光譜CT多參數(shù)成像術(shù)前預(yù)測結(jié)腸癌神經(jīng)及脈管侵犯狀態(tài)的價(jià)值

劉思佳,趙 衛(wèi),胡繼紅,李青青,楊亞英

結(jié)腸癌是消化道最常見的惡性腫瘤之一,據(jù)2020年全球癌癥統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示,結(jié)腸癌居全球惡性腫瘤發(fā)病率及死亡率的第5位[1]。神經(jīng)侵犯(perineural invasion,PNI)及脈管侵犯(lymphovascular invasion,LVI)作為影響結(jié)腸癌患者預(yù)后的高危因素,可能與腫瘤的轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)相關(guān)[2]。目前,結(jié)腸癌臨床治療主要采取以手術(shù)為主的多學(xué)科綜合治療,術(shù)前內(nèi)鏡活檢或常規(guī)增強(qiáng)CT檢查在評(píng)估結(jié)腸癌PNI及LVI狀態(tài)時(shí)均存在局限性,往往需要通過手術(shù)病理獲得,具有一定滯后性。有研究表明PNI和LVI是Ⅰ期結(jié)腸癌復(fù)發(fā)的不良預(yù)后因素[3],此類患者根治性切除術(shù)后應(yīng)定期進(jìn)行隨訪,必要時(shí)加以輔助化療;而對(duì)于Ⅱ期結(jié)腸癌患者,PNI及LVI則是國內(nèi)外指南推薦進(jìn)行術(shù)后輔助化療的指征[4-5]。因此,若術(shù)前能有效預(yù)測結(jié)腸癌PNI及LVI狀態(tài),對(duì)患者風(fēng)險(xiǎn)分層的判定和個(gè)體化治療計(jì)劃的制定具有重要意義。雙層探測器光譜CT作為新一代能量CT,與既往基于球管端實(shí)現(xiàn)能量掃描的能譜CT不同,光譜CT基于上、下兩層探測器采集能量數(shù)據(jù),檢查前無需進(jìn)行雙能量掃描預(yù)判,沒有器官和掃描視野的限制,通過常規(guī)掃描流程便可獲得包含各種能譜信息的SBI數(shù)據(jù)包,并且“同源、同時(shí)、同向”的成像特點(diǎn)保證了采集到的高、低能兩套數(shù)據(jù)集在空間和時(shí)間上完全配準(zhǔn),有助于大幅度降低能譜圖像的噪聲,提高能量數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性[6-7]。既往研究發(fā)現(xiàn)光譜CT定量參數(shù)在預(yù)測喉腫物良惡性、乳腺癌免疫組化表達(dá)及鑒別結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)等方面具有一定臨床價(jià)值[8-10],但利用光譜CT多參數(shù)預(yù)測結(jié)腸癌PNI及LVI狀態(tài)的研究鮮有報(bào)道。本研究旨在探討光譜CT各定量參數(shù)術(shù)前預(yù)測結(jié)腸癌PNI及LVI狀態(tài)的價(jià)值。

材料與方法

1.研究對(duì)象

搜集昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院2021年9月至2022年9月經(jīng)術(shù)后病理確診為結(jié)腸癌的75例患者的病例資料。病例納入標(biāo)準(zhǔn):①術(shù)后病理證實(shí)為結(jié)腸癌,且明確神經(jīng)脈管侵犯情況;②術(shù)前2周內(nèi)行光譜CT增強(qiáng)掃描;③術(shù)前未行放療、化療等新輔助治療。病例排除標(biāo)準(zhǔn):①臨床、病理或CT資料不完整;②CT圖像質(zhì)量差、偽影重,觀察受限;③CT圖像上腫瘤可視性差,不足以繪制感興趣區(qū)(ROI)。排除僅行內(nèi)鏡檢查而未行根治性外科手術(shù)者5例、術(shù)前化療者4例及術(shù)后臨床病理資料不完整者2例,最終本研究納入64例結(jié)腸癌患者,其中男31例,女33例,年齡31～90歲,平均(61.7±12.9)歲。將存在PNI和/或LVI設(shè)為PNI/LVI陽性組,共29例(其中神經(jīng)和脈管同時(shí)侵犯者21例,單獨(dú)神經(jīng)侵犯者2例,單獨(dú)脈管侵犯者6例);將無PVI和LNI設(shè)為PNI/LVI陰性組,共35例。本研究通過昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)審批(2022倫審L第112號(hào))。

