不同能譜CT特征參數(shù)*評(píng)估直腸腺癌分化程度的價(jià)值評(píng)價(jià)

吉六舟 孫國(guó)運(yùn) 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(duì)人類的健康造成了嚴(yán)重的威脅。目前，全球范圍內(nèi)每年新發(fā)病例高達(dá)60萬(wàn)例，發(fā)病率和病死率仍不斷升高[1]。對(duì)于直腸癌的發(fā)生現(xiàn)在尚未完全明確，公認(rèn)的原因是社會(huì)環(huán)境、生活飲食習(xí)慣和遺傳因素。精神狀態(tài)是否良好、內(nèi)分泌情況正常與否均可能導(dǎo)致直腸癌的發(fā)生，年齡和免疫功能也是導(dǎo)致直腸癌發(fā)生的因素。患者預(yù)后的情況是否良好，主要受有無(wú)轉(zhuǎn)移及組織學(xué)類型等方面的因素影響[2]。組織學(xué)類型能夠直觀的反應(yīng)腫瘤的生物學(xué)行為，能夠?qū)⑵渥鳛轭A(yù)后判斷的基本因素之一，與腫瘤的分化程度有著密切的關(guān)系，但目前的研究中并無(wú)太多關(guān)于直腸癌分化程度的研究。

寶石能譜CT是一種新的多參數(shù)能量CT，可以生成上百?gòu)垐D像，且這些圖像均為單能量，同時(shí)定量分析基物質(zhì)，在鑒別腫瘤類型和評(píng)判腫瘤等級(jí)上有較高的應(yīng)用價(jià)值[3]。本研究重點(diǎn)探討寶石能譜CT在直腸癌分化程度中的應(yīng)用價(jià)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(yī)院診治、經(jīng)病理證實(shí)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(shí)排便次數(shù)明顯增多，伴有無(wú)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(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①在入院接受手術(shù)治療前，未經(jīng)過(guò)其他治療；②病理或手術(shù)確診為直腸癌；③個(gè)人病例資料完整。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①腸道準(zhǔn)備不充分，圖像存在嚴(yán)重偽影；②未進(jìn)行手術(shù)或病理結(jié)果不詳。

1.3 儀器設(shè)備

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

1.4 檢查方法

(1)檢查前準(zhǔn)備。包括：①清潔腸道：檢查前2 d進(jìn)食流食；檢查前一晚，口服番瀉葉3 g，之后12 h不進(jìn)食；檢查當(dāng)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(nèi)，每次250 ml共9次勻速喝完，對(duì)于無(wú)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(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)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(guò)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(qiáng)掃描在GSI模式下進(jìn)行，動(dòng)靜脈期分別掃描30 s和70 s。

(3)掃描參數(shù)。設(shè)置管電壓80～140 kVp(0.5 ms瞬時(shí)切換)；電流設(shè)置為自動(dòng)管電流；球管轉(zhuǎn)速0.8 s/rot；準(zhǔn)直器寬度為40 mm；螺距設(shè)置成1.375∶1；層厚和層距均為5 mm，在掃描結(jié)束后自動(dòng)重建圖像。

1.5 圖像評(píng)估與數(shù)據(jù)測(cè)量

使用GSIViewer軟件進(jìn)行圖像和數(shù)據(jù)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(qū)域(region of interest，ROI)放在腫瘤病變出的1/2～2/3處，測(cè)量病灶處的動(dòng)靜脈期的以下指標(biāo)：①40～140 keV間的共11個(gè)單能量點(diǎn)的CT值；②碘濃度及水濃度，以及同層面髂外動(dòng)脈的碘濃度；③能譜曲線。測(cè)量3次取平均值，測(cè)量時(shí)要盡量靠近病灶。根據(jù)上述數(shù)據(jù)分別計(jì)算出病灶的能譜曲線斜率K值，即公式1：

