能譜CT多參數(shù)成像定量分析爬行脂肪評(píng)價(jià)克羅恩病活動(dòng)度

許興園，朱雋婷，梅 俏，王 俠，吳興旺

爬行脂肪的概念最早是由Crohn于1932年提出，Crohn et al[1-2]對(duì)14例克羅恩病(Crohn′s disease,CD)患者手術(shù)標(biāo)本進(jìn)行解剖，并首次描述了該病的病理特征，除腸道跳躍性病變、裂隙狀潰瘍、纖維化等改變外，病變腸壁周圍的腸系膜存在脂肪增生并包繞腸壁的現(xiàn)象，增生的腸系膜脂肪由腸系膜根部延展并包繞腸道超過(guò)其周長(zhǎng)的50%以上。組織學(xué)上表現(xiàn)為脂肪細(xì)胞數(shù)量增多和體積減小，同時(shí)伴有纖維化、肌細(xì)胞肥大、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)[3]。爬行脂肪在被認(rèn)為具有內(nèi)分泌作用之前，就被外科醫(yī)生普遍認(rèn)為是一種重要的解剖標(biāo)記物，可用于鑒別病變腸段切緣有無(wú)炎癥存在[4]。常規(guī)CT通過(guò)人為觀察腸系膜脂肪的密度來(lái)判斷炎癥滲出的程度，無(wú)法客觀定量分析炎癥的活動(dòng)度，而能譜CT通過(guò)其廣泛的多參數(shù)成像形式，實(shí)現(xiàn)了定量數(shù)據(jù)的測(cè)定，比如碘、水濃度以及能譜曲線斜率，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)且準(zhǔn)確地檢測(cè)CD患者活動(dòng)度。該研究利用能譜CT多參數(shù)成像分析爬行脂肪定量數(shù)據(jù)與CD患者炎癥活動(dòng)度之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象回顧性納入2018年3月—2021年3月在安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院行能譜CT檢查的127例CD患者。入選標(biāo)準(zhǔn):① 根據(jù)2010年11月制定的世界胃腸病學(xué)實(shí)踐指南[5]，首次在安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院確診為CD的患者；② 在進(jìn)行能譜CT掃描的前1 d或之后5 d內(nèi)接受小腸鏡檢查和血液檢查。根據(jù)CDAI評(píng)分將CDAI≤150分納入緩解組(n=43)，150分220分歸為中重度組(n=37)。篩選過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 納入研究對(duì)象示意圖

1.2 臨床基線資料統(tǒng)計(jì)患者性別、年齡、吸煙史、飲酒史、炎癥性腸病家族史、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)以及患者C-反應(yīng)蛋白(C-reactive protein，CRP)、血沉(erythrocyte sedimentation rate，ESR)、CDAI評(píng)分。

1.3 掃描方法檢查前患者均進(jìn)行規(guī)范的腸道準(zhǔn)備。采用GE Revolution CT儀行寶石能譜成像(gemstone spectral imaging,GSI)，以CT能譜智能匹配技術(shù)(GE HealthCare GSI Assist軟件)行CTE掃描，噪聲指數(shù)8，探測(cè)器寬度80 mm，螺距1.375 ∶1，層厚、層間距均為5 mm；經(jīng)外周靜脈以流率3.0 ml/s注射非離子型對(duì)比劑碘佛醇，延遲30、60、180 s行3期增強(qiáng)掃描。

1.4 數(shù)據(jù)測(cè)量所有CT測(cè)量均由2位分別有6年和10年經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生在工作站(GE工作站AW4.7版)使用GSI查看器軟件(均來(lái)自GE醫(yī)療)進(jìn)行。所有測(cè)量都是在重構(gòu)圖像上進(jìn)行的，厚度為1.25 mm。根據(jù)爬行脂肪的定義，將感興趣區(qū)(region of interest,ROI)放置于腸段病變最嚴(yán)重的腸系膜脂肪的部位，ROI的面積約為20 mm2。測(cè)量時(shí)必須避開(kāi)腸系膜血管終末分支和分散在腸系膜脂肪組織中的淋巴結(jié)。采用多平面重建圖像，以確保ROI始終被正確放置，可以得到一條向上的能譜曲線，并可以測(cè)量出ROI的碘水濃度值。為了減小個(gè)體及掃描時(shí)間的差異，將能譜數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，腸系膜脂肪的水濃度值除以同一層面皮下脂肪水濃度得到標(biāo)準(zhǔn)化水濃度(normalized water concentration,NWC)；相應(yīng)的，腸系膜脂肪的碘濃度值除以同一層面的腹主動(dòng)脈碘濃度得到標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度(normalized iodine concentration,NIC)。能譜曲線斜率(the slope of spectral HU curve,λHU)定義為在40～140 keV的不同能級(jí)下的X射線的衰減系數(shù)，λHU=(HU40 keV-HU100 keV)/60[6]。同樣在該工作站分別測(cè)量臍水平的內(nèi)臟脂肪面積(visceral fat area，VFA)及皮下脂肪面積(subcutaneous fat area，SFA)，設(shè)定內(nèi)臟脂肪CT值范圍為-150 ～ -50 HU，皮下脂肪CT值范圍為-190～-30 HU，利用閾值工具分隔該部分組織，最后利用體積測(cè)量工具分別測(cè)得VFA、SFA以及計(jì)算得出內(nèi)臟脂肪比(VFA/SFA)[7]。測(cè)量示例見(jiàn)圖2。

