能谱CT成像在评估肝细胞癌微血管侵犯中的价值＊

李大铭 张玉婷 马小梅,*

1.甘肃省人民医院放射科(甘肃 兰州 730013)

2.兰州大学第二医院放射科(甘肃 兰州 730030)

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)占肝脏原发恶性肿瘤的80%以上，居全世界整体癌症相关死亡原因的第四位，在我国HCC的发病率估计高达20/100,000[1]。目前，根治性切除仍是治疗HCC最有效的方法，但预后和远期效果因患者而异。HCC 复发和预后不良的主要原因是门静脉和肿瘤微血管侵犯(microvascular invasion，MVI)[2]。研究表明，MVI阳性的肿瘤更容易侵入邻近血管和淋巴管，引起早期播散和转移，对预后影响重大[3]。因此，术前准确评估肿瘤MVI对患者治疗方案的选择和预后判断具有重要意义。许多学者已将肿瘤大小、数目、形态学特征、磁共振成像的DWI/T2不匹配以及增强CT或MRI的影像组学分析等用于HCC的MVI术前评估[4-6]，然而迄今为止，这些术前影像学诊断标准尚未得到广泛认可。

能谱CT的原理是该技术涉及以两种明显不同的能量(最常用的能量水平为80和140kVp)进行扫描，可以提供额外的信息用于成像时的物质分离[7]。能谱CT提供碘浓度的测量，碘量化比增强值测量更准确；且能谱 CT 定量参数可以有效弥补传统CT量化的不足[8]。目前，能谱CT在HCC的研究主要集中在 HCC 的鉴别诊断、评估其对经导管动脉化疗栓塞术(TACE)的治疗反应及低剂量和低碘浓度成像方面[8-10]，术前评估MVI的研究较少。因此，本研究尝试应用能谱CT定量评估原发性HCC的MVI。

1 资料与方法

1.1 一般资料本研究为回顾性研究，经本单位医学伦理委员会批准(＊)，免除了患者的知情同意。选取2017年7月至2022年3月期间我院收治的所有进行肝肿瘤切除术并经病理诊断为HCC的189名患者的医学影像及临床资料。对该189名HCC患者按照如下标准进行筛选。

纳入标准为：术前未曾进行靶向治疗及放化疗；单发肿瘤；术前1-3周行双能 CT增强检查；术后免疫组化及病理结果显示有MVI等。排除标准为：临床或影像学数据缺失；图像质量不合格，无法对肿瘤进行影像学评估；有其他恶性肿瘤病史；术前影像学资料显示并诊断有明显门静脉癌栓形成；HCC有肝内或肝外转移征象。经筛选共收集到符合要求的病例51例。对患者的基本临床信息进行记录如性别、年龄、是否有肝硬化或病毒性肝炎病史、肿瘤位置及大小、甲胎蛋白(alpha-fetoprotein，AFP)高低。

1.2 成像方法所有患者在 Revolution CT(GE,USA)上使用GSI成像模式进行了平扫和两期对比增强扫描。患者禁食4小时，扫描前5-10分钟口服800-1000mL温水。扫描参数如下：管电压为高(140kVp)低(80kVp)能量瞬时(0.5ms)切换，自动毫安调制，层厚与层间距均5.0mm，矩阵512×512，螺距0.984。非离子型造影剂碘普罗胺(370mgI/mL)(拜耳医药保健)采用高压注射器经肘正中静脉注射，剂量为0.9mL/kg体重，输注速度为4.0-5.0mL/s。在注射造影剂后追注40mL生理盐水。增强扫描采用团注追踪法，ROI放置于选定的腹主动脉层面，触发阈值设定为150HU，对比剂注射3s后开始自动监测，触发后15.0～18.0秒进行动脉期(AP)扫描，动脉期扫描完成后30秒开始扫描门静脉期(VP)。体积CT剂量指数(CTDIvol)为21.8mGy(与我们机构正常体型患者常规对比增强肝脏扫描的21.5mGy剂量相当)。使用滤波反投影法和标准重建内核及双能谱CT特定软件以1.25毫米层厚重建图像，以生成能量水平为40至140keV的虚拟单能量图像集和将水和碘作为基物质对的物质分离图像。

