雙能CT在結(jié)直腸癌臨床應(yīng)用中的研究進(jìn)展＊

趙 薇 任建軍 趙 磊 高 偉 王澤鋒 郝粉娥,*

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像診斷科 (內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

2.臨汾市人民醫(yī)院區(qū)域影像診斷中心 (山西 臨汾 041000)

3.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院肝膽外科 (內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

近20年，結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)在以美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)病率明顯下降，在我國(guó)表現(xiàn)為升高趨勢(shì)[1]，我國(guó)結(jié)直腸癌發(fā)病率和死亡率在全部惡性腫瘤中分別居第3和第5位[2]，嚴(yán)重威脅著人類健康。影像學(xué)評(píng)價(jià)是結(jié)直腸癌診斷的重要組成部分，常用的CT、MRI通過形態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)，并不能反映腫瘤內(nèi)部生物學(xué)行為改變，因此，能夠同時(shí)提供形態(tài)學(xué)和功能學(xué)信息的技術(shù)手段至關(guān)重要。雙能CT(dual-energy computed tomography，DECT)是近年來新興的一種檢查技術(shù)，除了提供常規(guī)CT信息外，還可以通過各種參數(shù)進(jìn)行定量分析，能夠更加客觀地對(duì)腫瘤進(jìn)行診斷分析。本文就雙能CT在結(jié)直腸癌臨床應(yīng)用中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 雙能CT基本原理及應(yīng)用價(jià)值

雙能CT是從高能量和低能量X線譜中獲取衰減數(shù)據(jù)的CT技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)定性與分離，并提供各種參數(shù)反映功能學(xué)信息，碘濃度、有效原子序數(shù)、能譜曲線、單能量成像、虛擬平掃(virtual non-contrast imaging，VNC)等擴(kuò)展了CT的應(yīng)用范圍[3]。雙能CT得到兩種能量的數(shù)據(jù)集，低KeV水平通過提高密度分辨率有助于病灶顯示，高KeV水平能夠去除金屬偽影和硬化偽影[4]。虛擬平掃利用碘抑制技術(shù)對(duì)CT增強(qiáng)圖像進(jìn)行物質(zhì)分離得到相當(dāng)于平掃的圖像，不僅可以保證圖像質(zhì)量，還可以降低CT掃描輻射劑量，增加了CT掃描的安全性[5]。X線衰減圖像能夠通過兩種基礎(chǔ)物質(zhì)的密度圖進(jìn)行表達(dá)，最常用的基物質(zhì)對(duì)是水和碘，利用彩色編碼技術(shù)生成的碘分布圖有利于直觀地觀察病變的分布情況；碘濃度直接顯示了組織對(duì)碘對(duì)比劑的攝取量，客觀、準(zhǔn)確、定量地反映了病變組織的供血情況[6]。有效原子序數(shù)能夠檢測(cè)并鑒別不同的物質(zhì)，當(dāng)物質(zhì)的X線吸收衰減系數(shù)與某種元素相同時(shí)，該元素的原子序數(shù)就是該物質(zhì)的有效原子序數(shù)，可利用有效原子序數(shù)進(jìn)行物質(zhì)檢測(cè)及鑒別[7]。能譜曲線是指物質(zhì)衰減隨X線能量變化繪制的曲線，通過曲線斜率可定量評(píng)估病變，鑒別病變的同源性[8]。

2 雙能CT結(jié)直腸癌臨床應(yīng)用

近年來，雙能CT在結(jié)直腸癌診斷及鑒別診斷、臨床分期、預(yù)測(cè)病理特征、療效評(píng)價(jià)等方面研究較多，為診斷提供了更豐富的信息。

2.1 定位、定性診斷判斷病灶是否累及腹膜返折是直腸癌位于腹膜腔內(nèi)外的重要標(biāo)準(zhǔn)，而腹膜反折在常規(guī)影像圖形上顯示存在困難[9]，單能量成像的圖像密度分辨率更高，從而提高組織對(duì)比度。田士峰等[10]研究顯示，50～80KeV圖像對(duì)腹膜返折的顯示優(yōu)于混合能量圖像，其中60KeV水平的圖像質(zhì)量最佳，對(duì)顯示腹膜反折及判斷腫瘤位置有一定的價(jià)值。

