雙層探測器光譜CT定量參數(shù)對結(jié)直腸病變的診斷價值初步探討

黃健 盛二燕 黃芳 陳菁華 太倉市中醫(yī)醫(yī)院放射科 （江蘇 蘇州 215400）

內(nèi)容提要： 目的：旨在探討雙層探測器光譜CT（DESCT）定量參數(shù)在結(jié)直腸病變良惡性和分化程度鑒別中的診斷價值。方法：回顧性分析92例病理證實(shí)的結(jié)直腸病變患者光譜CT圖像，分別測量并比較各組光譜參數(shù)值，并采用ROC曲線分析其診斷效能。結(jié)果：惡性組光譜參數(shù)值均高于良性組（P＜0.05），不同分化程度結(jié)直腸癌之間光譜參數(shù)值無明顯統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論：DESCT定量參數(shù)對于鑒別結(jié)直腸病變良惡性具有一定的診斷價值，且光譜曲線斜率診斷效能最佳，但是對結(jié)直腸癌分化程度鑒別診斷價值不高。

近年來，隨著人們飲食結(jié)構(gòu)和生活習(xí)慣的改變，結(jié)直腸病變發(fā)病率越來越高，結(jié)直腸病變的診斷多依賴于影像學(xué)檢查，常規(guī)計算機(jī)體層成像（Computed Tomography，CT）作為結(jié)直腸病變的臨床首選影像學(xué)檢查，然而存在成像參數(shù)單一、軟組織分辨度較低等局限性。磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）雖然對結(jié)直腸病變解剖結(jié)構(gòu)以及病變顯示較為清楚，但是存在檢查時間長、患者有禁忌證的無法檢查等局限性。雙層探測器光譜CT（Dual-Layer Detector Spectral CT，DESCT）作為一種嶄新的檢查手段越來越多地運(yùn)用于臨床，其多參數(shù)成像能為多種疾病的診斷提供更多、更全面的信息。目前，DESCT對結(jié)直腸病變的研究主要集中于判斷結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)、結(jié)直腸癌T分期的研究等方面，但是對結(jié)直腸病變良惡性以及分化程度的研究報道極少[1,2]。因此，本研究旨在初步探討光譜CT定量參數(shù)在結(jié)直腸病變良惡性和分化程度鑒別中的診斷價值。

1.資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析2021年7月～2022年3月本院就診并經(jīng)過手術(shù)病理證實(shí)或者纖維內(nèi)鏡活檢的符合條件的結(jié)直腸病變92例，其中，男性58例，女性34例，年齡46～84歲，平均（65±12）歲。惡性組均為腺癌，共74例，根據(jù)2010版世界衛(wèi)生組織結(jié)直腸癌病理組織學(xué)分級標(biāo)準(zhǔn)[3]分為低分化組（0～49%腺管形成）13例，中分化組（50%～95%腺管形成）39例，高分化組（＞95%腺管形成）22例。根據(jù)發(fā)病部位分為直腸癌44例，升結(jié)腸癌10例，結(jié)腸肝區(qū)癌3例，橫結(jié)腸癌3例，降結(jié)腸癌2例，直-乙交界處癌6例，乙狀結(jié)腸癌6例。良性組分為結(jié)直腸腺瘤10例，結(jié)直腸息肉8例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有患者均術(shù)前在光譜CT上進(jìn)行了全腹部增強(qiáng)CT檢查；②所有病例未做過抗腫瘤治療或手術(shù)治療；③所有患者檢查前簽署知情同意書，能夠配合整個檢查過程；④臨床資料完善，CT圖像清晰。排除標(biāo)準(zhǔn)：①CT增強(qiáng)掃描前進(jìn)行過抗腫瘤治療（放、化療等）或手術(shù)治療；②臨床資料不完善，圖像質(zhì)量差，不能達(dá)到診斷或后處理要求（如鈦夾和運(yùn)動偽影等）。

1.2 方法

采用荷蘭Philips Healthcare IQon spectral CT機(jī)進(jìn)行掃描，患者在行CT檢查前1周內(nèi)未服用鋇餐或其他重金屬，CT掃描當(dāng)天患者需空腹4h以上，前10～20min飲用600～1000mL水，充分?jǐn)U張胃和十二指腸。對患者予以雙相全腹部增強(qiáng)CT掃描，區(qū)域包括從患者的膈肌以下至恥骨聯(lián)合以上。使用UIrich高壓注射器，以0.8～1.0mL/kg的劑量和2.5～3.0mL/s的注射速率向患者注射碘佛醇（350mg/mL）。動脈期（Arterial Phase，AP）和門靜脈期（Venous Phase，VP）分別于注射造影劑后的25s和40s掃描。掃描參數(shù)管電壓120kV，管電流162mAs，層厚5mm，層間距5mm，螺距為1，F(xiàn)OV為350mm，矩陣512×512。

