双层探测器光谱CT对直肠腺癌转移淋巴结的诊断价值

梁百晖 杨文 刘岘 戴剑濠 张汉良 陈维翠 卢健烨 陈加良

广西壮族自治区南溪山医院1放射治疗科，2放射科（广西桂林541002）；
3广东省中医院（广州中医药大学第二附属医院）放射科（广州510120）

直肠癌是最常见的消化道恶性肿瘤，近年来发病呈逐渐年轻化趋势［1］，成为中国疾病负担最高的肿瘤之一。淋巴结（lymph node，LN）分期是影响直肠癌患者预后的重要危险因素之一，也是决定临床治疗策略的关键。中国临床肿瘤学会（guidelines of Chinese society of clinical oncology，CSCO）结直肠癌诊疗指南2020 版［2］指出，若区域LN 受累，则肿瘤分期至少为Ⅲ期，预后不良。对于距肛缘10 cm 以下、N+的直肠癌患者，指南推荐先行新辅助放化疗，再行根治术。高分辨磁共振成像（high resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI）是目前术前评估直肠癌N 分期的首选检查方法，但对于短径5 mm 以下的LN 敏感度仅为52.9%［3］，导致部分患者N 分期被低估。常规螺旋CT 通过形态学指标来预测LN 的良恶性，如LN 短径、形状、边缘及密度等［4］，具有较强的主观性，且诊断的准确性主要依赖于影像医生的诊断经验。近年来兴起的双层探测器光谱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，一次扫描即可获取除常规CT 图像外更多的功能信息［5］，如碘密度（iodine density，ID）图、有效原子序数（effective atomic number，Eff-Z）图等，为疾病的诊断提供可定量评价的指标。本研究旨在探讨DLSCT 在评估直肠腺癌转移LN 中的价值。

1.1 一般资料本研究经本院医学伦理委员会审核通过，所有患者签署了知情同意书。前瞻性分析2021年5月至11月符合下述纳排标准的直肠腺癌患者共78 例，其中男42 例，女36 例，年龄34～79 岁，平均（58.29 ± 13.36）岁。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）经术后病理证实为直肠腺癌，病理分期为N1 或N2期，无远处转移；
（3）全程未接受过新辅助放化疗或其他抗肿瘤药物的治疗。排除标准：（1）CT 及/或临床资料不完整（n= 2）；
（2）图像质量差、伪影严重（n= 3）。

1.2 仪器与方法

1.2.1 CT 图像采集采用Philips Healthcare IQon Spectral CT 机行平扫、AP 及VP 增强扫描。患者仰卧位，头先进，扫描范围均包含盆腔，即髂嵴至耻骨联合下5 cm 水平。扫描参数：管电压120 kV，管电流采用自动控制技术自动调节，准直器宽度为0.6 × 64 mm，X 线管旋转速度为0.4 s/周，螺距为1.1。采用高压注射器将对比剂（碘普罗胺，370 mg/mL，拜耳）以2.5 mL/s 的速率进行注射，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动脉期扫描，45 s 后开始VP扫描。光谱图像及传统图像重建参数：层厚及层间距均为1 mm。

1.2.2 图像后处理、数据测量将平扫、AP及VP的光谱基底（spectral Base Images，SBI）图像传输至Philips IntelliSpace Portal 工作站进行后处理，生成Eff-Z 图、单能量（monoenergetic，MonoE）图及ID）图。经过比对，两名影像医生（医生A 和B，分别有10年及8年腹部影像诊断经验）均认为LN 在静脉期40 keV 的MonoE 图像显示最为清晰，图像质量最佳，因此一致选择该期像评估LN 的位置，短径（short diameters，SD），边缘，形状及强化均匀度。两名影像医生在不知病理结果的情况下独立测量数据。感兴趣区（region of interesting，ROI）的勾画原则如下：（1）选取LN 最大径线所在的层面及相邻上下两层进行勾画；
（2）尽可能多的覆盖LN 组织；
（3）避开囊变坏死、钙化、血管及周围脂肪组织。随后将SBI 图像切换至Eff-Z、ID 图，并确保ROI 的位置不变，记录LN 平扫期Eff-Z 值，双期像碘浓度（iodine concentration，IC）值。计算3 个ROI的平均Eff-Z 值及IC 值作为该枚LN 的最终Eff-Z 及IC 值。同时，为了避免个体差异，测量LN 最大径线所在层面的髂总/髂内/髂外动脉IC 值并计算LN的标准化碘浓度值（normalized iodine concentration，NIC）：NICnode=ICnode/ICartery。如该层面同时有髂内、髂外动脉存在，则取髂内及髂外动脉IC 值的平均值作为动脉的IC 值。以上计量资料取两位医师测量结果的平均值。

