雙層探測(cè)器光譜CT多參數(shù)評(píng)估直腸腺癌病理腫瘤分期的價(jià)值

陳維翠，周思繁，鄭吳熙，張漢良，盧健燁，林韻穎，黃偉康，陳加良

廣東省中醫(yī)院（廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院）放射科，廣東 廣州 510120；*通信作者 陳維翠 chenweicui@126.com

結(jié)直腸癌居全球常見(jiàn)腫瘤第3位，約30%來(lái)源于直腸[1]。近年來(lái)，我國(guó)結(jié)直腸癌的發(fā)病率呈上升趨勢(shì)[2]。腫瘤浸潤(rùn)腸壁深度，即腫瘤（tumor，T）分期是影響直腸癌預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[3]。美國(guó)國(guó)家綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)指南[4]指出，新輔助放化療+手術(shù)是中低位局部進(jìn)展期直腸癌的首選治療方式。因此，術(shù)前準(zhǔn)確判斷T分期，有助于臨床制訂個(gè)性化治療方案，改善患者預(yù)后。雙層探測(cè)器光譜CT（dual-layer spectral detector computed tomography，DLSCT）利用上、下兩層探測(cè)器對(duì)不同能級(jí)的X線進(jìn)行轉(zhuǎn)化，一次掃描即可同時(shí)獲取常規(guī)CT和雙能量信息[5]，如碘密度（iodine density，ID）圖、虛擬單能量（virtual monoenergetic images，VMI）圖、有效原子序數(shù)（effective atomic number，Z-eff）圖等，這些參數(shù)圖可以精確量化組織在能量學(xué)范疇的差異，反映病灶本質(zhì)特征。本研究利用DLSCT多參數(shù)（VMI、Z-eff和ID）圖對(duì)直腸腺癌（rectal adenocarcinoma，RA）T分期進(jìn)行判斷，并測(cè)量、比較Z-eff與ID值在不同病理T分期中的差異，擬評(píng)估DLSCT在判斷RA病理T分期中的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 回顧性收集2021年5月—2022年3月廣東省中醫(yī)院RA患者78例，年齡34～87歲，平均（62.58±11.18）歲，男52例，女26例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前1周內(nèi)接受DLSCT平掃、動(dòng)脈期（arterial phase，AP）及靜脈期（venous phase，VP）增強(qiáng)掃描；②經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)為RA，無(wú)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移；③全程未接受新輔助放化療或其他抗腫瘤藥物治療（本研究中pT3及pT4期患者未接受新輔助放化療而直接手術(shù)與以下因素有關(guān)：術(shù)前判斷T分期不準(zhǔn)確，誤判為T(mén)2期；患者強(qiáng)烈要求手術(shù)，拒不接受新輔助放化療）。排除標(biāo)準(zhǔn)：①CT和（或）臨床資料不完整；②有黏液腺癌或另一種組織病理學(xué)類(lèi)型；③圖像質(zhì)量差、偽影嚴(yán)重；④CT圖像無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別病灶。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（BE2023-142），豁免患者知情同意。

1.2 儀器與方法

1.2.1 CT圖像采集 采用Philips IQon Spectral CT行平掃、AP及VP掃描?；颊呷⊙雠P位，頭先進(jìn)，掃描范圍包含盆腔。掃描參數(shù)：管電壓120 kVp，自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)管電流，準(zhǔn)直器寬度0.6×64 mm，X線管旋轉(zhuǎn)速度0.4 s/周，螺距1.1。以2.5 ml/s注射對(duì)比劑（碘普羅胺，370 mg/ml，拜耳），劑量1.5 ml/kg。當(dāng)腹主動(dòng)脈CT值達(dá)到200 Hu時(shí)，通過(guò)團(tuán)注追蹤法觸發(fā)AP掃描。AP結(jié)束后約35 s為VP開(kāi)始時(shí)間。光譜圖像及傳統(tǒng)圖像重建參數(shù)：層厚1 mm，層間距1 mm。

