光谱CT多参数成像术前预测结肠癌神经及脉管侵犯状态的价值

刘思佳,赵 卫,胡继红,李青青,杨亚英

结肠癌是消化道最常见的恶性肿瘤之一,据2020年全球癌症统计报告显示,结肠癌居全球恶性肿瘤发病率及死亡率的第5位[1]。神经侵犯(perineural invasion,PNI)及脉管侵犯(lymphovascular invasion,LVI)作为影响结肠癌患者预后的高危因素,可能与肿瘤的转移和复发相关[2]。目前,结肠癌临床治疗主要采取以手术为主的多学科综合治疗,术前内镜活检或常规增强CT检查在评估结肠癌PNI及LVI状态时均存在局限性,往往需要通过手术病理获得,具有一定滞后性。有研究表明PNI和LVI是Ⅰ期结肠癌复发的不良预后因素[3],此类患者根治性切除术后应定期进行随访,必要时加以辅助化疗;而对于Ⅱ期结肠癌患者,PNI及LVI则是国内外指南推荐进行术后辅助化疗的指征[4-5]。因此,若术前能有效预测结肠癌PNI及LVI状态,对患者风险分层的判定和个体化治疗计划的制定具有重要意义。双层探测器光谱CT作为新一代能量CT,与既往基于球管端实现能量扫描的能谱CT不同,光谱CT基于上、下两层探测器采集能量数据,检查前无需进行双能量扫描预判,没有器官和扫描视野的限制,通过常规扫描流程便可获得包含各种能谱信息的SBI数据包,并且“同源、同时、同向”的成像特点保证了采集到的高、低能两套数据集在空间和时间上完全配准,有助于大幅度降低能谱图像的噪声,提高能量数据分析的准确性[6-7]。既往研究发现光谱CT定量参数在预测喉肿物良恶性、乳腺癌免疫组化表达及鉴别结直肠癌转移淋巴结等方面具有一定临床价值[8-10],但利用光谱CT多参数预测结肠癌PNI及LVI状态的研究鲜有报道。本研究旨在探讨光谱CT各定量参数术前预测结肠癌PNI及LVI状态的价值。

材料与方法

1.研究对象

搜集昆明医科大学第一附属医院2021年9月至2022年9月经术后病理确诊为结肠癌的75例患者的病例资料。病例纳入标准:①术后病理证实为结肠癌,且明确神经脉管侵犯情况;②术前2周内行光谱CT增强扫描;③术前未行放疗、化疗等新辅助治疗。病例排除标准:①临床、病理或CT资料不完整;②CT图像质量差、伪影重,观察受限;③CT图像上肿瘤可视性差,不足以绘制感兴趣区(ROI)。排除仅行内镜检查而未行根治性外科手术者5例、术前化疗者4例及术后临床病理资料不完整者2例,最终本研究纳入64例结肠癌患者,其中男31例,女33例,年龄31～90岁,平均(61.7±12.9)岁。将存在PNI和/或LVI设为PNI/LVI阳性组,共29例(其中神经和脉管同时侵犯者21例,单独神经侵犯者2例,单独脉管侵犯者6例);将无PVI和LNI设为PNI/LVI阴性组,共35例。本研究通过昆明医科大学第一附属医院伦理委员会审批(2022伦审L第112号)。

2.检查方法

采用荷兰Philips IQon Spectral双层探测器光谱CT对患者进行胸腹联合增强扫描,CT检查前患者禁食4～6 h,扫描范围自肺尖至双侧坐骨结节水平。扫描参数:管电压120 kVp,采用自动管电流调节技术,螺距1.016,准直器宽度64×0.625 mm,线管转速0.5 s/r,矩阵512×512,扫描层厚5 mm,重建层厚1 mm。增强扫描采用对比剂智能追踪阈值自动触发技术,触发点设在膈顶水平,触发阈值为140 HU,达到阈值后6 s扫描动脉期、30 s扫描静脉期。对比剂采用非离子型对比剂碘海醇(浓度350 mg I/mL),剂量1.5 mL/kg,注射流率3.0 mL/s。

