應用640層動態(tài)能譜CT成像對結直腸腫物的初步研究

遼寧省腫瘤醫(yī)院醫(yī)學影像科，沈陽 遼寧 110042

結直腸癌是全球第3大常見癌癥，僅2018年就有180萬例新診斷患者[1]。結直腸腺瘤是最常見的結直腸良性腫瘤，具有惡變潛能，被認為是一種癌前病變，但是部分結直腸腺瘤表現不典型，并且可能存在假癌性浸潤[2]，傳統(tǒng)CT檢查很難區(qū)分結直腸腺瘤和腺癌。既往研究大多數以結直腸惡性腫瘤分期為主要研究方向[3-4]，很少有鑒別結直腸腺瘤、腺癌以及評估腫瘤病理學分級的報道。結直腸癌的預后不僅取決于早期檢測和治療，而且還與分化程度密切相關，不同分化程度的結直腸癌在流行病學和生物學行為上是不同的，術前準確地評估癌癥分級對制定綜合治療方案及患者預后非常重要[5]。在臨床應用中，傳統(tǒng)CT和結腸鏡檢是診斷結直腸腫物的主要方法，CT檢查無創(chuàng)，無須給予鎮(zhèn)痛劑或鎮(zhèn)靜劑，無嚴重并發(fā)癥，可最大限度地降低結腸鏡檢查的風險。研究表明，多層螺旋CT可有效地檢測結腸腫瘤，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，淋巴結轉移和遠處轉移狀態(tài)，并提供準確的術前TNM分期[6-7]。然而在傳統(tǒng)CT成像對結直腸惡性腫瘤分期分級的研究中缺乏定量參數的測量。動態(tài)能譜CT成像將CT能譜成像及CT灌注成像聯合，在1次掃描1次注藥下，可同時得到能譜參數和灌注參數，解決傳統(tǒng)CT對結直腸疾病檢測的局限性。既往研究報道，能譜CT成像能夠通過其虛擬單色圖像改善圖像質量，并通過其定量材料分解圖像提高診斷良惡性腫瘤的準確率[8-10]。本研究的目的是探討動態(tài)能譜CT成像定量參數對結直腸癌分化程度及與結直腸良惡性腫物鑒別的診斷價值。

1 資料和方法

1.1 研究對象

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。術后病理學檢查結果顯示，腺瘤15例，腺癌69例。病理學分級采用世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）結直腸癌組織學分級標準：1級，高分化腺癌，＞95%腺管生成；2級，中分化腺癌，50%～95%腺管生成；3級，低分化腺癌，0%～49%腺管生成、黏液腺癌及印戒細胞癌；4級，未分化癌。將69例結直腸癌患者根據其術后病理學檢查結果分為兩組：高分化組（n=36）和中低分化組（n=33）。中低分化組包括2例印戒細胞癌，1例絨毛管狀腺癌伴低級別上皮內瘤變。所有患者在手術前均未接受放療、化療等針對惡性腫瘤的系統(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，將病灶放置探測器寬度內（動態(tài)能譜掃描探測器最大范圍16 cm），應用高壓注射器經肘靜脈注入非離子型對比劑（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。注入對比劑后從第7 s開始掃描，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定義為動脈期（arterial phase，AP），44 s定義為門靜脈期（portal venous phase，PP）。患者行CT檢查前8～12 h口服舒泰清（聚乙二醇電解質散劑）清空腸道。在檢查前10 min給予肌肉注射山莨菪堿（20 mg），以減少腸運動，減輕腸痙攣并減少腸道偽影。使用人工球囊將1000～1500 mL的氣體注入結腸以使結腸完全擴張。

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Enhanced image獲得強化效果最好的圖像，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Sync將ROI同步到相應病灶部位的碘圖，得到病灶部位碘值。注意避開腸腔內液體、小氣泡、脂肪組織及小血管，連續(xù)測量3層，取均值作為碘濃度值（iodine value，IC），并通過動態(tài)碘圖分析碘在腫瘤內的擴散過程。所有患者掃描參數一致，為了消除患者間的個體差異，采用標準化IC（normalized IC，NIC）=病灶IC/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行后處理，選擇病灶最大層面的髂外動脈和正常腸壁組織設定ROI，形成兩者的時間-密度曲線（time-density curve，TDC），通過計算形成軸位、矢狀位及冠狀位上的CT灌注偽彩圖，并測量動脈血流量（arterial blood flow，AF）、血容量（blood volume，BV）、表面滲透性（surface permeability，PS）。灌注偽彩圖AF在軸位偽彩圖上進行測量，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，注意避開血管、腫瘤壞死區(qū)及腫瘤邊緣部分，連續(xù)測量3層，取均值作為AF；同時在BV、PS灌注偽彩圖的相應ROI上求得BV、PS值。

1.4 統(tǒng)計學處理

連續(xù)性變量用±s表示，首先采用Kolmogorov-Smimov檢驗行正態(tài)性分析，Levene檢驗進行方差齊性檢驗。分類變量采用χ2或Fisher精確檢驗。采用獨立樣本t檢驗比較各組動脈期和靜脈期中的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ROC曲線的曲線下面積來確定診斷效能。數據分析采用SPSS 17.0軟件完成，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 使用動態(tài)能譜CT成像定量參數評估腺瘤與腺癌

動脈期腺瘤組的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)計學意義（P＜0.001，表1）。

2.2 動態(tài)能譜CT成像定量參數評估高分化腺癌與中低分化腺癌

動脈期及靜脈期的IC和NIC在鑒別高分化腺癌和中低分化腺癌中差異均無統(tǒng)計學意義（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)計學意義（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的比較 （±s）

表1 腺瘤組與腺癌組一般臨床資料和定量參數的比較 （±s）

參數 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動脈期病灶IC/（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IC/（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的比較 （±s）

