不同能譜CT特征參數*評估直腸腺癌分化程度的價值評價

吉六舟 孫國運 李紅英 李洪濤 劉義康

直腸癌是常見的消化道惡性腫瘤之一，對人類的健康造成了嚴重的威脅。目前，全球范圍內每年新發病例高達60萬例，發病率和病死率仍不斷升高[1]。對于直腸癌的發生現在尚未完全明確，公認的原因是社會環境、生活飲食習慣和遺傳因素。精神狀態是否良好、內分泌情況正常與否均可能導致直腸癌的發生，年齡和免疫功能也是導致直腸癌發生的因素?；颊哳A后的情況是否良好，主要受有無轉移及組織學類型等方面的因素影響[2]。組織學類型能夠直觀的反應腫瘤的生物學行為，能夠將其作為預后判斷的基本因素之一，與腫瘤的分化程度有著密切的關系，但目前的研究中并無太多關于直腸癌分化程度的研究。

寶石能譜CT是一種新的多參數能量CT，可以生成上百張圖像，且這些圖像均為單能量，同時定量分析基物質，在鑒別腫瘤類型和評判腫瘤等級上有較高的應用價值[3]。本研究重點探討寶石能譜CT在直腸癌分化程度中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2015年1月至2017年9月在孝感市中心醫院診治、經病理證實的120例直腸癌患者，其中男性71例，女性49例；平均年齡(56±10)歲；患者具有便血癥狀，同時排便次數明顯增多，伴有無法正常順利排便的癥狀。將120例患者按照直腸腺癌分化程度將患者分為高分化組(32例)，中分化組(60例，含中-高分化)，低分化組(28例，含中-低分化)。所有患者均簽署知情同意書，本研究經醫院倫理委員會批準。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①在入院接受手術治療前，未經過其他治療；②病理或手術確診為直腸癌；③個人病例資料完整。

(2)排除標準：①腸道準備不充分，圖像存在嚴重偽影；②未進行手術或病理結果不詳。

1.3 儀器設備

采用Discovery CT 750 HD型寶石能譜CT掃描儀(美國GE公司)。

1.4 檢查方法

(1)檢查前準備。包括：①清潔腸道：檢查前2 d進食流食；檢查前一晚，口服番瀉葉3 g，之后12 h不進食；檢查當日空腹；②腸道充盈及低張：蒸餾水2000 ml+20%甘露醇250 ml，90 min內，每次250 ml共9次勻速喝完，對于無禁忌癥的患者，給與鹽酸山莨菪堿10～20 mg，掃描前15～20 min肌注；③掃描前對患者進行呼吸訓練。

(2)檢查方法。采用Discovery CT 750 HD型寶石能譜CT掃描儀，先平掃，然后使用高壓注射器，通過外周靜脈注入碘海醇(300 mg I/ml，1.2 ml/kg)，流速3.0～3.5 ml/s，雙期增強掃描在GSI模式下進行，動靜脈期分別掃描30 s和70 s。

(3)掃描參數。設置管電壓80～140 kVp(0.5 ms瞬時切換)；電流設置為自動管電流；球管轉速0.8 s/rot；準直器寬度為40 mm；螺距設置成1.375∶1；層厚和層距均為5 mm，在掃描結束后自動重建圖像。

1.5 圖像評估與數據測量

使用GSIViewer軟件進行圖像和數據處理，獲取腫瘤組織的能量序列使用Optimal CNR功能，然后將感興趣區域(region of interest，ROI)放在腫瘤病變出的1/2～2/3處，測量病灶處的動靜脈期的以下指標：①40～140 keV間的共11個單能量點的CT值；②碘濃度及水濃度，以及同層面髂外動脈的碘濃度；③能譜曲線。測量3次取平均值，測量時要盡量靠近病灶。根據上述數據分別計算出病灶的能譜曲線斜率K值，即公式1：

標準化碘濃度normalized iodine concentration，NIC)，即公式2：

1.6 統計學方法

采用SPSS 17.0進行統計學分析。分別使用均數±標準差()表示，方差齊性檢驗、單因素方差分析對數據結果進行分析，同時進行組內兩兩比較進行檢驗，檢驗標準為a=0.05。繪制受試者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，根據曲線計算出斜率，NIC診斷的靈敏度和特異度及ROC曲線下面積(area under curve，AUC)，將這些指標進行分析比較。

2 結果

2.1 動靜脈期時3組間不同單能量水平下病灶的CT值

(1)動脈期時。3組在40～80 keV和40～100 keV水平下的CT值具有顯著差異，3組在40 keV、60 keV和100 keV水平下病灶CT值比較差異有統計學意義(F=12.57，F=8.76，F=4.12；P＜0.05)，見表1。

