甲状腺结节内出血的能谱CT特征

李 铭 郑向鹏 高 丰 任庆国 肖 立 滑炎卿

甲状腺结节是临床常见的疾病征象，大样本尸检研究发现，成人单发或多发甲状腺结节的发生率超过50%，并且随着年龄的增大而比率增加，但其中只有约7%属于恶性[1]。有多种疾病可表现为甲状腺结节，如炎症、自身免疫病、肿瘤和退行性变等。在所有甲状腺结节中，大部分都是良性病变，女性较男性发病率较高。在甲状腺结节的处理策略中，良性仅需内科治疗或单纯随访，恶性者则需尽快手术切除，因而及时做出结节良恶性的判断尤为重要。尽管甲状腺癌的预后非常好，但是也有约9%的患者因为患甲状腺癌导致死亡[2]。故术前对甲状腺癌的正确诊断和临床分期对确定具体的手术治疗方案有重要的意义，也直接影响了甲状腺癌患者的预后，对于良性甲状腺结节的诊断也可避免不必要的手术[3]。除甲状腺结节细针穿刺外，迄今尚无特异的无创性检查手段可以明确结节的良恶性，但前者操作风险大且假阴性率高，较难常规应用。目前甲状腺结节性质的术前判断仍依赖于影像学包括超声、核医学、MRI、CT等[3-8]，但特异性有限，甚至即使联合应用误判仍不可避免[9]。宝石能谱CT成像(gemstone spectral imaging, GSI) 是CT发展史上的新高度，其本质是基于双能量成像，是利用单个球管的电压瞬间切换来完成双能量成像，两种能量的图像采集能够基本做到同时、同源、同向，通过后处理重建，能够重建40keV至140keV范围内任一单能量图像，并可进行基于组织成分的物质分离，如可以获得组织内水、钙或碘等的含量数据，为研究甲状腺结节的良恶性提供了新的平台。许多甲状腺结节中都会发生出血及囊变的病理改变，囊变在超声检查及常规CT中能够非常容易的诊断。但是超声检查对于甲状腺结节内的出血诊断能力有限，故我们通过对18例甲状腺结节内出血的标本以及12例甲状腺结节内出血的在体病灶进行能谱CT扫描并与病理结果对照分析，探讨甲状腺结节内出血的能谱CT特征，以期提高对甲状腺结节的CT诊断能力。

方 法

1.临床资料

甲状腺结节标本患者资料：本研究收集到18例病灶内发生出血的新鲜甲状腺结节手术标本，其中男性12例（年龄18～67岁，平均年龄42.3岁），女性6例（年龄17～58岁，平均年龄43.5岁）。16例患者的甲状腺结节系体检时偶然发现，均无甲状腺病变的相关症状；2例患者因颈部不适进行超声检查时发现。所有病例的血液学甲状腺功能检查均未见明显异常。在体甲状腺结节患者资料：本组研究12例甲状腺结节内出血的患者中，男性7例（年龄33～63岁，平均年龄42.3岁），女性5例（年龄28～57岁，平均年龄43.5岁）。9例患者的甲状腺结节系体检时偶然发现，均无甲状腺病变的相关症状；3例患者因颈部不适进行超声检查时发现。所有病例的血液学甲状腺功能检查均未见明显异常。

2. 甲状腺结节的能谱CT检查

所有甲状腺病变标本均未经甲醛溶液等固定处理，于术后立即送至CT室采用GE discovery HD750扫描仪进行能谱CT扫描。按照结节位于甲状腺的部位进行标本摆位，于室内空气环境中进行扫描。结束检查后标本送病理科进行病理检查。能谱CT扫描选择GSI 颈部扫描方案， FOV 10cm, 层厚0.625mm,利用单球管双电压（80kVp和140kVp）的快速切换来获取一致的能量数据组以进行数据空间的能量解析从而实现能谱成像。能谱成像获得碘和水为基物质的基物质图像以及能量从40keV到140keV的单能量图像。

在体甲状腺结节的能谱CT检查：能谱CT扫描选择GSI 颈部扫描方案，FOV 25cm, 层厚0.625mm，扫描范围自颅底至胸廓入口，利用单球管双电压（80kVp和140kVp）的快速切换来获取一致的能量数据组以进行数据空间的能量解析从而实现能谱成像。

①能谱CT图像分析：扫描所获图像在仪器自备专用的能谱图像分析软件GSI-view er上对基物质图像和单能量图像进行数据测量及分析。②病灶内的出血区域及实性成分确定：由碘基图及水基图分析后共同确定，将低碘含量并高水含量的部分确认为病灶的出血部分，高碘含量并等水含量的区域认定为病灶的实性部分。③测量及分析的数据包括：在碘和水基物质图像上同时测量出血、病灶实性成分及周围甲状腺组织的碘和水的密度数据；在能谱图像上（40keV到140keV）获得出血、病灶实性成分及周围甲状腺组织的CT能谱曲线，并计算各个感兴趣区的CT能谱曲线的斜率，斜率计算方法为：取40keV及100keV两点连线，与横坐标轴的角度计算，即斜率=（HU40keVHU100keV）/60[10]；在有效原子序数图像上测量并分析出血、病灶实性成分及周围甲状腺组织的有效原子序数；在65keV图像上测量并分析出血、病灶实性成分及周围甲状腺组织的CT值。