1.2.2 CT圖像后處理 通過(guò)迭代重建技術(shù)獲得常規(guī)120 kVp混合能量圖像（polyenergetic image，PI）后，將平掃、AP及VP的光譜基底圖像傳輸至Philips IntelliSpace Portal工作站進(jìn)行后處理，生成Z-eff、VMI及ID圖像。

1.2.3 CT圖像分析及光譜參數(shù)測(cè)量 由2名具有10年以上消化系統(tǒng)診斷經(jīng)驗(yàn)的影像醫(yī)師在對(duì)病理結(jié)果未知的情況下獨(dú)立對(duì)圖像進(jìn)行分析及測(cè)量。

CT圖像分析：2名醫(yī)師分別對(duì)120 kVp PI和DLSCT多參數(shù)圖像進(jìn)行分析，判斷臨床腫瘤（clinical tumor，cT）分期。第一次評(píng)估僅120 kVp PI可用。第二次評(píng)估有DLSCT多參數(shù)（VMI、Z-eff和ID）圖可用。由于消化道腫瘤增強(qiáng)峰值在門(mén)靜脈期，有利于T分期，故2名醫(yī)師一致選擇VP的光譜圖像進(jìn)行評(píng)估，兩次評(píng)估間隔1個(gè)月，結(jié)論不一致時(shí)協(xié)商決定。以術(shù)后病理腫瘤（pathological tumor，pT）分期為“金標(biāo)準(zhǔn)”，結(jié)果記錄為升期、降期或一致。

光譜參數(shù)測(cè)量：測(cè)量腫瘤平掃期Z-eff值，雙期像碘濃度（iodine concentration，IC）值。選取病灶最大徑線所在層面勾畫(huà)感興趣區(qū)并盡可能多地覆蓋病灶，避開(kāi)囊變壞死、鈣化、血管及周?chē)窘M織。為避免個(gè)體差異，測(cè)量同層面的髂總/髂內(nèi)/髂外動(dòng)脈IC值，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度值（normalized iodine concentration，NIC）：NIClesion= IClesion/ICartery。

1.2.4 病理組織學(xué)分析 采用美國(guó)癌癥聯(lián)合委員會(huì)第8版結(jié)直腸癌分期標(biāo)準(zhǔn)[6]對(duì)患者進(jìn)行術(shù)后pT分期，根據(jù)腫瘤侵犯腸壁的深度分為pTis、pT1、pT2、pT3及pT4。根據(jù)有無(wú)區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及數(shù)量分為pN0、pN1及pN2。pTis～2且pN0定義為早期直腸癌，pT3～4或pN1～2定義為局部進(jìn)展期RA。

1.2.5 直腸癌CT分期標(biāo)準(zhǔn)[7]T1～2期：腫瘤局限于腸壁內(nèi)，腸壁外緣光滑，腸周脂肪間隙清晰；T3期：腫瘤突破腸壁，腸壁外緣毛躁，腸周脂肪間隙渾濁；T4期：腫瘤與臟腹膜分界不清或直接侵犯鄰近器官。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0及MedCalc 12.7.2軟件。計(jì)數(shù)資料以例數(shù)表示，采用χ2檢驗(yàn)比較120 kVp PI及DLSCT多參數(shù)圖評(píng)估T分期的準(zhǔn)確度。采用Kappa一致性檢驗(yàn)評(píng)價(jià)2名醫(yī)師對(duì)RA T分期評(píng)估的一致性。計(jì)量資料根據(jù)是否符合正態(tài)分布以±s或M（Qr）表示。采用單因素方差分析或Kruskal-Wallis檢驗(yàn)比較Z-eff、NICAP及NICVP在pT1～2、pT3及pT4期RA的差異。使用Spearman相關(guān)分析評(píng)估以上3個(gè)參數(shù)與pT分期的相關(guān)性，采用受試者工作特征（ROC）曲線分析3個(gè)參數(shù)的診斷效能并確定最佳閾值。各參數(shù)曲線下面積（AUC）比較采用Delong檢驗(yàn)。DLSCT多參數(shù)測(cè)量的一致性采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）進(jìn)行評(píng)價(jià)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 臨床與病理資料 低、中及高位RA分別為10、29及39例。pT1、pT2、pT3及pT4期分別為4、16、42及16例。pN0、pN1及pN2期分別為38、27及13例。

