進展期非小細胞肺癌的首過法CT灌注可重復性研究

單飛 張志勇 曾蒙蘇 胡潔 白春學

功能成像已越來越多地用于評價腫瘤靶向治療療效，與MRI、PET等相比，CT灌注（CT perfusion, CTP）是臨床最易獲得的評價腫瘤血供的方法[1,2]，在判斷進展期非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）抗血管生成治療療效中具有重要應用前景，但其可重復性尚不明確。本研究試圖探討NSCLC的首過法CTP可重復性，為評價抗血管生成治療療效提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 一般資料 本研究經復旦大學附屬中山醫院醫學倫理委員會批準，每位患者均簽署書面知情同意書。自2008年1月-2008年12月間在本院行CTP檢查，且經病理或細胞學證實的IIIb或IV期NSCLC患者14例。選擇標準：①檢查前未行手術、化療或放療；②無對比劑過敏；③有能力配合檢查；④肺內原發病灶為實性，且最大徑≥1 cm；⑤CTP掃描序列無明顯的圖像呼吸移動。14例患者中，男性8例，女性6例，中位年齡55.5歲（34歲-72歲）；腺癌7例、鱗癌6例、肉瘤樣癌1例；腫瘤最大徑≤3 cm 7例（2.5 cm±0.7 cm），最大徑＞3 cm 7例（5.3 cm±1.6 cm）。

1.2 CTP成像 所有患者采用GE公司的LightSpeed 64機型行CTP檢查。常規呼吸訓練，平掃定位，以病灶最大層面為中心，行首過法同層動態增強檢查，探測器寬度40 mm、5 mm×8層模式，100 kV，120 mA，曝光時間0.5 s，間隔1 s、屏氣31 s、共掃描21次。用雙筒高壓注射器以速率5 mL/s經前臂靜脈注入對比劑50 mL（300 mgI/mL），并跟隨30 mL生理鹽水，延遲6 s-10 s掃描，劑量長度積258.06 mGy·cm。動態增強掃描后，對比劑再次注射50 mL，速率2 mL/s，延遲25 s行全胸增強檢查評價全胸其它情況。圖像傳入ADW 4.3工作站，采用Perfusion 3軟件的體部腫瘤模式分析CTP參數，包括血流量（blood flow,BF）、血容量（blood volume, BV）、對比劑的平均通過時間（mean transit time, MTT）、表面通透性（permeability surface area product, PS）。將輸入動脈感興趣區（region of interest, ROI）設在升、降主動脈或頸總動脈。腫瘤ROI通過手動勾勒包括全瘤，并避開鈣化、較大血管及病灶邊緣，計算所有可測層面的平均灌注值[3]。14例患者在24 h內，以完全相同檢查方法行第二次首過法CTP掃描[3]。所有圖像分析由同一位放射科醫生完成[3]。

1.3 統計學分析 根據腫瘤最大徑，分≤3 cm及>3 cm兩組，采用組內相關系數（intraclass correlation coefficient,ICC）及Bland-Altman法分析[3,4]，通過MedCalc 9軟件完成。ICC判斷標準為數值越接近1，可重復性越好；差，ICC≤0.40；一般，0.40＜ICC≤0.74；很好，ICC>0.75。Bland-Altman法分析首先通過Kendall's tau-b檢驗評價兩次灌注參數的差值與均數有無相關性，如果差值隨均數增大而增大，則對兩次灌注值行自然對數轉換，以符合可重復性假設檢驗要求[3]。Bland-Altman法主要指標為兩次測量值的均數、平均差值、95%一致性區間（95%limits of agreement, 95%LA）、以第二次與首次測量差值相對于首次測量值百分數的可重復性系數（repeatability coefficient，RC=1.98×兩次測量差值的標準差）及RC的95%變化區間[3]。為與既往研究結果對比，還采用組內變異系數（within subject coeffcient of variation, WCV）分析可重復性[3,5]。

2 結果

兩組NSCLC的BF、BV及PS值ICC均＞0.75（范圍0.88-0.96），提示無論腫瘤大小，ICC反映的BF、BV、PS值可重復性均很好；MTT值的ICC分別為0.30、0.59，均＜0.75，說明可重復性差或一般，可認為其不適合判斷抗血管生成治療療效。

