王莉莉,鄭文霞,賈應梅,陳杏彪,魏照坤,馬小梅,崔雅瓊,馬穎,楊大雄,黃剛
直腸癌是最常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤之一,據(jù)2018年世界衛(wèi)生組織/國際癌癥中心團隊最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,直腸癌的死亡率和發(fā)病率分別居全球癌癥死亡和發(fā)病的第2位和第3位[1],在我國的病死率和發(fā)病率分別為10.9/10萬和23.7/10萬[2-3]。根據(jù)美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡(National Comprehensive Cancer Network,NCCN) 指南,直腸癌的低分化程度、脈管浸潤、神經(jīng)侵犯和切緣陽性都是影響患者生存和預后的病理特征,其中脈管浸潤不僅是侵襲性行為的生物學表現(xiàn),也是評價直腸癌術后復發(fā)的高危因素和判斷術后治療效果的良好指標[4-5]。盡管MRI對術前判別大于3 mm的脈管是否存在浸潤有較高的準確性,但無法評估微小的脈管浸潤;其次,由于術前直腸活檢取材有限,無法全面評估病變組織的脈管及神經(jīng)侵犯。因此,對直腸癌脈管侵犯的準確評價目前仍比較困難[6-8]。探索能在術前預測直腸癌脈管神經(jīng)侵犯的影像生物標記物,早期預測直腸癌的侵襲性和預后情況,具有重要的臨床意義。本文通過對比分析動脈期和靜脈期光譜CT定量參數(shù)在有或無脈管神經(jīng)侵犯和淋巴結轉(zhuǎn)移組及不同分化程度組之間的差異,旨在探討光譜CT定量參數(shù)在直腸癌預后評估中的臨床應用價值。
前瞻性將2020年6月-2021年1月本院連續(xù)收治的直腸癌患者納入觀察,最終將符合本研究要求的70例直腸癌患者納入本研究。其中,男41例,女29例,年齡35~70歲,平均(50.1±16.2)歲。納入標準:①病理證實的直腸癌患者,在術前1周完成光譜CT檢查;②在CT檢查前無放療或化療等病史;③術后臨床資料和病理資料完整。排除標準:①圖像偽影大或腫瘤較小無法測量;②術后病理證實為腺瘤、間質(zhì)瘤及炎癥;③腫瘤位于直腸與乙狀結腸交界區(qū);④直腸癌復發(fā)者。所有患者已簽署知情同意書。
使用Philips IQon Spectrcal CT機,常規(guī)行動、靜脈期增強掃描。注射對比劑碘克沙醇(320 mg I/mL),劑量1.0 mL/kg,注射流率3.0 mL/s,動脈期和靜脈期延遲時間分別為20和60~70 s。掃描參數(shù):掃描范圍為髂棘至恥骨聯(lián)合下緣水平,120 kVp,自動管電流調(diào)制技術,螺距0.969,0.5 s/r,矩陣512×512,準直器寬度64×0.625 mm。一次掃描同時獲得兩組圖像,分別是厚層常規(guī)混合能量圖像和薄層光譜圖像。常規(guī)混合能量采用迭代重建算法,層厚和層間距均為5.0 mm;薄層光譜圖像的層厚0.9 mm,層間距0.7 mm。經(jīng)后處理后得到常規(guī)120 kVp混合能量圖像(polyenergetic image,PI)、虛擬平掃(virtual non-contrast images,VNC)圖像、40keV虛擬單能量圖(vir-tual monoenergetic images,VMI)、無水碘密度圖、碘密度圖和有效原子序數(shù)(Eff-Z)圖等。
