不同能谱CT特征参数*评估直肠腺癌分化程度的价值评价

吉六舟 孙国运 李红英 李洪涛 刘义康

直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤之一，对人类的健康造成了严重的威胁。目前，全球范围内每年新发病例高达60万例，发病率和病死率仍不断升高[1]。对于直肠癌的发生现在尚未完全明确，公认的原因是社会环境、生活饮食习惯和遗传因素。精神状态是否良好、内分泌情况正常与否均可能导致直肠癌的发生，年龄和免疫功能也是导致直肠癌发生的因素。患者预后的情况是否良好，主要受有无转移及组织学类型等方面的因素影响[2]。组织学类型能够直观的反应肿瘤的生物学行为，能够将其作为预后判断的基本因素之一，与肿瘤的分化程度有着密切的关系，但目前的研究中并无太多关于直肠癌分化程度的研究。

宝石能谱CT是一种新的多参数能量CT，可以生成上百张图像，且这些图像均为单能量，同时定量分析基物质，在鉴别肿瘤类型和评判肿瘤等级上有较高的应用价值[3]。本研究重点探讨宝石能谱CT在直肠癌分化程度中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2015年1月至2017年9月在孝感市中心医院诊治、经病理证实的120例直肠癌患者，其中男性71例，女性49例；平均年龄(56±10)岁；患者具有便血症状，同时排便次数明显增多，伴有无法正常顺利排便的症状。将120例患者按照直肠腺癌分化程度将患者分为高分化组(32例)，中分化组(60例，含中-高分化)，低分化组(28例，含中-低分化)。所有患者均签署知情同意书，本研究经医院伦理委员会批准。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①在入院接受手术治疗前，未经过其他治疗；②病理或手术确诊为直肠癌；③个人病例资料完整。

(2)排除标准：①肠道准备不充分，图像存在严重伪影；②未进行手术或病理结果不详。

1.3 仪器设备

采用Discovery CT 750 HD型宝石能谱CT扫描仪(美国GE公司)。

1.4 检查方法

(1)检查前准备。包括：①清洁肠道：检查前2 d进食流食；检查前一晚，口服番泻叶3 g，之后12 h不进食；检查当日空腹；②肠道充盈及低张：蒸馏水2000 ml+20%甘露醇250 ml，90 min内，每次250 ml共9次匀速喝完，对于无禁忌症的患者，给与盐酸山莨菪碱10～20 mg，扫描前15～20 min肌注；③扫描前对患者进行呼吸训练。

(2)检查方法。采用Discovery CT 750 HD型宝石能谱CT扫描仪，先平扫，然后使用高压注射器，通过外周静脉注入碘海醇(300 mg I/ml，1.2 ml/kg)，流速3.0～3.5 ml/s，双期增强扫描在GSI模式下进行，动静脉期分别扫描30 s和70 s。

(3)扫描参数。设置管电压80～140 kVp(0.5 ms瞬时切换)；电流设置为自动管电流；球管转速0.8 s/rot；准直器宽度为40 mm；螺距设置成1.375∶1；层厚和层距均为5 mm，在扫描结束后自动重建图像。

1.5 图像评估与数据测量

使用GSIViewer软件进行图像和数据处理，获取肿瘤组织的能量序列使用Optimal CNR功能，然后将感兴趣区域(region of interest，ROI)放在肿瘤病变出的1/2～2/3处，测量病灶处的动静脉期的以下指标：①40～140 keV间的共11个单能量点的CT值；②碘浓度及水浓度，以及同层面髂外动脉的碘浓度；③能谱曲线。测量3次取平均值，测量时要尽量靠近病灶。根据上述数据分别计算出病灶的能谱曲线斜率K值，即公式1：

标准化碘浓度normalized iodine concentration，NIC)，即公式2：

1.6 统计学方法

采用SPSS 17.0进行统计学分析。分别使用均数±标准差()表示，方差齐性检验、单因素方差分析对数据结果进行分析，同时进行组内两两比较进行检验，检验标准为a=0.05。绘制受试者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线，根据曲线计算出斜率，NIC诊断的灵敏度和特异度及ROC曲线下面积(area under curve，AUC)，将这些指标进行分析比较。

2 结果

2.1 动静脉期时3组间不同单能量水平下病灶的CT值

(1)动脉期时。3组在40～80 keV和40～100 keV水平下的CT值具有显著差异，3组在40 keV、60 keV和100 keV水平下病灶CT值比较差异有统计学意义(F=12.57，F=8.76，F=4.12；P＜0.05)，见表1。

(2)静脉期时。3组在40～60 keV、40～70 keV、40～60 keV水平下的CT直具有显著差异，3组在40 keV、60 keV和70 keV水平下病灶CT值比较，差异有统计学意义(F=13.67，F=8.45，F=3.91；P＜0.05)，见表2。

表1 动脉期40～140 keV水平下三组病灶CT值(HU)的比较

表2 静脉期40～140 keV水平下三组病灶CT值(HU)的比较

表3 三组直肠腺癌基物质浓度值、NIC及斜率K值的比较

2.2 不同分化程度直肠腺癌的基物质浓度值及斜率K值

计算斜率后发现，3组间在低keV水平下具有显著差异，随着keV水平的不断升高，3组间的斜率差别逐渐减小(见表3)。其中，斜率值的高低与分化程度呈反比；在动脉期和静脉期，3组间的斜率具有统计学意义(F=60.59，F=79.99；P＜0.05)。3组之间的碘浓度和NIC值从大到小依次为低分化组＞中分化组＞高分化组；3组在动脉期和静脉期的碘浓度比较，差异具有统计学意义(F=12.42，F=51.99；P＜0.05)，但是水浓度结果并无显著差异。

