雙層探測器光譜CT在評估食管癌分化程度及脈管神經侵犯中的應用價值

鄭歡歡，劉松，朱妍，李茗，張海龍，魏曉磊

(南京大學醫學院附屬鼓樓醫院 醫學影像科，江蘇 南京 210008)

食管癌是我國常見的消化道惡性腫瘤之一[1]。腫瘤的病理特征是評估病灶惡性程度的重要指標。研究證實，食管癌分化程度的高低、有無脈管神經侵犯是判斷腫瘤侵襲性的重要依據[2]，具有低分化程度或脈管神經侵犯的患者顯示出較差的預后和較高的復發風險[3- 4]。雖然對食管癌的確診仍舊依賴于術后病理，但是術前準確預測食管癌分化程度及脈管神經侵犯對臨床決策和預后評估具有重要意義。既往研究表明，CT 能譜成像可評估食管癌的病理分級及放化療療效[5- 6]，能夠在降低輻射劑量的同時提供高對比噪聲比及信噪比的優質量圖像[7]。光譜CT基于立體雙層探測器，完善了能量及能譜測量多參數分析技術，實現了對腫瘤性質進一步的精準分析[8]。本研究旨在探討雙層探測器光譜CT在術前評估食管癌分化程度及脈管神經侵犯中的應用價值，為臨床治療決策的選擇及預后的評估提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取本院2019年10月至2021年1月收治的食管病變患者，臨床上表現為進食后吞咽困難數日及數月不等，經術后病理證實為食管癌，收集術前胸部增強CT影像及臨床病理資料。本研究已獲得南京大學醫學院附屬鼓樓醫院醫學倫理委員會批準(編號2018- 163- 01)。病例納入標準：(1) 手術切除病理證實為食管癌；(2) 治療前行胸部雙層探測器光譜CT增強檢查，動脈期采用能譜掃描模式；(3) 具有完整的臨床資料，分化程度及脈管神經侵犯等病理學資料齊全。排除標準：(1) 術前接受放化療等治療；(2) 術前CT圖像上病灶因呼吸運動偽影等因素而無法清晰顯示。本研究最終納入47例患者，其中男40例，女7例，年齡48～78歲，平均(65 ± 7.3)歲。

1.2 設備與掃描方法

納入患者均行雙層探測器光譜CT(IQon spectral CT, Philips Healthercare, the Nethererlands)胸部增強檢查。掃描參數如下：管電壓120 kVp，管電流采用自動管電流控制技術，螺距1.016，準直器寬度40 mm，球管轉速0.5 s·周-1，矩陣512×512，掃描層厚5 mm，重建層厚1 mm。對比劑采用碘佛醇(320 mgI· ml-1，江蘇恒瑞醫藥股份有限公司)，總量80 ml，流率3 ml·s-1，并以相同的流率加注20 ml生理鹽水，注射完成后延遲30 s進行胸部增強掃描。

掃描完成后重建得到兩種圖像：一種采用混合迭代重建法得到傳統 120 kVp混合能量圖像(polyenergetic image, PI)；另一種采用投影空間光譜重建法得到全息光譜圖像(spectral based image, SBI)。

1.3 CT圖像后處理及測量分析

利用Philips SpDS圖像工作站(Spectral Diagnostic Suite 9.0, Philips Healthcare, the Netherlands)將動脈期SBI圖像生成40～70 keV(間隔10 keV)不同能級水平的虛擬單能量圖像(virtual monoenergetic image，VMI)、碘密度圖、無水碘圖、有效原子序數圖及多模態融合圖。由2名分別有5年和8年消化道腫瘤診斷經驗的放射科醫師采用雙盲法共同觀察所有圖像，對圖像分析有異議的情況下，兩人通過協商達到一致。腫瘤感興趣區(region of interest，ROI)選取原則：(1) 選取軸位上顯示腫瘤的最大層面；(2) 放置的橢圓形ROI盡可能包含腫瘤實性成分，同時避開腫瘤壞死、囊變部分、食管管腔及鄰近組織結構。在同一患者的圖像中保持ROI范圍大小相同，測量光譜CT特征值，分別測量 3 次，取平均值。