1.3 图像分析图像被传输到配备宝石能谱成像(GSI)浏览器软件的GE AW 4.7 工作站进行后处理和分析。在AP和VP两期，将直径约为肿瘤大小一半的感兴趣区(ROI)放置在肿瘤上，以测量碘基图上的碘浓度(IC)和虚拟单能量图上的CT值(对应于以5keV为间隔从40keV到140keV的光子能量)。复制和粘贴功能用于确保两期之间的测量一致性。为了减少测量变异，在肿瘤上放置了3次ROI，并将3次测量的平均值作为最终结果。在相同的成像水平上重复腹主动脉的IC测量，以生成肿瘤的标准化碘浓度(NIC)：NIC(肿瘤)=IC(肿瘤)/IC(腹主动脉)。计算了AP和VP之间碘浓度差的比率RICAP-VP：RICAP-VP=(ICAP-ICVP)/ICAP。从40keV到90keV虚拟单能量图像的CT值测量值用于计算能谱曲线的斜率(Slope)(CT值作为虚拟单能量水平的函数)：Slope=(CT40keV-CT90keV)/(90keV-40keV)。由于能谱CT中的70keV虚拟单能量图像与腹部成像中的常规120kVp图像具有相似的肌肉CT值，因此我们研究中的70keV虚拟单能量图像用于模拟常规CT扫描的结果以进行比较。

1.4 病理分析病理分析取材于51例原发性 HCC 患者手术切除的组织。整个过程遵循中国卫生部主编的方案(《原发性肝癌的诊断与治疗》，2011年版)，包括获取标本的位置和数量。标本处理和病理分析由两名经验丰富的病理科医师进行。标本处理包括甲醛固定、石蜡固定、4mm厚切片和常规HE染色。HE染色后满足以下情况定义为MVI：(1)肝包膜下中央静脉、门静脉分支或小静脉有瘤栓形成；(2)在血管内皮和血管平滑肌处发现肿瘤细胞；(3)血管腔内肿瘤细胞周围有纤维蛋白凝块或红细胞。还评估了组织学等级。病理结果分为高分化肝癌、中分化肝癌和低分化肝癌。

1.5 统计学方法使用SPSS 22.0软件进行统计分析，所有测量值均表示为平均值±标准差(mean±SD)。采用独立样本t检验对MVI(+)组和MVI(-)组之间的 IC、NIC、Slope、RICAP-VP、40keV和70keV虚拟单能量图像的 CT 值等定量参数的差异进行统计分析。采用卡方检验评价两组间定性参数的差异，如性别、病变位置、肝硬化/病毒性肝炎病史、AFP水平及肿瘤分化程度。P值＜0.05被认为具有统计学意义。进行接受者操作特征(ROC)分析以建立阈值并计算ROC曲线的曲线下面积(AUC)值，以及用于区分有或无微血管侵犯的HCC的敏感性和特异性。

2 结 果

2.1 两组临床、常规影像及病理资料分析本研究共纳入51名原发性HCC患者，男36 例，女15例，年龄27～74岁，中位年龄55岁。其中29个病灶有微血管侵犯[29/51，56.9%，MVI(+)组](图1)，22个病灶没有微血管侵犯[22/51，43.1%，MVI(-)组](图2)。MVI(+)组(7.53±3.60)cm的最大径大于MVI(-)组(4.46±2.57)cm，差异有统计学意义(P=0.001)。MVI(+)组的病理结果多为低分化 HCC(21/29), MVI(-)组的病理结果多为高-中分化HCC(16/22)，差异有统计学意义(P=0.001)。两组患者的年龄、性别、肝硬化/病毒性肝炎病史、AFP水平高低及病变位置之间的差异无统计学意义(P＞0.05)(表1)。