2.2 120 kVp PI與DLSCT多參數(shù)圖術(shù)前評(píng)估T分期的準(zhǔn)確度 2名醫(yī)師利用120 kVp PI及DLSCT多參數(shù)圖術(shù)前評(píng)估T分期一致性較好（Kappa=0.762、0.848，P均<0.01）。

DLSCT多參數(shù)圖術(shù)前評(píng)估pT分期的總準(zhǔn)確度（χ2=9.628，P=0.002）、 pT1～2期（χ2=6.667，P=0.01）及pT3期（χ2=4.525，P=0.033）的準(zhǔn)確度均顯著高于120 kVp PI。兩者評(píng)估pT4期的準(zhǔn)確度均為100%，見(jiàn)表1、圖1～3。

表1 DLSCT多參數(shù)圖與120 kVp PI術(shù)前評(píng)估RA患者T分期的準(zhǔn)確度

圖1 男，64歲，高位RA，病理T1期。A～D分別為VP 120 kVp PI、VMI40 keV、ID及Z-eff圖。直腸上段腔內(nèi)見(jiàn)一結(jié)節(jié)狀腫物（箭），PI圖無(wú)法確定腫瘤是否侵犯肌層；VMI40 keV圖示腫瘤與周?chē)M織對(duì)比度好；ID圖示腫瘤攝取碘；Z-eff圖示腫瘤呈淺藍(lán)色，肌層呈黃色；DLSCT多參數(shù)圖提示病灶位于黏膜下層，并準(zhǔn)確評(píng)估此患者為T(mén)1期

圖2 女，54歲，中位RA，病理T2期。A～D分別為VP 120 kVp PI、VMI40 keV、ID及Z-eff圖。直腸腔內(nèi)見(jiàn)不規(guī)則腫物（箭），腸壁外層欠光整，PI圖錯(cuò)誤評(píng)估為T(mén)3期；VMI40 keV圖示病灶與周?chē)M織對(duì)比度好；ID和Z-eff圖示腫瘤并未突破腸壁外層，并準(zhǔn)確評(píng)估此患者為T(mén)2期

圖3 男，41歲，中位RA，病理T3期。A～D分別為VP 120 kVp PI、VMI40 keV、ID及Z-eff圖。直腸右側(cè)壁不規(guī)則增厚（箭），PI圖示腸壁外緣毛躁，見(jiàn)不規(guī)則結(jié)節(jié)影，結(jié)節(jié)強(qiáng)化不明顯，無(wú)法確定是腫瘤還是炎癥纖維組織；VMI40 keV圖示腸壁右側(cè)脂肪間隙密度明顯增高、渾濁；ID圖示結(jié)節(jié)有碘攝??；Z-eff圖示結(jié)節(jié)呈藍(lán)綠色，與腫瘤灶相連，腸周脂肪呈黃色；DLSCT多參數(shù)圖提示腫瘤突破固有肌層向周?chē)?rùn)，并準(zhǔn)確評(píng)估此患者為T(mén)3期

2.3 DLSCT多參數(shù)測(cè)量的一致性分析 2名醫(yī)師對(duì)腫瘤平掃期Z-eff值[ICC=0.912（95%CI0.776～0.965）]，雙期增強(qiáng)IC值[ICC=0.838（95%CI0.635～0.932）、0.936（95%CI0.846～0.974）]，以及主動(dòng)脈雙期增強(qiáng)IC值[ICC=0.967（95%CI0.917～0.987）、0.972（95%CI0.930～0.989）]的測(cè)量具有較好的一致性。

2.4 DLSCT多參數(shù)與T分期的關(guān)系 Z-eff、NICAP及NICVP值在不同pT分期中差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均<0.01），3個(gè)參數(shù)與pT分期均呈正相關(guān)（r=0.371、0.367及0.363，P均<0.01），見(jiàn)表2。