3.统计学处理

采用SPSS17.0软件进行统计学分析，计数资料采用独立样本t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。分别对标本组的结节内出血与病灶实性成分，在体组的结节内出血与病灶实性成分，在体组的结节内出血与周围甲状腺组织的CT值、碘含量、水含量、能谱曲线斜率及有效原子序数进行比较，并将在体组及标本组的出血和背景间的CT值、碘含量、水含量、能谱曲线斜率及有效原子序数进行比较。

结 果

1.甲状腺结节的病理结果

本组标本及在体的病灶中，通过大体标本中均发现病变中可见较明确的结节内出血，出血成分呈红色、红褐色。标本组中14例结节为腺瘤伴出血，4例为结节性甲状腺肿伴出血，而在体组甲状腺结节中8例为腺瘤伴出血，4例为结节性甲状腺肿伴出血。

2. 统计分析结果

经检验在体组和标本组结节内出血、病灶实性成分及周围甲状腺组织（背景）的碘浓度、水浓度、能谱曲线斜率及CT值差异均无统计学意义，在体组和标本组病灶内出血与背景、出血与病灶实性成分的碘浓度、水浓度、能谱曲线斜率差异有明显统计学意义，而在体组及标本组的出血与实性、出血与背景的CT值差异无明显统计学意义，将两组合并分析，出血与病灶周围背景的CT值差异有统计学意义，但是出血与病灶实性成分的CT值差异无明显统计学意义（表1，2）。

3. 甲状腺结节内出血的能谱CT表现

甲状腺结节内出血无论是在体组还是标本组中，能谱CT表现上具有特征性，即均表现为相对高CT值、低碘含量、高水含量、低有效原子序数及低CT能谱曲线斜率。在体组与标本组的甲状腺结节周围甲状腺组织的能谱CT参数数据差异无明显统计学意义（表1，2；图1～3）。

图1A～D.依次为平扫CT图像、碘基图、水基图及原子序数图，从图像上可见出血部分（ROI1）CT值高于ROI76即囊变区（红箭示），但是碘含量（-0.55mg/ml）明显低于囊变区（-0.1mg/ml），出血部分（ROI8）水含量（1096.7mg/ml）明显高于囊变（ROI79）区域（1033.84mg/ml），而出血（ROI9）的有效原子序数（7.17）低于囊变(ROI80)区域（7.48）。

图2与图1同一病灶。A～D.依次为CT能谱曲线、各感兴趣区原子序数分布直方图、碘/水分布散点图及单能量图像（65keV）。从CT能谱曲线图（A）上可见出血（ROI1）CT能谱曲线斜率明显低于囊变（ROI76，深蓝色曲线）及周围甲状腺组织（ROI52，天蓝色曲线）。有效原子序数分布图（B）显示从出血、囊变及周围甲状腺组织的有效原子序数值依次增高。碘/水分布散点图（C）显示出血（黄色）的水含量明显高于囊变（深蓝色）及周围甲状腺组织（天蓝色），但是碘含量明显低于其他两者。

图3A～D.依次为65keV图像、碘基图、水基图及原子序数图。从65keV图像（A）上见病灶内的出血成分(ROIL2)与周围甲状腺组织(ROIBG)密度近似，但是出血部分在碘基图（ROIL2）呈明显低含量（B）以及水基图（ROIL2）呈明显的高含水量（C）。有效原子序数图（D）显示从出血（ROIL2）的原子序数明显低于周围的甲状腺组织（ROIBG）。

表1 在体组及离体组能谱CT参数比较

表2 出血、病灶实性成分及周围甲状腺组织（背景）的能谱参数比较

讨 论

由于X线辐射和诊断特异性差，甲状腺疾病主要是采用超声来进行评估，而CT较少用来对甲状腺结节进行诊断和鉴别，只是作为临床甲状腺恶性肿瘤的TNM分期之用。由于宝石能谱CT检查能够获得单能量图像，在常规CT图像分析的基础上还能够通过能谱CT分析软件对病灶成分进行物质分离，即可同时获得碘基图、水基图以及有效原子序数图，为影像学评估甲状腺结节提供了一种新方法。