1.4 統計學處理

正態分布計量資料以均數±標準差表示，非正態分布以中位數(四分位數)表示；不同分化程度組間食管癌碘密度圖、無水碘圖、有效原子序數圖及40～70 keV VMI參數值比較前先行方差分析，方差齊則采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD檢驗，方差不齊則使用Welch法，兩兩比較采用 Wilcoxon秩和檢驗。采用獨立樣本t檢驗(正態分布參數)或Mann- WhitneyU檢驗(非正態分布參數)比較食管癌低分化組與中- 高分化組以及不同脈管神經狀態間光譜CT參數值的差異。采用受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析光譜CT特征鑒別食管癌的不同分化程度(低vs.中- 高)、有無脈管神經侵犯的效能。應用SPSS 22.0統計軟件處理數據，ROC曲線分析采用MedCalc軟件。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 入組食管癌患者病理特征

納入47例食管癌患者，其中食管鱗狀細胞癌44例，腺癌1例，腺- 鱗形細胞癌1例(腺癌成分50%，鱗狀細胞癌成分50%)，混合型神經內分泌- 腺癌1例；低分化9例(19%)，中分化34例(72%)，高分化4例(9%)；脈管浸潤陽性18例(38%)，陰性29例(62%)；神經侵犯陽性16例(34%)，陰性31例(66%)。1例71歲男性食管鱗狀細胞癌患者的光譜CT圖像見圖1，病理證實中分化，有脈管浸潤，無神經侵犯。

紅色橢圓形為ROI；圖A～G分別為120 kVp混合能量圖像(PI)、40～60 keV 虛擬單能級圖像(VMI)、碘密度、無水碘及有效原子序數圖，可顯示病灶位于食管胸下段(白箭頭)；圖H為120 kVp PI與50 keV VMI能譜模態融合圖；圖I分別為50 keV VMI下，正常食管壁與食管癌病灶的能譜曲線、直方圖及散點圖，可直觀反映食管癌與正常食管壁CT值的差異；圖J為病理圖(HE ×100)圖1 典型食管鱗狀細胞癌患者的光譜CT圖像

2.2 不同分化程度及脈管神經侵犯與光譜CT特征的相關性

單因素方差分析結果顯示，低、中、高分化組患者間年齡及性別差異均無統計學意義(P值分別為0.091、0.599)。除120 kVp PI和70 keV VMI(P值分別為0.160、0.066)外，40～60 keV VMI、碘密度、無水碘濃度及有效原子序數值光譜CT特征在3組不同分化程度食管癌患者間差異均有統計學意義(均P<0.05)，見表1。

表1 光譜CT參數在不同食管癌分化程度間的差異

食管癌低分化組與中- 高分化組以及不同脈管神經狀態間光譜CT參數值的差異見表2。其中，低分化組中病灶的40～70 keV VMI、碘密度、無水碘濃度及有效原子序數值均顯著高于中- 高分化組(均P<0.05)。食管癌光譜CT特征在有無神經侵犯以及脈管與神經同時侵犯組間差異均有統計學意義(均P< 0.05)。食管癌脈管侵犯與光譜CT特征無關(均P>0.05)。

表2 不同分化程度及脈管神經狀態間光譜CT多參數值的比較

2.3 光譜CT參數預測不同分化程度及脈管神經侵犯的診斷效能

ROC曲線分析顯示，病灶40～70 keVVMI、碘密度、無水碘濃度、有效原子序數及120 kVp PI值在評估食管癌不同分化程度、有無神經侵犯以及脈管與神經同時侵犯時均具有良好的診斷效能，曲線下面積(area under the curve，AUC)值范圍0.711～0.890，見表3。當碘密度圖的閾值為1.17 mg·ml-1時，診斷食管癌低分化患者的價值最高，AUC為0.775，敏感性為52.6%，特異性為100.0%；以94.0 HU作為50 keV VMI的閾值時，診斷食管癌患者有神經侵犯的AUC為0.890，敏感性為68.7%，特異性為96.8%；以80.8 HU作為60 keV VMI的閾值時，診斷脈管與神經同時侵犯的AUC為0.804，敏感性為87.5%，特異性為69.2%。光譜CT參數對食管癌有無脈管侵犯診斷的AUC值較低。見圖2。