图1A-图1H 女，59岁，术后病理证实为低分化HCC。图1A(AP 70keV单能量图)示肝右叶类圆形肿块，内部不均匀明显强化，并可见供血动脉；图1B(AP 40keV单能量图)示肿瘤强化更明显，对比度更高；图1C(VP 70keV单能量图)示在VP肿瘤强化程度降低；图1D(VP 40keV单能量图)示肿瘤对比度更高；图1E(免疫组化图)示癌组织侵及血管内皮，微血管腔内可见癌栓。

图2A-图2H 女，47岁，术后病理证实为高-中分化HCC。图2A(AP 70keV单能量图)示肝SⅤ段类圆形结节呈轻度强化，边界不清，内部可见低密度坏死区；图2B(AP 40keV单能量图)示肿瘤强化更明显，对比度更高；图2C(VP 70keV单能量图)示在VP肿瘤持续强化；图2D(VP 40 keV单能量图)示肿瘤对比度更高；图2E(免疫组化图)示癌组织未侵及微血管。

表1 两组之间的临床、影像学及病理特征比较

2.2 两组能谱CT定量分析如表2所示，MVI(+)组 AP的IC、NIC、Slope以及AP和VP之间的RICAP-VP显著高于MVI(-)组(P＜0.05)。在70keV图像上测量的CT值模拟了传统120kVp成像的能量水平，在有和没有 MVI 的肿瘤之间没有明显的统计学差异(P＞0.05)。然而，在能量水平从 40 keV 到 60 keV的图像上，两种类型肿瘤之间的 AP CT 值变得显著不同(P＜0.05)。然而，VP 的这些参数在两组之间均没有明显差异(P＞0.05)。ROC分析结果列于表3。70keV测量的AP CT值的AUC值为0.577，而40keV测量的AP CT值则提高到0.757。AP 的能谱CT定量参数IC、NIC、Slope和RICAP-VP都为ROC研究产生了比使用传统(70 keV)CT值测量更高的AUC值(图3)。使用3.245作为AP的Slope的阈值，可以得到0.806的 AUC 值、65.5%的敏感性和90.9%的特异性用于区分有无MVI的肿瘤。

图3 两组之间有统计学差异参数及70 keV CT 值AP的ROC曲线。

表2 两组之间的能谱CT定量参数的比较

表3 区分两组 HCC 的阈值、敏感性和特异性

3 讨 论

肿瘤血管浸润分为大血管浸润或MVI，是肿瘤浸润性生物学行为的表现，随着癌细胞的增殖，诱导周围基质和血管内皮的浸润，形成微癌栓或癌通过门静脉系统转移，从而导致较差的临床结果[11]。Lee等[12]的研究表明，MVI是早期复发的独立危险因素，具有MVI 的 HCC 切除后复发转移的风险增加。MVI阳性的 HCC 患者需要术中较大切缘切除肿瘤或术后辅助栓塞化疗[13]。因此，术前预测 MVI 尤为重要。以往研究报道肿瘤MVI 与肿瘤大小、数量、病理类型、病理分期以及生物标志物和基因表达的水平等多种因素相关[14-17]。本研究结果表明MVI(+)组的最大径明显大于 MVI(-)组；且MVI(+)组的病理结果多为低分化HCC，MVI(-)组则多为高-中分化HCC，这与以往的研究结果相符。但本研究中两组患者的肝硬化/病毒性肝炎病史、AFP水平高低之间的差异无统计学意义。

