徐黎， Glen MBlake， 過哲， 張晨鑫， 王曉紅， 程曉光

·肝臟脂肪定量診斷影像學(xué)專題·

定量CT與MR mDixon-quant測量肝臟脂肪含量的相關(guān)性研究

徐黎， Glen MBlake， 過哲， 張晨鑫， 王曉紅， 程曉光

目的：比較、分析定量CT(QCT)和MR mDixon-quant對健康人群肝臟脂肪含量測量結(jié)果的一致性和相關(guān)性。方法：對21位男性和32位女性健康社區(qū)居民進(jìn)行腹部QCT和MR mDixon-quant掃描，QCT分別采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式(測量結(jié)果記為Fat%QI)和校正后的計(jì)算公式(測量結(jié)果記為Fat% QR)測量肝臟脂肪含量，并采用MR mDixon-quant測量肝臟脂肪分?jǐn)?shù)(測量結(jié)果記為Fat% mD)。比較男、女兩組之間的肝臟脂肪含量的測量結(jié)果有無差異，比較總體樣本QCT與MR mDixon-quant測量結(jié)果之間的一致性，并計(jì)算相關(guān)性系數(shù)。結(jié)果：QCT及MR mDixon-quant的測量結(jié)果均顯示，男性與女性的肝臟脂肪含量差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)。總體樣本的Fat%QI和Fat% QR分別為(-0.09%±4.88%)和(8.66%±4.41%)，F(xiàn)at%QI顯著低于Fat% mD(P<0.01)，平均差值為(-6.42%±2.44%)，而Fat% QR顯著高于Fat% mD(P<0.01)，平均差值為(2.33%±2.36%)。Fat%QI、Fat% mD的相關(guān)程度(r=0.708，P<0.01)與Fat% QR、Fat% mD的相關(guān)程度(r=0.707，P<0.01)近似。結(jié)論：與MR mDixon-quant的測量結(jié)果相比，使用重新校正的計(jì)算公式的QCT能夠準(zhǔn)確測量中國健康人群的肝臟脂肪含量。

肝臟脂肪含量； 定量CT； 磁共振成像； mDxion-quant技術(shù)

非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)是指除外酒精和其他明確的肝損傷因素所致的，以彌漫性肝細(xì)胞大泡性脂肪變?yōu)橹饕卣鞯呐R床病理綜合征，隨著肥胖和糖尿病的發(fā)病率增高，NAFLD現(xiàn)已成為我國常見的慢性肝病之一。CT是一種常用的診斷和評價(jià)NAFLD的影像學(xué)檢查方法，其原理是肝臟實(shí)質(zhì)內(nèi)脂肪沉積后導(dǎo)致肝臟CT衰減值(hounsfeld units,HU)下降，而脾臟的HU相對穩(wěn)定，利用肝脾衰減差值(attenuation between liver and spleen,CTL-S)、肝脾比值 (ratio of hepatic attenuation to splenic attenuation,CTL/S)、肝臟衰減指數(shù) (hepatic attenuation index,HAI) 等一系列CT參數(shù)可定量評估肝臟脂肪變性[1-4]。但是反映脾臟脂肪含量的CT測量值與很多因素有關(guān)，包括kV、X線濾過、受檢者體型大小和其他可能影響測量感興趣區(qū)內(nèi)X線能量的因素,且脾臟的CT值在不同個(gè)體之間有差異，因此，CT評估肝臟脂肪變性在不同受檢者間也存在差異。

定量計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)(quantitative computed tomography，QCT)最初應(yīng)用于上世紀(jì)80年代，并被用于脊柱骨密度(bone mineral density，BMD) 的測量。通過掃描前的質(zhì)量控制和掃描過程中使用校準(zhǔn)體模，QCT技術(shù)大大降低了來自CT掃描儀和患者本身差異對測量結(jié)果的影響，而校準(zhǔn)體模將組織的CT值轉(zhuǎn)化為物理密度。QCT體模內(nèi)包含脂肪和水樣本，理論上能夠?qū)⒔M織的CT值轉(zhuǎn)化為脂肪含量，對組織內(nèi)的脂肪含量進(jìn)行定量測量。筆者在前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)以化學(xué)萃取法為驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，QCT可以準(zhǔn)確測量動(dòng)物肝臟的脂肪含量(平均差值為3.51%，相關(guān)性系數(shù)r=0.962)[5]。