表4 动脉期NIC和能谱曲线斜率K在各组间的诊断效能

表5 静脉期NIC和能谱曲线斜率K在各组间的诊断效能

2.3 NIC与斜率K值对3种分化程度直肠腺癌鉴别诊断价值

(1)动脉期。中-高分化组的AUC分别为0.662和0.653，高-低分化组的AUC分别为0.891和0.863，中-低分化组分别为0.591和0.742。在阈值选择恰当时，诊断的敏感度和特异度分别达到了76%和74%以上；在斜率合适时，诊断的灵敏度和特异度分别达到了77%和79%以上，见表4。

(2)静脉期。中-高分化组的AUC分别0.704和0.762，高-低分化组的AUC分别为0.875和0.902，中-低分化组的AUC分别为0.592和0.642；当NIC阈值选择合适时，诊断的灵感度可到达77%以上、特异度在72%以上；当斜率阈值选择合适时，诊断的灵敏度和特异度分别为86%和70%以上，见表5。

3 讨论

宝石CT能谱成像是以物理为基础利用X射线获取图像，进行形态学和组织学的鉴别及数据采集及重建，不仅突破了传统CT的局限性，还能提供不同的定量信息，能够帮助快速区分和鉴别肿瘤的发生位置和分化程度，具有很高的应用价值[4-6]。但就目前而言，其在直肠癌分化程度中的应用还很少，因此，本研究针对能谱CT在直肠癌分化程度中的应用进行了初步研究。

宝石能谱CT可以瞬间切换高低能量，同时获得两种定向的数据信息，从而确定了40～140 keV范围内的衰减系数，并且得到了101张图像，这些图像均为单能量图像，可以帮助获取更为准确的CT值，能够为评估提供准确且有价值的信息[7]。本研究结果显示，直肠癌的分化程度与其对应的CT值成反比，在低能量水平时，差异最显著，随着能量水平的提高，CT值之间的差异开始逐渐减小。在本研究中，动脉期的3组40～80 keV、40～110 keV和40～100 keV水平下具有显著差异；静脉期的3组40～60 keV、40～70 keV和40～60 keV水平下具有显著差异。本研究结果表明，在术前评估直肠癌分化程度上，低能量水平的CT值具有一定的参考价值。

能谱曲线是一种特殊的曲线，其衰减是跟随着X射线的变化而进行，这一特殊性由物质的分子结构不同所造成，不同的能量曲线能够代表不同的物质，因此，不同的物质结构和组织可以用这一特殊的曲线来进行区分，能谱曲线的定量评估可以以斜率K值为评估方法，斜率K值是根据单能量区间的CT值而计算得到[8-9]。在本研究中，研究区间为40～100 keV，通过计算斜率值发现，3组之间的斜率值在图中的分布从高到低分别为：低分化组＞中分化组＞高分化组；3组的斜率值在动脉期和静脉期具有显著差异，这一研究结果与低能量水平组的CT结果高度一致，更进一步表明处于不同分化程度的直肠癌组织的供血功能和CT值也不同，因此可以用能量CT值的曲线差异来区分不同的分化程度。

无论是何种物质，其X射线的吸收系数均由2种物质决定，因此某种物质的衰减情况可以用两种基物质的浓度来表示，进而将物质分离并对其成分进行分析[10]。CT成像的常规物质是水，碘则可以增强对比，也是常用的一种基物质，将水-碘作为基物质进行物质分离和分析，其结果更加准确客观[11-12]。本研究中，3种不同分化程度，动静脉期的碘浓度有显著差异，且出现了在分化程度低的患者病灶内的碘浓度高的结果；3种不同分化程度，动静脉期水浓度之间无显著差异，根据这一结果，研究者认为，保持水浓度不变，观察碘浓度的变化可能对评估分化程度有帮助；因为肿瘤的摄碘能力与供血血管和微血管密度有着密切关系，高分化的肿瘤组织中，血管的生成速度也是最快的，其相应的夺取能力也最强，如果血管密度太大，组织的供血量也随之增加。同时也有研究表明，肿瘤分化程度与血管表现的通透性和Patlak血容量呈反比[15-16]。在本研究中，直肠癌患者病灶中的碘浓度和以往的研究结果高度一致，更好的证明了CT成像在直肠癌中的重要价值[13]。为了排除个体差异影响和其他外在因素对研究结果造成的影响，本研究选取的参照为与病灶处于同一层面的髌外动脉，以此排除外在因素对结果造成的偏差，使结果更加真实准确，结果发现，3种不同分化程度的直肠癌的NIC在动静脉期都具有显著的统计学差异，并且随着分化程度的升高，NIC则越低。

能谱曲线反应物质或结构随X射线能量衰减的变化情况，可以鉴别肿瘤的组织类型，NIC反应肿瘤的分化过程，对肿瘤在病理生理学上进行区分。通过本研究发现，处于不同分化时期的NIC和斜率值在动静脉期具有显著差异，并且在动脉期，当NIC阈值选择合适时，诊断的敏感度和特异度能达到76%和74%以上；当斜率阈值选择合适时，诊断的灵敏度和特异度均能够达到77%以上；静脉期时，当NIC阈值选择合适，诊断的灵敏度和特异度分别为77%和72%以上；当斜率阈值选择合适时，诊断的灵敏度和特异度则分别为86%和70%以上。因此，NIC和斜率在评估直肠癌的分化程度中有较高的诊断价值，从而进一步证明了能谱成像在术前评估的可行性和可准确性。

直肠癌在不同的分化时期，其能谱的参数特征也不尽相同，测量40～140 keV，病灶的CT值、碘浓度以及曲线斜率可以为肿瘤的分化程度提供准确且有价值的定量数据信息结果。

参考文献

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