双层探测器光谱CT多参数评估直肠腺癌病理肿瘤分期的价值

陈维翠，周思繁，郑吴熙，张汉良，卢健烨，林韵颖，黄伟康，陈加良

广东省中医院（广州中医药大学第二附属医院）放射科，广东 广州 510120；*通信作者 陈维翠 chenweicui@126.com

结直肠癌居全球常见肿瘤第3位，约30%来源于直肠[1]。近年来，我国结直肠癌的发病率呈上升趋势[2]。肿瘤浸润肠壁深度，即肿瘤（tumor，T）分期是影响直肠癌预后的独立危险因素[3]。美国国家综合癌症网络指南[4]指出，新辅助放化疗+手术是中低位局部进展期直肠癌的首选治疗方式。因此，术前准确判断T分期，有助于临床制订个性化治疗方案，改善患者预后。双层探测器光谱CT（dual-layer spectral detector computed tomography，DLSCT）利用上、下两层探测器对不同能级的X线进行转化，一次扫描即可同时获取常规CT和双能量信息[5]，如碘密度（iodine density，ID）图、虚拟单能量（virtual monoenergetic images，VMI）图、有效原子序数（effective atomic number，Z-eff）图等，这些参数图可以精确量化组织在能量学范畴的差异，反映病灶本质特征。本研究利用DLSCT多参数（VMI、Z-eff和ID）图对直肠腺癌（rectal adenocarcinoma，RA）T分期进行判断，并测量、比较Z-eff与ID值在不同病理T分期中的差异，拟评估DLSCT在判断RA病理T分期中的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性收集2021年5月—2022年3月广东省中医院RA患者78例，年龄34～87岁，平均（62.58±11.18）岁，男52例，女26例。纳入标准：①术前1周内接受DLSCT平扫、动脉期（arterial phase，AP）及静脉期（venous phase，VP）增强扫描；②经术后病理证实为RA，无远处转移；③全程未接受新辅助放化疗或其他抗肿瘤药物治疗（本研究中pT3及pT4期患者未接受新辅助放化疗而直接手术与以下因素有关：术前判断T分期不准确，误判为T2期；患者强烈要求手术，拒不接受新辅助放化疗）。排除标准：①CT和（或）临床资料不完整；②有黏液腺癌或另一种组织病理学类型；③图像质量差、伪影严重；④CT图像无法准确识别病灶。本研究经本院伦理委员会批准（BE2023-142），豁免患者知情同意。

1.2 仪器与方法

1.2.1 CT图像采集 采用Philips IQon Spectral CT行平扫、AP及VP扫描。患者取仰卧位，头先进，扫描范围包含盆腔。扫描参数：管电压120 kVp，自动控制技术自动调节管电流，准直器宽度0.6×64 mm，X线管旋转速度0.4 s/周，螺距1.1。以2.5 ml/s注射对比剂（碘普罗胺，370 mg/ml，拜耳），剂量1.5 ml/kg。当腹主动脉CT值达到200 Hu时，通过团注追踪法触发AP扫描。AP结束后约35 s为VP开始时间。光谱图像及传统图像重建参数：层厚1 mm，层间距1 mm。

1.2.2 CT图像后处理 通过迭代重建技术获得常规120 kVp混合能量图像（polyenergetic image，PI）后，将平扫、AP及VP的光谱基底图像传输至Philips IntelliSpace Portal工作站进行后处理，生成Z-eff、VMI及ID图像。

1.2.3 CT图像分析及光谱参数测量 由2名具有10年以上消化系统诊断经验的影像医师在对病理结果未知的情况下独立对图像进行分析及测量。

CT图像分析：2名医师分别对120 kVp PI和DLSCT多参数图像进行分析，判断临床肿瘤（clinical tumor，cT）分期。第一次评估仅120 kVp PI可用。第二次评估有DLSCT多参数（VMI、Z-eff和ID）图可用。由于消化道肿瘤增强峰值在门静脉期，有利于T分期，故2名医师一致选择VP的光谱图像进行评估，两次评估间隔1个月，结论不一致时协商决定。以术后病理肿瘤（pathological tumor，pT）分期为“金标准”，结果记录为升期、降期或一致。

