應(yīng)用640層動(dòng)態(tài)能譜CT成像對(duì)結(jié)直腸腫物的初步研究

遼寧省腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，沈陽(yáng) 遼寧 110042

結(jié)直腸癌是全球第3大常見(jiàn)癌癥，僅2018年就有180萬(wàn)例新診斷患者[1]。結(jié)直腸腺瘤是最常見(jiàn)的結(jié)直腸良性腫瘤，具有惡變潛能，被認(rèn)為是一種癌前病變，但是部分結(jié)直腸腺瘤表現(xiàn)不典型，并且可能存在假癌性浸潤(rùn)[2]，傳統(tǒng)CT檢查很難區(qū)分結(jié)直腸腺瘤和腺癌。既往研究大多數(shù)以結(jié)直腸惡性腫瘤分期為主要研究方向[3-4]，很少有鑒別結(jié)直腸腺瘤、腺癌以及評(píng)估腫瘤病理學(xué)分級(jí)的報(bào)道。結(jié)直腸癌的預(yù)后不僅取決于早期檢測(cè)和治療，而且還與分化程度密切相關(guān)，不同分化程度的結(jié)直腸癌在流行病學(xué)和生物學(xué)行為上是不同的，術(shù)前準(zhǔn)確地評(píng)估癌癥分級(jí)對(duì)制定綜合治療方案及患者預(yù)后非常重要[5]。在臨床應(yīng)用中，傳統(tǒng)CT和結(jié)腸鏡檢是診斷結(jié)直腸腫物的主要方法，CT檢查無(wú)創(chuàng)，無(wú)須給予鎮(zhèn)痛劑或鎮(zhèn)靜劑，無(wú)嚴(yán)重并發(fā)癥，可最大限度地降低結(jié)腸鏡檢查的風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，多層螺旋CT可有效地檢測(cè)結(jié)腸腫瘤，特別是直徑≥1 cm的腫瘤及息肉，可以有效地顯示腫瘤的形狀、大小和位置，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移狀態(tài)，并提供準(zhǔn)確的術(shù)前TNM分期[6-7]。然而在傳統(tǒng)CT成像對(duì)結(jié)直腸惡性腫瘤分期分級(jí)的研究中缺乏定量參數(shù)的測(cè)量。動(dòng)態(tài)能譜CT成像將CT能譜成像及CT灌注成像聯(lián)合，在1次掃描1次注藥下，可同時(shí)得到能譜參數(shù)和灌注參數(shù)，解決傳統(tǒng)CT對(duì)結(jié)直腸疾病檢測(cè)的局限性。既往研究報(bào)道，能譜CT成像能夠通過(guò)其虛擬單色圖像改善圖像質(zhì)量，并通過(guò)其定量材料分解圖像提高診斷良惡性腫瘤的準(zhǔn)確率[8-10]。本研究的目的是探討動(dòng)態(tài)能譜CT成像定量參數(shù)對(duì)結(jié)直腸癌分化程度及與結(jié)直腸良惡性腫物鑒別的診斷價(jià)值。

1 資料和方法

1.1 研究對(duì)象

收集2017年12月—2019年5月于遼寧省腫瘤醫(yī)院接受CT掃描的結(jié)直腸腫物患者84例。其中，男性36例，女性48例；年齡23～63歲，平均年齡50.3歲。術(shù)后病理學(xué)檢查結(jié)果顯示，腺瘤15例，腺癌69例。病理學(xué)分級(jí)采用世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）結(jié)直腸癌組織學(xué)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：1級(jí)，高分化腺癌，＞95%腺管生成；2級(jí)，中分化腺癌，50%～95%腺管生成；3級(jí)，低分化腺癌，0%～49%腺管生成、黏液腺癌及印戒細(xì)胞癌；4級(jí)，未分化癌。將69例結(jié)直腸癌患者根據(jù)其術(shù)后病理學(xué)檢查結(jié)果分為兩組：高分化組（n=36）和中低分化組（n=33）。中低分化組包括2例印戒細(xì)胞癌，1例絨毛管狀腺癌伴低級(jí)別上皮內(nèi)瘤變。所有患者在手術(shù)前均未接受放療、化療等針對(duì)惡性腫瘤的系統(tǒng)性治療。