表2 Z-eff、NICAP及NICVP與RA患者病理T分期的關(guān)系（±s）

表2 Z-eff、NICAP及NICVP與RA患者病理T分期的關(guān)系（±s）

注：Z-eff：平掃期有效原子序數(shù)；NICAP：動(dòng)脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度；NICVP：靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度；RA：直腸腺癌

病理T分期參數(shù)T1～2（n=20）T3（n=42）T4（n=16）F值P值r值P值Z-eff 7.24±0.07 7.30±0.06 7.31±0.05 6.456 <0.01 0.371 0.003 0.004 NICVP 0.27±0.06 0.32±0.06 0.34±0.08 12.698 <0.01 0.363 0.002 NICAP 0.10±0.04 0.13±0.05 0.16±0.05 11.029<0.01 0.367

2.5 DLSCT多參數(shù)術(shù)前判斷pT3～4期RA的ROC曲線分析Z-eff、NICAP及NICVP值術(shù)前診斷pT3～4期RA的AUC兩兩比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均>0.05）；以7.23、0.10及0.31為診斷閾值時(shí)，敏感度及特異度見(jiàn)表3。

表3 DLSCT多參數(shù)術(shù)前判斷pT3～4期RA的效能

3 討論

3.1 術(shù)前評(píng)估RA的T分期的意義 腫瘤分期既是影響直腸癌預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，也是決定臨床治療策略的關(guān)鍵。2023版中國(guó)臨床腫瘤學(xué)會(huì)結(jié)直腸癌診療指南[8]建議，T1～2N0M0患者可直接行直腸癌根治術(shù)，而T3～4和（或）N+患者（經(jīng)MRI評(píng)估腫瘤下極距肛緣12 cm以內(nèi)）需同步放化療后再手術(shù)，兩者的治療方案截然不同。MRI軟組織分辨力高，是目前評(píng)估直腸癌T分期的主要方法[9]；但其并不能準(zhǔn)確區(qū)分腸壁周?chē)俳Y(jié)締組織增生反應(yīng)的炎癥浸潤(rùn)（pT2）和包含腫瘤細(xì)胞的癌性侵犯（pT3）[10]。Cai等[11]研究發(fā)現(xiàn)，MRI對(duì)直腸癌pT分期的總體診斷符合率為70%，約20%的患者分期過(guò)度，9%的患者分期不足。Arndt等[12]研究表明，MRI對(duì)T1～2N0的直腸癌診斷符合率僅為35%。精準(zhǔn)化醫(yī)療發(fā)展方向?qū)εR床醫(yī)師精準(zhǔn)評(píng)估直腸癌T分期提出了更高要求。近年興起的DLSCT是基于探測(cè)器水平對(duì)X線中的高、低能級(jí)光子進(jìn)行轉(zhuǎn)換，重建能量圖像，真正實(shí)現(xiàn)了“同時(shí)、同源、同向”的能譜成像。鄭文霞等[13]的研究證實(shí)，DLSCT ID測(cè)量的細(xì)胞外容積在評(píng)估結(jié)直腸癌神經(jīng)、血管及淋巴管浸潤(rùn)方面具有可行性。譚晶文等[14]利用DLSCT對(duì)直腸癌術(shù)前T分期進(jìn)行評(píng)價(jià)，但僅利用VMI圖對(duì)T分期進(jìn)行評(píng)估，且未對(duì)直腸癌原發(fā)灶的光譜參數(shù)值進(jìn)行分析。因此，本研究擬分析DLSCT多參數(shù)圖提高RA術(shù)前T分期的準(zhǔn)確度、幫助對(duì)不同的pT分期進(jìn)行鑒別的可能性。