3.图像后处理及数据测量

将结肠癌患者光谱CT增强扫描动脉期、静脉期图像的SBI数据包调入光谱后处理工作站,得到相应的虚拟单能级图、碘浓度图及有效原子序数图,在肿瘤实体显示最大层面(避开瘤内血管结构及肿瘤坏死区域)及同层面腹主动脉或髂动脉勾画感兴趣区,瘤灶感兴趣区直径大于肿瘤厚度的1/2。每个瘤灶测量3次并取其平均值,尽量保证不同期相勾画的感兴趣区位置、大小一致。测量参数:①动、静脉期40 keV及90 keV单能级图像上瘤灶的CT值,表示为CT40keV、CT90keV;②动、静脉期瘤灶的光谱曲线斜率λ,λ=(CT40keV-CT90keV)/50;③动、静脉期瘤灶及同层面腹主动脉或髂动脉的碘浓度(iodine concentration,IC)值;④动、静脉期瘤灶的标准化碘浓度(normalized iodine concentration,NIC)值,NIC=瘤灶IC值/同层面腹主动脉或髂动脉IC值;⑤动、静脉期瘤灶及同层面腹主动脉或髂动脉的有效原子序数(Z-effective,Zeff);⑥动、静脉期瘤灶的标准化有效原子序数(normalized Z-effective,NZeff),NZeff=瘤灶Zeff/同层面腹主动脉或髂动脉Zeff。

4.统计学分析

结 果

1.两组结肠癌患者临床及病理资料比较

统计学分析结果显示,结肠癌PNI/LVI阳性组与阴性组之间T分期、分化程度及淋巴结转移情况差异均有统计学意义(P均<0.05),阳性组倾向于T分期更高、分化程度更差;两组间年龄、性别、肿瘤部位及CEA差异均无统计学意义(P均>0.05,表1)。T分期中肿瘤以T3期为主,占比约为72%(46/64);分化程度以中分化为主,占比为50%(32/64)。

表1 两组结肠癌患者临床及病理资料比较 (例)

2.两组结肠癌患者光谱CT定量参数比较

PNI/LVI阳性组的动脉期和静脉期光谱CT定量参数CT40keV、IC、NIC、Zeff、NZeff及λ均高于PNI/LVI阴性组,差异均有统计学意义(P均<0.05 ),两组间动静脉期的CT90keV差异均无统计学意义(P均>0.05,表2,图1、2)。

表2 两组结肠癌患者光谱CT参数比较

图1 患者,男,67岁,结肠肝曲癌并PNI/LVI阳性,动脉期轴面腹部光谱CT图像。a)40 keV单能级图像,病灶CT值为184.6 HU;b)90 keV单能级图像,病灶CT值为64.8 HU;c)碘浓度图,病灶碘浓度为1.68 mg/mL;d)有效原子序数图,病灶有效原子序数为8.23。图2 患者,男,71岁,升结肠癌并PNI/LVI阴性,动脉期轴面腹部光谱CT图像。a)40 keV单能级图像,病灶CT值为164.9 HU;b)90 keV单能级图像,病灶CT值为66.0 HU;c)碘浓度图,病灶碘浓度为1.38 mg/mL;d)有效原子序数图,病灶有效原子序数为8.09。

3.光谱CT各定量参数预测结肠癌PNI/LVI状态的效能

结肠癌PNI/LVI阳性组与阴性组间光谱CT定量参数的ROC曲线分析结果显示,动脉期CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff及静脉期NIC、NZeff的诊断效能较高(AUC值为0.737～0.783),其中以动脉期IC的诊断效能最佳,阈值为1.31 mg/mL时,其AUC为0.783,敏感度为82.76%,特异度为65.71%。(表3,图3)。

