应用三维能量超声及超声造影对直肠癌术前分期的检测价值

于英蛟，王学梅，杨志伟，

刘春鹤1，陶春梅2

1.大庆油田总医院 超声科，黑龙江 大庆163311；2.中国医科大学附属第一医院超声诊断科，辽宁 沈阳 110001

应用三维能量超声及超声造影对直肠癌术前分期的检测价值

于英蛟1，王学梅2，杨志伟1，

刘春鹤1，陶春梅2

1.大庆油田总医院 超声科，黑龙江 大庆163311；2.中国医科大学附属第一医院超声诊断科，辽宁 沈阳 110001

目的探讨三维超声及超声造影在直肠癌术前TNM分期中的应用价值。方法术前对39例直肠癌患者进行三维超声检查，8例直肠癌患者进行超声造影检查。术后采用TNM分期标准进行分期，并与超声血流动力学数据进行对照。结果Ⅰ期、Ⅱ期以Ⅱ级血流为主，Ⅲ期、Ⅳ期直肠癌以Ⅲ级血流为主。Ⅰ期、Ⅱ期和Ⅲ期、Ⅳ期之间三维血管指数不同，有统计学差异（P＜0.05）。超声造影所得时间-强度曲线，Ⅲ期、Ⅳ期直肠癌曲线图显示上升支陡直，下降支平缓。结论经直肠3D-CPA检测直肠癌肿块血流分级及VI指数可作为直肠癌病理分期超声诊断的参考。应用超声造影技术可以为直肠癌术前分期诊断提供更加丰富的信息。

超声诊断仪；三维超声；能量多普勒； 超声造影； 直肠癌

0 前言

我国大肠癌中，直肠癌约占 60%～75%。发病率和死亡率近年来呈上升趋势。目前对不同分期的直肠癌治疗应用了一些新技术，如早期病例可行局部切除术[1]，直肠全系膜切除术可降低局部复发率[2]；一些晚期病例手术前常采取新辅助放化疗，可降低局部复发率、提高生存率[3-6]。直肠癌术前准确分期对于临床诊治非常重要[7]。直肠腔内超声虽然分期准确性较高，但仍然存在许多影响因素，如操作者依赖性、肿瘤周边炎症、肿瘤位置、肠腔狭窄、术前放化疗等。

新生血管生成是肿瘤发生与进展的关键，它涉及到肿瘤的生长、浸润、转移等各个环节。实性肿瘤的生长依赖于新生血管的形成，血管再生是肿瘤生长和转移的必要条件。血管生成在肿瘤的进化、发展中起重要作用。

研究表明，直肠癌患者的血管生成状况与肿瘤细胞的增殖、浸润和转移相关。因此，通过观察肿瘤内血管生成可预测直肠癌浸润程度及淋巴结转移情况。

三维能量造影（three-dimensional color power angiograph，3D-CPA）能形象、直观地观察肿物内血流灌注的状态和立体结构的空间位置关系。作为在活体中无创检测血流的一种方法，可以动态、连续地观测肿瘤内的血流情况。

超声造影技术是目前超声界研究的热点之一，它是利用超声造影剂的散射和非线性特性的原理来增强组织间的对比分辨力。超声造影剂也称为回声增强剂，是由空气或其它气体微泡组成，外包裹不同的膜物质作为外壳或吸附于微颗粒物质。近年来超声造影技术的发展明显提高了超声对多种病变的诊断能力，并已广泛应用于肝脏局灶性病变的定性诊断中[8]，而在直肠癌方面的研究目前未见报道。

本研究旨在探讨应用经直肠 3D-CPA 和超声造影对直肠癌血流进行检测。初步探讨这些方法在直肠癌术前分期诊断中的应用价值。

1 材料和方法

1.1 研究对象

2009 年 10月～2010 年 6 月，选取我院 39 例经病理确诊的直肠癌患者进行了 3D-CPA 检查，年龄 46～74 岁，平均年龄（49.8±8.7）岁。

入选标准 ：① 所有患者均无放疗、化疗病史 ；② 患者直肠无大量出血 ；③ 患者知情同意。

39 例患者中 8 例做了超声造影检查，年龄 39～56 岁，详细记录患者的术后临床病理资料。39 例进行 3D-CPA 检查的患者中Ⅰ期、Ⅱ期共 23 例，Ⅲ期、Ⅳ期共 16 例，8例进行超声造影检查的患者中Ⅱ期4例，Ⅲ期3例、Ⅳ期1例。