標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度normalized iodine concentration，NIC)，即公式2：

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。分別使用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示，方差齊性檢驗(yàn)、單因素方差分析對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，同時(shí)進(jìn)行組內(nèi)兩兩比較進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為a=0.05。繪制受試者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，根據(jù)曲線計(jì)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(biāo)進(jìn)行分析比較。

2 結(jié)果

2.1 動(dòng)靜脈期時(shí)3組間不同單能量水平下病灶的CT值

(1)動(dòng)脈期時(shí)。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(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=12.57，F(xiàn)=8.76，F(xiàn)=4.12；P＜0.05)，見表1。

(2)靜脈期時(shí)。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(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=13.67，F(xiàn)=8.45，F(xiàn)=3.91；P＜0.05)，見表2。

表1 動(dòng)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(zhì)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(zhì)濃度值及斜率K值

計(jì)算斜率后發(fā)現(xiàn)，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(dòng)脈期和靜脈期，3組間的斜率具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=60.59，F(xiàn)=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(dòng)脈期和靜脈期的碘濃度比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=12.42，F(xiàn)=51.99；P＜0.05)，但是水濃度結(jié)果并無(wú)顯著差異。

表4 動(dòng)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(duì)3種分化程度直腸腺癌鑒別診斷價(jià)值

(1)動(dòng)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(dāng)時(shí)，診斷的敏感度和特異度分別達(dá)到了76%和74%以上；在斜率合適時(shí)，診斷的靈敏度和特異度分別達(dá)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(dāng)NIC閾值選擇合適時(shí)，診斷的靈感度可到達(dá)77%以上、特異度在72%以上；當(dāng)斜率閾值選擇合適時(shí)，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(chǔ)利用X射線獲取圖像，進(jìn)行形態(tài)學(xué)和組織學(xué)的鑒別及數(shù)據(jù)采集及重建，不僅突破了傳統(tǒng)CT的局限性，還能提供不同的定量信息，能夠幫助快速區(qū)分和鑒別腫瘤的發(fā)生位置和分化程度，具有很高的應(yīng)用價(jià)值[4-6]。但就目前而言，其在直腸癌分化程度中的應(yīng)用還很少，因此，本研究針對(duì)能譜CT在直腸癌分化程度中的應(yīng)用進(jìn)行了初步研究。

寶石能譜CT可以瞬間切換高低能量，同時(shí)獲得兩種定向的數(shù)據(jù)信息，從而確定了40～140 keV范圍內(nèi)的衰減系數(shù)，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(zhǔn)確的CT值，能夠?yàn)樵u(píng)估提供準(zhǔn)確且有價(jià)值的信息[7]。本研究結(jié)果顯示，直腸癌的分化程度與其對(duì)應(yīng)的CT值成反比，在低能量水平時(shí)，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(dòng)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(jié)果表明，在術(shù)前評(píng)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(jià)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(jìn)行，這一特殊性由物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不同所造成，不同的能量曲線能夠代表不同的物質(zhì)，因此，不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和組織可以用這一特殊的曲線來(lái)進(jìn)行區(qū)分，能譜曲線的定量評(píng)估可以以斜率K值為評(píng)估方法，斜率K值是根據(jù)單能量區(qū)間的CT值而計(jì)算得到[8-9]。在本研究中，研究區(qū)間為40～100 keV，通過(guò)計(jì)算斜率值發(fā)現(xiàn)，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(dòng)脈期和靜脈期具有顯著差異，這一研究結(jié)果與低能量水平組的CT結(jié)果高度一致，更進(jìn)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(lái)區(qū)分不同的分化程度。

