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双层探测器光谱CT多参数预测肺腺癌Ki-67指数表达的可行性研究学术报告

一、 研究作者、机构及发表信息

本研究由苏州大学苏州医学院及苏州大学附属第二医院影像诊断科的陈怡婷、倪晓琼、徐亮、范国华、金丹共同完成。通信作者为金丹。该研究发表于《实用放射学杂志》（*Journal of Practical Radiology*）2024年10月第40卷第10期。该研究获得了省部共建放射医学与辐射防护国家重点实验室开放课题（GZK12023041）的资助。

二、 研究学术背景与目的

本研究属于胸部放射学与肿瘤影像学交叉领域，聚焦于利用先进影像技术对肺腺癌的生物学行为进行无创评估。肺癌是全球第二大癌症，其中肺腺癌已成为最常见的亚型。Ki-67是一种在细胞增殖周期中表达的核抗原，其指数（表达水平）是评估肿瘤细胞增殖活性的可靠标志物，对于肺腺癌患者的治疗决策和预后判断具有重要的临床价值。然而，获取Ki-67指数通常依赖于手术或穿刺活检等有创手段，对于无法耐受或存在禁忌症的患者，其应用受到限制。

双层探测器光谱CT（spectral CT）是一种新兴的能谱CT技术。它通过上下双层探测器同步采集高低能量信息，在一次扫描中不仅能生成常规CT图像，还能实现多参数能谱成像，如单能量图像、碘浓度（IC）图、有效原子序数（Zeff）图等，且辐射剂量和图像噪声较传统能谱CT显著降低。这些参数能够从不同角度（如组织强化、血供、物质成分）反映病灶的内部特征。

基于此背景，本研究旨在初步探讨利用光谱CT的多参数成像技术，无创性预测肺腺癌Ki-67表达水平的可行性，以期在术前或无法活检的情况下，为临床提供更多关于肿瘤增殖活性的影像学信息。

三、 研究详细工作流程

本研究是一项回顾性分析，其工作流程严谨，主要包括以下几个步骤：

1. 研究对象纳入与分组：

   • 数据来源与时间： 回顾性分析了2020年7月至2023年9月期间，在苏州大学附属第二医院接受光谱CT增强扫描并经病理确诊为肺腺癌的患者资料。
   • 纳入与排除标准：
     • 纳入标准： (1) 病理证实为肺腺癌；(2) 手术或活检前1个月内接受光谱CT检查，术后1周内完成Ki-67表达检测；(3) 未接受任何抗肿瘤治疗。
     • 排除标准： (1) 病灶最大长径 < 5 mm；(2) 病灶含有磨玻璃密度成分；(3) 图像不全或存在伪影。
   • 最终样本： 根据上述标准，最终纳入226例患者，共226个病灶。其中男性124例，女性102例，年龄范围35-86岁，平均年龄(66.1 ± 9.7)岁。
   • 分组依据： 根据Ki-67表达水平，将患者分为两组：Ki-67表达水平 < 40%者归入低表达组（162个病灶），Ki-67表达水平 ≥ 40%者归入高表达组（64个病灶）。此阈值参考了相关文献。

2. 影像学检查与数据采集：

   • 检查设备： 采用Philips IQon Spectral CT扫描仪。
   • 扫描方案： 使用标准胸部增强扫描参数。管电压120 kVp，采用自动管电流调节（50-250 mAs）。经肘静脉注射碘对比剂（碘海醇，300 mgI/mL），注射速率3.5 mL/s，剂量1.66 mL/kg。
   • 图像后处理： 利用设备自带的后处理工作站（ISP工作站）对原始光谱基数据进行重建。重建层厚和层间距均为0.67 mm。重建的图像序列包括：40 keV和100 keV的单能量图像、碘浓度（IC）图、有效原子序数（Zeff）图。