1.2 仪器与方法

超声仪器采用 PHILIPS iu22 超声诊断仪，腔内三维探头 3D9-3V。

1.2.1 三维超声图像的获取及后处理方法

所有患者于当日检查前排净大便。检查时，患者取左侧卧位，屈膝，双膝尽量向上，双手抱膝，使肛门充分暴露。探头表面放少许耦合剂，套橡胶套，在橡胶套表面涂以耦合剂起润滑作用。嘱患者深呼气，探头缓慢进入肛门，观察肿瘤的位置，浸润肠壁的层次及与周围邻近器官的关系。

在经直肠二维模式清晰显示直肠矢状面轮廓后，选择三维模式，将容积框包绕直肠肿物，设定扫描角度为 85°，嘱患者静止并屏气，固定探头，进行自动三维成像，存储图像 ；回放图像并进行后处理，在 ABC 视图下调整X、Y、Z轴，使A视图清晰显示直肠正中矢状面，此时三维图像容易清晰显示直肠癌肿物轮廓。

采用 Qlab 软件 GI3DQ 工具测得肿物的体积。以肿物的上下限为界，均分成15层，每一个层面图像上勾勒直肠肿物轮廓，全部完成后计算机将自动给出肿物的体积。重复测量3次，记录其体积的平均值。

启动 CPA 检查模式，适当设置能量多普勒量程范围（250Hz），适当降低壁滤波，使终末细小分支的低速血流显示而又不出现背景噪声，增益调至 75% 左右，观察直肠肿物血流情况。启动三维成像，嘱患者静止并屏气，固定探头，进行血管的三维成像，存储图像。在 ABC 视图下调整 X、Y、Z轴并适当放大图像，使三个视图均清晰显示肿物轮廓。选择感兴趣区（Region of interest， ROI）取框工具，在三个视图中调整取样框的大小使其均包含肿物及其紧邻的部分，这样在三维图像中显示的就仅仅是肿物的血流情况，观察三维图像，使肿物动态旋转，在旋转过程中，充分显示血管的立体走行及分支，以便于计数血管条数。

1.2.2 3D-CPA血流的分析方法

（1）半定量分析。根据肿物血流的分布、走行、分支等特点，将肿物血管分为 4 级[9]：0 级 - 肿物内部及周边未见血流信号；Ⅰ级-肿物周边可见短条状血管，肿物内部无血管分布；Ⅱ级-除周边血管外，肿物内部可见稀疏的血管，分支简单，走行较平直；Ⅲ级-肿物内部可见丰富的血管树或血管网，分支复杂，血管走行迂曲不规则，肿物周边可见血管包绕。

（2）定量分析。计数肿物内总的血管条数，选用如下标准[9]：如果 1 条血管走行无分支，则计为 1 支血管 ；如果1支血管有多个分支，则以末梢血管分支数为计数标准，计测出肿物内总的血管数。采用 Qlab 软件 GI3DQ 工具测得肿物的体积，二者的比值为直肠癌肿物内单位体积内的血管条数，作为反映肿瘤血供丰富程度的血管指数（Vascularity index，VI）。血管条数计数 3 次，取其平均值作为血管条数。

1.2.3 超声造影检查

机器切换到双幅造影模式，机械指数 0.08，并将病灶尽可能置于图像中间。注射造影剂同时按下计时键，连续实时观察病灶和周围组织的增强及其动态变化过程，并存储超声造影检查全过程的图像资料，时间约 3min。

图像分析 ：将其分为增强早期及增强晚期[10]。增强早期是指直肠动脉开始灌注至实质逐渐增强达峰值过程，增强晚期是指实质回声开始减低至造影前水平的过程。增强水平以肠壁的回声强度作为参照，观察直肠癌组织的增强时间、增强水平、增强模式及变化情况。

开启 QLAB 分析软件，启动感兴趣区（ROI）定量程序，获得感兴趣区血流灌注的时间-强度曲线。并由曲线得到以下参数：峰值强度（peak intensity，PI）、曲线下面积（area under the curve，AUC）、达峰时间 (time to peak，TTP)，各取其均值。启动微血管成像（microvascular imaging，MVI）程序，实时观察造影剂微泡在微血管中的显像轨迹。

1.2.4 术后TNM分期方法

所有病例均按国际抗癌联盟 TNM 分期标准进行分期，收集术后病理分期资料。

1.2.5 统计方法

3D-CPA 血管计数与直肠癌术后病理分期的比较，Pearson Chi -Squareχ2检验。

3D-CPA 定量资料血管指数与术后病理分期比较用两独立样本t检验。

P ＜0.05 为检验水准。

2 结果

2.1 3D-CPA血管分级在各期直肠癌中的结果

Ⅰ期、Ⅱ期直肠癌血流较丰富（如图1所示），肿物周边均可探及血管，多数内部可探及血管，以Ⅱ级血流为主；Ⅲ期、Ⅳ期直肠癌周边及内部均可探及血管，以Ⅲ级为主（如图2，表1、表2），呈丰富的血管树，分支复杂，血管走行迂曲不规则。