光谱参数测量：测量肿瘤平扫期Z-eff值，双期像碘浓度（iodine concentration，IC）值。选取病灶最大径线所在层面勾画感兴趣区并尽可能多地覆盖病灶，避开囊变坏死、钙化、血管及周围脂肪组织。为避免个体差异，测量同层面的髂总/髂内/髂外动脉IC值，并计算标准化碘浓度值（normalized iodine concentration，NIC）：NIClesion= IClesion/ICartery。

1.2.4 病理组织学分析 采用美国癌症联合委员会第8版结直肠癌分期标准[6]对患者进行术后pT分期，根据肿瘤侵犯肠壁的深度分为pTis、pT1、pT2、pT3及pT4。根据有无区域淋巴结转移及数量分为pN0、pN1及pN2。pTis～2且pN0定义为早期直肠癌，pT3～4或pN1～2定义为局部进展期RA。

1.2.5 直肠癌CT分期标准[7]T1～2期：肿瘤局限于肠壁内，肠壁外缘光滑，肠周脂肪间隙清晰；T3期：肿瘤突破肠壁，肠壁外缘毛躁，肠周脂肪间隙浑浊；T4期：肿瘤与脏腹膜分界不清或直接侵犯邻近器官。

1.3 统计学分析 采用SPSS 22.0及MedCalc 12.7.2软件。计数资料以例数表示，采用χ2检验比较120 kVp PI及DLSCT多参数图评估T分期的准确度。采用Kappa一致性检验评价2名医师对RA T分期评估的一致性。计量资料根据是否符合正态分布以±s或M（Qr）表示。采用单因素方差分析或Kruskal-Wallis检验比较Z-eff、NICAP及NICVP在pT1～2、pT3及pT4期RA的差异。使用Spearman相关分析评估以上3个参数与pT分期的相关性，采用受试者工作特征（ROC）曲线分析3个参数的诊断效能并确定最佳阈值。各参数曲线下面积（AUC）比较采用Delong检验。DLSCT多参数测量的一致性采用组内相关系数（ICC）进行评价。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 临床与病理资料 低、中及高位RA分别为10、29及39例。pT1、pT2、pT3及pT4期分别为4、16、42及16例。pN0、pN1及pN2期分别为38、27及13例。

2.2 120 kVp PI与DLSCT多参数图术前评估T分期的准确度 2名医师利用120 kVp PI及DLSCT多参数图术前评估T分期一致性较好（Kappa=0.762、0.848，P均<0.01）。

DLSCT多参数图术前评估pT分期的总准确度（χ2=9.628，P=0.002）、 pT1～2期（χ2=6.667，P=0.01）及pT3期（χ2=4.525，P=0.033）的准确度均显著高于120 kVp PI。两者评估pT4期的准确度均为100%，见表1、图1～3。

表1 DLSCT多参数图与120 kVp PI术前评估RA患者T分期的准确度

图1 男，64岁，高位RA，病理T1期。A～D分别为VP 120 kVp PI、VMI40 keV、ID及Z-eff图。直肠上段腔内见一结节状肿物（箭），PI图无法确定肿瘤是否侵犯肌层；VMI40 keV图示肿瘤与周围组织对比度好；ID图示肿瘤摄取碘；Z-eff图示肿瘤呈浅蓝色，肌层呈黄色；DLSCT多参数图提示病灶位于黏膜下层，并准确评估此患者为T1期

图2 女，54岁，中位RA，病理T2期。A～D分别为VP 120 kVp PI、VMI40 keV、ID及Z-eff图。直肠腔内见不规则肿物（箭），肠壁外层欠光整，PI图错误评估为T3期；VMI40 keV图示病灶与周围组织对比度好；ID和Z-eff图示肿瘤并未突破肠壁外层，并准确评估此患者为T2期