(2)靜脈期時。3組在40～60 keV、40～70 keV、40～60 keV水平下的CT直具有顯著差異，3組在40 keV、60 keV和70 keV水平下病灶CT值比較，差異有統計學意義(F=13.67，F=8.45，F=3.91；P＜0.05)，見表2。

表1 動脈期40～140 keV水平下三組病灶CT值(HU)的比較

表2 靜脈期40～140 keV水平下三組病灶CT值(HU)的比較

表3 三組直腸腺癌基物質濃度值、NIC及斜率K值的比較

2.2 不同分化程度直腸腺癌的基物質濃度值及斜率K值

計算斜率后發現，3組間在低keV水平下具有顯著差異，隨著keV水平的不斷升高，3組間的斜率差別逐漸減小(見表3)。其中，斜率值的高低與分化程度呈反比；在動脈期和靜脈期，3組間的斜率具有統計學意義(F=60.59，F=79.99；P＜0.05)。3組之間的碘濃度和NIC值從大到小依次為低分化組＞中分化組＞高分化組；3組在動脈期和靜脈期的碘濃度比較，差異具有統計學意義(F=12.42，F=51.99；P＜0.05)，但是水濃度結果并無顯著差異。

表4 動脈期NIC和能譜曲線斜率K在各組間的診斷效能

表5 靜脈期NIC和能譜曲線斜率K在各組間的診斷效能

2.3 NIC與斜率K值對3種分化程度直腸腺癌鑒別診斷價值

(1)動脈期。中-高分化組的AUC分別為0.662和0.653，高-低分化組的AUC分別為0.891和0.863，中-低分化組分別為0.591和0.742。在閾值選擇恰當時，診斷的敏感度和特異度分別達到了76%和74%以上；在斜率合適時，診斷的靈敏度和特異度分別達到了77%和79%以上，見表4。

(2)靜脈期。中-高分化組的AUC分別0.704和0.762，高-低分化組的AUC分別為0.875和0.902，中-低分化組的AUC分別為0.592和0.642；當NIC閾值選擇合適時，診斷的靈感度可到達77%以上、特異度在72%以上；當斜率閾值選擇合適時，診斷的靈敏度和特異度分別為86%和70%以上，見表5。

3 討論

寶石CT能譜成像是以物理為基礎利用X射線獲取圖像，進行形態學和組織學的鑒別及數據采集及重建，不僅突破了傳統CT的局限性，還能提供不同的定量信息，能夠幫助快速區分和鑒別腫瘤的發生位置和分化程度，具有很高的應用價值[4-6]。但就目前而言，其在直腸癌分化程度中的應用還很少，因此，本研究針對能譜CT在直腸癌分化程度中的應用進行了初步研究。

寶石能譜CT可以瞬間切換高低能量，同時獲得兩種定向的數據信息，從而確定了40～140 keV范圍內的衰減系數，并且得到了101張圖像，這些圖像均為單能量圖像，可以幫助獲取更為準確的CT值，能夠為評估提供準確且有價值的信息[7]。本研究結果顯示，直腸癌的分化程度與其對應的CT值成反比，在低能量水平時，差異最顯著，隨著能量水平的提高，CT值之間的差異開始逐漸減小。在本研究中，動脈期的3組40～80 keV、40～110 keV和40～100 keV水平下具有顯著差異；靜脈期的3組40～60 keV、40～70 keV和40～60 keV水平下具有顯著差異。本研究結果表明，在術前評估直腸癌分化程度上，低能量水平的CT值具有一定的參考價值。

能譜曲線是一種特殊的曲線，其衰減是跟隨著X射線的變化而進行，這一特殊性由物質的分子結構不同所造成，不同的能量曲線能夠代表不同的物質，因此，不同的物質結構和組織可以用這一特殊的曲線來進行區分，能譜曲線的定量評估可以以斜率K值為評估方法，斜率K值是根據單能量區間的CT值而計算得到[8-9]。在本研究中，研究區間為40～100 keV，通過計算斜率值發現，3組之間的斜率值在圖中的分布從高到低分別為：低分化組＞中分化組＞高分化組；3組的斜率值在動脈期和靜脈期具有顯著差異，這一研究結果與低能量水平組的CT結果高度一致，更進一步表明處于不同分化程度的直腸癌組織的供血功能和CT值也不同，因此可以用能量CT值的曲線差異來區分不同的分化程度。