將動脈期和靜脈期常規(guī)120 kV PI和光譜圖像傳至Philips IntelliSpace Portal星云工作站,在常規(guī)混合能量120 kVp PI和光譜基圖像上在病灶內(nèi)勾畫ROI,ROI面積為35~55 mm2,避開非腫瘤區(qū)、水腫區(qū)及血管結構。測量得到120 kVp PI、VNC圖像及40 keV-VMI上病灶的CT值、無水碘密度和Eff-Z等定量參數(shù);測得的病灶碘密度除以同層面髂動脈的碘密度即為標準化碘密度(normalized iodine density,NIC),在測量髂動脈碘密度時應注意避開血管壁的動脈硬化斑塊(圖1)。
圖1 男,74歲,直腸中段中分化腺癌伴有血管、淋巴管和神經(jīng)侵犯。a)120 kVp PI,直腸癌病灶的CT值約88 HU;b)40 keV VMI,直腸癌病灶的CT值約174.7 HU,碘強化效果和圖像的密度分辨率較PI提高;c)VNC圖像,直腸癌的CT值為43 HU;d)碘密度圖像,測得直腸癌的碘密度為1.53 mg/mL,髂動脈的碘密度約2.96 HU,計算兩者的比值,得到NIC;e)無水碘密度圖,顯示同層面直腸癌的無水碘密度值為1.53 mg/mL;f)Eff-Z偽彩圖,測得直腸癌的有Eff-Z值為8.28。
采用BenChmark-XT羅氏儀器及免疫組化方法檢測脈管神經(jīng)侵犯情況。由兩位病理專家對免疫組化染色結果進行判斷,判斷結果不一致時經(jīng)協(xié)商達成一致意見。診斷標準:①血管腔內(nèi)發(fā)現(xiàn)癌細胞即可判定為血管浸潤陽性;②淋巴管內(nèi)皮標記物免疫組化染色顯示淋巴管內(nèi)皮細胞的胞漿內(nèi)和(或)胞膜上可見清晰的棕黃色或棕褐色顆粒為陽性表達;③如觀察到腫瘤侵犯至神經(jīng)周圍且至少累及33%的神經(jīng)周徑,或者腫瘤細胞侵及神經(jīng)外膜、神經(jīng)鞘膜和神經(jīng)內(nèi)膜的任何一層,即判定為神經(jīng)侵犯陽性,反之為陰性。
使用SPSS 23.0軟件對所有測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。比較光譜CT各參數(shù)在不同病理及免疫組化特征組之間的差異。首先對各變量的數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗,結果顯示數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布,兩組間比較采用獨立樣本t檢驗。利用ROC曲線分析動脈期和靜脈期光譜CT定量參數(shù)對脈管神經(jīng)侵犯的診斷效能。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
70例直腸癌患者中,中高分化組61例,低分化組9例;血管侵犯陽性組48例,血管侵犯陰性組22例;淋巴管侵犯陽性組59例,淋巴管侵犯陰性組11例;神經(jīng)侵犯陽性組40例,神經(jīng)侵犯陰性組30例;有淋巴結轉(zhuǎn)移組49例,無淋巴結轉(zhuǎn)移組21例。
動脈期和靜脈期直腸癌不同分化程度組和不同脈管神經(jīng)侵犯組之間能譜CT定量參數(shù)值及組間比較結果見表1~5。
動脈期:無水碘密度、CT值40 keV-VMI、NIC和Eff-Z在脈管侵犯組與無脈管侵犯組之間的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05);CT值PI和CT值VNC在脈管侵犯組與無脈管侵犯組之間的差異無統(tǒng)計學意義(P<0.05);各項光譜CT參數(shù)值在有和無神經(jīng)侵犯組、中高分化組與低分化組以及有和無淋巴結轉(zhuǎn)移組之間的差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。
