PLoS ONE: Dual Energy Spectral CT Imaging for tyktarms- og endetarmskræft Censur: en foreløbig undersøgelse

Abstrakt

Mål

For at vurdere den diagnostiske værdi af dobbelt energi spektral CT scanning for tarmkræft sortering ved hjælp af kvantitative målinger jod tæthed i både arteriel fase (AP) og venøs fase (VP )

Metoder

81 kolorektal cancer patienter blev inddelt i to grupper baseret på deres patologiske fund:. en lav gruppe lønklasse herunder godt (n = 13) og moderat differentieret kræft (n = 24) og en høj kvalitet gruppe, herunder dårligt differentierede (n = 42) og signetring celle cancer (n = 2). Jod densitet (ID) i læsionerne blev afledt af jod-baseret materiale nedbrydning (MD) billede og normaliseret til det i psoas musklen for at opnå normaliseret iod densitet (NID). Forskellen i ID og NID mellem AP og VP blev beregnet.

Resultater

ID og NID værdier lav kvalitet kræft gruppen var, 14,65 ± 3.38mg /ml og 1,70 ± 0,33 i AP, og 21,90 ± 3.11mg /mL og 2,05 ± 0,32 i VP henholdsvis. ID og NID værdier for høj kvalitet kræft gruppen var 20,63 ± 3.72mg /ml og 2,95 ± 0,72 i AP, og 26,27 ± 3.10mg /ml og 3,51 ± 1,12 i VP henholdsvis. Der var signifikant forskel for ID og NID mellem lav kvalitet og høj kvalitet kræft grupper i både AP og VP (alle p 0,001). ROC-analyse viste, at NID på 1,92 i AP forudsat 70,3% følsomhed og 97,7% specificitet i differentiere kræft lav kvalitet fra høj kvalitet kræft.

Konklusioner

Den kvantitative måling af jod tæthed i AP og VP kan give nyttige oplysninger til at differentiere lav kvalitet tarmkræft fra høj kvalitet kolorektal cancer med NID i AP giver den største diagnostiske værdi

Henvisning:. Gong Hx, Zhang Kb, Wu LM, Baigorri BF, Yin Y, Geng Xc et al. (2016) Dual Energy Spectral CT Imaging for tyktarms- og endetarmskræft Censur: en forundersøgelse. PLoS ONE 11 (2): e0147756. doi: 10,1371 /journal.pone.0147756

Redaktør: Gayle E. Woloschak, Northwestern University Feinberg School of Medicine, UNITED STATES

Modtaget: 10. juli 2015; Accepteret: 7 januar 2016; Publiceret: 9 feb 2016

Copyright: © 2016 Gong et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Data Tilgængelighed:. Data tilgængelig fra Figshare (DOI: 10,6084 /m9.figshare.2067018).

Finansiering:. Denne undersøgelse blev støttet af National Basic Research Program Kina (. nr 2012CB932600) og Shanghai førende akademisk disciplin Project (ingen S30203 )

konkurrerende interesser:. forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Kolorektal cancer (CRC) er blevet en meget almindelig ondartet tumor og en af. førende årsager til kræft dødsfald i de vestlige lande [1], og flere så i Kina i de seneste år. Den 5-årige overlevelsesrate efter kirurgisk indgreb er ca. 50% [2]. De fleste undersøgelser har fokuseret på kolorektal cancer staging [3-7]. Imidlertid har få studier evalueret tumor grading. Tumor kvalitet nøje vedrører graden af ​​malignitet. En højere tumorklassificering foreslår en dårligere prognose og reduceret tumorcelledifferentiering. Dette indebærer også en lettere evne til at metastaserer og højere sats for fornyet [8]. Adenocarcinom er den mest almindelige form for tyktarmskræft. Ifølge den fjerde udgave af WHO klassifikation af tumorer i fordøjelsessystemet [9], er adenokarcinom gradueres overvejende på grundlag af omfanget af kirtel udseende, og bør opdeles i godt, moderat og dårligt differentierede typer. En anden metode til klassificering er at opdele kræft i lav kvalitet (som omfatter godt og moderat differentierede adenokarcinomer) og high-grade (herunder dårligt differentierede adenokarcinomer og udifferentierede karcinomer). Dårligt differentierede adenokarcinomer skal vise i det mindste nogle kirtel dannelse eller slim produktion; tubuli er typisk uregelmæssigt foldet og forvrænget. Til denne undersøgelse har vi ansat sidstnævnte klassificering metode.