1.3 圖像后處理分析

將所有圖像數(shù)據(jù)傳輸至能級專用工作站（Spectral Diagnostic Suite，SPDS；Philips Healthcare），對所有病例進(jìn)行能譜后處理，在后處理工作站中實(shí)時獲得40keV虛擬單能量圖像（Virtual Monoenergetic Images，VMI）、有效原子序數(shù)（Effective Atomic Number，Zeff）圖、碘密度圖和光譜曲線斜率。選取腫瘤顯示最大的層面，將感興趣區(qū)域（Region of interest，ROI）放置在腫瘤上，ROI的選擇需避開壞死、鈣化、或氣體液體造成的充盈缺損，測量重復(fù)三次取平均值，使用復(fù)制粘貼功能，以確保得到的重建圖像之間ROI的大小和位置是相同的。分別獲得兩組病例動脈期和靜脈期的40keVHU值、Zeff值、碘密度值和能譜曲線斜率（λ HU），其中40～90keV的CT值用于計算光譜HU曲線的斜率：λ HU=[(HU(40keV)-HU(90keV)]/50。所有數(shù)據(jù)由兩名經(jīng)驗豐富的放射科診斷醫(yī)師采用雙盲法獨(dú)立完成，最后統(tǒng)計結(jié)果經(jīng)討論后達(dá)成一致意見。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS26.0進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，計數(shù)資料用±s表示，對研究資料進(jìn)行正態(tài)性檢驗和方差齊性檢驗，計量資料符合正態(tài)分布的，采用t檢驗比較組間差異；不符合正態(tài)分布的采用非參數(shù)檢驗；計數(shù)資料采用χ2/Fisher精確檢驗比較兩組間差異。對符合統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)采用ROC曲線創(chuàng)建并確定閾值，計算其診斷效能。

2.結(jié)果

2.1 動脈期兩組光譜參數(shù)值比較

動脈期（表1）和靜脈期惡性組40keV CT值、Zeff值、碘密度值、λ HU均高于良性組（均P＜0.05）。不同分化程度之間結(jié)直腸癌光譜參數(shù)值均不具有統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。低分化組結(jié)直腸癌動脈期40keVCT值約105.86±40.89，Zeff值 約7.73±0.25， 碘密度值約（0.78±0.45）mg/mL，λ HU 約1.08±0.62；中分化組結(jié)直腸癌動脈期40keVCT值 約111.32±32.46，Zeff 值約7.80±0.21， 碘密度值約（0.85±0.34）mg/mL，λ HU約1.40±0.53；高分化組結(jié)直腸癌動脈期40keVCT值約123.07±28.52，Zeff值約7.88±0.15，碘密度值約（0.99±0.28）mg/mL，λ HU約1.61±0.57。

表1 .動脈期兩組光譜參數(shù)值比較(±s)

表1 .動脈期兩組光譜參數(shù)值比較(±s)

組別40kevHU Zeff值碘密度值(mg/mL)λ HU良性組71.64±23.58 7.58±0.13 0.49±0.21 0.76±0.29惡性組 113.90±33.13 7.81±0.21 0.88±0.35 1.41±0.58 t-5.091-4.546-4.470 4.558 P 0.000 0.000 0.000 0.000

2.2 ESCT各定量參數(shù)對良惡性結(jié)直腸病變診斷效能

DESCT各定量參數(shù)最佳閾值和診斷效能見表2，各光譜參數(shù)中，僅λ HU對良惡性鑒別診斷具有較高的診斷效能，AP期AUC為0.85，截斷值0.78，靈敏度0.72，特異度0.94，VP期AUC為0.92，截斷值1.3，靈敏度0.91，特異度0.87。

表2 .DESCT各定量參數(shù)對良惡性結(jié)直腸病變診斷效能

2.3 典型病例分析

病例1，男，69歲，直腸腺瘤。圖1為靜脈期。圖1a顯示，40 keV VMI圖示病灶CT值為（99.2±23.4）HU（紅箭頭）；Zeff圖示病灶Zeff值為7.77±0.1（圖1b）；碘密度圖示病灶碘密度值為（0.80±0.2）mg/mL（圖1c）；能譜曲線斜率示病灶斜率為(77.5-42.5)/50=0.7（圖1d）。

圖1 .男，69 歲，直腸腺瘤，圖1a～d 為靜脈期

病例2，男，68歲，直腸腺癌（中分化）。圖2為靜脈期。圖2a顯示，40 keV VMI圖示病灶CT值為（151.1±25.9）HU（紅箭頭）；Zeff圖示病灶Zeff值為8.13±0.1（見圖2b）；碘密度圖示病灶碘密度值為（1.47±0.2）mg/mL（見圖2c）；能譜曲線斜率示病灶斜率為(160-50)/50=2.2（見圖2d）。