無論是何種物質，其X射線的吸收系數均由2種物質決定，因此某種物質的衰減情況可以用兩種基物質的濃度來表示，進而將物質分離并對其成分進行分析[10]。CT成像的常規物質是水，碘則可以增強對比，也是常用的一種基物質，將水-碘作為基物質進行物質分離和分析，其結果更加準確客觀[11-12]。本研究中，3種不同分化程度，動靜脈期的碘濃度有顯著差異，且出現了在分化程度低的患者病灶內的碘濃度高的結果；3種不同分化程度，動靜脈期水濃度之間無顯著差異，根據這一結果，研究者認為，保持水濃度不變，觀察碘濃度的變化可能對評估分化程度有幫助；因為腫瘤的攝碘能力與供血血管和微血管密度有著密切關系，高分化的腫瘤組織中，血管的生成速度也是最快的，其相應的奪取能力也最強，如果血管密度太大，組織的供血量也隨之增加。同時也有研究表明，腫瘤分化程度與血管表現的通透性和Patlak血容量呈反比[15-16]。在本研究中，直腸癌患者病灶中的碘濃度和以往的研究結果高度一致，更好的證明了CT成像在直腸癌中的重要價值[13]。為了排除個體差異影響和其他外在因素對研究結果造成的影響，本研究選取的參照為與病灶處于同一層面的髕外動脈，以此排除外在因素對結果造成的偏差，使結果更加真實準確，結果發現，3種不同分化程度的直腸癌的NIC在動靜脈期都具有顯著的統計學差異，并且隨著分化程度的升高，NIC則越低。

能譜曲線反應物質或結構隨X射線能量衰減的變化情況，可以鑒別腫瘤的組織類型，NIC反應腫瘤的分化過程，對腫瘤在病理生理學上進行區分。通過本研究發現，處于不同分化時期的NIC和斜率值在動靜脈期具有顯著差異，并且在動脈期，當NIC閾值選擇合適時，診斷的敏感度和特異度能達到76%和74%以上；當斜率閾值選擇合適時，診斷的靈敏度和特異度均能夠達到77%以上；靜脈期時，當NIC閾值選擇合適，診斷的靈敏度和特異度分別為77%和72%以上；當斜率閾值選擇合適時，診斷的靈敏度和特異度則分別為86%和70%以上。因此，NIC和斜率在評估直腸癌的分化程度中有較高的診斷價值，從而進一步證明了能譜成像在術前評估的可行性和可準確性。

直腸癌在不同的分化時期，其能譜的參數特征也不盡相同，測量40～140 keV，病灶的CT值、碘濃度以及曲線斜率可以為腫瘤的分化程度提供準確且有價值的定量數據信息結果。

參考文獻

[1]王傳彬，程濤.能譜CT等滲甘露醇胃腸低張造影診斷直腸癌分期[J].中國醫學影像學雜志，2015，23(11)：839-843.

[2]LI Daojuan LI，LI Qian LI，Yutong HE.Epidemiological Trends of Colo-rectal Cancer[J].Cancer Res Prev Treat，2015，42(3)：305-310.

[3]吉六舟，孫國運，李洪濤，等.能譜CT等滲甘露醇胃腸低張造影診斷消化道疾病的價值[J].醫學影像學雜志，2013，23(12)：1948-1952.

[4]耿麗莉，孫劃，田貴森，等.口服甘露醇CT低劑量結腸造影的臨床價值[J].中國臨床醫學影像雜志，2011，22(9)：675-677.

[5]白智剛，楊曉光，趙磊，等.增強CT結腸造影在結直腸癌術前評估中的臨床應用研究[J].CT理論與應用研究，2014，23(4)：611-619.

[6]Lv P，Lin XZ，Li J，et al.Differentiation of small hepatic angioma small hepatocellular carcinoma：recently introduced spectral CT method[J].Radiology，2011，259(3)：720-729.

[7]易文中，莊英幟，劉進才，等.口服等滲甘露醇SCT小腸造影診斷小腸腫瘤的臨床研究[J].醫學影像學雜志，2012，22(11)：1946-1950.

[8]Heo SH，Kim JW，Shin SS，et al.Multimodal imaging evaluation in staging of rectal cancer[J].World J Gastroenterol，2014，20(15)：4244-55.

[9]馮蓮崧，植金興，文建軍，等.口服2.5%等滲甘露醇作為腸道對比劑在腹部CT掃描中的應用研究[J].海南醫學，2013，24(19)：2863-2865.

[10]Kim H，Lim JS，Choi JY，et al.Rectal cancer：comparison of accuracy of local-regional staging with two-and-three-dimensional preoperative 3T NiR imaging[J].Radiology，2010，254(2)：485-4.92.

[11]朱少軍，燕麗紅，朱宏，等.分次口服2.5%等滲甘露醇溶液胃腸道分段充盈后的MSCT成像[J].中國醫學影像技術，2013(4)：569-572.

[12]尤徐陽，杜曉慶，吳娜靜，等.口服消旋山莨菪堿及等滲甘露醇的胃腸道準備在18F-FDG PET/CT顯像中的應用[J].中華核醫學與分子影像雜志，2015(6)：451-455.

[13]王傳彬，韋樹華，張萍，等.能譜CT術前定量評估直腸腺癌分化程度的應用價值[J].實用放射學雜志，2017，33(3)：45-52.