能譜CT多參數(shù)成像定量分析爬行脂肪評價克羅恩病活動度

許興園，朱雋婷，梅 俏，王 俠，吳興旺

爬行脂肪的概念最早是由Crohn于1932年提出，Crohn et al[1-2]對14例克羅恩病(Crohn′s disease,CD)患者手術(shù)標(biāo)本進(jìn)行解剖，并首次描述了該病的病理特征，除腸道跳躍性病變、裂隙狀潰瘍、纖維化等改變外，病變腸壁周圍的腸系膜存在脂肪增生并包繞腸壁的現(xiàn)象，增生的腸系膜脂肪由腸系膜根部延展并包繞腸道超過其周長的50%以上。組織學(xué)上表現(xiàn)為脂肪細(xì)胞數(shù)量增多和體積減小，同時伴有纖維化、肌細(xì)胞肥大、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞浸潤[3]。爬行脂肪在被認(rèn)為具有內(nèi)分泌作用之前，就被外科醫(yī)生普遍認(rèn)為是一種重要的解剖標(biāo)記物，可用于鑒別病變腸段切緣有無炎癥存在[4]。常規(guī)CT通過人為觀察腸系膜脂肪的密度來判斷炎癥滲出的程度，無法客觀定量分析炎癥的活動度，而能譜CT通過其廣泛的多參數(shù)成像形式，實現(xiàn)了定量數(shù)據(jù)的測定，比如碘、水濃度以及能譜曲線斜率，從而實現(xiàn)無創(chuàng)且準(zhǔn)確地檢測CD患者活動度。該研究利用能譜CT多參數(shù)成像分析爬行脂肪定量數(shù)據(jù)與CD患者炎癥活動度之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 研究對象回顧性納入2018年3月—2021年3月在安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院行能譜CT檢查的127例CD患者。入選標(biāo)準(zhǔn):① 根據(jù)2010年11月制定的世界胃腸病學(xué)實踐指南[5]，首次在安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院確診為CD的患者；② 在進(jìn)行能譜CT掃描的前1 d或之后5 d內(nèi)接受小腸鏡檢查和血液檢查。根據(jù)CDAI評分將CDAI≤150分納入緩解組(n=43)，150分220分歸為中重度組(n=37)。篩選過程見圖1。

圖1 納入研究對象示意圖

1.2 臨床基線資料統(tǒng)計患者性別、年齡、吸煙史、飲酒史、炎癥性腸病家族史、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)以及患者C-反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)、血沉(erythrocyte sedimentation rate，ESR)、CDAI評分。

1.3 掃描方法檢查前患者均進(jìn)行規(guī)范的腸道準(zhǔn)備。采用GE Revolution CT儀行寶石能譜成像(gemstone spectral imaging,GSI)，以CT能譜智能匹配技術(shù)(GE HealthCare GSI Assist軟件)行CTE掃描，噪聲指數(shù)8，探測器寬度80 mm，螺距1.375 ∶1，層厚、層間距均為5 mm；經(jīng)外周靜脈以流率3.0 ml/s注射非離子型對比劑碘佛醇，延遲30、60、180 s行3期增強掃描。

1.4 數(shù)據(jù)測量所有CT測量均由2位分別有6年和10年經(jīng)驗的放射科醫(yī)生在工作站(GE工作站AW4.7版)使用GSI查看器軟件(均來自GE醫(yī)療)進(jìn)行。所有測量都是在重構(gòu)圖像上進(jìn)行的，厚度為1.25 mm。根據(jù)爬行脂肪的定義，將感興趣區(qū)(region of interest,ROI)放置于腸段病變最嚴(yán)重的腸系膜脂肪的部位，ROI的面積約為20 mm2。測量時必須避開腸系膜血管終末分支和分散在腸系膜脂肪組織中的淋巴結(jié)。采用多平面重建圖像，以確保ROI始終被正確放置，可以得到一條向上的能譜曲線，并可以測量出ROI的碘水濃度值。為了減小個體及掃描時間的差異，將能譜數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，腸系膜脂肪的水濃度值除以同一層面皮下脂肪水濃度得到標(biāo)準(zhǔn)化水濃度(normalized water concentration,NWC)；相應(yīng)的，腸系膜脂肪的碘濃度值除以同一層面的腹主動脈碘濃度得到標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度(normalized iodine concentration,NIC)。能譜曲線斜率(the slope of spectral HU curve,λHU)定義為在40～140 keV的不同能級下的X射線的衰減系數(shù)，λHU=(HU40 keV-HU100 keV)/60[6]。同樣在該工作站分別測量臍水平的內(nèi)臟脂肪面積(visceral fat area，VFA)及皮下脂肪面積(subcutaneous fat area，SFA)，設(shè)定內(nèi)臟脂肪CT值范圍為-150 ～ -50 HU，皮下脂肪CT值范圍為-190～-30 HU，利用閾值工具分隔該部分組織，最后利用體積測量工具分別測得VFA、SFA以及計算得出內(nèi)臟脂肪比(VFA/SFA)[7]。測量示例見圖2。