雙能CT可提高鑒別腫瘤良惡性的能力，Al-Najami等[11]研究顯示，直腸良、惡性腫瘤有效原子序數(shù)分別為8.48mg/mm3和8.93mg/mm3，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Sun等[12]將碘圖和CT結(jié)腸造影聯(lián)合進(jìn)行結(jié)直腸癌篩查，與常規(guī)結(jié)腸造影相比，敏感度相同(95.6%vs95.6%)，特異度明顯提高(100%vs42.8%)。

2.2 臨床分期常規(guī)CT診斷腫瘤侵犯漿膜面的征象如腸道周圍脂肪間隙模糊、腸壁的外緣出現(xiàn)結(jié)節(jié)等，但周圍脂肪厚度、纖維結(jié)締組織增生和組織炎癥等導(dǎo)致過度分期，特異性相對(duì)較低，腸周脂肪組織碘濃度可敏感地反映漿膜外組織血流灌注情況，有助于觀察漿膜面是否受侵犯[13]。李淑娟等[14]研究表明，動(dòng)、靜脈期碘濃度判斷直腸癌發(fā)生漿膜外浸潤(rùn)敏感度和特異度分別為：動(dòng)脈期60.7%、95.2%，靜脈期46.4%、90.5%；Li等[15]研究顯示，標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度與直腸癌局部晚期T3/4分期有關(guān)。

常規(guī)CT依賴徑線預(yù)測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，準(zhǔn)確率較低[16]。楊雪君等[17]通過雙能CT鑒別結(jié)直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，結(jié)果顯示動(dòng)、靜脈期碘濃度及碘圖CT值敏感性及特異性均大于強(qiáng)化CT值，以動(dòng)脈期碘濃度診斷效能最高。另有研究表明靜脈期碘濃度、標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度有助于提高診斷淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的能力[18]，Liu等[19]將靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度和短軸直徑結(jié)合，準(zhǔn)確率提高至82.9%。Yang等[20]獲得的最佳參數(shù)是靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化有效原子序數(shù)，與動(dòng)脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度結(jié)合，聯(lián)合診斷準(zhǔn)確率可達(dá)87.1%。AI-Najami等[21]研究顯示區(qū)分良、惡性淋巴結(jié)的最佳臨界值為(1)有效原子序數(shù)7.58；(2)雙能比1.0×1.0；(3)雙能指數(shù)0.03；(4)碘濃度2.58μg/mL。

CRC患者中約25%在初診時(shí)、約50%在治療過程中會(huì)發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，早期準(zhǔn)確識(shí)別遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移對(duì)制定治療方案至關(guān)重要[22]。結(jié)直腸癌最常見的轉(zhuǎn)移部位是肝臟，常規(guī)CT對(duì)小的轉(zhuǎn)移灶顯示能力有限，雙能CT可彌補(bǔ)其不足之處。Ratajczak P等[23]研究表明，50～70keV和碘圖檢測(cè)病灶的數(shù)目明顯高于混合圖像，以70keV和碘圖為著。Lenga L等[24]研究顯示，與標(biāo)準(zhǔn)重建相比，40keV檢測(cè)病灶的靈敏度和特異度顯著提高，90.6%vs.80.6%和89.1%vs.81.3%。