2.檢查方法

采用荷蘭Philips IQon Spectral雙層探測器光譜CT對(duì)患者進(jìn)行胸腹聯(lián)合增強(qiáng)掃描,CT檢查前患者禁食4～6 h,掃描范圍自肺尖至雙側(cè)坐骨結(jié)節(jié)水平。掃描參數(shù):管電壓120 kVp,采用自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù),螺距1.016,準(zhǔn)直器寬度64×0.625 mm,線管轉(zhuǎn)速0.5 s/r,矩陣512×512,掃描層厚5 mm,重建層厚1 mm。增強(qiáng)掃描采用對(duì)比劑智能追蹤閾值自動(dòng)觸發(fā)技術(shù),觸發(fā)點(diǎn)設(shè)在膈頂水平,觸發(fā)閾值為140 HU,達(dá)到閾值后6 s掃描動(dòng)脈期、30 s掃描靜脈期。對(duì)比劑采用非離子型對(duì)比劑碘海醇(濃度350 mg I/mL),劑量1.5 mL/kg,注射流率3.0 mL/s。

3.圖像后處理及數(shù)據(jù)測量

將結(jié)腸癌患者光譜CT增強(qiáng)掃描動(dòng)脈期、靜脈期圖像的SBI數(shù)據(jù)包調(diào)入光譜后處理工作站,得到相應(yīng)的虛擬單能級(jí)圖、碘濃度圖及有效原子序數(shù)圖,在腫瘤實(shí)體顯示最大層面(避開瘤內(nèi)血管結(jié)構(gòu)及腫瘤壞死區(qū)域)及同層面腹主動(dòng)脈或髂動(dòng)脈勾畫感興趣區(qū),瘤灶感興趣區(qū)直徑大于腫瘤厚度的1/2。每個(gè)瘤灶測量3次并取其平均值,盡量保證不同期相勾畫的感興趣區(qū)位置、大小一致。測量參數(shù):①動(dòng)、靜脈期40 keV及90 keV單能級(jí)圖像上瘤灶的CT值,表示為CT40keV、CT90keV;②動(dòng)、靜脈期瘤灶的光譜曲線斜率λ,λ=(CT40keV-CT90keV)/50;③動(dòng)、靜脈期瘤灶及同層面腹主動(dòng)脈或髂動(dòng)脈的碘濃度(iodine concentration,IC)值;④動(dòng)、靜脈期瘤灶的標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度(normalized iodine concentration,NIC)值,NIC=瘤灶I(lǐng)C值/同層面腹主動(dòng)脈或髂動(dòng)脈IC值;⑤動(dòng)、靜脈期瘤灶及同層面腹主動(dòng)脈或髂動(dòng)脈的有效原子序數(shù)(Z-effective,Zeff);⑥動(dòng)、靜脈期瘤灶的標(biāo)準(zhǔn)化有效原子序數(shù)(normalized Z-effective,NZeff),NZeff=瘤灶Zeff/同層面腹主動(dòng)脈或髂動(dòng)脈Zeff。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.兩組結(jié)腸癌患者臨床及病理資料比較

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示,結(jié)腸癌PNI/LVI陽性組與陰性組之間T分期、分化程度及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05),陽性組傾向于T分期更高、分化程度更差;兩組間年齡、性別、腫瘤部位及CEA差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05,表1)。T分期中腫瘤以T3期為主,占比約為72%(46/64);分化程度以中分化為主,占比為50%(32/64)。

表1 兩組結(jié)腸癌患者臨床及病理資料比較 (例)