經Kendall's tau-b法檢驗，兩組NSCLC兩次CTP參數的差值與均數間均無相關性，P值均＞0.05。BF、BV、MTT、PS值均不需經自然對數轉換，可直接行Bland-Altman法可重復性分析。最大徑≤3 cm NSCLC組各CTP參數的RC均大于＞3 cm組的相應參數RC值。最大徑≤3 cm組BF、BV、MTT、PS值的RC值95%變化區間分別為-39%-53%、-29%-62%、-83%-145%、-57%-98%；＞3 cm組的BF、BV、MTT、PS值的RC值95%變化區間分別為-48%-45%、-33%-26%、-54%-64%、-18%-48%。4個灌注參數的ICC、Bland-Altman法及WCV具體統計參數見表1。

兩組進展期NSCLC的BF及BV值的WCV、ICC及Bland-Altman法結果均提示可重復性良好，可被臨床研究接受（圖1，圖2）。但最大徑≤3 cm組PS值RC的95%變化區間較BF及BV的相應值明顯大，即二次PS的差值相對首次PS值需增大98%，才可認為是藥物效應所致（圖3，4）。因此，雖然≤3 cm組PS值的WCV及ICC值較好，但可重復性并不能接受。

3 討論

抗血管生成療法已成為治療晚期腫瘤的新希望，但療效卻可不表現為腫瘤退縮，故傳統以腫瘤大小為基礎的療效評價標準受到了質疑[5]。研究[6]認為通過RECIST標準測定療效，可低估該類藥物治療的生物學活性。因CTP可無創性評價腫瘤血管生成、MSCT軟硬件的不斷發展，使通過CTP評價抗血管生成類藥物治療晚期腫瘤療效成為研究熱點。CT對比劑的藥物動力學特性表現為碘濃度與CT值高度線性相關，故基于CT動態增強的CTP值應具有高精確性[5]。然而，實際計算受多因素影響，結果并不那么理想。

表 1 進展期NSCLC的CTP可重復性檢驗（n=14）Tab 1 The reproducibility of advanced NSCLC at CTP examination (n=14)

圖 1 進展期NSCLC最大徑＞3 cm組的BV值散點圖（A）及Bland-Altman圖（B）。從A可見兩次參數值在對角線兩側分布較均勻，僅一個點偏離較遠。從B可見7例患者中有1例位于95%LA外，界限內變異最大的點約0.6 mL/100g，相對均值4.4 mL/100g，可重復性可接受。Fig 1 Scatter plot (A) and Bland-Altman agreement plot (B) of difference between the two studies against mean of BV median values from the two studies of measurements in patients with advanced NSCLC (the group of tumor diameter＞3 cm). The closer the plots lie to this line of equality, the better the reproducibility, and only one plot is far away from the diagonal (A). Mean difference is indicated by solid line. Two outer dotted lines represent 95%LA, which define range within which most differences between repeated BV measurements made on the same subject will lie. There was an obvious outlier, and the most variant difference is 0.6 mL/100g, related to average of 4.4 mL/100g in the line of 95%LA, so the reproducibility can be acceptable (B).

圖 2 男性，62歲，左肺上葉鱗癌，Ⅲb期，最大徑約3.5 cm。CTP檢查獲得的參數值變化較小：第一次BV=5.93 mL/100g，BF=84.11 mL·min-1·100g-1；第二次BV=5.37 mL/100g，BF=84.03 mL·min-1·100g-1。Fig 2 A male, 62 years old, stage IIIb, had a squamous cell carcinoma in the left upper lobe, and the diameter was 3.5 cm. The variations of CTP examination were small: BV value was 5.93 mL/100g and BF value was 84.11 mL·min-1·100g-1 in the first scan; BV value was 5.37 mL/100g and BF value was 84.03 mL·min-1·100g-1 in the second scan.

