CT能谱成像评估食管鳞癌的分化程度

时间：2024-07-28

贾鑫鑫 JIA Xinxin

程涛 CHENG Tao

CT能谱成像评估食管鳞癌的分化程度

贾鑫鑫 JIA Xinxin

程涛 CHENG Tao

目的分析食管鳞癌的CT能谱参数特征，探讨CT能谱成像在术前鉴别诊断不同分化程度的食管鳞癌的价值。资料与方法回顾性分析67例经胃镜或手术病理证实的食管鳞癌患者，于术前行宝石CT能谱增强扫描，测量并比较低分化鳞癌与中高分化鳞癌病灶的水浓度、碘浓度、标准化碘浓度（NIC）、能谱衰减曲线斜率K及40~140 keV（间隔10 keV）不同单能量水平对应的CT值。结果病理证实低分化鳞癌16例，中高分化鳞癌51例。低分化鳞癌与中高分化鳞癌的碘浓度、NIC、斜率K及单能量40~60 keV下的CT值差异均有统计学意义（P<0.01）；两组水浓度及单能量70~140 keV下的CT值差异均无统计学意义（P>0.05）。ROC曲线分析显示NIC的诊断效能高于碘浓度；当碘浓度值为15.36 mg/ml时，判断分化程度的敏感度为44%，特异度为88%，曲线下面积为0.65；当NIC为0.38时，判断分化程度的敏感度为69%，特异度为80%，曲线下面积为0.72。结论不同分化程度的食管鳞癌具有不同的能谱特征参数及能谱曲线，宝石CT能谱能够为术前评估食管鳞癌的分化程度提供一种新的多参数成像方法。

食管肿瘤；癌，鳞状细胞；体层摄影术，X线计算机；CT能谱；细胞分化

食管癌的病理分型中约90%为鳞状细胞癌，少数为腺癌和恶性程度较高的未分化癌[1]。对于食管癌，术前行影像学检查的主要目的在于明确肿瘤的部位及术前分期等，较少关注其分化程度。王青等[2]报道不同分化程度的食管鳞癌采用相同的治疗方法后其生存率不同。食管癌传统的影像学检查方法主要为X线钡餐造影、常规CT检查等，而常规CT为混合能量（kVp），CT值易受X线能量的影响，射束的硬化伪影常导致CT值测量不准确[3]。宝石CT能谱作为一种新的影像学检查方法，能同时获得基物质密度图像、40~140 keV的101个连续的单能量图像和不同物质的能谱衰减曲线，在一定程度上实现了物质的定性和定量分析[4,5]。CT能谱综合分析平台有助于实现肿瘤的定位、定性和分级方面的诊断[6-8]。本研究拟初步探讨宝石CT能谱多参数成像技术评估食管鳞癌分化程度的价值，为临床医师术前对食管癌患者进行全面评估提供更多的参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象收集2013-04~12在安徽医科大学附属省立医院行胸部CT能谱增强扫描的67例患者，均经术后病理证实为食管鳞癌，且病理及影像学资料完整，于CT扫描前均行胃镜检查。纳入标准：①胃镜检查结束后3 d以上；②行CT能谱扫描之前未接受任何治疗；③无碘过敏史及其他相关检查禁忌证；④病变均为单发，并于CT扫描结束后1周内行外科手术切除。排除标准：①食管充盈欠佳或局部有伪影干扰者；②经透视发现食管或肠管内有钡剂残留者；③根据术后病理结果，因分组病例数少而不符合统计学要求者。其中男61例，女6例；年龄40~81岁，平均（65.09±8.72）岁。

1.2 CT能谱扫描检查前禁食8~12 h，扫描前10~15 min肌内注射654-2 20 mg，并嘱患者饮清水800~1000 ml充盈上消化道，上检查床后用吸管再服清水200~300 ml。采用GE Discovery CT 750HD扫描仪行胸部螺旋扫描，42例患者加行上腹部扫描：采用CT能谱扫描模式，速度0.8 s/r，螺距1.375，探测器宽度0.625 mm×64，管电压为140 kVp和80 kVp之间0.5 ms瞬时切换，管电流550 mA，采用高压注射器经肘前正中静脉注射碘海醇注射液（300 mgI/ml）80~100 ml，注射速度2.5 ml/s。动脉期扫描采用主动脉弓水平内CT值监测（Smart Prep）触发扫描技术，监测阈值设为120 HU，达到阈值后延迟8 s开始扫描，平均延迟时间为注射对比剂后25~30 s。