靜脈期:無水碘密度、CT值40 keV-VMI、NIC和Eff-Z在有和無脈管侵犯組之間的差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05);而CT值PI和CT值VNC在有和無血管侵犯組及有和無淋巴管侵犯組之間的差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。僅Eff-Z在有和無神經(jīng)侵犯組、不同分化程度組以及有和無淋巴結轉(zhuǎn)移組之間的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
表2 有和無血管侵犯組雙期光譜CT參數(shù)值的比較
表3 有和無淋巴管侵犯組雙期光譜CT參數(shù)值的比較
表4 有和無神經(jīng)侵犯組雙期光譜CT參數(shù)值的比較
表5 有和無淋巴結轉(zhuǎn)移組雙期光譜CT參數(shù)值的比較
ROC曲線分析結果顯示:動脈期無水碘密度、CT值40 keV-VMI、NIC和Eff-Z評價直腸癌淋巴管浸潤的最佳閾值分別為0.06、100、0.05和7.62,AUC分別為0.74、0.69、0.75和0.74;評價直腸癌血管侵犯的最佳閾值分別為0.06、100、0.06和7.70,AUC分別為0.73、0.68、0.75和0.75。靜脈期無水碘密度、CT值40 keV-VMI、NIC和Eff-Z評價淋巴管浸潤的閾值分別為0.28、99.43、0.24和7.79,AUC分別為0.68、0.68、0.75和0.74;評價直腸癌血管浸潤的閾值分別為0.27、99.55、0.24和7.78,AUC分別為0.71、0.76、0.76和0.72(圖2)。
圖2 光譜CT定量參數(shù)預測直腸癌脈管侵犯的ROC曲線。a)動脈期無水碘密度、CT值40keV-VMI、NIC和Eff-Z預測血管浸潤的AUC分別為0.68、0.68、0.75和0.74;b)動脈期無水碘密度、CT值40keV-VMI、NIC和Eff-Z預測淋巴管浸潤的AUC分別為0.71、0.76、0.76和0.72;c)靜脈期無水碘、CT值40keV-VMI、NIC和Eff-Z預測直腸癌血管侵犯的AUC分別為0.73、0.68、0.75和0.75;d)靜脈期無水碘、CT值40keV-VMI、NIC和Eff-Z預測直腸癌淋巴管浸潤的AUC分別為0.74、0.69、0.75和0.74。
新型雙層探測器光譜CT是基于探測器端實現(xiàn)能譜技術的CT設備,其獨特的雙層探測器設計能對單一千伏掃描時的高、低能量進行分離和解析,無需額外掃描,就能同時得到常規(guī)圖像和能譜圖像,數(shù)據(jù)的采集實現(xiàn)了同時、同源、同向和同步[9]。有效減少患者的照射劑量,提高圖像的信噪比。獲得的能譜圖像可測量CT值40keV-VMI、CT值VNC、無水碘密度和Eff-Z等多種定量參數(shù)。40~60 keV VMI可以提高碘對比劑的強化效果,提高圖像的密度分辨率。VNC是基于碘物質(zhì)的識別,通過去除CT增強圖像上的碘強化效果而獲得的圖像,測得的CT值與真實平掃接近,因此可替代CT平掃,從而降低檢查過程中的輻射劑量。由于常規(guī)增強圖像的碘密度值對腫瘤血供的評估準確性不夠高[10],為了消除因個體循環(huán)和對比劑不同造成的差異,本研究中采用了NIC,即病灶內(nèi)碘密度與同層面髂動脈碘密度的比值,這一概念在既往關于雙能量成像的文獻中已得到認同[11]。而無水碘密度圖是一種水樣組織被識別和抑制,從而增強顯示各種含碘物質(zhì)的圖像。Eff-Z是人體化合物或混合物所對應的有效原子序數(shù),如水的Zeff通常為7.4~7.5。