圖2 NIC、NWC、λHU、VFA、SFA測(cè)量示意圖

2 結(jié)果

2.1 患者臨床基線資料、生化指標(biāo)及CT影像比較各組間性別、年齡、吸煙史、飲酒史差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。炎癥性腸病家族史在活動(dòng)組(輕度與中重度組)與緩解組之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。緩解組的BMI與輕度組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，中重度組的BMI均高于緩解組和輕度組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。對(duì)于炎性指標(biāo)CRP、ESR及炎癥活動(dòng)度CDAI評(píng)分，活動(dòng)組均高于緩解組(P<0.05)，且在活動(dòng)組之間，中重度組高于輕度組(P<0.05)。見(jiàn)表1。CD緩解期表現(xiàn)為病變腸壁輕度增厚，周圍腸系膜脂肪清晰，密度正常；輕度CD患者影像表現(xiàn)為系膜側(cè)腸壁增厚，腸系膜脂肪密度稍增高，可見(jiàn)“梳狀征”；中重度CD表現(xiàn)為病變腸壁不對(duì)稱性明顯增厚，周圍腸系膜脂肪密度增高，局部淋巴結(jié)腫大。各組間CT影像學(xué)資料見(jiàn)圖3。

表1 各組間基線資料以及生化指標(biāo)的比較

圖3 三組間影像學(xué)圖像比較

2.2 病灶區(qū)域爬行脂肪的定量數(shù)據(jù)比較對(duì)于能譜數(shù)據(jù)(λHU、NIC、NWC)，中重度組均明顯高于輕度組，而輕度組也同樣高于緩解組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；對(duì)于脂肪面積的比較，除輕度組SFA與緩解組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，其余組間脂肪面積(VFA、SFA、VFA/SFA)的比較均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)，中重度組的SFA明顯低于輕度組，而VFA、VFA/SFA均明顯高于輕度組。見(jiàn)表2。

表2 各組間的定量數(shù)據(jù)比較

2.3 定量數(shù)據(jù)與CDAI評(píng)分及炎性指標(biāo)之間的相關(guān)性分析λHU與CDAI評(píng)分存在正相關(guān)(P<0.05)；NIC與CDAI評(píng)分之間存在正相關(guān)(P<0.05)；NWC與CDAI評(píng)分、CRP和ESR之間存在正相關(guān)(均P<0.05)；λHU與CRP和ESR之間無(wú)相關(guān)性，NIC與CRP和ESR之間無(wú)相關(guān)性。見(jiàn)表3。

表3 定量數(shù)據(jù)與活動(dòng)度指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

2.4 各定量數(shù)據(jù)鑒別活動(dòng)期CD之間的價(jià)值λHU、NIC、NWC預(yù)測(cè)中重度組的ROC曲線下面積(AUC值)分別約為0.957(95%CI:0.922～0.993)、0.926(95%CI:0.876～0.977)、0.856(95%CI:0.776～0.936)(均P<0.05)。而VFA/SFA預(yù)測(cè)中重度的AUC值約為0.793(95%CI:0.699～0.879)(P<0.05)。見(jiàn)圖4。