1.3 图像后处理将两组重建图像传至ADW 4.5工作站，启动GSI Viewer软件进行分析。选择图像质量较好的病灶的最大层面，并寻找肿块的实性部分勾画感兴趣区（ROI），大小为病灶面积的1/2~2/3，软件自动生成单能量40~140 keV图像及碘、水基物质图像（图1、2）。选定ROI，同时选取与病灶同一层面的主动脉选定ROI，测量主动脉的碘浓度，每个病灶测量3次取平均值，测量时尽量避开坏死、伪影、食管内容物及食管周围血管等，尽量使ROI的位置、大小及形状保持一致。图像数据测量包括：①在单能量图像上分别测量病灶在40~140 keV（间隔10 keV）不同单能量水平对应的CT值，并计算其平均值，画出两组病灶的能谱衰减曲线；②在基物质图像上分别测量增强扫描时病灶的水浓度、碘浓度、与病灶同一层面主动脉的碘浓度，并计算标准化后的碘浓度（normalized iodine concentration, NIC），NIC=病灶的碘浓度/同一层面主动脉的碘浓度；③能谱衰减曲线斜率（K）：K=（单能量40 keV下CT值－单能量100 keV下CT值）/60。

1.4 病理分类标准食管鳞癌的分级标准采用3级分类法[2]：I级：高分化；II级：中分化；III级：低分化。介于两级之间者归入高一级，如介于I~II者归入II级，因本组高分化鳞癌的病例数较少，故将高分化鳞癌与中分化鳞癌合并为一组。

1.5 统计学方法采用SPSS 18.0软件，低分化食管鳞癌与中高分化食管鳞癌的碘浓度、NIC、水浓度、斜率K及单能量40~140 keV（间隔10 keV）下CT值比较采用成组t检验，P<0.05表示差异有统计学意义。绘制ROC曲线评估碘浓度及NIC对低分化食管鳞癌与中高分化食管鳞癌的鉴别诊断效能。

2 结果

2.1 病理结果本组67例患者中，低分化鳞癌16例，男13例，女3例；年龄55~81岁，平均（69.19±6.86）岁；中高分化鳞癌51例，男48例，女3例，其中高分化鳞癌7例；年龄40~78岁，平均（63.80±8.89）岁。

2.2 40~140 keV下单能量CT值在单能量40~60 keV下低分化鳞癌与中高分化鳞癌CT值差异有统计学意义（t=4.467、4.305、4.632, P<0.01），在单能量70~140 keV下两者CT值差异无统计学意义（t=1.980、1.974、1.708、1.378、1.351、1.021、0.970、0.746, P>0.05）。见图1。

2.3 能谱曲线将低分化鳞癌与中高分化鳞癌在不同单能量（40~140 keV）下对应的CT值在同一坐标系中重新生成能谱衰减曲线，发现两组平均能谱衰减曲线均呈递减型，低分化鳞癌组位于上方，中高分化鳞癌组位于下方；能量越低，两组间的CT值差异越大，在单能量40~100 keV下两组CT值差异较明显，而在单能量110~140 keV下两组曲线逐渐接近，见图1。

图1 低分化食管鳞癌与中高分化食管鳞癌的能谱衰减曲线

2.4 基物质浓度值及斜率K 低分化鳞癌与中高分化鳞癌组间碘浓度、NIC及斜率K差异均有统计学意义（t=2.555、2.933、3.578, P<0.05）；两组水浓度差异无统计学意义（t=1.617, P>0.05），见表1。ROC曲线分析显示，低分化鳞癌及中高分化鳞癌的碘浓度和NIC曲线下面积分别为0.65和0.72，NIC的诊断价值高于碘浓度；当碘浓度值为15.36 mg/ml时，判断分化程度的敏感度为44%，特异度为88%；当NIC为0.38时，判断分化程度的敏感度为69%，特异度为80%，见图2~4。