1.2 儀器與方法

采用日本Toshiba公司的Aquilion ONE 640層CT一站式動(dòng)態(tài)能譜掃描儀，行腹盆腔CT平掃，確定病變范圍，將病灶放置探測(cè)器寬度內(nèi)（動(dòng)態(tài)能譜掃描探測(cè)器最大范圍16 cm），應(yīng)用高壓注射器經(jīng)肘靜脈注入非離子型對(duì)比劑（碘海醇，370 mg/mL）40 mL，流速4.0 mL /s，隨后以相同流速注入40 mL 0.9% NaCl溶液。注入對(duì)比劑后從第7 s開(kāi)始掃描，每間隔3 s連續(xù)能譜（80+135）kV曝光1次，曝光7次后，再間隔5 s連續(xù)曝光3次，平掃管電壓135 kV，管電流35 mAs，重建層厚為0.5 mm，掃描范圍16 cm。將注射造影劑后24 s定義為動(dòng)脈期（arterial phase，AP），44 s定義為門靜脈期（portal venous phase，PP）?；颊咝蠧T檢查前8～12 h口服舒泰清（聚乙二醇電解質(zhì)散劑）清空腸道。在檢查前10 min給予肌肉注射山莨菪堿（20 mg），以減少腸運(yùn)動(dòng)，減輕腸痙攣并減少腸道偽影。使用人工球囊將1000～1500 mL的氣體注入結(jié)腸以使結(jié)腸完全擴(kuò)張。

1.3 圖像分析

圖像傳入工作站后在Toshiba能譜處理程序中生成120 kV圖像序列和碘圖，通過(guò)Enhanced image獲得強(qiáng)化效果最好的圖像，在能譜處理程序的image View中放入生成的碘圖和與碘圖相匹配的120 kV圖像，在120 kV圖像上選擇腫瘤強(qiáng)化最明顯層面放置感興趣區(qū)域（region of interest，ROI），ROI面積為10～15 mm2，通過(guò)Sync將ROI同步到相應(yīng)病灶部位的碘圖，得到病灶部位碘值。注意避開(kāi)腸腔內(nèi)液體、小氣泡、脂肪組織及小血管，連續(xù)測(cè)量3層，取均值作為碘濃度值（iodine value，IC），并通過(guò)動(dòng)態(tài)碘圖分析碘在腫瘤內(nèi)的擴(kuò)散過(guò)程。所有患者掃描參數(shù)一致，為了消除患者間的個(gè)體差異，采用標(biāo)準(zhǔn)化IC（normalized IC，NIC）=病灶I(lǐng)C/同層臀大肌IC。圖像傳入工作站后，選擇體部容積灌注軟件中的單血供最大斜率法進(jìn)行后處理，選擇病灶最大層面的髂外動(dòng)脈和正常腸壁組織設(shè)定ROI，形成兩者的時(shí)間-密度曲線（time-density curve，TDC），通過(guò)計(jì)算形成軸位、矢狀位及冠狀位上的CT灌注偽彩圖，并測(cè)量動(dòng)脈血流量（arterial blood flow，AF）、血容量（blood volume，BV）、表面滲透性（surface permeability，PS）。灌注偽彩圖AF在軸位偽彩圖上進(jìn)行測(cè)量，ROI選擇在腫瘤灌注最明顯的部位（顏色最明亮），ROI面積10～15 mm2，注意避開(kāi)血管、腫瘤壞死區(qū)及腫瘤邊緣部分，連續(xù)測(cè)量3層，取均值作為AF；同時(shí)在BV、PS灌注偽彩圖的相應(yīng)ROI上求得BV、PS值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

連續(xù)性變量用±s表示，首先采用Kolmogorov-Smimov檢驗(yàn)行正態(tài)性分析，Levene檢驗(yàn)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)。分類變量采用χ2或Fisher精確檢驗(yàn)。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較各組動(dòng)脈期和靜脈期中的IC、NIC、AF、BV、PS。閾值由受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線創(chuàng)建和確定，以區(qū)分腺瘤組和腺癌組，高分化腺癌組和中低分化腺癌組。通過(guò)ROC曲線的曲線下面積來(lái)確定診斷效能。數(shù)據(jù)分析采用SPSS 17.0軟件完成，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 使用動(dòng)態(tài)能譜CT成像定量參數(shù)評(píng)估腺瘤與腺癌