两名影像医生还评估并记录LN 的其他形态学指标，如边缘（规则、不规则）、强化均匀度（均匀、不均匀）及形状（圆形、非圆形）。当两名影像医生对淋巴结的边缘、强化均匀及形状判断不一致时，经讨论后取得一致结果。

1.2.3 病理组织学分析采用美国癌症联合委员会（American Joint committee on Cancer，AJCC）第八版结直肠癌分期标准对患者进行术后病理分期，p 表示术后病理分期：根据肿瘤侵犯直肠壁的深度分为pTis、pT1、pT2、pT3 及pT4。根据有无区域LN转移及数量分为pN0、pN1 及pN2。

1.2.4 CT 图像上的淋巴结与术后标本的匹配影像科医生以每枚LN 周围的解剖标志物（邻近脏器，大血管）作为参考，并测量LN 的径线及与解剖标志物的距离。外科医生对被切除LN 的位置进行标记。病理专家于显微镜下测量LN 的径线。最后，放射科医生，外科医生及病理专家三者协商，根据LN 的位置及大小将CT 图像观察到的LN与病理标本进行匹配，将匹配一致的LN 纳入本研究，协商后仍存在争议的LN 则剔除。

1.3 统计学方法采用SPSS 22.0 及MedCalc12.7.2统计软件进行分析。两名影像医生对LN 的SD，平扫期的Eff-Z 值。主动脉及LN 双期增强的IC 值测量的一致性采用组内相关系数（interclass correlation coeffificient，ICC）进行评价。定量资料的正态分布检验采用Kolmogorow-Smironov 进行判断，若数据服从正态分布，则以均数±标准差表示；
若数据不服从正态分布，采用中位数（四分位数间距）表示。根据数据分布情况，两组间SD、Eff-Z、NICAP及NICVP的差异比较采用两独立样本t检验或Mann-Whitney 检验。两组间的淋巴结形态、边缘及强化均匀度的比较采用χ2检验。采用logistic回归方法建立SD、NICAP 及NICVP 参数的联合模型。采用受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic，ROC）分析来评估有统计学意义的的参数及多参数联合模型预测LN 转移的诊断效能，根据最大约登指数确定最佳阈值及相应曲线下面积（area under curve，AUC）、诊断敏感度和特异度。各参数AUC 的比较采用Delong 检验。以双侧P＜0.05 为差异有统计学意义。

2.1 患者病理资料低、中及高位直肠腺癌患者分别有25、37、16例。pT1、pT2及pT3期患者分别有7、38、33 例。pN1、pN2 期患者分别有34 例、44 例。高、中及低分化RA 分别有4、67、8 例。CT 检查与手术的间隔时间为3～7 d，平均（3.25±1.24）d。78 例直肠腺癌患者DLSCT 检查共检出245 枚LN，术中共获得250 枚LN，经组织病理学评估，其中转移LN 有88 枚，非转移性LN 有162 枚。将光谱CT 图像与术后病理结果进行一一匹配，得到符合纳入条件的LN 共108 枚，其中52 枚为转移LN，56 枚为非转移LN。其余不能匹配的LN 被剔除。两组LN的分布情况见表1。

表1 108 枚LN 的分布情况Tab.1 Distribution of 108 lymph node 例

2.2 一致性分析两位放射医生对平扫期Eff-Z，动脉期、静脉期LN 及动脉的IC 值，以及SD 的测量上具有较好的一致性（ICC = 0.937、0.979、0.973、0.985、0.988 及0.945）。

2.3 LN 转移组及非转移组的DLSCT 参数及形态学指标对比分析LN 转移组及非转移组的DLSCT 参数及形态学指标对比分析见表2。LN 转移组的NICAP、NICVP及SD 均大于非转移组，差异有统计学意义（P＜0.001），两组间平扫期Eff-Z 值的差异无统计学意义（P＞0.05）。淋巴结形状是否呈圆形，边缘是否规则及强化是否均匀在两组间的构成比亦差异有统计学意义（P＜0.05），转移淋巴结多呈圆形，边缘相对不规则，多呈不均匀强化（图1 - 2）。