圖2 .男，68 歲，直腸腺癌（中分化），圖2a～2d 為靜脈期

3.討論

目前雖然結(jié)直腸鏡檢查仍是診斷結(jié)直腸病變的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但是該檢查有創(chuàng)，存在腸穿孔、感染、出血等風(fēng)險[4]。而及時、準(zhǔn)確的診斷對患者制定治療策略及預(yù)后評估至關(guān)重要，CT檢查作為臨床實(shí)踐中結(jié)直腸病變的首選影像學(xué)檢查，彌補(bǔ)了結(jié)直腸鏡檢查的不足，具有成像速度快，安全，可清晰顯示結(jié)直腸病變的范圍和程度，可進(jìn)行各種后處理等優(yōu)勢[5]。DESCT相對于其他類型的普通CT的主要優(yōu)點(diǎn)是，可以進(jìn)行光譜多參數(shù)成像和定量分析，無需預(yù)先設(shè)定雙能協(xié)議就可以自動生成所有的光譜數(shù)據(jù)集，與其他光譜技術(shù)相比，無需前瞻性選擇患者、無旋轉(zhuǎn)時間限制、全視野、無交叉散射和減少輻射劑量，從而可以使臨床工作流程更加高效[6]。但目前DESCT光譜定量參數(shù)在結(jié)直腸病變良惡性和分化程度鑒別診斷中的應(yīng)用研究尚不多見。

DESCT單能量圖像范圍為40～200keV，在低keV水平產(chǎn)生的低噪聲可以降低圖像的偽影、提高圖像的信噪比和對比噪聲比，在40keV水平的VMI上，具備更好的軟組織密度分辨力，有助于提高病灶的檢出率，特別是富血供的病灶[7]。Zeff圖通過為每個像素加入物質(zhì)成分信息，將各體素對應(yīng)的有效原子序數(shù)用色彩量化成偽彩圖，從而更直觀地顯示病變區(qū)域和正常組織[8]。碘密度圖為各體素所含的碘濃度的分布圖，可用顯示正常和異常組織的灌注狀態(tài)；能譜曲線圖代表不同物質(zhì)成分的CT值隨著能級的變化特征，根據(jù)曲線形態(tài)及斜率的不同可對病灶及正常組織的成分差異進(jìn)行鑒別[9]。

由于結(jié)直腸癌患者早期缺乏典型臨床癥狀，確診時多已進(jìn)展為中晚期，因此尋找結(jié)直腸腫瘤的準(zhǔn)確診斷方法、加強(qiáng)早期篩查并提升診斷準(zhǔn)確率對結(jié)直腸腫瘤治療、預(yù)后極為重要[10]。本研究通過DESCT光譜多參數(shù)圖像來定量評估結(jié)直腸病變的良惡性，發(fā)現(xiàn)惡性組各光譜參數(shù)值均高于良性組，分析原因可能與惡性組腫瘤的血管分布有關(guān)，惡性組傾向于生長更多的血管，以營養(yǎng)和支持其自身的快速生長，從而導(dǎo)致更高的碘攝取相關(guān)值。另外，本研究得出各光譜參數(shù)中，僅光譜曲線斜率對結(jié)直腸病變良惡性的鑒別診斷具有較高的診斷效能，AP期AUC為0.90，截斷值0.78，靈敏度0.72，特異度0.94，VP期AUC為0.92，截斷值1.3，靈敏度0.91，特異度0.87，原因可能與惡性組血管通透性高，惡性組織內(nèi)CT值的動態(tài)變化快有關(guān)[11]。結(jié)直腸癌的預(yù)后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，而本研究發(fā)現(xiàn)不同分化程度結(jié)直腸癌之間光譜參數(shù)定量值差異變化不大，說明僅通過光譜參數(shù)值不能預(yù)測出結(jié)直腸癌的分化程度，可能還需要結(jié)合其他臨床及血生化指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步綜合分析。

本研究存在一些局限性：①樣本量較少，并且是一項單中心研究，可能存在一定選擇偏倚，將來需要擴(kuò)大樣本量進(jìn)行多中心研究；②僅納入結(jié)直腸腺癌和結(jié)直腸腺瘤或息肉病例，并未對其他類型結(jié)直腸良惡性病變進(jìn)行分類研究，今后需要進(jìn)一步分類深入探討；③采用手動勾畫感興趣區(qū)，測量數(shù)值和ROI選擇上存在一定誤差。

綜上所述，DESCT定量參數(shù)對于鑒別結(jié)直腸病變良惡性具有一定的診斷價值，且光譜曲線斜率診斷效能最佳，但是對結(jié)直腸癌分化程度鑒別診斷價值不高。