多種MRI技術(shù)被用于定量測量肝臟脂肪含量，包括化學(xué)位移成像(chemical-shift imaging，CSI)、脂肪飽和技術(shù)和脂肪選擇性激發(fā)技術(shù)。與其他MRI技術(shù)相比，氫質(zhì)子磁共振波譜成像(proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)能夠檢測到微量脂肪，被認(rèn)為是最敏感的檢查方法[6-8]。多回波mDixon技術(shù)允許調(diào)整回波時(shí)間、校準(zhǔn)T2*衰減，包含多個(gè)脂肪峰模型，能夠快速、準(zhǔn)確地完成肝臟脂肪定量測量，并且可以任意選取興趣區(qū)的位置和大小，在NAFLD的診斷和隨訪中具有很高的應(yīng)用價(jià)值[9-11]。目前，在肝臟脂肪含量定量測量方面，多回波mDixon技術(shù)已經(jīng)被證實(shí)與1H-MRS和組織學(xué)方法具有很高的相關(guān)性[11-13]。

筆者發(fā)現(xiàn)采用國際原子能委員會(International Commission on Radiation Units and Measurements,ICRU)推薦標(biāo)準(zhǔn)制定的公式計(jì)算得到的大部分樣本人群肝臟脂肪百分比結(jié)果為負(fù)值，原因可能是在正常肝臟組織中本來就含有少量脂肪組織(5%～10%)[14]。因此，本研究對14例健康成人采用雙能(80kV，120kV)定量CT(dual-energy QCT，DEQCT)來確定人體正常肝臟組織的等效密度值，并以此為依據(jù)重新校正了換算公式;同時(shí)分別采用兩組公式對同一組健康人群進(jìn)行QCT肝臟脂肪含量測量，比較兩組QCT的測量結(jié)果及與MR mDixon-qaunt測量結(jié)果的一致性和相關(guān)性。

材料與方法

1.研究對象

本組研究對象來自一項(xiàng)大樣本、多中心研究前瞻性城鄉(xiāng)流行病調(diào)查(prospective urban rural epidemiology，PURE)中的北京地區(qū)人群樣本。研究對象入選標(biāo)準(zhǔn)為男性年齡>50歲，女性年齡>45歲、絕經(jīng)[15]。本組研究對象均為北京地區(qū)居民，共包括53例，其中男21例，年齡范圍57～83歲，女32例，年齡范圍54～80歲。本研究經(jīng)北京積水潭醫(yī)院倫理委員會通過，所有受試者接受檢查前均簽署了知情同意書。

2.QCT掃描與測量

所有受檢者均采用Toshiba Aquilion 80排CT掃描儀和Mindways 5樣本固體體模(Mindways Software Inc,Austin,TX,USA)進(jìn)行腹部QCT掃描。掃描時(shí)患者取仰臥位，頭先進(jìn)，體模放置于患者腰部下方(范圍覆蓋全腹部)，采用一次屏氣掃描，掃描范圍從膈面上方1 cm至L4椎體下緣。掃描參數(shù)：床高120 cm，螺距0.985，120 kV,125 mA，層厚1.0 mm，視野50 cm×50 cm，采用標(biāo)準(zhǔn)重建算法。原始圖像傳至QCT工作站使用QCT Pro Version 4.2.3(Mindways Software Inc.,Austin,TX,USA)軟件進(jìn)行分析。在自動(dòng)重建的三維圖像上，選取門靜脈右支進(jìn)入肝臟層面,分別于左葉、右前葉和右后葉中心區(qū)域選取橫截面積為290～310 mm2、層厚為9 mm的興趣區(qū)(regions of interest,ROI),測量時(shí)盡量避開肝內(nèi)血管和膽管(圖1)。測量得到3個(gè)ROI的骨密度值(bone mineral density,BMDSample)、斜率(slope)和區(qū)域一致性校正(field uniformity correction，F(xiàn)UC)值。

本研究首先采用Mindways提供的換算公式，得到ROI肝臟脂肪的體積百分比(β)：

HULiver=1047.9+(slope+0.2174)×4.842-999.6

HUFat=942.9-(slope+0.2174)×43.72-999.6

在上述公式中，ρSample為取樣組織的有效體積骨密度值，HULiver和HUFat分別指取樣組織內(nèi)純肝臟組織和純脂肪的CT值，ρLiver和ρFat是指取樣組織內(nèi)純肝臟組織和純脂肪的有效密度值，β即取樣組織內(nèi)純脂肪的體積百分比。公式中HULiver和HUFat的數(shù)值來源于ICRU第46號報(bào)告中對肝臟組織和脂肪組織的平均原子組成的定義[16]。使用該組公式測得的肝臟脂肪百分比記為Fat% QCT(ICRU) (簡稱Fat%QI)。