動(dòng)脈期腺瘤組的I C和N I C值分別為（59.98±15.14）mg/mL和2.48±0.59，靜脈期為（75.38±5.39）mg/mL和3.77±0.22。動(dòng)脈期腺癌組的I C和N I C值分別為（62.53±15.75）mg/mL和2.62±0.62，靜脈期為（60.25±11.80）mg/mL和2.86±0.53。靜脈期IC和NIC對(duì)鑒別腺瘤和腺癌存在顯著差異（P＜0.001）。在腺瘤組中AF、BV、PS值分別為（219.88±75.47）mL/（min·100 g）、（34.78±26.80）m L/100 g、（66.87±19.90）mL/（min·100 g），在腺癌組中A F、BV、PS值分別為（124.15±40.77）mL/（min·100 g）、（12.15±7.48）m L/100 g、（77.78±31.01）mL/（min·100 g）。腺瘤組和腺癌組之間的AF、BV和PS差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001，表1）。

2.2 動(dòng)態(tài)能譜CT成像定量參數(shù)評(píng)估高分化腺癌與中低分化腺癌

動(dòng)脈期及靜脈期的IC和NIC在鑒別高分化腺癌和中低分化腺癌中差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。腺癌高分化組的AF、BV和PS值為（87.20±9.38）mL/（min·100 g）、（5.95±2.41）mL/100 g和（55.62±8.07）m L/（min·100 g），中低分化腺癌組的A F、B V和P S值為（158.02±26.11）mL/（min·100 g）、（17.83±5.84）mL/100 g和（79.15±21.73）mL/（min·100 g）。高分化腺癌和中低分化腺癌之間的AF、BV和PS差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001，表2）。

表1 腺瘤組與腺癌組一般臨床資料和定量參數(shù)的比較 （±s）

表1 腺瘤組與腺癌組一般臨床資料和定量參數(shù)的比較 （±s）

參數(shù) 腺瘤組（n=15）腺癌組（n=69） P值年齡/歲 55.40±4.8350.34±8.650.310性別 0.120男性 1028女性 541動(dòng)脈期病灶I(lǐng)C/（mg·mL-1） 59.98±15.1462.53±15.750.981 NIC 2.48±0.592.62±0.620.851靜脈期病灶I(lǐng)C/（mg·mL-1） 75.38±5.3960.25±11.80 ＜0.001 NIC 3.77±0.222.86±0.53 ＜0.001 AF/[mL·（min·100 g）-1]219.88±75.47124.15±40.770.002 BV/[mL·（min·100 g）-1] 34.78±26.8012.15±7.48 ＜0.001 PS/[mL·（min·100 g）-1] 66.87±19.9077.78±31.00.024

表2 腺癌高分化組與中低分化組一般臨床資料和定量參數(shù)的比較 （±s）

表2 腺癌高分化組與中低分化組一般臨床資料和定量參數(shù)的比較 （±s）

參數(shù) 高分化組（n=36）中低分化組（n=33） P值年齡/歲 49.75±10.8251.00±5.490.041性別 0.127男性 1116女性 2517動(dòng)脈期病灶I(lǐng)C/（mg·mL-1） 63.27±16.2161.73±15.430.843 NIC 2.61±0.612.63±0.650.220靜脈期病灶I(lǐng)C/（mg·mL-1） 60.44±11.3960.05±12.400.269 NIC 2.83±0.492.89±0.580.129 AF/[mL·（min·100 g）-1] 87.20±9.38158.02±26.11 ＜0.001 BV/[mL·（100 g）-1] 5.95±2.4117.83±5.84 ＜0.001 PS/[mL·（min·100 g）-1] 55.62±8.0779.15±21.73 ＜0.001

2.3 使用動(dòng)態(tài)能譜CT不同指標(biāo)區(qū)分腺瘤與腺癌、高分化腺癌與中低分化腺癌的曲線下面積（area under curve，AUC）、閾值、靈敏度和特異度

使用IC、NIC、AF、BV、PS評(píng)估腺瘤與腺癌的AUC分別為0.701、0.800、0.900、0.870和0.596（表3，圖1）。將靜脈期NIC=3.52作為閾值區(qū)分腺瘤與腺癌的靈敏度為72.0%，特異度為91.9%。將AF=175.13 mL/（min·100 g）作為閾值鑒別腺瘤和腺癌的靈敏度為80.0%，特異度為86.4%（表3，圖1）。使用NIC和AF作為閾值鑒別腺瘤與腺癌具有較高的診斷價(jià)值。使用IC、NIC、AF、BV、PS評(píng)估高分化腺癌與中低分化腺癌的AUC值分別為0.614、0.591、0.750、0.856和0.784（表4，圖2）。將靜脈期NIC=2.80作為閾值區(qū)分高分化腺癌與中低分化腺癌的靈敏度為63.6%，特異度為69.3%。以BV=7.76 mL/100 g鑒別高分化腺癌與中低分化腺癌的靈敏度為90.9%，特異度為77.7%，具有良好的診斷效能。