圖 3 進展期NSCLC最大徑≤3 cm組PS值的散點圖（A）及Bland-Altman圖（B）。從A散點圖可見兩次參數值在對角線兩側分布較分散。該Bland-Altman圖縱坐標為PS第二次值相對于首次值的比率，95%變化范圍為0.43-1.98，即第二次相對于首次PS值變化的95%范圍在減低57%至增大98%之間；超過這個區間才能認為兩次PS值不同；界限內變異最大的點對應于第二次較首次增大了98%，對判斷抗血管生成療效而言，可重復性不可接受。Fig 3 Scatter plot (A) and Bland-Altman agreement plot (B) of ratio of the second scan and first scan between the two studies against mean of PS median values from the two studies of measurements in patients with advanced NSCLC (the group of tumor diameter ≤3 cm). The points representing two measurements lie dispersively between two sides of the this line of equality (A). The 95%LA is from 0.43 to 1.98, just means the 95%variation limits of the second PS value is between -57% decreasingly and 98% increasingly, compared to the first scan. The second measurement can be thought different, only if which exceed the 95% LA interval, and the most variant point in the interval is 98% increasingly, so for antiangiogesis therapeutic assessment, the repeatability can not be acceptable (B) .

圖 4 女性，34歲，左肺上葉腺癌，IV期，最大徑約2.1 cm。患者第二次檢查時，定位掃描與動態增強掃描的屏氣程度不一，致掃描未完全覆蓋腫瘤，CTP參數值變化較大，第二次PS值較首次增大了95%，MTT增大了153%，BV、BF值也有較大變化，分別增大了28%及降低了27%。A為第一次CTP，BV=3.46 mL/100g，BF=87.47 mL·min-1·100g-1，MTT=3.11 s，PS=11.75 mL·min-1·100g-1；B為第二次CTP，BV=4.44 mL/100g，BF=64.10 mL·min-1·100g-1，MTT=7.38 s，PS=22.95 mL·min-1·100g-1。Fig 4 A female, 34 years old, stage IV, had a adenocarcinoma in the left upper lobe, and the diameter was 2.1 cm. When the second examination was performed, CTP didn't cover the whole tumor, owing to the different breath holding. The CTP parameters varied much: the second PS value was 95% increasingly, the MTT value was 153% increasingly, the BV value was 28% increasingly, and the BF value decreasingly 27%, compared with the first CT scan. In the first CTP, the BV value was 3.46 mL/100g, the BF value was 87.47 mL·min-1·100g-1, the MTT value was 3.11 s, and the PS value was 11.75 mL·min-1·100g-1 (A). In the second CTP, the BV value was 4.44 mL/100g, the BF value was 64.10 mL·min-1·100g-1, the MTT value was 7.38 s, and the PS value was 22.95 mL·min-1·100g-1 (B) .

3.1 NSCLC的CTP測量誤差和影響可重復性的主要因素NSCLC的CTP固有測量誤差主要來源于兩種：第一種為內源性誤差：包括軟件計算誤差、腫瘤血流灌注的異質性、患者的心輸出量和屏氣狀態；第二種為外源性誤差：如觀察者差異[3,5]。這兩種誤差相對治療前后CTP差異應足夠小，才能減少療效誤判。

具體而言，肺癌CTP測量變異主要來源于以下幾點。首先是設定輸入動脈興趣區（region of interest, ROI）[5]。CTP軟件計算要求選擇輸入動脈，體部臨床應用時一般選擇主動脈代替腫瘤供血動脈。受到對比劑注射及患者CT檢查時不同心輸出量影響，CTP輸入動脈時間-密度曲線（time density curve, TDC）的細微差別，尤其是上升段會影響去卷積法數學計算過程，進而影響計算BF及MTT，最后影響測量值的可重復性[7]。

其次是部分容積效應。胸部CTP檢查時，長時間屏氣造成輸入動脈及腫塊不可避免的呼吸移動。每次檢查時，患者不等的呼吸移動引起CT層面內不同的容積效應，再加上瘤-肺界面由CT值差異極大的腫瘤實質與瘤周空氣構成影響，雖然層厚采用5 mm，但卻不可能完全消除輸入動脈、腫瘤實質及瘤-肺界面的部分容積效應。腫瘤范圍ROI也是重要因素[5]。實際上，即使同一位醫生，因瘤-肺界面不光整及容積灌注測量多個CT層面，手動勾勒多次ROI，會影響到可重復性。