表1 低分化与中高分化食管鳞癌基物质浓度值及能谱曲线斜率K比较

图2 碘浓度和NIC诊断食管鳞癌分化程度的ROC曲线

图3 男，58岁，低分化食管鳞癌。能谱衰减曲线呈下降型（A）；70 keV单能量图像示食管壁不规则增厚（箭），局部管腔狭窄（B）；水基图像（C）和碘基图像（D）测得的水浓度和碘浓度值分别为（1054.57±13.44）mg/ml和（13.06 ±4.43）mg/ml；病理示食管低分化鳞癌，大小3.5 cm×1.5 cm，侵及全层（HE, ×100, E）

图4 男，60岁，中分化食管鳞癌。能谱衰减曲线图呈下降型，随着千电子伏值升高，其对应的CT值逐渐下降（A）；70 keV单能量图像（矢状位）示食管壁明显增厚并局部形成软组织肿块（箭），管腔闭塞（B）；碘基图像（C）测得病灶的碘浓度为（11.04±3.53） mg/ml，同层面胸主动脉的碘浓度为（36.64±3.66 ）mg/ml；病理示浸润溃疡型中分化鳞癌，浸润至外膜层，癌细胞呈巢状分布伴角化（HE, ×100, D）

3 讨论

全世界每年超过40万人死于食管癌，其中约50%发生在中国[9]，严重危害着人类的健康。目前食管癌的检查方法仍以钡餐及胃镜检查为主，随着螺旋CT的普及应用，CT应用于消化道的检查越来越广泛，而目前食管癌术前行CT检查的目的主要是显示病变对邻近组织、器官的侵犯及淋巴结转移等。杜国忠等[10]报道，术前CT判断食管癌有无外侵的准确率为90%~95%；术前判断淋巴结转移的准确率、敏感度及特异度分别为65.7%、35.1%、78.7%。然而在食管癌不同病理分级的鉴别诊断方面，以往常规CT研究较少。宝石CT能谱作为一种全新的影像学检查方法，较常规CT实现了多参数成像，使得CT在原有的时间分辨率及空间分辨率的基础上又增加了能量分辨率和理化性质分辨率。CT能谱成像所涉及的参数包括40~140 keV下101个连续的单能量CT值及由此构成的能谱衰减曲线、多种基物质图像及相应的基物质浓度值等。目前国内已有很多学者开始应用CT能谱成像技术来分析同一疾病不同病理类型之间以及同一病理类型不同分化程度的肿瘤之间的差异，并取得了初步结果[11,12]。然而应用CT能谱比较不同分化程度的食管鳞癌的研究鲜有报道，本研究在此方面进行了初步探索。

单能量CT值是指处于某一能量水平的X线束穿过某种物质后产生的衰减图像上所测得的CT值，其更为精确，且低千电子伏水平的单能量图像具有较好的组织对比力[13]。本研究结果显示，在单能低千电子伏（40~60 keV）下低分化食管鳞癌与中高分化食管鳞癌的CT值差异有统计学意义（P<0.05），且在单能量40 keV下两者差异最为明显；在单能量70~140 keV下两者CT值差异无统计学意义（P>0.05），提示低能量图像在食管癌分化程度的鉴别诊断中起到重要的作用。

能谱衰减曲线即物质的CT值衰减曲线，指X线束穿过某种物质后的衰减情况，是由组成物质的化学分子结构所决定的；不同化学分子构成的组织，其CT值衰减曲线也不相同，故可以用CT值衰减曲线的差异来区分不同的组织[14]。能谱曲线可以用曲线斜率K值进行定量评估。本研究中，低分化食管鳞癌与中高分化食管鳞癌的能谱曲线不同，能量越低，两者间的CT值差异越大，在单能量110~140 keV下两者的能谱曲线几乎重叠；两者间的能谱曲线斜率也不相同，低分化组的曲线斜率大于中高分化组，其原因可能与低分化食管鳞癌与中高分化食管鳞癌的血供及化学组成不同有关。