表3 使用動(dòng)態(tài)能譜CT不同指標(biāo)區(qū)分腺瘤與腺癌的AUC、閾值、靈敏度和特異度

圖1 使用動(dòng)態(tài)能譜CT不同指標(biāo)區(qū)分腺瘤與腺癌的ROC曲線

表4 使用動(dòng)態(tài)能譜CT不同指標(biāo)區(qū)分高分化腺癌與中低分化腺癌的AUC、閾值、靈敏度和特異度

圖2 使用動(dòng)態(tài)能譜CT不同指標(biāo)區(qū)分高分化腺癌與中低分化腺癌的ROC曲線

圖3 乙狀結(jié)腸高分化腺癌CT動(dòng)態(tài)碘圖

3 討 論

CT能譜成像和CT灌注成像是CT功能成像的兩種方式，以往的研究中一次掃描只能實(shí)現(xiàn)能譜成像或灌注成像其中一種成像方式。動(dòng)態(tài)能譜成像使用特有的16 cm容積能譜能實(shí)現(xiàn)電影能譜功能，在一次掃描一次注藥下，即可進(jìn)行全身各器官全時(shí)相實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電影模式的能譜采集，在常規(guī)能譜成像下引入全新的時(shí)間軸的概念，獲得比常規(guī)能譜信息更多的電影能譜信息，真實(shí)地反映病理生理學(xué)變化，得到精準(zhǔn)的診斷結(jié)果。動(dòng)態(tài)能譜成像在一次采集中同時(shí)采集兩個(gè)不同光子光譜的數(shù)據(jù)集，可同時(shí)得到碘圖和灌注參數(shù)。這些參數(shù)可以用于評(píng)估結(jié)直腸癌的血流動(dòng)力學(xué)特征，為臨床醫(yī)師提供更多的診斷信息。

結(jié)直腸腺瘤是腺癌重要的癌前病變，病理學(xué)上異型增生、腺瘤、腺癌的演變過(guò)程約為10年[11]。目前關(guān)于結(jié)直腸腺瘤的研究多基于形態(tài)學(xué)表現(xiàn)，臨床工作中，腺瘤與腺癌形態(tài)學(xué)表現(xiàn)存在重疊，并且部分腺瘤存在假癌性浸潤(rùn)，即腺體結(jié)構(gòu)浸潤(rùn)到黏膜下層甚至肌層內(nèi)，因此僅依據(jù)傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)表現(xiàn)對(duì)腺瘤和腺癌進(jìn)行準(zhǔn)確鑒別有時(shí)存在困難。能譜CT掃描是采用兩個(gè)球管同時(shí)掃描，一次曝光即可得到80～135 kV的一系列單能量圖像，其虛擬單色圖像能夠改善圖像質(zhì)量，并通過(guò)其定量材料分解圖像使得病變內(nèi)部差異完全顯示，從而定量反映出病灶組織密度、強(qiáng)化方式等。IC及NIC反映能譜增強(qiáng)CT掃描中不同組織對(duì)碘的攝取能力并且可以準(zhǔn)確地量化其濃度[13]，間接反映腫瘤細(xì)胞的狀態(tài)及病灶血流動(dòng)力學(xué)改變。結(jié)果顯示靜脈期腺瘤組的IC及NIC明顯高于腺癌組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），使用靜脈期NIC=3.52作為閾值時(shí)區(qū)分腺瘤與腺癌的靈敏度、特異度分別為72.0%、91.9%，具有較高的診斷效能。本研究認(rèn)為，結(jié)直腸腺瘤與腺癌的血供均較豐富，在動(dòng)脈期掃描時(shí)相內(nèi)，對(duì)比劑迅速進(jìn)入結(jié)節(jié)，但結(jié)節(jié)未充盈完全，所以腺瘤組與腺癌組動(dòng)脈期IC及NIC差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而腺癌細(xì)胞分化不成熟，細(xì)胞生長(zhǎng)快，新生血管不成熟，微血管處于受壓狀態(tài)，相應(yīng)部位微循環(huán)障礙，在靜脈期對(duì)比劑充分充盈病灶內(nèi)部，故腺瘤組與腺癌組病灶內(nèi)部IC及NIC可具有明顯差異，且靜脈期腺瘤組IC及NIC均高于腺癌組。這與陳麗紅等[14]對(duì)胃癌分化程度的研究結(jié)果一致，胃癌靜脈期IC及NIC與腫瘤分化程度均有一定的相關(guān)性，而動(dòng)脈期不同分化程度IC值之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。張夏等[15]使用能譜曲線對(duì)甲狀腺癌和頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的研究認(rèn)為，靜脈期甲狀腺正常組織、惡性結(jié)節(jié)、良性結(jié)節(jié)的能譜曲線斜率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而動(dòng)脈期差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。灌注參數(shù)反映腫瘤內(nèi)部的血管密度、BV及毛細(xì)血管通透性，腺瘤組AF、BV明顯高于腺癌組，但PS明顯低于腺癌組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），使用AF=175.13 mL/（min·100 g）作為閾值時(shí)鑒別腺瘤和腺癌的靈敏度、特異度分別為80.0%、86.4%，相比BV和PS具有更高的診斷價(jià)值。分析以上原因，雖然結(jié)直腸腺癌新生血管較腺瘤多，理論上組織血流較豐富，病灶I(lǐng)C較高，但是一方面由于腺癌細(xì)胞分化不成熟，與腺瘤相比細(xì)胞功能不全。另一方面腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)快，新生血管不成熟，微血管處于受壓狀態(tài)，相應(yīng)部位微循環(huán)障礙，在一定程度上致腺癌血流灌注較低，而腺瘤微血管密度豐富，管壁通透性良好且管壁完整，所以血供非常豐富，增強(qiáng)后病灶內(nèi)對(duì)比劑滯留時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致腺瘤組的IC、NIC、AF和BV明顯高于腺癌組，而PS明顯低于腺癌組。