圖2 NIC、NWC、λHU、VFA、SFA測量示意圖

2 結(jié)果

2.1 患者臨床基線資料、生化指標(biāo)及CT影像比較各組間性別、年齡、吸煙史、飲酒史差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。炎癥性腸病家族史在活動組(輕度與中重度組)與緩解組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。緩解組的BMI與輕度組之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，中重度組的BMI均高于緩解組和輕度組，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。對于炎性指標(biāo)CRP、ESR及炎癥活動度CDAI評分，活動組均高于緩解組(P<0.05)，且在活動組之間，中重度組高于輕度組(P<0.05)。見表1。CD緩解期表現(xiàn)為病變腸壁輕度增厚，周圍腸系膜脂肪清晰，密度正常；輕度CD患者影像表現(xiàn)為系膜側(cè)腸壁增厚，腸系膜脂肪密度稍增高，可見“梳狀征”；中重度CD表現(xiàn)為病變腸壁不對稱性明顯增厚，周圍腸系膜脂肪密度增高，局部淋巴結(jié)腫大。各組間CT影像學(xué)資料見圖3。

表1 各組間基線資料以及生化指標(biāo)的比較

圖3 三組間影像學(xué)圖像比較

2.2 病灶區(qū)域爬行脂肪的定量數(shù)據(jù)比較對于能譜數(shù)據(jù)(λHU、NIC、NWC)，中重度組均明顯高于輕度組，而輕度組也同樣高于緩解組，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；對于脂肪面積的比較，除輕度組SFA與緩解組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，其余組間脂肪面積(VFA、SFA、VFA/SFA)的比較均差異有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)，中重度組的SFA明顯低于輕度組，而VFA、VFA/SFA均明顯高于輕度組。見表2。

表2 各組間的定量數(shù)據(jù)比較

2.3 定量數(shù)據(jù)與CDAI評分及炎性指標(biāo)之間的相關(guān)性分析λHU與CDAI評分存在正相關(guān)(P<0.05)；NIC與CDAI評分之間存在正相關(guān)(P<0.05)；NWC與CDAI評分、CRP和ESR之間存在正相關(guān)(均P<0.05)；λHU與CRP和ESR之間無相關(guān)性，NIC與CRP和ESR之間無相關(guān)性。見表3。

表3 定量數(shù)據(jù)與活動度指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

2.4 各定量數(shù)據(jù)鑒別活動期CD之間的價值λHU、NIC、NWC預(yù)測中重度組的ROC曲線下面積(AUC值)分別約為0.957(95%CI:0.922～0.993)、0.926(95%CI:0.876～0.977)、0.856(95%CI:0.776～0.936)(均P<0.05)。而VFA/SFA預(yù)測中重度的AUC值約為0.793(95%CI:0.699～0.879)(P<0.05)。見圖4。

