徐黎， 端木羊羊， 张勇， Keenan Brown， 张曼玲， 程晓光

·肝脏脂肪定量诊断影像学专题·

定量CT测量动物肝脏脂肪含量的实验研究

徐黎， 端木羊羊， 张勇， Keenan Brown， 张曼玲， 程晓光

目的：以Soxhlet化学萃取法的测量结果为参考标准，探讨定量CT(QCT)对离体动物肝脏标本脂肪含量测量的准确性。方法：选取5块猪肝、5块鹅肝和10块鸭肝，分别使用QCT和Soxhlet化学萃取法测量每个样本的脂肪含量。对QCT测得的肝脏脂肪含量(Fat%Q)和Soxhlet化学萃取法测得的肝脏脂肪含量(Fat%S)进行比较，并使用线性回归分析研究Fat%Q与Fat%S之间的关系。结果：Soxhlet化学萃取法测得的猪肝、鸭肝和鹅肝的脂肪含量分别为0.5%～2.3%、7.2%～21.0%和35.0%～52.6%，QCT测得的肝脏脂肪含量低于Soxhlet化学萃取法，但两种方法的测量结果差异无统计学意义(P=0.052)。两种方法的测量结果高度相关(r=0.962，P<0.001)，Fat%S可以通过线性方程Fat%S=0.74，Fat%Q+7.272 (r2=0.965，P< 0.001)进行预测。结论：以化学Soxhlet萃取法作为验证参考标准，使用常规CT和QCT体模能够准确测量离体动物肝脏样本的脂肪含量。

肝脏脂肪含量； 定量CT； 体层摄影术，X线计算机； Soxhlet化学萃取法

酒精性肝脏脂肪变性(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)代表了一大类以肝脏内脂肪沉积为特点，与肥胖、糖尿病、高脂血症等代谢异常有关的疾病。全世界普通人群NAFLD的发病率为9.0%～37%[1-4]，发达国家中NAFLD是慢性肝病的最常见病因[5,6]。

肝脏活检是诊断NAFLD的金标准，但是作为有创性检查，并不适用于高风险人群的疾病筛查和NAFLD患者的疗效评估;此外活检样本体积小，存在取样误差[7]。目前可用于NAFLD患者肝脏脂肪变性评估的影像学方法包括超声、 CT、MRI及磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)[8,9]。CT评估肝脏脂肪变性是通过测量肝组织的CT衰减值(hounsfeld units，HU)来实现的，而肝脏与脾脏的CT衰减差值(difference in attenuation between liver and spleen，CTL-S)、肝脏衰减指数(hepatic attenuation index，HAI)、肝脾比值(ratio of hepatic attenuation to splenic attenuation，CTL/S)等参数均可用于肝脏脂肪变性的定量评估[10-12]；但是反映脾脏脂肪含量的CT测量值与很多因素有关，包括kV、X线滤过、受检者体型大小和其他可能影响测量感兴趣区内X线能量的因素，且脾脏的CT值在不同个体间存在差异，因此，CT评估肝脏脂肪变性在不同受检者间也存在差异。

定量计算机断层成像(quantitative computed tomography，QCT)最初应用于上世纪80年代，并被用于脊柱骨密度(bone mineral density，BMD)的测量[13]。通过扫描前的质量控制和扫描过程中使用校准体模，QCT技术大大降低了来自CT扫描仪和患者本身差异对测量结果的影响，而校准体模将组织的CT值转化为物理密度。QCT测量腰椎骨密度准确、可靠，目前已经应用于临床诊断骨质疏松和监测治疗效果。QCT体模内包含脂肪和水样本，理论上能够将组织的CT值转化为脂肪含量，CT值下降代表脂肪含量增加。Nagy等[14]的研究证实pQCT 对测量小动物的体脂和肝脏脂肪含量具有较高的准确度，可用于观察肝脏脂肪含量的变化。QCT和pQCT的测量原理相似。目前尚无QCT测量肝脏脂肪含量的报道，而对肝脏脂肪含量进行测量结果的验证是有必要的。本研究以Soxhlet化学萃取法为参考标准，对动物肝脏脂肪含量的QCT测量结果进行验证。