圖4 各定量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)中重度CD的ROC曲線

3 討論

爬行脂肪是CD的一個(gè)特征性表現(xiàn)。CD病變腸段腸系膜脂肪的積聚是由于脂肪細(xì)胞的增生而不是肥大導(dǎo)致的，另外腸系膜脂肪還具有促進(jìn)炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)、血管擴(kuò)張等特征，特別是在病變較嚴(yán)重的腸段中[8-9]。它更像是一種炎癥組織，與腸壁的炎癥、纖維化以及狹窄的形成有關(guān)[10]。爬行脂肪一直被認(rèn)為僅僅是CD的繼發(fā)改變，其發(fā)生機(jī)制及在CD發(fā)病過(guò)程中的作用并未受到足夠重視。近年來(lái)，隨著肥胖癥等代謝性疾病的發(fā)病率逐漸升高，脂肪組織的作用機(jī)制受到越來(lái)越多關(guān)注。脂肪組織不僅是能量?jī)?chǔ)存的重要場(chǎng)所，也是一個(gè)具有多功能的內(nèi)分泌和免疫器官，參與生理和病理過(guò)程[11]。爬行脂肪分泌的介質(zhì)具有抗炎和促炎的能力[12]。因此，爬行脂肪與控制腸道炎癥有著密不可分的關(guān)系，可能是腸道炎癥的起始因子，且對(duì)CD的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)以及評(píng)估其活動(dòng)度在臨床的診療具有重要意義。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，活動(dòng)期CD患者的λHU、NIC、NWC均高于緩解期，且在活動(dòng)組之間也存在著統(tǒng)計(jì)學(xué)的差異。相關(guān)性分析顯示能譜數(shù)據(jù)(λHU、NIC、NWC)均與經(jīng)典CDAI評(píng)分存在著正相關(guān)。然而，λHU、NIC與CRP、ESR之間無(wú)相關(guān)性，可見(jiàn)CRP、ESR并不是CD疾病活動(dòng)性的特異生物標(biāo)志物。在各指標(biāo)評(píng)價(jià)CD炎癥活動(dòng)度的ROC曲線中，λHU的診斷效能最高(AUC=0.957)，而VFA/SFA診斷效能最低(AUC=0.793)。對(duì)于腹部脂肪面積的分析，與Ko et al[13]報(bào)道一致，VFA的升高與CD活動(dòng)度和相關(guān)炎癥標(biāo)志物呈正相關(guān)。

到目前為止，絕大多數(shù)研究都集中在病變腸壁本身上，而沒(méi)有將病變腸段腸系膜脂肪作為研究對(duì)象。本研究是基于能譜CT對(duì)爬行脂肪的λHU、NIC、NWC以及腹部脂肪面積的定量測(cè)量與分析，反映CD患者爬行脂肪與其活動(dòng)度之間的關(guān)系。Chiorean et al[14]和Colombel et al[15]都明確表述過(guò)腸系膜脂肪的病變程度可以作為判斷CD病變活動(dòng)度以及黏膜是否可以更好愈合的標(biāo)準(zhǔn)。在本研究中，爬行脂肪的λHU、NIC、NWC均能準(zhǔn)確反映黏膜炎癥的嚴(yán)重程度，而且比以往的研究更加客觀。本研究還分別測(cè)定了緩解期組和活動(dòng)期組的VFA、SFA和VFA/SFA值，并與λHU、NIC、NWC值進(jìn)行了比較，顯示爬行脂肪的λHU、NIC、NWC比VFA/SFA在評(píng)估CD患者炎癥活動(dòng)度方面效能更高。這可能是因?yàn)閂FA、SFA和VFA/SFA值反映整個(gè)內(nèi)臟脂肪組織的面積，但內(nèi)臟脂肪組織不僅包括了爬行脂肪還包含了肝臟、脾臟、胰腺以及腹膜后的脂肪組織。

能譜CT可以實(shí)現(xiàn)單能量成像，任何一種組織的吸收都可以由相應(yīng)比例的基物質(zhì)對(duì)組合來(lái)表示。通常選擇衰減高低不同的物質(zhì)組成基物質(zhì)對(duì)，水和碘就是常用的醫(yī)學(xué)成像組合，因?yàn)樗藦能浗M織到含碘對(duì)比劑以及醫(yī)學(xué)中常見(jiàn)物質(zhì)的范圍，并且通過(guò)物質(zhì)密度圖像易于解釋。以水和碘作為基物質(zhì)對(duì)，可以形成相應(yīng)的水基圖及碘基圖，而且在特定的軟件中可以測(cè)量出各基物質(zhì)對(duì)的濃度值。常規(guī)CT只能通過(guò)人為觀察病變腸壁的厚度、腸壁強(qiáng)化程度以及腸系膜脂肪密度等特點(diǎn)來(lái)定性地分析CD的活動(dòng)度，相比較于能譜CT多參數(shù)成像的定性分析，則顯得較為主觀且人為誤差很大。CT能譜成像不但能夠獲得基物質(zhì)密度值及其分布圖像，還可以顯示不同病變和人體組織隨X線能量水平的變化而變化的X線衰減系數(shù)，從而產(chǎn)生反映不同病變和人體組織對(duì)于X線的特征性的能譜曲線[16]。

然而，本研究仍有一定的局限性。首先，本研究納入的患者數(shù)量相對(duì)較少，需要進(jìn)一步更大樣本量的前瞻性研究來(lái)驗(yàn)證得出的結(jié)論。第二，爬行脂肪與藥物治療反應(yīng)之間的關(guān)系尚未深入分析，在本研究中，部分病例有過(guò)藥物治療史，可能對(duì)結(jié)果有一定的影響。

綜上所述，利用能譜CT定量分析爬行脂肪是評(píng)價(jià)炎癥活動(dòng)度的有效方法。