图3 男，41岁，中位RA，病理T3期。A～D分别为VP 120 kVp PI、VMI40 keV、ID及Z-eff图。直肠右侧壁不规则增厚（箭），PI图示肠壁外缘毛躁，见不规则结节影，结节强化不明显，无法确定是肿瘤还是炎症纤维组织；VMI40 keV图示肠壁右侧脂肪间隙密度明显增高、浑浊；ID图示结节有碘摄取；Z-eff图示结节呈蓝绿色，与肿瘤灶相连，肠周脂肪呈黄色；DLSCT多参数图提示肿瘤突破固有肌层向周围浸润，并准确评估此患者为T3期

2.3 DLSCT多参数测量的一致性分析 2名医师对肿瘤平扫期Z-eff值[ICC=0.912（95%CI0.776～0.965）]，双期增强IC值[ICC=0.838（95%CI0.635～0.932）、0.936（95%CI0.846～0.974）]，以及主动脉双期增强IC值[ICC=0.967（95%CI0.917～0.987）、0.972（95%CI0.930～0.989）]的测量具有较好的一致性。

2.4 DLSCT多参数与T分期的关系 Z-eff、NICAP及NICVP值在不同pT分期中差异有统计学意义（P均<0.01），3个参数与pT分期均呈正相关（r=0.371、0.367及0.363，P均<0.01），见表2。

表2 Z-eff、NICAP及NICVP与RA患者病理T分期的关系（±s）

表2 Z-eff、NICAP及NICVP与RA患者病理T分期的关系（±s）

注：Z-eff：平扫期有效原子序数；NICAP：动脉期标准化碘浓度；NICVP：静脉期标准化碘浓度；RA：直肠腺癌

病理T分期参数T1～2（n=20）T3（n=42）T4（n=16）F值P值r值P值Z-eff 7.24±0.07 7.30±0.06 7.31±0.05 6.456 <0.01 0.371 0.003 0.004 NICVP 0.27±0.06 0.32±0.06 0.34±0.08 12.698 <0.01 0.363 0.002 NICAP 0.10±0.04 0.13±0.05 0.16±0.05 11.029<0.01 0.367

2.5 DLSCT多参数术前判断pT3～4期RA的ROC曲线分析Z-eff、NICAP及NICVP值术前诊断pT3～4期RA的AUC两两比较差异均无统计学意义（P均>0.05）；以7.23、0.10及0.31为诊断阈值时，敏感度及特异度见表3。

表3 DLSCT多参数术前判断pT3～4期RA的效能

3 讨论

3.1 术前评估RA的T分期的意义 肿瘤分期既是影响直肠癌预后的独立危险因素，也是决定临床治疗策略的关键。2023版中国临床肿瘤学会结直肠癌诊疗指南[8]建议，T1～2N0M0患者可直接行直肠癌根治术，而T3～4和（或）N+患者（经MRI评估肿瘤下极距肛缘12 cm以内）需同步放化疗后再手术，两者的治疗方案截然不同。MRI软组织分辨力高，是目前评估直肠癌T分期的主要方法[9]；但其并不能准确区分肠壁周围促结缔组织增生反应的炎症浸润（pT2）和包含肿瘤细胞的癌性侵犯（pT3）[10]。Cai等[11]研究发现，MRI对直肠癌pT分期的总体诊断符合率为70%，约20%的患者分期过度，9%的患者分期不足。Arndt等[12]研究表明，MRI对T1～2N0的直肠癌诊断符合率仅为35%。精准化医疗发展方向对临床医师精准评估直肠癌T分期提出了更高要求。近年兴起的DLSCT是基于探测器水平对X线中的高、低能级光子进行转换，重建能量图像，真正实现了“同时、同源、同向”的能谱成像。郑文霞等[13]的研究证实，DLSCT ID测量的细胞外容积在评估结直肠癌神经、血管及淋巴管浸润方面具有可行性。谭晶文等[14]利用DLSCT对直肠癌术前T分期进行评价，但仅利用VMI图对T分期进行评估，且未对直肠癌原发灶的光谱参数值进行分析。因此，本研究拟分析DLSCT多参数图提高RA术前T分期的准确度、帮助对不同的pT分期进行鉴别的可能性。