材料与方法

1.研究对象

2015年1月-2015年3月间购买的新鲜动物肝脏，包括5块猪肝、5块鹅肝和10块鸭肝。

2.QCT测量肝脏脂肪含量

所有样本在购买当天采用Toshiba Aquilion 80排螺旋CT扫描仪和Mindways 固体体模(Mindways Software Inc.,Austin,TX,USA)进行QCT扫描。样本包埋于两片猪肉中(大小为450 mm×250 mm×50 mm)，以模仿腹部软组织，并使样本在扫描过程中隔绝空气。扫描参数：螺距0.985，床高120 cm，120 kV，125 mA，层厚1.0 mm，视野500 mm×500 mm，采用标准算法进行重建。图像传输至QCT工作站，使用4.2 Version QCT PRO 3D spine module 软件(Mindways Software Inc.,Austin,TX,USA)进行分析。软件处理原始数据后自动生成3D图像，在矢状面图像中，将3个圆柱形兴趣区(regions of interest，ROI) 放置于样本中心，层厚为9 mm，层间隔为12～18 mm，横截面积为180～200 mm2(图1)，任何含有空气、血管或肝内胆管的区域均被排除在外。软件自动输出QCT骨密度 (BMDSample)，斜率(slope)和区域一致性校正(field uniformity correction，FUC)。BMDSample值为3个ROI 的BMD平均值。根据Mindways提供的计算公式，计算样本的脂肪百分比(β)：

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

HUFat=942.9-(slope+0.2174)×31.42-999.6

在上述计算公式中，ρSample代表样本的有效骨密度值，HULiver和HUFat分别为样本中纯肝组织和纯脂肪组织的CT值，ρLiver和ρFat指取样组织内纯肝脏组织和纯脂肪的有效密度值，β即为取样组织内纯脂肪的体积百分比;HULiver和HUFat的数值来源于相关文献对正常肝脏组织和正常脂肪组织中平均原子组成的定义[15]，并参照Mindways固体CT校准体模中参考物质的衰减特性进行了标准化处理。

所有QCT扫描和ROI测量由同一位经过系统培训的放射科住院医师完成。所有样本间隔1个月由同一位医师重复测量一次，以评价两次QCT测量的一致性。

3.Soxhlet化学萃取法测量肝脏脂肪含量

所有样本的Soxhlet化学萃取法测量脂肪含量在国家食品质量安全监督检验中心化学分析室进行，依据肉类和肉制品总脂肪量测定的国家标准采用Soxhlet 萃取法进行测量[16]。

将与QCT测量区域对应的中心部分切下(大小为80 mm×30 mm×30 mm)，避开血管和肝内胆管区域，在(103±2) ℃下烘干、称重。烘干样本的脂肪含量采用Soxhlet化学萃取法进行测量。样本的脂肪百分比为测量所得的脂肪重量/烘干前样本的重量。

4.统计学分析

采用SPSS 17.0软件进行统计学分析。QCT测量的观察者内一致性采用组内相关性系数(intraclass correlation coefficients，ICC)进行计算。对所有样本的QCT脂肪百分比测量值(Fat%Q)与Soxhlet化学萃取法脂肪百分比测量值(Fat%S)的比较采用非参数检验(Wilcoxon)，并计算Spearman分析的相关性系数,采用线性回归分析计算预测方程。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

图1 QCT测量的ROI选取。QCT后处理软件自动生成轴面、矢状面和冠状面图像。在矢状面图像的样本中心区域选取上、中、下3个ROI，每个ROI的层厚均为9mm，横截面积为180～200mm2，层间隔为12～18mm。a) 轴面图像; b) 矢状面图像; c) 冠状面图像; d) 在矢状面图像的样本中心区域选取上部ROI; e) 选取中部ROI; f)选取下部ROI。

讨 论

本研究结果显示，使用CT扫描仪和QCT体模测量动物肝脏样本得到的脂肪含量与Soxhlet化学萃取法得到的结果高度相关，而且肝脏样本的脂肪含量可以通过线性方程由QCT测得的脂肪含量进行预测，表明QCT可应用于临床进行NAFLD疾病的诊断和疗效评估。

目前，CT扫描已经被临床应用于NAFLD的诊断，其中CTL/S是最常用的诊断标准之一。由于脾脏的CT值衰减存在个体间差异，使用CTL/S对人群进行肝脏脂肪含量的测量和治疗效果的评估并不准确。QCT通过使用体外校准体模，能够比较不同个体之间的肝脏脂肪含量，并且检测其变化。此外，单次CT扫描获得的QCT数据能够同时测量腰椎BMD、腹部脂肪面积和肝脏脂肪含量，有助于一次性完成老年人常见的肝脏脂肪变性、骨质疏松和肥胖相关性疾病的诊断和评价。

采用常规CT扫描测量肝脏脂肪含量存在的主要争议在于X线辐射危害。随着CT扫描技术的进步，肝脏CT扫描的辐射剂量已大幅度降低[17]。在不影响测量准确性的前提下，QCT扫描的辐射剂量可以降至常规肝脏扫描的一半，而缩小扫描范围可进一步降低辐射剂量[18]。