3. 图像分析与参数测量：

   • 分析人员： 由两名具有5年以上胸部影像诊断经验的放射科医师独立进行图像分析。当意见不一致时，由第三名具有15年以上经验的放射科医师进行仲裁。
   • 感兴趣区（ROI）勾画： 在病灶最大横截面及其上下相邻两个层面勾画ROI，要求避开坏死、钙化和血管区域。
   • 测量参数： 分为两大类：
     • 常规CT参数： 包括病灶最大长径、形态学特征（毛刺、分叶、胸膜牵拉）、平扫CT值、动脉期CT值、静脉期CT值，并计算动脉期强化增量（A-N = 动脉期CT值 - 平扫CT值）和静脉期强化增量（V-N = 静脉期CT值 - 平扫CT值）。
     • 光谱CT参数： 测量动脉期和静脉期的以下参数：40 keV单能量CT值（CT40keV）、100 keV单能量CT值（CT100keV）、有效原子序数（Zeff）、碘浓度（IC）。同时测量主动脉的IC和Zeff作为参考。基于上述测量值，计算衍生参数：标准化碘浓度（NIC = 病灶IC / 主动脉IC）、标准化有效原子序数（NZeff = 病灶Zeff / 主动脉Zeff）、能谱曲线斜率（K = (CT40keV - CT100keV) / 60）。

4. 统计学分析：

   • 软件： 使用SPSS 27.0统计软件。
   • 组间比较：
     • 分类变量（如性别、吸烟史、形态特征）以例数和百分比表示，采用卡方检验进行比较。
     • 连续变量首先进行正态性检验。符合正态分布的数据以均值±标准差表示，采用独立样本t检验；不符合正态分布的数据以中位数（四分位数间距）表示，采用Mann-Whitney U检验。
   • 模型构建与效能评估：
     • 将单因素分析中组间差异有统计学意义的参数作为自变量，进行多因素Logistic回归分析，分别建立预测Ki-67表达水平的模型：①仅包含临床资料的“临床资料模型”；②仅包含光谱CT参数的“光谱CT模型”；③结合临床资料和光谱CT参数的“联合模型”。
     • 绘制受试者工作特征（ROC）曲线，并计算曲线下面积（AUC）、敏感度、特异度以及约登指数，用以评估和比较各模型的预测诊断效能。

四、 研究主要结果

1. 临床资料比较结果： 在Ki-67高表达组与低表达组之间，性别、吸烟史和胸痛症状存在显著差异（P值均<0.05）。具体而言，高表达组中男性比例（70.3% vs 48.8%）、有吸烟史比例（37.5% vs 23.5%）、有胸痛症状比例（31.2% vs 18.5%）均高于低表达组。而肿瘤标志物CEA和CA125在两组间无显著差异。

2. 常规CT参数比较结果： 所有常规CT参数，包括病灶最大长径、毛刺、分叶、胸膜牵拉等形态学特征，以及平扫CT值、动脉期/静脉期CT值、动静脉期强化增量（A-N, V-N），在Ki-67高、低表达组间的差异均无统计学意义（P>0.05）。这表明传统的CT形态学和强化特征在本研究中未能有效区分Ki-67的表达水平。

3. 光谱CT参数比较结果： 这是本研究的核心发现。

   • 动脉期参数： Ki-67高表达组的CT40keV、CT100keV、Zeff和IC值均显著高于低表达组（P值分别为<0.01, <0.01, 0.04, 0.04）。然而，动脉期的能谱曲线斜率（K）、NIC和NZeff在两组间无显著差异。
   • 静脉期参数： 所有静脉期测量的光谱CT参数（CT40keV, CT100keV, K, Zeff, NZeff, IC, NIC）在两组间的差异均无统计学意义（P>0.05）。
   • 结果解读与逻辑关联： 动脉期光谱参数的显著差异，提示Ki-67高表达的肺腺癌在动脉期（即对比剂首次通过病灶时）表现出更强的强化、更高的碘摄取（血供更丰富）以及更高的有效原子序数（可能反映细胞密度或成分差异）。而静脉期参数的趋同，可能与对比剂在病灶内分布趋于均匀有关。这些发现为后续构建预测模型提供了关键变量。