本研究通過對14位健康志愿者進(jìn)行雙能量(80和120 kV)QCT掃描，獲得了正常肝臟組織的等效密度值，并依據(jù)動(dòng)物脂肪中脂肪酸鏈的原子組成重新計(jì)算了脂肪組織的等效密度值[17]，對原公式進(jìn)行校正后得到了新的計(jì)算公式。使用新公式測得的肝臟脂肪百分比記為Fat% QCT(revised) (簡稱Fat% QR)。

所有QCT掃描和測量由同一位操作者完成，取3個(gè)ROI(左葉、右前葉、右后葉)測量值的平均值為最終QCT測量結(jié)果。

表1 男、女兩組年齡、肝臟脂肪含量測量值比較結(jié)果

3.MR mDxion-quant掃描及測量

在QCT掃描的同一天，所有受檢者均行MR mDixon-quant掃描,采用Ingenia 3.0 T MR掃描儀(Philips Healthcare,Best)，32通道dS Torso體部線圈，選擇6回波mDixon-quant梯度回波序列，掃描參數(shù)：翻轉(zhuǎn)角3°，TR 8.1 ms， TE1=1.33 ms，ΔTE=1.3 ms，視野為360 mm× 330 mm，體素大小2.5 mm×2.5 mm×3.0 mm，層數(shù)40，敏感性編碼2，信號采集數(shù)1。所有數(shù)據(jù)傳輸至工作站使用ISP 軟件 (Version 7,Philips Healthcare,Best)進(jìn)行測量。在脂肪分?jǐn)?shù)彩圖上，選取門靜脈右支進(jìn)入肝臟層面,分別測量右前葉、右后葉及左葉中心區(qū)域的脂肪分?jǐn)?shù)，ROI橫截面積為290～310 mm2，測量時(shí)盡量避開肝內(nèi)血管和膽管(圖2)，測量結(jié)果記為Fat% mDixon-quant (簡稱Fat% mD)。所有MR mDxion-quant掃描及測量由同一位操作者完成，取3個(gè)ROI(左葉、右前葉、右后葉)測量值的平均值為最終MR mDixon-quant測量結(jié)果。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

男、女兩組之間年齡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。兩種QCT測量方法及MR mDixon-quant的測量結(jié)果均顯示，男性與女性的肝臟脂肪含量差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)?？傮w樣本的Fat%QI和Fat% QR測量值分別為(-0.09%±4.88%)和(8.66%±4.41%)，F(xiàn)at% mD的測量值為4.4%(3.22%，7.99%)。 QCT測量采用校正前的公式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果有30例(56.6%，30/53)為負(fù)值，而采用校正后的公式進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果全部為正值。Fat%QI與Fat% QR之間存在線性關(guān)系，線性方程為Fat% QR=0.9027Fat%QI+ 8.743(r2=0.9996,P<0.01，圖3)。總體樣本的Fat%QI顯著低于Fat% mD(Z=-6.334,P<0.01)，平均差值為(-6.42%±2.44%)，兩者差值的大小與測量值的大小無關(guān)(r= 0.211，P=0.13)(圖4)，F(xiàn)at%QI與Fat% mD呈中等程度相關(guān)(r=0.707，P<0.01，圖5a)?？傮w樣本的Fat% QR顯著高于Fat% mD(Z= -5.405,P<0.01)，平均差值為(2.33%±2.36%)，兩者差值的大小同樣與測量值的大小無關(guān)(r=-0.14,P=0.92，圖4b)，F(xiàn)at% QR、Fat% mD的相關(guān)程度(r=0.708，P<0.01)與Fat%QI 、Fat% mD的相關(guān)程度近似(圖5b)。