圖4 各定量數(shù)據(jù)預(yù)測中重度CD的ROC曲線

3 討論

爬行脂肪是CD的一個特征性表現(xiàn)。CD病變腸段腸系膜脂肪的積聚是由于脂肪細(xì)胞的增生而不是肥大導(dǎo)致的，另外腸系膜脂肪還具有促進(jìn)炎癥細(xì)胞的浸潤、血管擴張等特征，特別是在病變較嚴(yán)重的腸段中[8-9]。它更像是一種炎癥組織，與腸壁的炎癥、纖維化以及狹窄的形成有關(guān)[10]。爬行脂肪一直被認(rèn)為僅僅是CD的繼發(fā)改變，其發(fā)生機制及在CD發(fā)病過程中的作用并未受到足夠重視。近年來，隨著肥胖癥等代謝性疾病的發(fā)病率逐漸升高，脂肪組織的作用機制受到越來越多關(guān)注。脂肪組織不僅是能量儲存的重要場所，也是一個具有多功能的內(nèi)分泌和免疫器官，參與生理和病理過程[11]。爬行脂肪分泌的介質(zhì)具有抗炎和促炎的能力[12]。因此，爬行脂肪與控制腸道炎癥有著密不可分的關(guān)系，可能是腸道炎癥的起始因子，且對CD的無創(chuàng)檢測以及評估其活動度在臨床的診療具有重要意義。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，活動期CD患者的λHU、NIC、NWC均高于緩解期，且在活動組之間也存在著統(tǒng)計學(xué)的差異。相關(guān)性分析顯示能譜數(shù)據(jù)(λHU、NIC、NWC)均與經(jīng)典CDAI評分存在著正相關(guān)。然而，λHU、NIC與CRP、ESR之間無相關(guān)性，可見CRP、ESR并不是CD疾病活動性的特異生物標(biāo)志物。在各指標(biāo)評價CD炎癥活動度的ROC曲線中，λHU的診斷效能最高(AUC=0.957)，而VFA/SFA診斷效能最低(AUC=0.793)。對于腹部脂肪面積的分析，與Ko et al[13]報道一致，VFA的升高與CD活動度和相關(guān)炎癥標(biāo)志物呈正相關(guān)。

到目前為止，絕大多數(shù)研究都集中在病變腸壁本身上，而沒有將病變腸段腸系膜脂肪作為研究對象。本研究是基于能譜CT對爬行脂肪的λHU、NIC、NWC以及腹部脂肪面積的定量測量與分析，反映CD患者爬行脂肪與其活動度之間的關(guān)系。Chiorean et al[14]和Colombel et al[15]都明確表述過腸系膜脂肪的病變程度可以作為判斷CD病變活動度以及黏膜是否可以更好愈合的標(biāo)準(zhǔn)。在本研究中，爬行脂肪的λHU、NIC、NWC均能準(zhǔn)確反映黏膜炎癥的嚴(yán)重程度，而且比以往的研究更加客觀。本研究還分別測定了緩解期組和活動期組的VFA、SFA和VFA/SFA值，并與λHU、NIC、NWC值進(jìn)行了比較，顯示爬行脂肪的λHU、NIC、NWC比VFA/SFA在評估CD患者炎癥活動度方面效能更高。這可能是因為VFA、SFA和VFA/SFA值反映整個內(nèi)臟脂肪組織的面積，但內(nèi)臟脂肪組織不僅包括了爬行脂肪還包含了肝臟、脾臟、胰腺以及腹膜后的脂肪組織。

能譜CT可以實現(xiàn)單能量成像，任何一種組織的吸收都可以由相應(yīng)比例的基物質(zhì)對組合來表示。通常選擇衰減高低不同的物質(zhì)組成基物質(zhì)對，水和碘就是常用的醫(yī)學(xué)成像組合，因為它包含了從軟組織到含碘對比劑以及醫(yī)學(xué)中常見物質(zhì)的范圍，并且通過物質(zhì)密度圖像易于解釋。以水和碘作為基物質(zhì)對，可以形成相應(yīng)的水基圖及碘基圖，而且在特定的軟件中可以測量出各基物質(zhì)對的濃度值。常規(guī)CT只能通過人為觀察病變腸壁的厚度、腸壁強化程度以及腸系膜脂肪密度等特點來定性地分析CD的活動度，相比較于能譜CT多參數(shù)成像的定性分析，則顯得較為主觀且人為誤差很大。CT能譜成像不但能夠獲得基物質(zhì)密度值及其分布圖像，還可以顯示不同病變和人體組織隨X線能量水平的變化而變化的X線衰減系數(shù)，從而產(chǎn)生反映不同病變和人體組織對于X線的特征性的能譜曲線[16]。

然而，本研究仍有一定的局限性。首先，本研究納入的患者數(shù)量相對較少，需要進(jìn)一步更大樣本量的前瞻性研究來驗證得出的結(jié)論。第二，爬行脂肪與藥物治療反應(yīng)之間的關(guān)系尚未深入分析，在本研究中，部分病例有過藥物治療史，可能對結(jié)果有一定的影響。

綜上所述，利用能譜CT定量分析爬行脂肪是評價炎癥活動度的有效方法。