脈管侵犯是指腫瘤細(xì)胞侵犯動(dòng)脈、靜脈、淋巴管，是在顯微鏡下才可以觀察到的病理學(xué)指標(biāo)[25]，是腫瘤轉(zhuǎn)移早期且重要步驟[26]。直腸癌壁外血管侵犯與局部復(fù)發(fā)、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等密切相關(guān)，被列為獨(dú)立的高危預(yù)后因素[27]，因此術(shù)前影像學(xué)診斷脈管侵犯意義重大。目前常用的是MRI，但其存在掃描時(shí)間長(zhǎng)、心臟起搏器患者禁忌等局限性[28]，雙能CT為脈管侵犯提供了新方法。范芮等[29]研究發(fā)現(xiàn)，直腸腺癌脈管侵犯陽(yáng)性組碘濃度及有效原子序數(shù)均高于陰性組，尤其是靜脈期。

綜上所述，雙能CT提供的多參數(shù)指標(biāo)為結(jié)直腸癌TNM分期及脈管侵犯提供了多種定量信息，能夠更準(zhǔn)確地進(jìn)行術(shù)前臨床分期，有助于臨床選擇最佳治療方案。

2.3 預(yù)測(cè)病理特征由于存在內(nèi)鏡檢查禁忌癥或受到取材部位、深度以及腫瘤異質(zhì)性等因素限制，在術(shù)前獲得全面的病理結(jié)果有一定限度，而不同病理特征對(duì)選擇治療方案又十分重要，因此，術(shù)前無(wú)創(chuàng)性地預(yù)測(cè)病理特征有重要意義。

雙能CT術(shù)前預(yù)測(cè)結(jié)腸癌病理類型及分化程度明顯優(yōu)于常規(guī)CT[30]，碘圖通過定量測(cè)定可以敏感地檢測(cè)到碘濃度差異，碘濃度越高，表明血管密度越大、血管活性越高、分化程度越低，侵襲性越高[31]。Gong等[32]研究顯示，印戒細(xì)胞癌和結(jié)腸癌腺癌低分化組比中、高分化腺癌組碘密度高,且動(dòng)脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度可區(qū)分高、低分化組。Chuang-Bo Y等[33]的研究以動(dòng)脈期碘濃度1.13mg/mL為臨界值，鑒別高、低分化癌和未分化癌的敏感度為81.8%，特異度為71.4%。

Ki-67是一種與細(xì)胞增殖活性相關(guān)的核蛋白，可以反映腫瘤細(xì)胞增殖[34]，缺氧誘導(dǎo)因子1a可協(xié)調(diào)細(xì)胞對(duì)缺氧環(huán)境的反應(yīng)，Ki-67和缺氧誘導(dǎo)因子1a與腫瘤對(duì)放化療反應(yīng)及耐藥性相關(guān)[35]；在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過程中，血管為腫瘤細(xì)胞提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)，VEGF被普遍認(rèn)為是血管生成的關(guān)鍵因子[36]，因此早期預(yù)測(cè)腫瘤增值、缺氧、血管化有重要意義。Fan等[37]研究顯示，靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度與Ki-67和缺氧誘導(dǎo)因子1a表達(dá)水平呈正相關(guān)；標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度0.5839是鑒別缺氧誘導(dǎo)因子1a表達(dá)的最佳閾值，敏感度為78%，特異度為87%。王志佳[38]研究顯示，動(dòng)、靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度及75keVΔCT值(動(dòng)、靜脈期CT值與平掃CT差值)與微血管密度均存在正相關(guān)性；VEGF陽(yáng)性組動(dòng)、靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度及靜脈期ΔCT值均高于陰性組。

微衛(wèi)星是一種短串聯(lián)重復(fù)序列，其DNA復(fù)制穩(wěn)定性差，容易發(fā)生錯(cuò)配，即發(fā)生微衛(wèi)星不穩(wěn)定(microsatellite instability，MSI)，無(wú)位點(diǎn)發(fā)生MSI現(xiàn)象稱為微衛(wèi)星穩(wěn)定(microsatellite stability，MSS)；MSI能夠?qū)е抡；蛲蛔兗岸嘀赝蛔?，使機(jī)體產(chǎn)生腫瘤，對(duì)預(yù)測(cè)腫瘤惡性程度、治療方案的選擇以及預(yù)后的判斷有重要意義[39]。Wu等[40]通過測(cè)量結(jié)直腸癌動(dòng)、靜脈期及延遲期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度，平掃及增強(qiáng)三期能譜曲線斜率、有效原子序數(shù)，結(jié)果顯示MSI組的所有測(cè)量值均顯著低于MSS組，其中動(dòng)脈期曲線斜率曲線下面積最高，敏感性72.4%，特異性76.3%；多因素Logistic回歸結(jié)合各參數(shù)顯著提高了診斷能力，敏感度為81.6%，特異度為81.6%。武敬君等[41]基于碘圖紋理分析預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌MSI狀態(tài)，將多種紋理參數(shù)聯(lián)合后預(yù)測(cè)效能更優(yōu)。