討 論

本研究對一組健康人群分別采用兩種QCT計(jì)算公式測量肝臟脂肪含量，并將兩組QCT測量結(jié)果分別與MR mDixon-quant測量的肝臟脂肪含量進(jìn)行比較,結(jié)果顯示以ICRU推薦數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式所測得的肝臟脂肪含量不僅明顯低于MR mDixon-quant測得的數(shù)值，而且其數(shù)值大部分為負(fù)值。修正后的計(jì)算公式測得的肝臟脂肪含量雖然高于MR mDixon-quant測得的數(shù)值，但是兩種方法的絕對差值很小。兩種QCT計(jì)算公式測得的結(jié)果之間高度相關(guān)，并且與MR mDixon-quant測得的結(jié)果之間均為中等程度相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)近似。

QCT測量肝臟脂肪含量的原理是將肝臟組織視為純脂肪和純肝臟組織兩種成分的混合物，而純脂肪和純肝臟組織又可被轉(zhuǎn)換為由一定比例的H2O和K2HPO4所構(gòu)成，測量ROI的CT衰減系數(shù)可通過外在體模的校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為H2O和K2HPO4的比例，并進(jìn)一步依據(jù)公式轉(zhuǎn)換為純脂肪和純肝臟組織的體積比。依據(jù)ICRU Report 46對脂肪組織和除脂肪組織以外的組織原子組成的定義，純脂肪組織的等效密度值為942.9 mg/cm3H2O+-43.72 mg/cm3K2HPO4，純肝臟組織的等效密度值為1047.9 mg/cm3H2O+4.84 mg/cm3K2HPO4[16]。100%脂肪指的是純脂肪而非脂肪組織，僅含有水和脂肪細(xì)胞[18]。筆者依據(jù)動(dòng)物脂肪中脂肪酸鏈的原子組成重新計(jì)算了純脂肪組織的等效密度值[17]，由于ICRU定義的除脂肪組織以外的組織內(nèi)可能含有少量脂肪組織(5%～10%)[14]，為了獲得純肝臟組織的等效密度值，本研究對14位健康志愿者進(jìn)行了雙能量(80和120 kV)QCT掃描，最終得到了純肝臟組織的等效密度值。使用校正后的公式，所有研究對象的肝臟脂肪含量QCT測量值均為正數(shù)，解決了原來依據(jù)ICRU標(biāo)準(zhǔn)制定的公式計(jì)算所得的測量值為負(fù)值的問題。與原公式相比，校正后的公式的測量結(jié)果與MR mDixon-quant測量結(jié)果之間的差異非常小，而與MR mDixon-quant測量結(jié)果之間的相關(guān)性并未改變。

圖1 肝臟脂肪含量QCT測量示意圖。在自動(dòng)重建3D圖像上選取門靜脈右支進(jìn)入肝臟層面，分別于左葉、右前葉和右后葉中心區(qū)域選取ROI。a) 在左葉中心區(qū)域選取ROI; b) 在右前葉中心區(qū)域選取ROI; c) 在右后葉中心區(qū)域選取ROI; d) 在軸面和冠狀面圖像上設(shè)置ROI面積為290～310 mm2，層厚為9 mm。

就測量原理而言，QCT測量的是一定體積肝臟組織內(nèi)脂肪所占的體積百分比，而MR mDixon-quant測量的是肝臟組織內(nèi)脂肪所含氫質(zhì)子的數(shù)量占脂肪和水所含氫質(zhì)子總數(shù)的百分比，因此兩種測量方法從不同角度對肝臟脂肪含量進(jìn)行定量測量，結(jié)果存在差異以及相關(guān)性有限并不意外,測量方法本身固有的一些不足可能也會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。本研究所采用的單能量CT檢查，將肝臟視為由純脂肪和純肝臟組織兩種成分組成，但事實(shí)上肝臟內(nèi)可能含有其他成分，比如鐵。肝臟組織內(nèi)不同程度的鐵沉積有可能對脂肪定量測量結(jié)果產(chǎn)生影響，比如過多的鐵會降低脂肪含量測量結(jié)果。MR mDixon-quant是一種非常復(fù)雜的技術(shù)，受很多因素的影響。首先，MR mDixon-quant無法檢測大分子量蛋白質(zhì)以及固態(tài)或半固態(tài)蛋白質(zhì)內(nèi)的氫質(zhì)子信號；此外，MR mDixon-quant默認(rèn)脂肪和水有相似的T2*，但事實(shí)上肝臟組織內(nèi)脂肪的T2*(>200 ms)明顯比水的T2*(約60 ms)長，這將導(dǎo)致脂肪信號的權(quán)重增加，而最終測得的脂肪百分比亦會增高。