物质的CT能谱曲线是指X线束穿过某种物质后的衰减情况，可以用不同单能量下的组织相应的平均CT值来表示。物质的CT能谱曲线是由组成物质的化学分子结构决定的，不同化学构成的组织具有不同的CT能谱曲线，可以用CT能谱曲线的差异来区分人体内组织的不同化学成分，而CT能谱曲线的差异可以用曲线斜率来进行定量评估。已知绝大多数化学元素和化合物的X线衰减曲线，其中水的衰减曲线为一直线，即斜率为0，因此可以比照水来研究其他物质的CT能谱曲线。

无论是作为每个红细胞的一部分，或在吞噬了红细胞的巨噬细胞内，出血后的病灶内会有铁沉积[11]。甲状腺结节内出血，在常规或单一能量图像上很难和周围甲状腺组织或病灶内实行成分鉴别，因为它们的CT值十分近似，例如图2中的曲线图显示，出血及病灶周围甲状腺组织在70keV时相交，即出血和周围甲状腺组织当射线能量在70keV时的CT值一致，故单纯靠单一能量图像有时很难将出血及实性成分进行鉴别。

1. 甲状腺结节内出血的能谱CT特征

甲状腺结节内的新鲜出血在能谱CT上的表现具有特征性，即常规CT值与碘含量的倒挂，呈现为较高CT值，但是碘含量非常低（负值），并且在甲状腺疾病的扫描过程中，新鲜出血的水含量是颈部所有组织中最高的，达到1100mg/ml左右。有研究通过双能CT成像发现血管壁斑块内的出血，与本研究中甲状腺结节内的出血表现一致[12]。

2.甲状腺结节内出血的诊断对于甲状腺结节性质评估的价值

本组病灶中发现病灶内出血在能谱CT图像上具有一定的特征性，即表现为常规CT值较高，同时兼有低碘含量、高水含量和低有效原子序数的表现，根据文献报道[13-14]，结节性甲状腺肿和甲状腺腺瘤容易出血囊变，而超过90%的甲状腺癌结节无出血囊变，这就对甲状腺结节的鉴别诊断产生影响，尤其当病灶较小或灶内出血时，不应首先考虑甲状腺癌。本组甲状腺结节内有出血的病例中均为良性结节。本研究显示甲状腺结节内的出血与病灶的实性成分在常规CT图像上难以区分甚至不能区分，但是通过能谱CT分析，获得碘/水基图，可以很容易将出血与病灶内的实性成分进行鉴别。

3.甲状腺结节内出血能谱CT特征表现的原理

能谱CT是通过电压的瞬时切换实现双能CT成像的，这种采集技术可实现双能量瞬间采集，基于投影技术的物质分离和50cm全视野内物质分离。宝石能谱成像基于物质分离的投影技术。混合kVp图像转化为校正的高、低kVp图像。基物质分离通过成对的kVp测量实现即球管光谱，蝶形滤过器，束线硬化高的基材料。通过双能量成像对感兴趣区域进行物质分离分析时，是基于一对已知物质衰减系数上的，在医学成像能量谱范围内物质的衰减系数主要取决于两方面内容，即光电效应和康普顿散射。这样能量衰减就可以通过两组kVp测量的数据计算出的两种基物质能量的衰减表达。通过给定基物质密度图像，可以计算出衰减数据，这些数据也可以通过单光源测得。为了保持HU的一致性，故用水做标准化，本研究针对甲状腺结节内出血的特征性能谱CT表现分析时，正是基于物质分离技术分析得出的（采用碘/水基物质对），其表现的特征性是因为出血在常规CT表现的相对高密度以及在能谱CT中的非常低的有效原子序数导致的，因为通过仪器自带GSI分析软件进行分析时，无论如何选择基物质对，其物质分离的结果是由所分析物质的有效原子序数决定的，当我们选择碘/水作为基物质对时，出血表现为较病灶实性成分更低的碘含量以及明显增高的水含量。

4. GSI的应用前景

GSI是基于双能量成像基础上的，GSI支持基于物质分离的全视野投影，近期可见腹部GSI应用研究[15]，也有研究者利用双能量CT技术进行肿瘤的鉴别诊断[16]。有研究表示通过GSI的物质分离技术能够评价痛风患者足部的尿酸成分[17]。也有将GSI技术用于评估肺动脉栓塞及肺气肿的诊断[18]。相信在以后的研究中，能谱CT会在越来越多的疾病诊断上发挥重要作用。

本研究结果显示，甲状腺结节内的新鲜出血在宝石能谱CT上有特征性的表现，因此可成为评估甲状腺结节内出血的可靠依据之一，进而对甲状腺结节病变的进展以及性质的判断提供一定的依据。能谱CT之所以能够对甲状腺结节内的出血进行准确评估，是基于双能CT成像的基本原理，其表现特征的本质是由于出血成分的有效原子序数与常规CT值之间的倒挂。本研究存在一些不足例如研究总体样本量还较小，以及未及与超声、MRI或核医学同步对照等，均有待于进一步的研究探讨。