3.2 DLSCT多參數(shù)圖對(duì)直RA術(shù)前pT分期的評(píng)估價(jià)值本研究結(jié)果顯示，利用VP VMI40keV、Z-eff和ID圖判斷pT分期的總準(zhǔn)確度為88.46%，pT1～2期為80%，pT3期為88.1%，均較120kVp PI顯著提高。相關(guān)研究表明，VMI40keV的信噪比和對(duì)比噪聲比均明顯高于常規(guī)圖像[15-16]，在直腸癌[14]及食管癌[17]術(shù)前評(píng)估中有助于提高T分期的準(zhǔn)確度。Z-eff代表構(gòu)成組織元素的原子序數(shù)的組合[5]。由于腫瘤組織與正常組織物質(zhì)組成成分不同，微量元素濃度不同，Z-eff偽彩圖能增加腫瘤鄰近或侵犯組織界面的對(duì)比度[18]。ID圖反映了組織局部的血流灌注情況，由于腫瘤組織血流灌注相對(duì)周?chē)＝M織較高，ID圖有助于早期發(fā)現(xiàn)病灶。Hsu等[19]研究證實(shí)ID和Z-eff圖可提高上呼吸道腫瘤分期的準(zhǔn)確度。本研究表明，DLSCT多參數(shù)圖能清晰顯示直腸癌的邊界及腫瘤侵犯腸壁結(jié)構(gòu)的層次，有助于提高RA術(shù)前T分期的準(zhǔn)確度。

3.3 不同pT分期RA原發(fā)灶光譜參數(shù)值的特點(diǎn) 本研究首先對(duì)不同醫(yī)師測(cè)量的RA及主動(dòng)脈平掃期Z-eff及雙期增強(qiáng)IC值進(jìn)行一致性分析，為本研究的方法建立了可信度。本研究發(fā)現(xiàn)，不同T分期的RA平掃期Z-eff、NICAP及NICVP值有顯著差異，且隨著T分期的升高逐漸增大；ROC曲線分析顯示，Z-eff在判斷pT3～4期RA的AUC高于NICAP和NICVP，但無(wú)顯著差異，提示Z-eff、NICAP及NICVP值的診斷效能相當(dāng)。Z-eff是DLSCT最重要的功能參數(shù)之一，其圖像的像素值代表所顯示組織的有效原子數(shù)，可用于進(jìn)行物質(zhì)檢測(cè)、鑒別及分離。Hsu等[19]發(fā)現(xiàn)原發(fā)性頭頸部鱗狀細(xì)胞癌較正常組織的Z-eff值增大。王晗等[20]研究表明，直腸癌腸周脂肪癌性浸潤(rùn)的Z-eff值顯著高于炎性浸潤(rùn)的Z-eff值。IC也是DLSCT的重要功能參數(shù)，能定量反映組織血容量、血管通透性等病理生理變化[21]。AP的IC值主要反映組織的毛細(xì)血管密度和血供特點(diǎn)，而VP的IC值則體現(xiàn)了血管內(nèi)、外的血液分布和對(duì)比劑滯留情況[22]。Wang等[23]研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌IC/NIC值明顯高于非病理性增厚的腸壁組織，提示結(jié)腸癌腫瘤組織的血供較正常腸壁更豐富。病理研究證實(shí)，結(jié)直腸癌微血管密度與腫瘤浸潤(rùn)腸壁深度顯著相關(guān)，侵及漿膜層的腫瘤微血管密度明顯高于未侵及漿膜層的腫瘤[24]。綜上所述，筆者推測(cè)，由于pT3～4期RA腫瘤浸潤(rùn)腸壁深度較深，侵犯范圍廣，需要豐富的血供以支持腫瘤侵襲性的生物學(xué)行為；且pT3～4期RA內(nèi)部微環(huán)境復(fù)雜，腫瘤異質(zhì)性明顯，故pT3～4期RA表現(xiàn)為較大的Z-eff和NIC值。

3.4 本研究的局限性 ①為單中心、回顧性研究，存在選擇偏移；②僅研究了直腸癌中最常見(jiàn)的組織學(xué)類(lèi)型腺癌，未納入其他少見(jiàn)的組織學(xué)類(lèi)型；③未對(duì)組織標(biāo)本進(jìn)行微血管密度的檢測(cè)；④未與MRI進(jìn)行比較。

總之， DLSCT多參數(shù)圖能提高RA術(shù)前T分期的準(zhǔn)確度，平掃期Z-eff及雙期增強(qiáng)NIC值有助于鑒別pT1～2期及pT3～4期RA，為DLSCT在直腸癌中的應(yīng)用提供了更多的證據(jù)。