圖2 肝臟MR mDixon-quant脂肪分?jǐn)?shù)測量彩圖. 選取門靜脈右支進(jìn)入肝臟層面，分別測量左葉、右前葉、右后葉中心區(qū)域的脂肪分?jǐn)?shù)，ROI橫截面積為290～310mm2，測量時(shí)盡量避開肝內(nèi)血管和膽管。

于Fat% mDt(P<0.01)，平均差值為-6.42%，兩者差值的大小與測量值的大小無關(guān)(r=0.211,P=0.13); b) Fat% QR顯著高于Fat% mD(P<0.01)，平均差值為2.33%，兩者差值的大小與測量值的大小無關(guān)(r=-0.14,P=0.92)。

圖3 Fat%QI與Fat% QR的分布散點(diǎn)圖。Fat%QI與Fat% QR之間存在線性關(guān)系，線性方程為Fat% QR=0.9027Fat%QI+8.743(r2=0.9996,P<0.01)。 圖4 QCT測量結(jié)果與MR mDixon-quant測量結(jié)果的分布散點(diǎn)圖。a) Fat%QI與Fat% mD呈中等程度相關(guān)(r=0.707，P<0.01); b) Fat% QR與Fat% mD呈中等程度相關(guān)(r=0.708，P<0.01)。 圖5 QCT與MR mDixon-quant測量結(jié)果的一致性分析圖。a) Bland-Altman分析顯示Fat%QI顯著低

本研究的主要不足在于樣本量較少，特別是男性受檢者較少。此外，對QCT和MR mDixon-quant兩種測量方法未作觀察者內(nèi)和觀察者間的可靠性評價(jià)。

本研究表明，與MR mDixon-quant的測量結(jié)果相比，使用校正后的計(jì)算公式的QCT能夠準(zhǔn)確測量中國健康人群的肝臟脂肪含量。

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Correlation between quantitative computed tomography (QCT) and MR mDixon-quant for quantification of hepatic fat content

XU Li,Glen MBlake， GUO Zhe,et al.

Department of Radiology,Beijing Jishuitan Hospital,Beijing 100035,China

Objective:To compare the consistency and correlation of quantitative computed tomography (QCT) method with MR mDixon-quant method for quantification of hepatic fat content in healthy people.Methods:Twenty-one men (aged 57～83 years) and thirty-two women (aged 54～80 years) underwent abdomen QCT and MR mDixon-quant examinations,and hepatic fat content was determined by two kinds of QCT calculation equations(Fat%QCT(ICRU)，F(xiàn)at%QCT(revised)) and MR mDixon-quant fat fraction (Fat%mDixon-quant).The results were compared between the male and female groups.The results by QCT were compared to MR mDixon-quant,and the correlation coefficients between QCT and MR mDixon-quant were calculated.Results:There was no significant difference in hepatic fat content between men and women in the study group.The mean(±standard deviation,SD)of Fat%QCT(ICRU)and Fat%QCT(revised)was ( -0.09%±4.88%) and (8.66%±4.41%,respectively.Fat%QCT(ICRU)was significantly lower than Fat%mDixon-quant(P<0.01),and the mean (±SD) of difference was (-6.42%±2.44%).Fat%QCT(revised)was significantly higher than Fat%mDixon-quant(P<0.01),and the mean (±SD) of difference was (2.33%±2.36%).The correlation between Fat%QCT(revised)and Fat%mDixon-quant(r=0.708，P<0.01) was similar to that between Fat%QCT(ICRU)and Fat%mDixon-quant(r=0.707，P<0.01).Conclusion:Compared to MR mDixon-quant,QCT using the revised calculation equations can measure hepatic fat content accurately in healthy Chinese population.

Hepatic fat content; Quantitative CT; Magnetic resonance imaging, mDixon-quant technique

100035 北京，北京積水潭醫(yī)院放射科(徐黎、過哲、張晨鑫、程曉光)；Biomedical Engineering Department, King's College London, London,UK(Glen MBlake)；132000 吉林，吉林市吉化總醫(yī)院放射科(王曉紅)

徐黎(1979-)，女，江蘇常州人，博士研究生，主要從事肌骨系統(tǒng)影像診斷、人體組織成分測量工作。

程曉光，E-mail：xiao65@263.net

國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目81401407

R575.5; R814.42; R445.2

A

1000-0313(2017)05-0456-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.05.006

2016-12-28

2017-02-23)