表3 光谱CT各定量参数预测结肠癌PNI/LVI状态的效能

图3 a)动脉期光谱CT各参数预测结肠癌PNI/LVI状态的ROC曲线;b)静脉期光谱CT各参数预测结肠癌PNI/LVI状态的ROC曲线。

4.各亚组结肠癌患者光谱CT定量参数比较

为减少T分期、分化程度及淋巴结转移情况对结果的干扰,同时验证PNI/LVI状态与光谱CT定量参数的相关性,本研究将T分期、分化程度、淋巴结转移3个风险因素中占比最多的研究对象进一步分为T3期亚组(46例)、中分化亚组(32例)和淋巴结转移亚组(35例)。统计学分析结果显示,相同T3期结肠癌中,PNI/LVI阳性组的动脉期光谱参数CT40keV、CT90keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff和静脉期CT40keV、λ、IC、NIC 、Zeff、NZeff均高于阴性组,差异均有统计学意义(P均<0.05 ),两组间静脉期CT90keV差异无统计学意义(P>0.05,表4);中分化亚组结肠癌中,PNI/LVI阳性组的动静脉期光谱参数CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff均高于阴性组,差异均有统计学意义(P均<0.05 ),两组间动静脉期CT90keV差异无统计学意义(P>0.05,表5)。

表4 T3期亚组结肠癌光谱CT参数比较

表5 中分化亚组结肠癌光谱CT参数比较

在发生淋巴结转移的结肠癌亚组中,PNI/LVI阳性组的动脉期光谱参数CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff和静脉期NIC 、NZeff均高于阴性组,差异均有统计学意义(P均<0.05 ),两组间动脉期CT90keV、NZeff和静脉期CT40keV、CT90keV、λ、IC、Zeff差异均无统计学意义(P均>0.05,表6)。

表6 淋巴结转移亚组结肠癌光谱CT参数比较

ROC曲线分析结果显示,各亚组动脉期光谱CT参数预测结肠癌PNI/LVI状态的效能高于静脉期,其中T3期亚组中,动脉期CT40keV、CT90keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff预测PNI/LVI的AUC分别为0.812、0.674、0.830、0.839、0.814、0.807、0.690(图4a);中分化亚组中,动脉期CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff预测PNI/LVI的AUC分别为0.818、0.862、0.872、0.895、0.806、0.727(图4b);淋巴结转移亚组中,动脉期CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff预测PNI/LVI的AUC分别为0.780、0.835、0.846、0.771、0.833(图4c)。

讨 论

结肠癌发病率及死亡率在我国呈上升趋势,影响结肠癌患者预后的因素除TNM分期外,还与肿瘤PNI及LVI状态相关[2-3,11],PNI指癌细胞侵犯肿瘤周围的神经细胞或神经纤维,LVI指血管和/或淋巴管中癌栓形成或癌细胞侵犯淋巴血管壁[12],是癌细胞转移和扩散的重要途径。本研究结果显示,结肠癌PNI/LVI阳性组发生淋巴结转移的风险更高,与既往研究报道一致[13]。此外,PNI及LVI阳性患者的预后较差,术后往往需要进行辅助化疗。MRI软组织分辨率高,在直肠癌壁外血管侵犯评估中已得到广泛应用,但其检查时间较长、受呼吸及肠管蠕动影响较大,扫描结肠时图像质量会受到一定程度影响,因此很难获得高分辨率的MR图像来准确评估局部结肠癌的病变特征,目前在结肠癌壁外血管侵犯评估中的效果差强人意。MSCT具有扫描速度快、受肠蠕动及呼吸运动影响小、便于进行三维重建等优点,已成为目前结肠癌术前评估的首选影像学检查方法。常规增强CT以观察肿瘤形态学为主,在评估结肠癌PNI及LVI状态时存在局限性。光谱CT多参数成像在常规CT的基础上,提供了能谱曲线、碘浓度、有效原子序数等定量指标,可对肿瘤异质性的大量组织学特征进行量化分析,从而为疾病的治疗及预后提供参考信息[14]。Chen等[15]研究发现结直肠癌原发灶光谱CT定量参数Zeff、λ和NIC可用于预测肿瘤病理分期和组织学分级,但其未纳入对PNI、LVI的研究。Ren等[16]的研究显示胃癌PNI/LVI阳性组肿瘤原发灶动脉期和静脉期的IC、NIC、Zeff和NZeff高于PNI/LVI阴性组,在术前预测胃癌PNI/LVI方面具有一定价值。本研究结果显示,光谱CT动脉期、静脉期相关定量参数(CT40keV、λ、IC、NIC、Zeff、NZeff)有助于预测结肠癌PNI及LVI状态,动脉期参数的预测效能优于静脉期。