無(wú)論是何種物質(zhì)，其X射線的吸收系數(shù)均由2種物質(zhì)決定，因此某種物質(zhì)的衰減情況可以用兩種基物質(zhì)的濃度來(lái)表示，進(jìn)而將物質(zhì)分離并對(duì)其成分進(jìn)行分析[10]。CT成像的常規(guī)物質(zhì)是水，碘則可以增強(qiáng)對(duì)比，也是常用的一種基物質(zhì)，將水-碘作為基物質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)分離和分析，其結(jié)果更加準(zhǔn)確客觀[11-12]。本研究中，3種不同分化程度，動(dòng)靜脈期的碘濃度有顯著差異，且出現(xiàn)了在分化程度低的患者病灶內(nèi)的碘濃度高的結(jié)果；3種不同分化程度，動(dòng)靜脈期水濃度之間無(wú)顯著差異，根據(jù)這一結(jié)果，研究者認(rèn)為，保持水濃度不變，觀察碘濃度的變化可能對(duì)評(píng)估分化程度有幫助；因?yàn)槟[瘤的攝碘能力與供血血管和微血管密度有著密切關(guān)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(yīng)的奪取能力也最強(qiáng)，如果血管密度太大，組織的供血量也隨之增加。同時(shí)也有研究表明，腫瘤分化程度與血管表現(xiàn)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(jié)果高度一致，更好的證明了CT成像在直腸癌中的重要價(jià)值[13]。為了排除個(gè)體差異影響和其他外在因素對(duì)研究結(jié)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(dòng)脈，以此排除外在因素對(duì)結(jié)果造成的偏差，使結(jié)果更加真實(shí)準(zhǔn)確，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種不同分化程度的直腸癌的NIC在動(dòng)靜脈期都具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，并且隨著分化程度的升高，NIC則越低。

能譜曲線反應(yīng)物質(zhì)或結(jié)構(gòu)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(yīng)腫瘤的分化過(guò)程，對(duì)腫瘤在病理生理學(xué)上進(jìn)行區(qū)分。通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)，處于不同分化時(shí)期的NIC和斜率值在動(dòng)靜脈期具有顯著差異，并且在動(dòng)脈期，當(dāng)NIC閾值選擇合適時(shí)，診斷的敏感度和特異度能達(dá)到76%和74%以上；當(dāng)斜率閾值選擇合適時(shí)，診斷的靈敏度和特異度均能夠達(dá)到77%以上；靜脈期時(shí)，當(dāng)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(dāng)斜率閾值選擇合適時(shí)，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(píng)估直腸癌的分化程度中有較高的診斷價(jià)值，從而進(jìn)一步證明了能譜成像在術(shù)前評(píng)估的可行性和可準(zhǔn)確性。

直腸癌在不同的分化時(shí)期，其能譜的參數(shù)特征也不盡相同，測(cè)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(zhǔn)確且有價(jià)值的定量數(shù)據(jù)信息結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]王傳彬，程濤.能譜CT等滲甘露醇胃腸低張?jiān)煊霸\斷直腸癌分期[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)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(guó)運(yùn)，李洪濤，等.能譜CT等滲甘露醇胃腸低張?jiān)煊霸\斷消化道疾病的價(jià)值[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)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(jié)腸造影的臨床價(jià)值[J].中國(guó)臨床醫(yī)學(xué)影像雜志，2011，22(9)：675-677.

[5]白智剛，楊曉光，趙磊，等.增強(qiáng)CT結(jié)腸造影在結(jié)直腸癌術(shù)前評(píng)估中的臨床應(yīng)用研究[J].CT理論與應(yīng)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(jìn)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(yī)學(xué)影像學(xué)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(duì)比劑在腹部CT掃描中的應(yīng)用研究[J].海南醫(yī)學(xué)，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(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2013(4)：569-572.

[12]尤徐陽(yáng)，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(zhǔn)備在18F-FDG PET/CT顯像中的應(yīng)用[J].中華核醫(yī)學(xué)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(shù)前定量評(píng)估直腸腺癌分化程度的應(yīng)用價(jià)值[J].實(shí)用放射學(xué)雜志，2017，33(3)：45-52.