2.兩組結(jié)腸癌患者光譜CT定量參數(shù)比較

PNI/LVI陽性組的動(dòng)脈期和靜脈期光譜CT定量參數(shù)CT40keV、IC、NIC、Zeff、NZeff及λ均高于PNI/LVI陰性組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05 ),兩組間動(dòng)靜脈期的CT90keV差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05,表2,圖1、2)。

表2 兩組結(jié)腸癌患者光譜CT參數(shù)比較

圖1 患者,男,67歲,結(jié)腸肝曲癌并PNI/LVI陽性,動(dòng)脈期軸面腹部光譜CT圖像。a)40 keV單能級(jí)圖像,病灶CT值為184.6 HU;b)90 keV單能級(jí)圖像,病灶CT值為64.8 HU;c)碘濃度圖,病灶碘濃度為1.68 mg/mL;d)有效原子序數(shù)圖,病灶有效原子序數(shù)為8.23。圖2 患者,男,71歲,升結(jié)腸癌并PNI/LVI陰性,動(dòng)脈期軸面腹部光譜CT圖像。a)40 keV單能級(jí)圖像,病灶CT值為164.9 HU;b)90 keV單能級(jí)圖像,病灶CT值為66.0 HU;c)碘濃度圖,病灶碘濃度為1.38 mg/mL;d)有效原子序數(shù)圖,病灶有效原子序數(shù)為8.09。

3.光譜CT各定量參數(shù)預(yù)測結(jié)腸癌PNI/LVI狀態(tài)的效能

結(jié)腸癌PNI/LVI陽性組與陰性組間光譜CT定量參數(shù)的ROC曲線分析結(jié)果顯示,動(dòng)脈期CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff及靜脈期NIC、NZeff的診斷效能較高(AUC值為0.737～0.783),其中以動(dòng)脈期IC的診斷效能最佳,閾值為1.31 mg/mL時(shí),其AUC為0.783,敏感度為82.76%,特異度為65.71%。(表3,圖3)。

表3 光譜CT各定量參數(shù)預(yù)測結(jié)腸癌PNI/LVI狀態(tài)的效能

圖3 a)動(dòng)脈期光譜CT各參數(shù)預(yù)測結(jié)腸癌PNI/LVI狀態(tài)的ROC曲線;b)靜脈期光譜CT各參數(shù)預(yù)測結(jié)腸癌PNI/LVI狀態(tài)的ROC曲線。

4.各亞組結(jié)腸癌患者光譜CT定量參數(shù)比較

為減少T分期、分化程度及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況對(duì)結(jié)果的干擾,同時(shí)驗(yàn)證PNI/LVI狀態(tài)與光譜CT定量參數(shù)的相關(guān)性,本研究將T分期、分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素中占比最多的研究對(duì)象進(jìn)一步分為T3期亞組(46例)、中分化亞組(32例)和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移亞組(35例)。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示,相同T3期結(jié)腸癌中,PNI/LVI陽性組的動(dòng)脈期光譜參數(shù)CT40keV、CT90keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff和靜脈期CT40keV、λ、IC、NIC 、Zeff、NZeff均高于陰性組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05 ),兩組間靜脈期CT90keV差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,表4);中分化亞組結(jié)腸癌中,PNI/LVI陽性組的動(dòng)靜脈期光譜參數(shù)CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff均高于陰性組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05 ),兩組間動(dòng)靜脈期CT90keV差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,表5)。

表4 T3期亞組結(jié)腸癌光譜CT參數(shù)比較

表5 中分化亞組結(jié)腸癌光譜CT參數(shù)比較

在發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的結(jié)腸癌亞組中,PNI/LVI陽性組的動(dòng)脈期光譜參數(shù)CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff和靜脈期NIC 、NZeff均高于陰性組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05 ),兩組間動(dòng)脈期CT90keV、NZeff和靜脈期CT40keV、CT90keV、λ、IC、Zeff差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05,表6)。

表6 淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移亞組結(jié)腸癌光譜CT參數(shù)比較