Moderne imaging teknologi giver mulighed for påvisning og noninvasiv iscenesættelse af sygdom. Store tumorer kan påvises ved konventionelle barium lavement, mens luft-kontrast radiografi forbedrer visualiseringen af ​​mindre avancerede læsioner. Undersøgelser såsom CT, MRI, og transrektal ultrasonografi, gøre det muligt at vurdere lokal tumorinvasion og tilstedeværelsen af ​​locoregional og fjerne metastaser [10]. Men tumor grading forskning gennem CT scanning er sjældent på grund af manglende kvantitativ måling tæthed. Dual energi spektral CT (DEsCT) blev for nylig indført som en metode til at fremme diagnostiske muligheder. Forskellig fra tidligere dual energy tilgange, DEsCT anvender en enkelt røntgenrør producerer dobbelt energi spektre hurtigt igennem alternerende høj og lav rørspænding [11, 12]. Spectral CT producerer en væsentlig nedbrydning (MD) billede par (for eksempel vand- og jod-baseret materiale nedbrydning billeder) for nøjagtig materiale tæthed kvantificering. Formålet med denne undersøgelse er at vurdere mulighederne og diagnostiske værdi af dobbelt energi spektral CT billeddannelse til kolorektal cancer sortering ved hjælp af de kvantitative jod tæthed målinger fra MD billeder i både den arterielle fase (AP) og venøs fase (VP).

Materialer og metoder

Patient befolkning

Denne retrospektiv undersøgelse blev godkendt af Renji hospital institutionel gennemgang bord, og skriftligt informeret samtykke blev opnået. I alt 81 patienter gennemgik CT med spektral billeddannelse mellem februar 2010 og oktober 2013 (46 mænd, 35 kvinder; betyder alder, 62,3 år). Efter CT scanning, blev alle patienter behandlet kirurgisk med standard patologisk sortering. Denne kohorte omfattede 13 tilfælde af godt differentieret adenocarcinom, 24 tilfælde af moderat differentieret adenocarcinom, 42 tilfælde af dårligt differentieret adenocarcinom og 2 tilfælde af signetring celle kræft. Udifferentieret colonadenocarcinom patienter blev ikke medtaget, fordi sådanne sager er blevet indsamlet i vores undersøgelse. Patienterne blev inddelt i lav og høj kvalitet grupper baseret på de patologiske fund. Den lav kvalitet kræft gruppe omfattede godt differentieret kolon adenocarcinom og moderat differentieret kolon adenocarcinom. Den høje kvalitet kræft gruppe inkluderet dårligt differentieret kolon adenocarcinom og signetring celle kræft.

Patient forberedelse til spektral CT-scanning

Alle patienter gennemgik standard afføringsmiddel forberedelse. Patienterne blev bedt om at undgå produkter, der indeholder fibre, og begrænse deres kost til fisk, æg, kød og mælk tre dage før deres CT. Patienterne blev administreret polyethylenglycol orale afføringsmidler fireogtyve timer før CT-undersøgelse. CT blev udført efter administration af en 1-1.5L tyngdekraft fodret vand lavement (CT-WE), administreret i løbet af 3-4 minutter i bugleje, med distension afhængig af patientens komfort og tolerance.

CT-undersøgelse protokol

CT-scanninger blev udført på en Discovery CT750HD (GE Healthcare, Wisconsin, USA) scanner. Den skrueskanderingsteknik interval blev bestemt ved en spejder scanning, og omfattede hele underlivet fra membranerne til skambenssammenføjning. Efter spejder scanning blev en konventionel ikke-forstærket skrueskanderingsteknik opnået ved 120 kVp. Patienterne blev derefter injiceret med en samlet dosis på 100-140mL (1,8 ml pr kg legemsvægt) af ikke-ionisk ioderet kontrastmateriale (Iopamidol 370 mg /ml; Shanghai Bracco Sine Phamaceutical Co., Ltd., Kina) med en hastighed på 3,5 mL /r efterfulgt af 50 ml saltvandsopløsning med en mekanisk injektor. Kontrast-forstærket CT-scanninger blev udført i den arterielle fase og venøs fase med spektral CT billeddannelse. Bolus sporing blev anvendt med området af interesse placeres i aorta, og billedoptagelse startet 7 s efter at signalet dæmpning nået den foruddefinerede tærskelværdi på 100 Hounsfield enheder (HU) for den arterielle fase. En 45-sekunders forsinkelse blev anvendt som den venøse fase