4. Logistic回归分析与模型预测效能：

   • 独立危险因素识别： 多因素Logistic回归分析显示，在排除了其他因素的混杂影响后，动脉期CT100keV是预测Ki-67高表达的独立危险因素（OR=1.072， P<0.001）。在联合模型中，动脉期CT100keV仍然是独立的危险因素（OR=1.071， P<0.001）。临床资料模型中，性别是独立危险因素（OR=2.173， P=0.03）。
   • 模型效能比较： 通过ROC曲线评估各模型的预测价值：
     • 临床资料模型（性别、吸烟、胸痛） 的AUC为0.643，敏感度50.6%，特异度71.9%。
     • 光谱CT模型（动脉期CT40keV, CT100keV, Zeff, IC） 的AUC为0.712，敏感度高达90.7%，但特异度较低，为48.4%。
     • 联合模型（临床资料+光谱CT参数） 的AUC最高，达到0.752，敏感度为76.5%，特异度为67.2%，其诊断效能优于单一的临床模型或光谱CT模型。

五、 研究结论与价值

本研究得出结论：光谱CT参数，特别是动脉期的CT值、碘浓度和有效原子序数，与肺腺癌的Ki-67表达水平相关。动脉期CT100keV是预测Ki-67高表达的独立影像学因素。将光谱CT参数与临床因素（性别、吸烟、胸痛）相结合建立的联合预测模型，对于无创性评估肺腺癌Ki-67表达水平具有一定的价值，且联合模型的诊断效能最佳。

科学价值与应用价值： * 科学价值： 本研究首次系统性地探讨了双层探测器光谱CT的多参数（单能量值、IC、Zeff）与肺腺癌Ki-67增殖指数的关系，从肿瘤血供和物质成分的角度，为理解肿瘤影像表现与生物学行为之间的关联提供了新的证据。研究明确了动脉期参数相较于静脉期参数在此项评估中的优势。 * 应用价值： 研究证实了光谱CT作为一种无创性工具，在术前预测肺腺癌增殖活性方面的潜在应用前景。联合模型（AUC=0.752）显示出较好的鉴别能力，这有助于临床医生在无法或不宜进行活检的情况下，利用常规增强CT扫描即可获得的光谱信息，对肿瘤的侵袭性进行初步评估，为个体化治疗方案的制定提供额外的影像学依据。

六、 研究亮点

1. 研究方法的先进性： 本研究利用了最新的双层探测器光谱CT技术，该技术能在常规扫描剂量下同步获得多参数定量信息，克服了传统能谱CT辐射剂量高或需双期扫描的局限，更具临床实用性。
2. 研究内容的创新性： 聚焦于将光谱CT多个定量参数（CT值、IC、Zeff）与重要的肿瘤增殖标志物Ki-67进行关联分析，而非仅关注单一的强化程度，分析更为全面。
3. 重要的发现：
   • 明确了动脉期光谱CT参数（尤其是CT100keV）对于区分Ki-67高/低表达肺腺癌的关键作用。
   • 发现静脉期参数在两组间无差异，提示动脉期成像对于评估肿瘤血供和增殖活性可能更为敏感。
   • 构建并验证了结合临床与影像特征的联合预测模型，其效能优于单一模型，为临床提供了一个更综合的评估工具。
4. 严谨的研究设计： 研究制定了明确的纳入与排除标准（如排除纯磨玻璃结节以减少异质性），采用了多因素分析控制混杂因素，并由多名医师进行盲法图像分析，保证了结果的可靠性。

七、 其他有价值的内容

文中作者对结果进行了深入的讨论。他们结合文献，对动脉期参数差异显著而静脉期不显著的现象进行了解释：可能与动脉期肿瘤细胞密集区的对比剂“首过效应”更显著有关。同时，作者也注意到本研究结果（动脉期IC与Ki-67正相关）与部分针对非小细胞肺癌（包含鳞癌）的研究结果（静脉期IC与Ki-67负相关）不同，并提出了一个合理的假设：这可能与肺腺癌和鳞癌不同的血管生成模式有关（腺癌易形成新生血管网，鳞癌易坏死）。这一讨论指出了未来研究可以进一步细分肺癌亚型进行探讨的方向，增加了研究的深度。