病理血管生成被认为是实体肿瘤发生、发展和转移的关键因素,而结直肠癌与血管生成密切相关,肿瘤组织通常比正常肠壁组织具有更大的血管生成活性[17]。光谱CT利用物质分离技术对碘含量进行测定得到IC值,可以精确反映病变组织对碘对比剂的吸收,从而间接反映病变的血供情况,可在一定程度上反映病变的血管密度、肿瘤活性和侵袭性[15,18]。有效原子序数是从原子序数引申而来的概念,可以反映物质的X线吸收衰减情况,光谱CT在人体成像时,通过计算机后处理得到人体组织的有效原子序数图并测量有效原子序数大小,进而区分物质成分[19]。本研究结果显示,结肠癌PNI/LVI阳性组动脉期、静脉期的IC值、Zeff值均高于阴性组,其中以动脉期IC的AUC最大,为0.783,诊断阈值为1.31 mg/mL时,敏感度为82.76%,特异度为65.71%,可作为评估结肠癌PNI/LVI状态的重要依据。基于高能和低能两组数据计算出来的虚拟单能级图像,相当于单一能量射线下的CT图像,随着能级水平减小,碘的衰减逐渐增加,低能级图像可提高血管的CT值和组织对比度,使病变显示更加明显。既往研究报道40 keV虚拟单能级图像可提高胃肠道病变的检出率[20]及直肠癌术前T分期的准确率[21]。能谱曲线以单能级为横坐标,以CT值为纵坐标,从而获得具有物质特异性的曲线,根据曲线形态及斜率的不同可对病灶组织成分差异进行鉴别[22]。本研究中结肠癌病灶动脉期、静脉期40 keV时的CT值及40～90 keV的能谱曲线斜率λ均与PNI/LVI状态相关,PNI/LVI阳性组肿瘤原发灶的CT40keV、λ均高于阴性组,动脉期CT40keV、λ预测PNI/LVI的AUC分别为0.737、0.773,静脉期分别为0.667、0.678。

同时本研究发现,在相同T分期或相同分化程度或均发生淋巴结转移的前提下,结肠癌PNI/LVI阳性组与阴性组之间的光谱参数差异仍存在统计学意义,ROC曲线分析结果显示动脉期各参数预测PNI/LVI状态的AUC多达0.8以上。分析原因,可能在于T分期、分化程度、淋巴结转移、PNI/LVI均是影响肿瘤侵袭性及恶性程度的指标,当前三个因素合并PNI/LVI阳性时,肿瘤侵袭性更强、恶性程度更高,与PNI/LVI阴性组光谱CT参数的差异也更加显著。

本研究存在以下局限性:首先是样本量较小,研究所得数据可能存在一定偏差,今后将扩大样本量继续研究;其次,本研究仅确定了光谱CT定量参数与结肠癌神经脉管侵犯状态的相关性,没有涉及患者预后信息,后续需要扩大样本量并进行随访,从而评估结肠癌患者术前的恶性程度和预后情况,为临床提供更多指导信息。

综上所述,光谱CT动脉期、静脉期各定量参数在术前预测结肠癌PNI/LVI状态方面具有一定价值,可为临床制定诊疗方案和评估预后提供一定参考依据。