图1 Ⅱ期直肠癌3D-CPA显示血管Ⅱ级

图2 Ⅳ期直肠癌3D-CPA显示血管Ⅲ级

表1 直肠癌的血管分级

表2 直肠癌的三维血管指数

2.2 超声造影表现

注射造影剂后，各期直肠癌的增强表现为造影剂快速填充整个肿瘤，声像图显示肿瘤在整个范围内迅速弥漫性增强，与周围正常组织的回声差异明显，可清晰显示病灶的范围、边界。晚期部分病灶呈等增强，部分病灶内部呈低增强，周边呈稍高增强，可进一步显示病灶的浸润范围。

由 ROI（感兴趣区域）定量分析软件划定感兴趣区域后自动生成时间-强度曲线。Ⅲ期、Ⅳ期直肠癌曲线图显示上升支陡直（如图3 所示），下降支平缓（如图4 所示）。时间-强度曲线造影参数结果见表3。

表3 直肠癌造影参数结果（均值）

图3 直肠癌超声造影早期，肿瘤组织峰值强度较周围正常组织高

图4 直肠癌超声造影晚期，肿瘤组织时间强度曲线下降支平缓

3 讨论

直肠癌约占大肠癌的 60%～75%，是常见的消化道恶性肿瘤之一，近年来呈上升趋势。提高直肠癌术后生存率，关键在于早期诊断和早期合理的治疗。T1 期和部分 T2 期直肠癌可以行局部切除，而 T3、T4 期或有淋巴结转移可考虑手术前放化疗加手术等，因此直肠癌术前准确的分期对于临床制定合理的治疗方案、判断预后尤为重要[11]。目前临床多采用 CT、MRI或经直肠二维超声等影像学检查手段来对直肠癌进行术前分期。CT 在T分期的准确度仅达33%～77%，对 淋 巴 结 转移 准 确 度为53%[12-13]。Laghi等 人[14]应用 MRI研究 35 例直肠癌患者，得出 T 分期总的准确性是86%，另外，涂小煌等人[15]研究磁共振（MRI）水成像（MRH）对直肠癌术前分期价值，得出MRI水成像检查对 T分期的总准确性为 82.4%，淋巴结转移的总准确性为 67.6%。经直肠二维超声对 T 分期的总准确性为 65.8%[16]，但是超声检查与操作者的经验有很大关系，Rafaelsen SR 等人[17]研究比较了有经验和无经验的医生对 30例直肠癌术前分期诊断的特异性，分别为 83% 和 46%。二维超声对淋巴结转移诊断的准确性较低，有研究表明，N分期中准确性为57%～71.4%。因此，在以往的研究中，经直肠二维超声判断直肠癌分期较其他影像学方法未见明显优势。

研究表明[18-20]，血管生成在肿瘤的生长中发挥着重要的作用。血管生成为肿瘤细胞的增殖提供了营养和氧气，同时也增加了肿瘤转移的机率。肿瘤血管的结构和分布是不正常的，包括管径粗细的变化、延长及旋转、分枝结构的紊乱及血管壁的不完全等等。这些变化会增加毛细血管的通透性、血管横断层面的面积及动静脉瘘的形成，从而使得肿瘤区域的血流动力学较正常组织发生了改变。

本研究所用的仪器为 Philips 公司产品，经直肠三维超声探头为容积探头，启动三维图像采集程序自动成像，避免了采样的不均匀性，所呈图像空间位置准确、稳定可靠。三维多平面成像技术采用符合扫描线，增加了图像的清晰度，且对病灶空间位置的确定也优于二维超声。Kurjak A[21]在其研究中发现，与二维超声检查相比，三维超声检查可在 58% 的病例中产生更多的信息。本研究还应用了三维超声的体积测量功能，国内刘广建等人[22]对于三维超声体积自动测量技术的准确性进行研究，发现较二维超声下的容积测量更准确，重复性高。Raine-FenningN[23]的研究也表明旋转步进小于 30°的旋转式容积测量有很好的重复性和准确性。