約40% CRC發(fā)生K-ras突變，西妥昔單抗和帕尼單抗用于治療無(wú)K-ras突變的轉(zhuǎn)移性CRC，可見結(jié)直腸癌K-ras突變決定了治療方式的選擇[42]。Cao等[43]研究表明，動(dòng)脈期曲線斜率、動(dòng)脈期有效原子序數(shù)、靜脈期標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度是K-ras突變的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。王丹[44]研究顯示，突變型與野生型比較動(dòng)脈期碘濃度、標(biāo)準(zhǔn)化碘濃度增高，曲線斜率增大，40～70keV CT值增高。

綜上，應(yīng)用雙能CT碘圖、有效原子序數(shù)、能譜曲線等參數(shù)可以預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌病理類型、分化程度、腫瘤增值標(biāo)記物、微衛(wèi)星穩(wěn)定性以及基因突變等病理特征，能夠無(wú)創(chuàng)性地在術(shù)前獲得相對(duì)全面的病理信息。

2.4 雙能CT結(jié)直腸癌療效評(píng)價(jià)雙能CT通過多參數(shù)描繪腫瘤血管變化，用于惡性腫瘤早期療效評(píng)價(jià)[45]。AI-Najami等[46]通過對(duì)比直腸癌新輔助化療前后有效原子序數(shù)、雙能量指數(shù)、雙能比和碘濃度，反應(yīng)組中表現(xiàn)出了最明顯的變化，有效原子序數(shù)可用作區(qū)分直腸癌完全緩解和無(wú)緩解的指標(biāo)。另Sauter等[47]研究雙能CT評(píng)價(jià)直腸癌放化療療效，結(jié)果表明碘濃度、有效原子序數(shù)和CT值在治療后顯著降低。雷靜等[48]利用碘值評(píng)估直腸癌放射靶向治療的治療效果，治療前后徑線縮小、總體標(biāo)準(zhǔn)碘值下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但碘值變化與徑線變化無(wú)相關(guān)性。可見，雙能CT能夠提供多個(gè)定量參數(shù)作為評(píng)估疾病進(jìn)展的有效指標(biāo)，進(jìn)一步豐富了評(píng)價(jià)體系。

3 小 結(jié)

傳統(tǒng)CT通過CT值客觀地反映組織密度，但由于軟組織分辨率不夠高、混合能量成像方式等因素影響，無(wú)法鑒別密度差別很小的病變，而雙能CT低KeV成像可以提高顯示病灶細(xì)微差異的顯著性，碘圖、能譜曲線、有效原子序數(shù)等利用物質(zhì)能量衰減特性定量分析腫瘤性質(zhì)、分期分級(jí)、脈管侵犯，預(yù)測(cè)病理特征和評(píng)價(jià)療效，雙能CT影像組學(xué)為結(jié)直腸癌診斷提供了潛在價(jià)值?？偠灾?，雖然雙能CT存在重建時(shí)間長(zhǎng)、巨大數(shù)據(jù)量等局限性[49]，但在低輻射劑量的前提下，能夠從形態(tài)學(xué)和功能學(xué)兩方面共同評(píng)價(jià)結(jié)直腸癌，增強(qiáng)了放射科醫(yī)生的診斷信心，有利于臨床實(shí)際應(yīng)用，具有廣闊的前景。