ROC曲線分析結(jié)果顯示,各亞組動(dòng)脈期光譜CT參數(shù)預(yù)測結(jié)腸癌PNI/LVI狀態(tài)的效能高于靜脈期,其中T3期亞組中,動(dòng)脈期CT40keV、CT90keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff預(yù)測PNI/LVI的AUC分別為0.812、0.674、0.830、0.839、0.814、0.807、0.690(圖4a);中分化亞組中,動(dòng)脈期CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff預(yù)測PNI/LVI的AUC分別為0.818、0.862、0.872、0.895、0.806、0.727(圖4b);淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移亞組中,動(dòng)脈期CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff預(yù)測PNI/LVI的AUC分別為0.780、0.835、0.846、0.771、0.833(圖4c)。

討 論

結(jié)腸癌發(fā)病率及死亡率在我國呈上升趨勢(shì),影響結(jié)腸癌患者預(yù)后的因素除TNM分期外,還與腫瘤PNI及LVI狀態(tài)相關(guān)[2-3,11],PNI指癌細(xì)胞侵犯腫瘤周圍的神經(jīng)細(xì)胞或神經(jīng)纖維,LVI指血管和/或淋巴管中癌栓形成或癌細(xì)胞侵犯淋巴血管壁[12],是癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散的重要途徑。本研究結(jié)果顯示,結(jié)腸癌PNI/LVI陽性組發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)更高,與既往研究報(bào)道一致[13]。此外,PNI及LVI陽性患者的預(yù)后較差,術(shù)后往往需要進(jìn)行輔助化療。MRI軟組織分辨率高,在直腸癌壁外血管侵犯評(píng)估中已得到廣泛應(yīng)用,但其檢查時(shí)間較長、受呼吸及腸管蠕動(dòng)影響較大,掃描結(jié)腸時(shí)圖像質(zhì)量會(huì)受到一定程度影響,因此很難獲得高分辨率的MR圖像來準(zhǔn)確評(píng)估局部結(jié)腸癌的病變特征,目前在結(jié)腸癌壁外血管侵犯評(píng)估中的效果差強(qiáng)人意。MSCT具有掃描速度快、受腸蠕動(dòng)及呼吸運(yùn)動(dòng)影響小、便于進(jìn)行三維重建等優(yōu)點(diǎn),已成為目前結(jié)腸癌術(shù)前評(píng)估的首選影像學(xué)檢查方法。常規(guī)增強(qiáng)CT以觀察腫瘤形態(tài)學(xué)為主,在評(píng)估結(jié)腸癌PNI及LVI狀態(tài)時(shí)存在局限性。光譜CT多參數(shù)成像在常規(guī)CT的基礎(chǔ)上,提供了能譜曲線、碘濃度、有效原子序數(shù)等定量指標(biāo),可對(duì)腫瘤異質(zhì)性的大量組織學(xué)特征進(jìn)行量化分析,從而為疾病的治療及預(yù)后提供參考信息[14]。Chen等[15]研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌原發(fā)灶光譜CT定量參數(shù)Zeff、λ和NIC可用于預(yù)測腫瘤病理分期和組織學(xué)分級(jí),但其未納入對(duì)PNI、LVI的研究。Ren等[16]的研究顯示胃癌PNI/LVI陽性組腫瘤原發(fā)灶動(dòng)脈期和靜脈期的IC、NIC、Zeff和NZeff高于PNI/LVI陰性組,在術(shù)前預(yù)測胃癌PNI/LVI方面具有一定價(jià)值。本研究結(jié)果顯示,光譜CT動(dòng)脈期、靜脈期相關(guān)定量參數(shù)(CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff)有助于預(yù)測結(jié)腸癌PNI及LVI狀態(tài),動(dòng)脈期參數(shù)的預(yù)測效能優(yōu)于靜脈期。