影像学特征在评估肿瘤 MVI 方面也可能具有一定价值，然而利用能谱CT预测MVI的研究有限[18-19]。因此，在本研究中，我们评估了能谱CT在预测HCC、MVI方面的能力。常规CT有助于发现HCC对大血管的侵犯，包括肝动脉、肝静脉、门静脉及其分支，却不能直接观察到MVI。能谱CT多能量成像的引入改变了常规CT只有单一参数：CT值的诊断方式。由于物质在不同光子能级下的吸收系数各不相同，因此可以利用能谱CT根据吸收曲线更有效地进行区分[8]。我们的结果表明，MVI(+)组AP的能谱曲线斜率(Slope)显著高于MVI(-)组，使用3.245作为AP的Slope的阈值，可以得到0.806的AUC值、65.5%的敏感性和90.9%的特异性用于区分有无MVI的肿瘤。

能谱CT还可生成物质分离图像，以实现对碘、水、脂肪和钙等基物质的浓度测量。碘和水是利用吸收曲线可以分离的主要基物质。作为造影剂的主要成分，增强CT扫描中的碘浓度可以反映血流，碘浓度的变化可以用来提示微循环的变化，而肿瘤微循环的变化与 MVI 有关[18]。已有研究[20]发现肿瘤对营养物质的摄取主要是通过肿瘤血管生成和肿瘤侵入的宿主血管。肿瘤恶性程度越高，肿瘤血管生成越丰富[21]。而肿瘤新生血管的内皮细胞结构不完整会导致血管通透性增加，从而引起碘浓度增加。因此AP IC 反映毛细血管密度和毛细血管通透性，VP IC 反映对造影的清除和滞留。在我们的研究中，MVI(+)组 AP 的 IC、NIC 显著高于MVI(-)组，这与上述病理过程一致。并证实了能谱CT评估HCC的MVI 的可行性和准确性。

大多数HCC患者有慢性肝炎、肝硬化病史，形成过程中经历再生结节、发育不良结节、早期HCC及典型HCC。同时，上述过程会伴有明显的血流动力学改变。随着病灶恶性程度的增加，病灶组织内正常动脉血供相较于门静脉血供减少要早，随后其血供均减少，而发育不成熟的肿瘤动脉血管增加并以不成熟的肿瘤动脉血管供血为主。同时，小血管和门静脉分支的侵犯导致大量动脉-门静脉分流的形成，动脉供血逐渐增加[22]。因此，分化好的肿瘤细胞可以接受肝动脉、门静脉或双重供血，随着肿瘤细胞分化程度降低，病变以肝动脉供血为主[23]。而能谱CT定量参数RICAP-VP可以通过 AP 和 VP 之间 IC 的变化间接反映肿瘤的强化方式。在我们的研究中，MVI(+)组以低分化HCC为主，AP 和 VP之间的碘浓度差比率 RICAP-VP为0.16±0.33，MVI(-)组则以高-中分化HCC为主，RICAP-VP为-0.23±0.82，差异有统计学意义。这与李等[24]的结果一致，他们发现低分化HCC以动脉期明显强化、门静脉期强化程度降低为主，而高分化HCC以动脉期无明显强化、门静脉期肿瘤实质强化为主。

我们的研究结果还表明，70keV图像的CT值不能给予我们对 HCC MVI满意的诊断效果。因常规的 120 kVp CT混合能量X 线光子在通过普通成年患者的腹部后所具有的平均能量大约为70 keV[25]，故120 kVp图像的CT值和70 keV单能图像的CT值对 HCC的诊断价值近似。我们使用 70 keV CT值获得的结果具有参考性，并且印证了常规120 kVp CT 成像对 HCC MVI的诊断效果较差这一事实。另一方面，随着清晰度的增加，较低 keV的图像(即40keV)将ROC分析中的AUC值从70 keV CT值的0.577提高到40 keV CT值的0.757。

本研究尚有一些局限性：首先，本研究样本量较小且均为本院病例，未来需要大样本多中心合作进一步验证研究结果；其次，我们的研究是基于特定的HCC患者人群，因此我们不能将结论推广到其他与 HCC 具有相似增强模式的肝脏病变，未来需要对更多不同的富血供肿瘤病例进行研究，以得出更广泛的结论。

总之，能谱CT相较于常规CT其定量参数更加丰富，可用以提高区分有和没有MVI的HCC。