目前關(guān)于結(jié)直腸腺癌分化程度的研究主要集中于利用表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）值來(lái)預(yù)測(cè)腫瘤的分化程度，但對(duì)其結(jié)果仍存在一定的爭(zhēng)議[12]。腫瘤灌注成像作為一種功能性成像方法，可以檢測(cè)腫瘤內(nèi)微血管生成和分布情況，反映腫瘤內(nèi)部的血流灌注狀況，能夠幫助分析腫瘤的生物學(xué)特性，對(duì)腫瘤的診斷和療效評(píng)價(jià)有重要意義[16-17]。本次研究結(jié)果顯示高分化腺癌組的AF、BV、PS均低于中低分化腺癌組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。灌注成像是一種功能成像，依賴于腫瘤內(nèi)血管生成，不同組織或同一疾病不同分化程度腫瘤內(nèi)的血管密度不同，得到的灌注參數(shù)值不同，本研究結(jié)果表明腫瘤分化程度越差，腫瘤侵襲性越高，腫瘤的BV和PS越大，腫瘤的血液供應(yīng)就越豐富。BV值在鑒別高分化腺癌和中低分化腺癌時(shí)有更高的AUC，與之前研究結(jié)果相符[18]。有研究表明，使用能譜成像中腫瘤內(nèi)的碘分布值區(qū)分結(jié)直腸高分化腺癌和中低分化腺癌有診斷意義[19]。而本研究結(jié)果顯示高分化組腺癌的動(dòng)脈期IC、靜脈期IC及NIC的絕對(duì)值均低于中低分化腺癌組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。分析原因可能是在腺癌高分化組和中低分化組之間，腫瘤細(xì)胞對(duì)碘的攝取能力的差異要小于腺瘤和腺癌之間的差異。此結(jié)果與某些能譜CT的研究[19-20]結(jié)果不一致，可能與使用的掃描方式、能譜算法、納入患者的構(gòu)成不同等因素有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

本研究存在一些局限性。首先，納入樣本量較少，需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，以驗(yàn)證本研究所得結(jié)果。其次，在低分化組中，僅包括低分化的結(jié)腸腺癌，2例印戒細(xì)胞癌及1例絨毛管狀腺癌伴低級(jí)別上皮內(nèi)瘤變，代表性不全面。

動(dòng)態(tài)能譜CT成像，可使用多個(gè)定量參數(shù)評(píng)估腫瘤良惡性及分化程度，反映腫瘤組織微循環(huán)的改變，相比傳統(tǒng)CT成像，其術(shù)前評(píng)估結(jié)腸癌的良惡性及分化程度具有更高的診斷效能，可為臨床診斷和治療提供更多幫助。