參數 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動脈期病灶IC/（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IC/（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 使用動態(tài)能譜CT不同指標區(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值。使用IC、NIC、AF、BV、PS評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 使用動態(tài)能譜CT不同指標區(qū)分腺瘤與腺癌的AUC、閾值、靈敏度和特異度

圖1 使用動態(tài)能譜CT不同指標區(qū)分腺瘤與腺癌的ROC曲線

表4 使用動態(tài)能譜CT不同指標區(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 使用動態(tài)能譜CT不同指標區(qū)分高分化腺癌與中低分化腺癌的ROC曲線

圖3 乙狀結腸高分化腺癌CT動態(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現能譜成像或灌注成像其中一種成像方式。動態(tài)能譜成像使用特有的16 cm容積能譜能實現電影能譜功能，在一次掃描一次注藥下，即可進行全身各器官全時相實時動態(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，真實地反映病理生理學變化，得到精準的診斷結果。動態(tài)能譜成像在一次采集中同時采集兩個不同光子光譜的數據集，可同時得到碘圖和灌注參數。這些參數可以用于評估結直腸癌的血流動力學特征，為臨床醫(yī)師提供更多的診斷信息。

結直腸腺瘤是腺癌重要的癌前病變，病理學上異型增生、腺瘤、腺癌的演變過程約為10年[11]。目前關于結直腸腺瘤的研究多基于形態(tài)學表現，臨床工作中，腺瘤與腺癌形態(tài)學表現存在重疊，并且部分腺瘤存在假癌性浸潤，即腺體結構浸潤到黏膜下層甚至肌層內，因此僅依據傳統(tǒng)形態(tài)學表現對腺瘤和腺癌進行準確鑒別有時存在困難。能譜CT掃描是采用兩個球管同時掃描，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量，并通過其定量材料分解圖像使得病變內部差異完全顯示，從而定量反映出病灶組織密度、強化方式等。IC及NIC反映能譜增強CT掃描中不同組織對碘的攝取能力并且可以準確地量化其濃度[13]，間接反映腫瘤細胞的狀態(tài)及病灶血流動力學改變。結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)計學意義（P＜0.001），使用靜脈期NIC=3.52作為閾值時區(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。本研究認為，結直腸腺瘤與腺癌的血供均較豐富，在動脈期掃描時相內，對比劑迅速進入結節(jié)，但結節(jié)未充盈完全，所以腺瘤組與腺癌組動脈期IC及NIC差異無統(tǒng)計學意義。而腺癌細胞分化不成熟，細胞生長快，新生血管不成熟，微血管處于受壓狀態(tài)，相應部位微循環(huán)障礙，在靜脈期對比劑充分充盈病灶內部，故腺瘤組與腺癌組病灶內部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]對胃癌分化程度的研究結果一致，胃癌靜脈期IC及NIC與腫瘤分化程度均有一定的相關性，而動脈期不同分化程度IC值之間差異無統(tǒng)計學意義。張夏等[15]使用能譜曲線對甲狀腺癌和頸部轉移淋巴結的研究認為，靜脈期甲狀腺正常組織、惡性結節(jié)、良性結節(jié)的能譜曲線斜率差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），而動脈期差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。灌注參數反映腫瘤內部的血管密度、BV及毛細血管通透性，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)計學意義（P＜0.05），使用AF=175.13 mL/（min·100 g）作為閾值時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具有更高的診斷價值。分析以上原因，雖然結直腸腺癌新生血管較腺瘤多，理論上組織血流較豐富，病灶IC較高，但是一方面由于腺癌細胞分化不成熟，與腺瘤相比細胞功能不全。另一方面腺癌細胞生長快，新生血管不成熟，微血管處于受壓狀態(tài)，相應部位微循環(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，增強后病灶內對比劑滯留時間較長，導致腺瘤組的IC、NIC、AF和BV明顯高于腺癌組，而PS明顯低于腺癌組。

目前關于結直腸腺癌分化程度的研究主要集中于利用表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）值來預測腫瘤的分化程度，但對其結果仍存在一定的爭議[12]。腫瘤灌注成像作為一種功能性成像方法，可以檢測腫瘤內微血管生成和分布情況，反映腫瘤內部的血流灌注狀況，能夠幫助分析腫瘤的生物學特性，對腫瘤的診斷和療效評價有重要意義[16-17]。本次研究結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)計學意義（P＜0.01）。灌注成像是一種功能成像，依賴于腫瘤內血管生成，不同組織或同一疾病不同分化程度腫瘤內的血管密度不同，得到的灌注參數值不同，本研究結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，腫瘤的血液供應就越豐富。BV值在鑒別高分化腺癌和中低分化腺癌時有更高的AUC，與之前研究結果相符[18]。有研究表明，使用能譜成像中腫瘤內的碘分布值區(qū)分結直腸高分化腺癌和中低分化腺癌有診斷意義[19]。而本研究結果顯示高分化組腺癌的動脈期IC、靜脈期IC及NIC的絕對值均低于中低分化腺癌組，但差異無統(tǒng)計學意義（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，腫瘤細胞對碘的攝取能力的差異要小于腺瘤和腺癌之間的差異。此結果與某些能譜CT的研究[19-20]結果不一致，可能與使用的掃描方式、能譜算法、納入患者的構成不同等因素有關，有待進一步研究。

本研究存在一些局限性。首先，納入樣本量較少，需進一步擴大樣本量，以驗證本研究所得結果。其次，在低分化組中，僅包括低分化的結腸腺癌，2例印戒細胞癌及1例絨毛管狀腺癌伴低級別上皮內瘤變，代表性不全面。

動態(tài)能譜CT成像，可使用多個定量參數評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，其術前評估結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。