在医学影像检查中，碘和水是CT能谱成像常用的组合，因为它包含了从软组织到含碘对比剂等医学领域中常见物质的范围[15]。本研究中选取碘-水作为基物质对，发现低分化组与中高分化组的水浓度无显著差异，碘浓度和NIC均有显著差异。碘浓度除与肿瘤的分化程度有较大关系外，还受扫描条件及个体循环差异等因素的影响。因此，本研究选取与病灶同一层面的主动脉作为参照，获得病灶的标准化碘浓度，以降低干扰因素对碘浓度的影响。本研究结果也显示NIC的诊断效能高于单纯的碘浓度指标。

本研究中，低分化食管鳞癌的碘浓度值和NIC均高于中高分化食管鳞癌，肿瘤分化程度越低，其碘浓度值和NIC越高，与陈丽红等[12]在CT能谱成像定量评估胃癌分化程度中的研究结果一致，其原因可能是不同分化程度的食管癌其血供及微血管密度（MVD）不同。MVD可以定量反映肿瘤血管的生成状态，恶性程度越高的肿瘤，肿瘤血管生长越迅速，MVD越大，血供越丰富[12]。汪洋等[16]发现MVD与食管癌的组织学分级有关，组织学分化越差，MVD越大。本研究中，分化越差的食管鳞癌其碘浓度和NIC越高，可能与不同分化程度的食管鳞癌的血供和MVD不同有关。

总之，不同分化程度的食管鳞癌其能谱特征参数及能谱曲线不同，CT能谱综合分析平台能够为术前评估食管鳞癌的分化程度提供一种多参数成像方法。但本组高分化食管鳞癌仅有7例，样本量较小，未进行单独分组研究，研究组间的样本量不同，未对不同病理类型的食管病变进行研究，而且未进行CT平扫与增强扫描间的对比研究，尚需今后增加样本量进一步深入研究。

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（本文编辑冯婕）

CT Spectral Imaging for Evaluating the Differentiation Degree of Esophageal Squamous Carcinoma

PurposeThe parameter features of esophageal squamous carcinoma on CT spectral imaging were analyzed to investigate the value of CT spectral imaging for the preoperative differential diagnosis of esophageal squamous carcinoma differentiation degree.Materials and MethodsSixty-seven patients with esophageal squamous carcinomas confirmed by endoscopy or surgical pathology was retrospectively analyzed, all the patients enrolled underwent contrast enhanced CT spectral scan before operation, water concentration, iodine concentration, standardized iodine concentration (NIC), the slope K of spectral curve and the corresponding CT value of monochromatic images 40-140 keV (with an interval of 10 keV) of the lesions from low differentiated and high differentiated esophageal squamous carcinoma were measured and compared.ResultsSixteen poorly differentiated and 51 well-moderately differentiated cases of squamous carcinoma were confrmed by pathological results. Statistically signifcant differences of iodine concentration, NIC, the slope of spectral curve K and the mean CT value of monochromatic images 40-60 keV were found between the two groups (P<0.01); differences of water concentration and CT values under 70-140 keV between the two groups were not statistically signifcant (P>0.05). ROC curve analysis showed that the diagnostic efficacy of NIC was higher than that of iodine concentration; when the iodine concentration was 15.36 mg/ml, the sensitivity and specifcity was 44% and 88%, AUC was 0.65; when NIC was 0.38, the sensitivity and specifcity for the diagnosis of differentiation degree was 69% and 80%, and AUC was 0.72.ConclusionEsophageal squamous carcinoma with different differentiation degree have different spectral characteristic parameters and curves, as a result, CT spectral imaging is able to provide a new multi-parameter imaging method for the preoperative evaluation of esophageal squamous carcinoma differentiation degree.

Esophageal neoplasms; Carcinoma, squamous cell; Tomography, X-ray computed; CT spectral imaging; Cell differentiation

安徽医科大学附属省立医院影像科安徽合肥 230001

程涛

Department of Radiology, Anhui Provincial Hospital, Anhui Medical University, Hefei 230001, China

Address Correspondence to: CHENG Tao

E-mail: taocheng2022@163.com

R735.1；R730.42

2014-03-04

修回日期：2014-07-23

中国医学影像学杂志

2014年第22卷第8期：602-606

Chinese Journal of Medical Imaging