3.2 DLSCT多参数图对直RA术前pT分期的评估价值本研究结果显示，利用VP VMI40keV、Z-eff和ID图判断pT分期的总准确度为88.46%，pT1～2期为80%，pT3期为88.1%，均较120kVp PI显著提高。相关研究表明，VMI40keV的信噪比和对比噪声比均明显高于常规图像[15-16]，在直肠癌[14]及食管癌[17]术前评估中有助于提高T分期的准确度。Z-eff代表构成组织元素的原子序数的组合[5]。由于肿瘤组织与正常组织物质组成成分不同，微量元素浓度不同，Z-eff伪彩图能增加肿瘤邻近或侵犯组织界面的对比度[18]。ID图反映了组织局部的血流灌注情况，由于肿瘤组织血流灌注相对周围正常组织较高，ID图有助于早期发现病灶。Hsu等[19]研究证实ID和Z-eff图可提高上呼吸道肿瘤分期的准确度。本研究表明，DLSCT多参数图能清晰显示直肠癌的边界及肿瘤侵犯肠壁结构的层次，有助于提高RA术前T分期的准确度。

3.3 不同pT分期RA原发灶光谱参数值的特点 本研究首先对不同医师测量的RA及主动脉平扫期Z-eff及双期增强IC值进行一致性分析，为本研究的方法建立了可信度。本研究发现，不同T分期的RA平扫期Z-eff、NICAP及NICVP值有显著差异，且随着T分期的升高逐渐增大；ROC曲线分析显示，Z-eff在判断pT3～4期RA的AUC高于NICAP和NICVP，但无显著差异，提示Z-eff、NICAP及NICVP值的诊断效能相当。Z-eff是DLSCT最重要的功能参数之一，其图像的像素值代表所显示组织的有效原子数，可用于进行物质检测、鉴别及分离。Hsu等[19]发现原发性头颈部鳞状细胞癌较正常组织的Z-eff值增大。王晗等[20]研究表明，直肠癌肠周脂肪癌性浸润的Z-eff值显著高于炎性浸润的Z-eff值。IC也是DLSCT的重要功能参数，能定量反映组织血容量、血管通透性等病理生理变化[21]。AP的IC值主要反映组织的毛细血管密度和血供特点，而VP的IC值则体现了血管内、外的血液分布和对比剂滞留情况[22]。Wang等[23]研究发现结肠癌IC/NIC值明显高于非病理性增厚的肠壁组织，提示结肠癌肿瘤组织的血供较正常肠壁更丰富。病理研究证实，结直肠癌微血管密度与肿瘤浸润肠壁深度显著相关，侵及浆膜层的肿瘤微血管密度明显高于未侵及浆膜层的肿瘤[24]。综上所述，笔者推测，由于pT3～4期RA肿瘤浸润肠壁深度较深，侵犯范围广，需要丰富的血供以支持肿瘤侵袭性的生物学行为；且pT3～4期RA内部微环境复杂，肿瘤异质性明显，故pT3～4期RA表现为较大的Z-eff和NIC值。

3.4 本研究的局限性 ①为单中心、回顾性研究，存在选择偏移；②仅研究了直肠癌中最常见的组织学类型腺癌，未纳入其他少见的组织学类型；③未对组织标本进行微血管密度的检测；④未与MRI进行比较。

总之， DLSCT多参数图能提高RA术前T分期的准确度，平扫期Z-eff及双期增强NIC值有助于鉴别pT1～2期及pT3～4期RA，为DLSCT在直肠癌中的应用提供了更多的证据。