本研究经直肠三维血管能量显像能直观清晰的显示直肠癌血管分布，Ⅰ期、Ⅱ期与Ⅲ期、Ⅳ期相比，血流的分级有显著不同（P ＜ 0.05），3D-CPA 能完整的显示直肠癌血管树或血管网。三维能量多普勒定量分析的方法可计算和分析直肠癌内血流分布，所得 VI值是一个很好的在体评估肿瘤血管生成的有效指标。直肠癌的异常血流改变可以通过测量直肠癌内三维能量多普勒血管参数 VI值反映出来，这为直肠癌超声诊断提供了一个新的定量分析血流的方法。

经直肠三维能量多普勒超声能更客观地显示直肠癌局部病变及邻近组织器官的浸润情况，直观反映直肠癌肿瘤内的血流情况。又因其无创、可重复、无副作用等特点，有较大的临床应用价值。

超声造影剂和特异性超声技术的发展，使我们对肿瘤血管生成的研究进入一个崭新阶段[24]。目前应用的静脉超声造影剂在体内的平均直径多在 2～5μm，小于红细胞直径，可以进入人体的微循环，从而是真正意义上的血池造影剂，与 CT、MRI相比由于造影剂不经过肾脏代谢，没有肾脏毒性，因此更适合用于评价微循环灌注的研究。注射造影剂后，各期直肠癌的增强表现为造影剂快速填充整个肿瘤，声像图显示肿瘤在整个范围内迅速弥漫性增强，与周围正常组织的回声差异明显，可清晰显示病灶的范围、边界。晚期部分病灶呈等增强，部分病灶内部呈低增强，周边呈稍高增强，可进一步显示病灶的浸润范围。由ROI定量分析软件划定感兴趣区域后自动生成时间-强度曲线，Ⅲ期、Ⅳ期直肠癌曲线图显示上升支陡直，下降支平缓，说明直肠癌超声造影表现典型，能为临床诊断及分期提供有用的信息。但因本研究例数较少，客观评价超声造影对直肠癌的诊断及分期的价值尚需积累更多资料，其确切价值有待进一步证实。

4 结论

（1）经直肠 3D-CPA 检测直肠癌肿块血流分级及 VI指数在Ⅲ期、Ⅳ期显著高于Ⅰ期、Ⅱ期，可作为直肠癌病理分期超声诊断的参考。

（2）应用超声造影技术可以清晰显示直肠癌毛细血管水平的血流灌注，直观反映病灶局部微循环状况，直肠癌超声造影具有典型的声像图表现，为直肠癌术前分期诊断提供更加丰富的信息。

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The Diagnosis Value of Three-dimensional Color Power Angiography and Contrast-enhanced Untrasonographic in the Preoperative Staging of Rectal Carcinoma

YU Ying-jiao1, WANG Xue-mei2, YANG Zhi-wei1, LIU Chun-he1, TAO Chun-mei2
1. Ultrasound Department, Daqing Oilfield General Hospital, Daqing Heilongjiang 163311, China; 2. Ultrasound Diagnosis Department, The First Affiliated Hospital of China Medical University, Shenyang Liaoning 110001, China

ObjectiveTo explore the value of three-dimensional color power angiography and contrastenhanced untrasonographic in preoperative staging in rectal carcinoma.MethodsTotally 39 patients with rectal carcinoma were examined preoperatively with three-dimensional color power angiography（3D-CPA） and 8 of them also were examined with contrast-enhanced untrasonographic. The rectal carcinoma used the TNM staging system after surgery. The ultrasound hemodynamic changes were analyzed and compared with those of postoperative pathologic staging.ResultsStageⅠand Ⅱare predominent with blood flow of grade Ⅱ.Stage Ⅲ and Ⅳ of rectal carcinoma are predominent with blood flow of grade Ⅲ. GradeⅠ,Ⅱ, Ⅲand Ⅳ are of different blood vessels index(P＜0.05). After the use of contrast agents, the shape of the curve in stage Ⅲand Ⅳrectal carcinoma was characterized as ascend rapidly and drop slowly than that of stageⅠand Ⅱ.ConclusionTransrectal 3D-CPA classification and detection of colorectal tumor blood vessels per unit volume within the article number that can be used as preoperative staging of rectal ultrasound for the diagnosis. Contrast enhanced ultrasonography and provided more extensive information for the preoperative staging of rectal carcinoma diagnosis.

ultrasound diagnostic apparatus; three-dimensional ultrasonography; color power doppler; contrast enhanced ultrasonography; rectal carcinoma

R445.1；R735.3+7

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.06.062

1674-1633(2011)06-0142-05

2011-03-12

2011-04-14

辽宁省科学技术项目（2009225041）。

作者邮箱：yuyingjiao@gmail．com