图1 直肠中段中分化腺癌患者伴系膜内淋巴结转移光谱CT 定量参数图及病理图Fig.1 DLSCT quantitative parameter diagram and pathology picture of lymphatic metastasis in patient with moderate differentiated adenocarcinoma of the middle rectum

表2 光谱CT 多参数及形态学指标在LN 转移组及LN 非转移组间的比较Tab.2 Comparison between DLSCT parameters and morphology metrics between lymphatic metastasis and non-lymphatic metastasis groups 例（%）

图2 直肠上段中分化腺癌患者系膜内非淋巴结转移光谱CT 定量参数图及病理图Fig.2 DLSCT quantitative parameter diagram and pathology picture of non-lymphatic metastasis in patient with moderate differentiated adenocarcinoma of the upper rectum

2.4 NICAP、NICVP 及形态学指标判断LN 转移的ROC 曲线评价结果NICAP、NICVP，淋巴结形态学指标及NICAP、NICVP与SD 三参数联合评估LN 转移的AUC，最佳诊断阈值，相应的敏感性及特异性见表3，ROC 曲线见图3。4 个形态学指标AUC 值的两两比较发现，SD 的AUC 值高于其余三个形态学指标（P＜0.05），边缘，强化均匀度及形状三者间的AUC 值差异无统计学意义（P＞0.05）。

图3 NICAP、NICVP、SD 及以上三参数联合模型判断转移淋巴结的ROC 图Fig.3 ROC curve of DLSCT quantitative parameter values and the combination of the SD,NICAP and NICVP for evaluating lymphatic metastasis

形态学指标与光谱参数的AUC 值两两比较发现，NICAP 的AUC 值明显高于边缘，强化均匀度及形状（P＞0.05），NICVP则不然（P＞0.05）。将AUC值相对较高的三个参数（NICAP、NICVP及SD）进行两两比较发现，NICAP、NICVP及SD 三者的诊断效能相当（P＞0.05），将以上三参数联合判断LN 转移，AUC 值最高，达0.911（三参数联合vs.NICAP，P=0.0037；
三参数联合vs.NICVP，P＜0.001；
三参数联合vs.SD，P= 0.0076）。见表3。

表3 NICAP、NICVP 及形态学指标判断LN 转移的受试者工作曲线Tab.3 Receiver operating characteristic curves for evaluating lymphatic metastasis by NICAP，NICVP and morphology metrics

3.1 HR-MRI 和传统能谱CT 评估直肠癌转移LN的局限性LN 分期是影响直肠癌患者预后和治疗策略的关键因素之一。HR-MRI 软组织分辨力高，能对直肠癌术前T 分期进行精准评估，被CSCO 结直肠癌诊疗指南2020 版［2］（以下简称“指南”）一级推荐为直肠癌患者的首选诊断方法。多层螺旋CT 成像速度快，但软组织分辨率低，无法准确判断TN 分期，故指南仅推荐用于存在MR 扫描禁忌症的直肠癌患者。然而，常规MRI 在判断N 分期方面的作用有限，其形态学特征（大小、形状、边界、信号强度及强化方式）无法准确区分转移和非转移性LN［6-7］。弥散加权成像虽然可以通过评估组织水分子的扩散运动来帮助表征LN 的良恶性，但学术界对ADC 的诊断阈值仍未达成共识［8］。因此，术前无创、准确识别转移LN 依然颇具挑战。近年来，有学者利用传统能谱CT 研究结直肠癌区域LN，发现良、恶性LN 的IC 值存在明显差异，但结论尚不一致［9-12］。与基于双源技术、快速kVp 切换技术的传统能谱CT 不同，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，从而真正实现了“同时、同源、同向”的能谱成像。基于此，本研究旨在探讨光谱CT 在评估直肠腺癌转移LN 中的价值。