表3 不同分化程度及脈管神經侵犯光譜CT參數的ROC分析

A.碘密度1.17 mg·ml-1鑒別食管癌低分化與中- 高分化的ROC曲線；B.50 keV VMI診斷食管癌有無神經侵犯的ROC曲線；C.60 keV VMI診斷食管癌有無脈管神經同時侵犯的ROC曲線圖2 光譜CT參數預測不同分化程度及脈管神經侵犯的ROC曲線

3 討 論

與常規CT 相比，光譜CT可提供多種成像模式及多參數能譜定量分析方法，如不同能級水平的虛擬單能量圖像、碘濃度、無水碘濃度及有效原子序數圖等，為術前病灶的定位定性[9- 11]及治療后監測病灶的復發轉移[12- 14]提供更多有價值的信息。

腫瘤分化程度對食管癌治療方案的選擇及預后的評估均具有重要影響[2]，分化差的食管癌與腫瘤切除術后早期復發和死亡有關，并且在多模式治療后發生遠處轉移的風險較高[15]。本研究發現，隨著食管癌分化程度的降低，病灶的40～60 keV VMI、碘密度、無水碘濃度及有效原子序數值均逐漸升高，這與既往學者研究CT能譜與食管癌病理分級的結果[16- 17]相一致。原因可能是腫瘤新生血管的數目及通透性可直接影響病灶的碘攝取程度，食管癌的分化程度越低惡性程度則越高，腫瘤新生血管相應增多，病灶攝碘增多，導致病灶CT值升高[18]。

近年來，不少研究表明光譜CT在顯示病灶、評估腫瘤侵襲性及預后方面均具有潛在優勢[10,12- 13]，但對食管癌方面的研究仍較少。Ma等[19]研究發現，有效原子序數在食管腺癌中顯著高于鱗狀細胞癌，動脈期及靜脈期對兩者鑒別診斷的AUC分別為0.661、0.982。本研究也進一步發現，低分化食管癌的40～70 keV VMI、碘密度、無水碘濃度及有效原子序數值均顯著高于中- 高分化者，對鑒別低、中- 高分化食管癌的價值均較高。 理論上，食管癌不同病理類型及同一類型的不同分化程度中，腫瘤內部物質成分存在異質性，光譜CT特征使數據能譜化，可輔助判定物質成分，定量分析差異，也許有助于術前評估食管癌的病理特征。

雙層探測器光譜CT從探測器角度進行能量分離，在原始數據空間行反相關噪聲抑制，基本達到全能譜恒定的低水平噪聲。當單能級水平無限接近于碘k緣(33.2 keV)時，碘急劇衰減，碘等高原子序數物質的CT值相應明顯增高[20]，因此，低單能級水平圖像在提高對比劑CT值及軟組織分辨率的基礎上，使病灶的顯示得到了優化。本研究發現，在光譜CT特征的分析中，病灶的40～70 keV VMI、碘密度、無水碘濃度、有效原子序數及120 kVp PI值在食管癌有無神經侵犯及神經脈管同時侵犯患者組間差異均具有統計學意義，其中50 keV VMI下病灶的CT值在區分神經有無侵犯時的診斷價值最高。因此，可選擇50 keV VMI作為診斷食管癌有無神經侵犯的最佳單能量圖像。另外，Zopfs等[21]最近發現，在光譜 CT特征中，碘密度圖及40～60 keV VMI具有術前顯示食管癌脈管侵犯的價值，但本研究未發現光譜CT特征與單獨食管癌脈管侵犯有關系，目前光譜CT特征對臨床評估食管癌脈管侵犯的應用價值尚不明確，仍需大量研究進一步驗證。

本研究存在的不足：(1) 本研究為單中心回顧性研究，樣本數相對較少且不統一，病理類型主要以鱗狀細胞癌為主，研究結果需要更大的樣本量(包含其他病理類型的食管腫瘤)進一步驗證；(2) ROI選取位置與術后病理取材位置未逐一對應；(3) 本研究僅對動脈期圖像進行分析，未研究靜脈期圖像，且未與正常食管壁的光譜CT特征進行對照統計分析。

綜上所述，雙層探測器光譜CT特征可用于評估食管癌分化程度及脈管神經侵犯。病灶的碘密度值對腫瘤分化程度、50 keV VMI對神經侵犯以及60 keV VMI對脈管神經同時侵犯的診斷價值最高，可為臨床治療決策及預后評估提供相應參考。