CTP軟件的數學模型也會對可重復性造成重要影響[5]。Goh等[8]研究提示不同數學模型計算出的CTP參數值有較大變異。所以使用不同CTP軟件、不同機型的研究結果具有獨立性，不能相互比較，以保證灌注檢查的可重復性。本研究采用的去卷積軟件分析通過測量對比劑注射后的MTT完成，脈動剩余函數（impulse residue function, IRF）利用已知的輸入動脈和靶組織TDC計算。利用IRF的TDC可計算出灌注參數。但IRF不是一個常量，受到潛在噪聲影響，雖然去卷積模型通過引入常數項來進行校正，但即使在起始數據、輸入動脈及靶組織ROI、觀察者一致的情況下，每次測量值也不一樣，仍有13.2%的變化[5]。Ng等[3]的研究也說明數學模型對灌注參數的影響大。

3.2 分析可重復性的統計方法 以往研究[5]多采用簡單相關或回歸來分析可重復性。但隨后發現運用簡單相關或回歸評價可重復性是不正確的[4,5,9]，易受到極限值影響，高相關性的兩組數可重復性可能并不好[5]。而Bland-Altman法分析對樣本量要求小、對極限值不敏感，結果更加穩定[4,5]。ICC雖然比簡單相關分析更適合于評估可重復性，但高相關性實際上可能并不足以滿足臨床醫療實踐要求的高一致性，必須結合Bland-Altman法的95%LA具體判斷[3,5]。Bland-Altman法較其它統計學方法的優點還在于可定量兩次測量值的變化范圍[4]。RC值的95%變化區間可認為是判斷抗血管生成治療晚期腫瘤療效時，前后兩次CTP無變化的范圍[3]。

3.3 進展期NSCLC的首過法CTP可重復性 已知抗血管生成類藥物治療晚期腫瘤后的血流灌注變化在30%-90%之間，而多數CTP研究的變異系數在15%-30%間。本研究進展期NSCLC的4個CTP參數的WCV值為7%-29%，與Ng等[3]的結果相似，理論上均可運用于監測療效。但我們進一步通過ICC及Bland-Altman法分析發現，只有參數BF及BV的可重復性適合判斷抗血管生成治療療效的需要。

對比最大徑≤3 cm和＞3 cm兩組NSCLC的BF及BV值可重復性分析結果，雖然WCV及ICC值相差不大，但Bland-Altman法分析發現前者的RC及95%變化區間均大于后者，說明≤3 cm組NSCLC的CTP可重復性小于＞3 cm組。這種差異的原因可能是腫瘤血流灌注異質性所致：兩次CTP檢查時，因Z軸覆蓋范圍為4 cm，直徑小的NSCLC會因患者腫瘤定位和動態增強掃描的屏氣程度差異，丟失部分腫瘤區域，對容積灌注計算產生較大影響；直徑較大的腫瘤則因CT掃描仍可覆蓋腫瘤較多部分，故計算出的容積灌注值變異較小。這一現象提示在判斷抗血管生成藥物療效時，如不能實現全瘤灌注，應將NSCLC按腫瘤大小運用不同的可重復性標準區別對待。

本研究的不足之處有以下3點：首先，CT動態增強未延遲至對比劑注射后2 min以上，僅采用首過法掃描。這樣雖可避免長屏氣引起圖像呼吸移動及CTP錯誤計算，但所獲得的PS值不足以反映腫瘤微血管滲透性[10,11]。其次，受到Z軸覆蓋4 cm范圍的限制，本研究無法實現全部病灶的全瘤CT灌注。采用“shuttle”模式CTP或配備更寬探測器的MSCT是解決這一問題的方向。再次，CTP檢查的X線輻射劑量高，首過法動態增強的劑量長度積達到258.06 mGy·cm。但相對于晚期惡性腫瘤患者的放射治療，仍是可以接受的[11]。

總之，去卷積法首過法CTP參數BF及BV可重復性較好。用于評價進展期NSCLC抗血管生成治療療效時，應注意根據腫瘤大小，選擇不同的可重復性標準區別對待。