荷[1]。原发和继发的血色素沉着病都可以造成肝铁超负荷,导致肝细胞变性、肝纤维化、肝硬化甚至发展成肝癌[1]。肝脏铁浓度是反映体内铁含量最直接、最重要的指标,临床通常以肝铁浓度为依据诊断铁超负荷,确定肝铁超负荷分级,制定去铁方案,监测、评价去铁效果[2]。

MR定量肝脏铁含量是一种简便、无创的方法[3],但对于极重度肝脏铁沉积的病人,肝脏MR信号严重衰减,不能准确测量肝脏铁浓度[4]。研究发现组织中原子序数高的物质(如钙、碘、铁等)对CT值的影响可以通过两种能量的CT扫描分离出来。双能CT获得高低两种X线能量下的图像,根据不同物质在不同能量下的衰减值变化不同,可以实现对不同物质的分离和定量,为肝脏铁定量研究提供了一种新方法,弥补MR定量肝铁浓度的不足。

在本研究中通过建立家兔肝铁负荷的动物模型,运用DECT的铁特异物质分离技术定量LIC,建立VIC图CT值与LIC的直线回归方程,预测LIC。

1、材料与方法

1.1动物模型

实验动物选用成年雄性国产白兔,体重2.0～3.0kg,兔龄3～7月,普通饲料喂养。每周按15mg/kg肌注右旋糖酐铁1次,总共16周。

每周日实验家兔注射一次右旋糖酐铁,下一周日随机选取家兔2只进行肝脏DECT检查。检查前将家兔麻醉,腹部捆绑腹带以减少呼吸运动伪影。检查结束后立即经兔耳缘静脉注射空气将家兔处死,取出肝脏标本待进一步处理。

1.2CT扫描及数据采集

检查设备为西门子双源128排CT。

常规扫描:管电压120kVp,CAREDose4D自动调节管电流,管电流为16～20mAs;探测器准直64×0.6mm,机架旋转时间500ms,螺距0.6。FOV:180mm×180mm,矩阵:512×512。CT图像重建层1.5mm,层距1mm。

双能扫描:管电压80～140kVp,140kVp扫描时使用锡滤线器,其它参数与单能量扫描相同。

1.3CT数据重建及处理

120kVp扫描获得常规CT图像;80-140kVp双能扫描获得80kVp及140kVp图像。将DECT扫描获得的数据输入后处理工作站,选用Dualenergy-liverVNC软件,物质X线衰减系数设置为铁的衰减系数:1.90[5]。软件后处理获得带有铁标记彩色编码的虚拟铁浓度图,即VIC图。

1.4CT值测量

两位不知道LIC结果的放射科医生独立测量CT值。在家兔肝脏VIC图中,选取肝脏密度均匀的区域,避开伪影、血管和胆管,随机选取5个感兴趣区测量并计算平均值,即为VIC图的CT值。相同方法测量同一位置的80kVp、120kVp、140kVp图像的CT值。

1.5肝脏铁含量测定

家兔处死后,将肝脏组织烘干,送广西分析测试研究中心用原子分光光度仪测肝铁浓度。

1.6统计学方法

采用SPSS17.0统计软件包进行统计学分析。用Spearman相关分析探讨CT值和LIC之间的关系。用直线回归分别获得其拟合直线方程的斜率、截距,得到通过CT值预测LIC的公式。P<0.05认为差异有统计学意义。

2、结果

2.1肝铁沉积情况

32只肝铁沉积家兔模型LIC的范围为1.10～22.90(mg/g干重),平均值为8.60±4.90(mg/g干重)。

2.2肝铁超负荷的CT表现

随着肝脏铁沉积的增多,图像的CT值增大,在轻度肝脏铁沉积的肝脏CT值正常或仅轻度增加,部分与正常的肝实质CT值有重叠,不能判断是否有轻度肝铁沉积。VIC图随着LIC的增加,而由黑色转变为淡橙色,直观的显示肝铁沉积的量。

2.3CT值与LIC的相关性

轻中肝铁负荷组家兔肝脏80kVp、120kVp、140kVp、VIC图像的CT值与LIC成显线性正相关(表1、图1)。

LIC与VIC的线性回归方程为:y=0.31x-0.48(F=129.7,P<0.05,其中x为VIC的CT值,y为LIC。

表1CT值与LIC之间的相关性

图1散点图显示肝铁负荷组家兔肝脏80kVp、120kVp、140kVp、VIC的CT值与LIC成线性正相关

3、讨论

DECT分离定量铁元素的原理:DECT通过一次扫描可获得高低两种X线能量的图像,根据不同物质在不同能量X线下的衰减值变化不同,可以实现对碘、钙、铁等高原子序数物质和脂肪、软组织分离和定量[6,7],即三种物质分离原理[8]。目前应用最多的是增强后测量碘对比剂的碘浓度,即用DECT的进行双能增强扫描,通过后处理可以运算出一组是去除碘剂后的虚拟平扫,一组是含碘剂信息的影像,即碘分布图,可以直接测量碘浓度[9]。同样的原理,将碘换成铁,在西门子CT后处理工作站VNC软件设置铁的衰减系数为1.90[5],并设置两种能量下脂肪及软组织的CT值,计算机处理后获得带有铁标记彩色编码的CT图像,其过程实质为铁的像素成分分布图被提取出来。测量肝脏VIC图的CT值,肝脏的CT值越大,提示铁沉积越多。

本研究表明,肝铁超负家兔肝脏的VIC和不同管电压常规CT图像的CT值和实际LIC呈显著的线性正相关。VIC图的相关系数(r=0.895)与80kVp(r=0.900)的相近,而高于120kVp、140kVp(r=0.837、0.719),表明VIC与低管电压(80kVp)的常规CT图像都能反应肝铁沉积的情况。而对于常规CT而言,低管电压比高管电压的CT图像诊断肝脏铁沉积的能力更强。这是因为随着管电压的减低,发射X线的能量级别减低,穿透性减弱,分辨不同程度铁含量的能力提高,这与用低管电压图像显示对比剂增强效果更好的原理类似,在低管电压对显示铁含量的变化也更加敏感。

我们的研究结果与Fischer等[5]的体外模型研究结论一致,DECT与常规CT的CT值与LIC均成线性的正相关(r=0.984～0.997)。Ma等[10]在合并肝铁沉积和脂肪肝的大鼠动物模型的研究,发现VIC的CT值与铁的病理分级成正相关(r=0.729)。谢婷婷等[11]研究发现瞬时kVp切换单源双能CT物质分离技术可定量分析肝内铁沉积,证明在不同厂家的机型上也可现实该技术。采用DECT物质分离技术的VIC可以分离铁元素,体现在VIC图CT值上,无论有无脂肪的存在,都与LIC成现在正相关,而不受脂肪等因素的影响[5]。

由上所述,DECT物质分离技术得到VIC与LIC呈显著正性相关,直线回归方程可以预测肝铁沉积,为临床无创定量诊断肝铁沉积、评估治疗效果提供重要信息。

参考文献：

[3]吴巧玲,张晓琦,倪红艳.水脂分离定量技术mDIXON-Quant序列检测输血依赖性疾病肝脏和胰腺铁沉积的应用价值[J].中华放射学杂志,2019,53(6):470-474.

[11]谢婷婷,刘龙平,单慧明,等.瞬时kVp切换单源双能CT物质分离技术定量反映肝脏铁沉积的体模研究[J].放射学实践.2018,33(12):1229-1233.

李涛.双能CT定量肝脏铁沉积的家兔模型研究[J].影像研究与医学应用,2020,4(15):8-10.