3.2 光谱CT 在评估直肠腺癌转移LN 中的价值IC 是DLSCT 最重要的参数之一，DLSCT 的IC 值与组织实际的IC 值具有高度的一致性，且不受扫描参数的影响，可重复性好［13］。IC 值能定量反映组织血容量、血管通透性等病理生理变化，并可作为CT 灌注的替代指标［14］。先前有学者利用CT 灌注对头颈部鳞状细胞癌LN 进行研究，发现转移LN（最大径＜10 mm）的血流量明显高于良性LN［15］。张玉婷等［16］也发现，颈部恶性LN 的血流量，血容量及强化峰值与其微血管密度呈正相关。为了减少扫描技术、个体生理差异对IC 值的影响，本研究采用NIC 值来评估病变组织的碘含量，并发现转移LN 表现出显著增大的NIC 值。免疫组化染色证实，乳腺癌的转移LN 中血管生成增加，表明LN 转移是血管依赖性的［17］。本研究结果与CAO 等［10］及AL-NAJAMI 等［11］利用能谱CT 研究结直肠癌区域LN 的结果一致。另外，一些针对其他部位肿瘤（甲状腺癌、肺癌、胃癌、肝癌及乳腺癌）区域LN 的研究也有相同的发现［18-22］。LN 转移具有复杂的病理生理机制，LN 自身即具有丰富的血管，癌细胞一般以淋巴窦为基点侵犯髓质，进而侵犯皮质，最终吞噬整个LN。因此，笔者推测转移LN 具有更高的NIC 值与其血管生成增加，血供增多，以利于肿瘤细胞在LN 中种植、生长及蔓延有关。然而，有学者却发现结/直肠癌转移LN 的IC/NIC 值要明显低于良性LN［12，23］。笔者认为，相互矛盾的结果可能与各个研究没有采用统一的ROI 勾画方式有关。转移LN 出现坏死的概率随着体积的增大而增加，坏死区会造成LN 局部摄碘量下降甚至不摄碘，如果勾画ROI 时未加以规避，会造成IC 值偏低的假象。MATOBA 等［15］的研究也佐证了笔者的观点，他们发现转移LN 的大小与CT 灌注参数（血流量、血容量及渗透性表面积）呈显著负相关。因此，笔者认为有必要在今后的研究中规范并统一LN 的勾画方法，以获得可靠的研究结论。Eff-Z 也是光谱CT 重要的成像参数之一，它为每个像素加入了物质成分的信息［5］，可以用来进行物质检测、鉴别及分离。然而，本研究并未发现Eff-Z 在鉴别转移LN 中的优势，这可能与本研究的样本量较小有关，有待今后扩大样本量进一步研究。

3.3 光谱CT 多参数联合SD 的诊断效能本研究中LN 的4 个形态学指标（SD、形状、边缘及强化方式），在转移组与非转移组间的差异有统计学意义，这与部分研究结果相符［4，24］，说明常规CT 形态学特征能在一定程度上帮助鉴别直肠腺癌的转移淋巴结。四个形态学指标中，以SD 的诊断效能较高，AUC值为0.810，当最佳阈值为5.3 mm时，敏感度为75%，特异度为80.36%。然而，LANGMAN 等［25］发现，334 枚直肠癌转移LN 中有95 枚直径＜3 mm，故仅凭SD 判断LN 转移可能会低估N 分期。更重要的是，对于小淋巴结，其形态学特征常不典型，良恶性淋巴结部分征象有重叠，这时判断难度明显加大，因此，需要更客观的定量指标辅助诊断，以提高诊断准确性。

研究表明，动脉期的IC 值主要反映组织的毛细血管密度和血供特点，而静脉期的IC 值则体现了血管内、外的血液分布和对比剂滞留情况［26］。本研究发现，动脉期和静脉期的NIC 结合能更客观、全面地反映LN 血流灌注等病理生理信息，并可能在形态发生变化前提示LN 的病理生理改变。因此，本研究将LN 光谱定量参数与SD 相结合来评估LN 状态，结果显示联合模型具有较高的诊断效能，这与陈琰等［23］的研究结果基本一致，并提示NIC 值可以作为辅助诊断指标，提高直肠腺癌患者术前N 分期的准确性。

3.4 本研究的局限性（1）样本量较小，且为单中心研究，可能会存在选择偏倚。（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，如腺鳞癌和未分化癌等。

综上所述，本研究结果初步表明：DLSCT 碘浓度值有助于提高直肠腺癌LN 转移的诊断准确性，光谱CT 多参数联合淋巴结SD 可提高诊断效能。

【Author contributions】LIANG Baihui：Writing，Original draft preparation.YANG Wen：Writing，Original draft preparation.LIU Xian：Formal analysis.DAI Jianhao：Data curation.ZHANG Hanliang：Data curation.CHEN Weicui：Funding acquisition，Writing-Review and editing.LU Jianye：Investigation.CHEN Jialiang：Conceptualization，Methodology，Writing-Review&Editing.All authors read and aplproved the final manuscript.

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