腫瘤脈管浸潤包括血管浸潤和淋巴管浸潤,是指在脈管內(nèi)存在腫瘤細胞簇或單個腫瘤細胞,或指腫瘤細胞破壞淋巴管壁和血管壁,也稱脈管侵犯[12]。研究表明腫瘤在淋巴結內(nèi)生長的前體可能是由于癌細胞通過淋巴管或小靜脈的擴散造成的,且直腸癌脈管浸潤時通常具有更高的侵襲性和更差的預后[13]。而判斷脈管浸潤的標準是通過免疫組化染色將血管的內(nèi)皮細胞層染成棕褐色,若在棕褐色的管腔中出現(xiàn)了癌細胞即判斷為血管侵犯,若腫瘤組織的淋巴管內(nèi)有癌巢提示淋巴管內(nèi)有侵犯[14]。本研究結果顯示靜脈期無水碘密度、CT值40keV-VMI、NIC和Eff-Z對判斷腫瘤脈管侵犯有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。分析原因,筆者認為無水碘密度、CT值40keV-VMI和NIC均是反映組織內(nèi)含碘量的參數(shù),直腸癌脈管侵犯時,腫瘤內(nèi)新生血管擴張、管腔不規(guī)則、分支紊亂、管壁內(nèi)皮細胞不成熟而通透性高、新生血管壁薄、沒有或者只有游離的周細胞和疏松的基底膜等,當腫瘤侵犯脈管時,管壁進一步破壞,故對比劑外滲增加,腫瘤組織內(nèi)及新生血管內(nèi)對比劑易滯留。因此,脈管侵犯組的腫瘤內(nèi)碘含量增加,用于評價腫瘤強化程度的無水碘密度、CT值40 keV-VMI和NIC可間接反映腫瘤內(nèi)血管生長和脈管浸潤情況。
有研究表明碘密度較CT值能更客觀直接地反映腫瘤的血供和血管生成情況[15],與本研究得到的結果一致,本研究結果顯示NIC在直腸癌脈管侵犯組與未侵犯組之間的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),而CT值PI和CT值VNC在兩組間的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。由于NIC能真正反映組織的強化特點,較CT值PI和CT值VNC能更準確反映腫瘤強化和脈管侵犯情況。同時本研究結果顯示,脈管侵犯陽性組的CT值PI和CT值VNC明顯大于陰性組,既往亦有文獻報道雙層探測器光譜CT測量的CT值40keV-VMI不僅能夠提高對胰腺導管癌和肝臟乏血供腫瘤的診斷效能[16-17],且在對胰腺及胸部病變的觀察方面40 keV VMI圖像質(zhì)量優(yōu)于120 kVp PI[18-19]。
萬幸等[20]認為雙層探測器光譜CT成像中動脈期的碘密度及能譜曲線斜率對術前預測結直腸癌淋巴結轉(zhuǎn)移具有一定價值。Liu等[21]的研究顯示靜脈期NIC判斷直腸癌淋巴結轉(zhuǎn)移更有價值,本研究結果亦顯示靜脈期NIC在判斷脈管浸潤方面明顯優(yōu)于動脈期NIC。分析原因筆者認為惡性腫瘤新生血管網(wǎng)豐富但欠成熟、血管脆性大,因此血流量、血容量和血管通透性明顯增加。靜脈期較動脈期除了采集時間不一致外,還可能與靜脈期中病灶的強化是血管內(nèi)增強和血管外空間對比劑滲透兩種因素共同作用的結果[22],故靜脈期NIC及無水碘密度能更準確地反映腫瘤組織的強化情況。
Eff-Z不同于CT值,其特點在于為每個像素加入了物質(zhì)成分的信息,光譜CT掃描獲得的Eff-Z圖用色彩量化的方式反映ROI內(nèi)所有物質(zhì)的有效原子序數(shù)值。既往研究認為雙層光譜探測器CT掃描測得的Eff-Z可用于定性和定量分析腫瘤的物質(zhì)成份[23]。本研究結果顯示靜脈期Eff-Z較動脈期能更準確地反映直腸癌分化程度、脈管神經(jīng)侵犯及淋巴結轉(zhuǎn)移情況。原因是病灶強化越明顯,碘含量越高,由于碘的原子序數(shù)值高,所以強化病灶的有效原子序數(shù)值就越高,這就增加了強化病灶與周圍組織的對比,有利于更敏感地發(fā)現(xiàn)病灶及其對周圍結構的侵犯,提高診斷準確性。
本研究存在以下不足之處:①為單中心和小樣本研究,可能存在選擇偏倚;②本研究中部分直腸癌患者腸道準備欠佳。③采用的是單個小ROI的勾畫方法,未測量整個病灶的數(shù)據(jù),可能造成偏倚,影響數(shù)據(jù)測量的準確性。
綜上所述,雙層探測器光譜CT定量參數(shù)可反映組織微觀結構的變化,從而能夠較準確地反映直腸癌的生物學特征,為臨床提供直腸癌預后評估的影像生物標記物。