病理血管生成被認(rèn)為是實(shí)體腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素,而結(jié)直腸癌與血管生成密切相關(guān),腫瘤組織通常比正常腸壁組織具有更大的血管生成活性[17]。光譜CT利用物質(zhì)分離技術(shù)對(duì)碘含量進(jìn)行測定得到IC值,可以精確反映病變組織對(duì)碘對(duì)比劑的吸收,從而間接反映病變的血供情況,可在一定程度上反映病變的血管密度、腫瘤活性和侵襲性[15,18]。有效原子序數(shù)是從原子序數(shù)引申而來的概念,可以反映物質(zhì)的X線吸收衰減情況,光譜CT在人體成像時(shí),通過計(jì)算機(jī)后處理得到人體組織的有效原子序數(shù)圖并測量有效原子序數(shù)大小,進(jìn)而區(qū)分物質(zhì)成分[19]。本研究結(jié)果顯示,結(jié)腸癌PNI/LVI陽性組動(dòng)脈期、靜脈期的IC值、Zeff值均高于陰性組,其中以動(dòng)脈期IC的AUC最大,為0.783,診斷閾值為1.31 mg/mL時(shí),敏感度為82.76%,特異度為65.71%,可作為評(píng)估結(jié)腸癌PNI/LVI狀態(tài)的重要依據(jù)。基于高能和低能兩組數(shù)據(jù)計(jì)算出來的虛擬單能級(jí)圖像,相當(dāng)于單一能量射線下的CT圖像,隨著能級(jí)水平減小,碘的衰減逐漸增加,低能級(jí)圖像可提高血管的CT值和組織對(duì)比度,使病變顯示更加明顯。既往研究報(bào)道40 keV虛擬單能級(jí)圖像可提高胃腸道病變的檢出率[20]及直腸癌術(shù)前T分期的準(zhǔn)確率[21]。能譜曲線以單能級(jí)為橫坐標(biāo),以CT值為縱坐標(biāo),從而獲得具有物質(zhì)特異性的曲線,根據(jù)曲線形態(tài)及斜率的不同可對(duì)病灶組織成分差異進(jìn)行鑒別[22]。本研究中結(jié)腸癌病灶動(dòng)脈期、靜脈期40 keV時(shí)的CT值及40～90 keV的能譜曲線斜率λ均與PNI/LVI狀態(tài)相關(guān),PNI/LVI陽性組腫瘤原發(fā)灶的CT40keV、λ均高于陰性組,動(dòng)脈期CT40keV、λ預(yù)測PNI/LVI的AUC分別為0.737、0.773,靜脈期分別為0.667、0.678。

同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn),在相同T分期或相同分化程度或均發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的前提下,結(jié)腸癌PNI/LVI陽性組與陰性組之間的光譜參數(shù)差異仍存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,ROC曲線分析結(jié)果顯示動(dòng)脈期各參數(shù)預(yù)測PNI/LVI狀態(tài)的AUC多達(dá)0.8以上。分析原因,可能在于T分期、分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、PNI/LVI均是影響腫瘤侵襲性及惡性程度的指標(biāo),當(dāng)前三個(gè)因素合并PNI/LVI陽性時(shí),腫瘤侵襲性更強(qiáng)、惡性程度更高,與PNI/LVI陰性組光譜CT參數(shù)的差異也更加顯著。

本研究存在以下局限性:首先是樣本量較小,研究所得數(shù)據(jù)可能存在一定偏差,今后將擴(kuò)大樣本量繼續(xù)研究;其次,本研究僅確定了光譜CT定量參數(shù)與結(jié)腸癌神經(jīng)脈管侵犯狀態(tài)的相關(guān)性,沒有涉及患者預(yù)后信息,后續(xù)需要擴(kuò)大樣本量并進(jìn)行隨訪,從而評(píng)估結(jié)腸癌患者術(shù)前的惡性程度和預(yù)后情況,為臨床提供更多指導(dǎo)信息。

綜上所述,光譜CT動(dòng)脈期、靜脈期各定量參數(shù)在術(shù)前預(yù)測結(jié)腸癌PNI/LVI狀態(tài)方面具有一定價(jià)值,可為臨床制定診療方案和評(píng)估預(yù)后提供一定參考依據(jù)。