采用常规CT和QCT体模测量动物肝脏脂肪含量目前尚未见文献报道。本研究结果显示采用常规CT和QCT体模可以准确地测量脂肪含量为0.5%～52.6%的动物肝脏样本。Nagy等[14]采用pQCT 测量26只雌性小鼠的肝脏脂肪含量，结果显示pQCT测量肝脏脂肪含量有较高的精确度(观察者内变异系数为0.3%)，而且pQCT测得的肝脏衰减值与化学萃取法测得的肝脏脂肪含量有很高的相关度(r=-0.98，P<0.01)。Lubura等[19]也进行了验证CT定量测量小动物肝脏脂肪含量的相关研究，参考标准为生化法测定的肝脏甘油三酯含量,结果显示Micro-CT测得的肝脏脂肪含量与化学萃取法测得的肝脏甘油三脂含量之间有很高的相关度(r2=0.915)，与本研究结果接近(r2=0.925)。

图2 QCT与Soxhlet化学萃取法对肝脏样本脂肪含量测量结果的箱形图。 图3 QCT与Soxhlet化学萃取法对肝脏样本脂肪含量测量结果的分布散点图，两种测量方法之间存在线性关系，线性回归方程为Fat%S=0.74 Fat%Q+7.272 (r2=0.965,P<0.001) 。

在NAFLD患者和相关高风险人群中，非增强CT被证实能可靠而有效地定量测量肝脏脂肪含量[20,21]。Shores等[20]的研究表明，肥胖患者测得的CTL-S (r=-0.80,P<0.001)、CTL/S(r=-0.80,P<0.001)这两个参数与针吸穿刺和楔形切除肝脏活检样本中化学法测得的甘油三酯浓度呈高度负相关。除肝脏脂肪以外，肝脏和脾脏内过多的铁沉积、服用某些药物(如胺碘酮)，都可能影响CT衰减值，从而降低对不同患者肝脏脂肪含量定量测量和疾病进展预测的准确性[12,22,23]。

本研究的主要不足在于所有研究样本均为离体样本，样本中含有的空气气泡可能影响QCT的测量准确性。此外，本研究中所有动物肝脏样本均为超市随机购买，缺乏脂肪含量为20%～35%的肝脏样本，而这一脂肪含量分布区间在临床上对应严重的肝脏脂肪变性。

综上所述，以Soxhlet化学萃取法作为验证参考标准，使用常规CT和QCT体模能够准确测量离体动物肝脏样本的脂肪含量，进而可为临床诊断肝脏脂肪变性和监测疾病进展提供重要参考。

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Fat content measurement of animal livers using quantitative computed tomography

XU Li,DUANmu Yangyang,ZHANG Yong,et al.

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

Objective：To study the fat content measurement of animal livers in vitro by quantitative computed tomography (QCT) using chemical Soxhlet extraction technique as the standard reference.Methods：Five pig livers,5 goose livers and 10 duck livers were collected and QCT as well as chemical Soxhlet extraction were used individually to measure fat content for each sample.Fat percentage of all samples determined by QCT (Fat%QCT) and by Soxhlet chemical extraction (Fat%Soxhlet) was compared.Furthermore,linear regression analysis was used to detect the relationship between Fat%QCT and Fat%Soxhlet.Results：The fat percentage of pig liver,duck liver and goose liver measured by chemical extraction ranged from 0.5% to 2.3%,7.2% to 21%,and 35% to 52.6% respectively.The fat content of liver measured by QCT was lower than that measured by chemical Soxhlet extraction method,but there was no statistical significant difference between results of two methods (P=0.052).The two measurements were highly correlated (r=0.962,P<0.001).Fat%Soxhlet could be predicted by Fat%QCT with the equation as: Fat%Soxhlet=0.74 Fat%QCT+7.272 (r2=0.965,P<0.001).Conclusion：Fat content of animal liver can be measured accurately with a conventional computed tomography (CT) scanner with QCT phantom and software compared to the chemical Soxhlet extraction as standard reference.

Hepatic fat content; Quantitative CT; Tomography,X-ray computed; Chemical soxhlet extraction

100035 北京，北京积水潭医院放射科(徐黎、端木羊羊、张勇、程晓光)；Mindways Software, Austin, TX, USA(Keenan Brown)；100094 北京，国家食品质量安全监督检验中心化学分析室(张曼玲)

徐黎(1979-)，女，江苏常州人，博士研究生，主要从事肌骨系统影像诊断、人体组织成分测量工作。

程晓光，E-mail：xiao65@263.net

国家自然科学基金青年项目(81401407)

R575.5; R814.42

A

1000-0313(2017)05-0466-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.05.008

2016-12-28 修回如期:2017-02-23)