En foruddefineret spektral CT-scanning protokol blev anvendt som omfattede følgende parametre:. Rør nuværende 600mA, gantry rotationshastighed 0.6S, kollimering 1,25 mm, spiralformet bane 1,375, og scan synsfelt (SFOV) 50cm. Billeder blev rekonstrueret i fremskrivningen rummet med 5mm /5mm skive tykkelse og interval for aksiale billeder.

Dataanalyse

Alle CT-billeder blev revideret af to erfarne radiologer, der var blind for præsentere symptomer og endoskopisk resultater. Uenigheden var sjælden og løses ved fælles revurdering. Materiale nedbrydning billeder ved hjælp af vand- og jod basismateriale par blev rekonstrueret fra den enkelte spektral erhvervelse CT. Jod tæthed (ID) i læsioner blev afledt af jod-baserede MDCT billeder og normaliseret til ID i psoas musklen (normaliseret jod densitet (NID) = id (i læsion) /ID (i psoas)). Størrelserne ROI varierede fra 35 mm

2 til 55mm

2 baseret på læsionen størrelse og form. ROIs blev placeret på solide regioner undgå områder med indlysende funktioner i cystisk eller nekrotisk forandring. Målinger blev udført tre gange på tre på hinanden følgende billedfiler niveauer, og middelværdier blev beregnet. Sammenhæng i størrelse, form og placering af ROI mellem de to faser blev opretholdt ved at indlæse billederne af de dobbelte faser samtidigt i arbejdsstationen, og ved hjælp af kopiering og indsættelse funktioner mellem faser. Forskellen på ID og NID mellem AP og VP i lav kvalitet kræft grupper og høj kvalitet kræft grupper blev beregnet (figur 1 og 2).

jod-baseret materiale nedbrydning billeder fra enkelt spektral CT erhvervelse (a) koronal arteriel fase, (b) Sagittal arteriel fase. (c) koronal venøs fase (d) Sagittal venøs fase.

jod-baseret materiale nedbrydning billeder fra enkelt erhvervelse spektral CT (a) koronal arteriel fase, (b) Sagittal arteriel fase. (c) koronal venøs fase (d) Sagittal venøs fase.

Statistisk analyse

Jod tætheder blev præsenteret som middelværdier ± standardafvigelse (SD) . En to-stikprøve t test blev udført for at sammenligne ID og NID i AP og VP af de forskellige grupper. Grænseværdierne blev skabt og bestemt ved Receiver Operating karakteristiske (ROC) kurver, og førte til de optimale værdier af sandsynligheder for at differentiere patient i den lave gruppe grad fra den høje kvalitet gruppen. Diagnosticeringsevnen blev bestemt ved at beregne arealet under Receiver Operating karakteristik. Den bedste følsomhed og specificitet, defineret som den maksimale følsomhed og maksimale specificitetsværdier, blev opnået ved anvendelse af de optimale tærskler. Alle data blev analyseret ved hjælp af dedikeret statistisk software (SPSS til Windows, version, 19,0). AP-værdi på mindre end 0,05 blev betragtet som statistisk signifikant.

Resultater Salg

Colon udspilning

Colon udspilning blev vurderet ved at måle den største tværsnitsdiameter (fra ydervæggen til ydre væg) af hvert colon segment herunder rectum, colon sigmoideum, colon descendens, tværgående tyktarm, colon ascendens, og coecum. Optimal billeddannelse betød, at segmentet var godt udspilet, med ensartet visualisering af tarmvæggen, og en genkendelig fold mønster. I vores undersøgelse, 97,53% (79/81) af patienterne blev optimalt udspilet på CT-WE.

kvantitativ analyse

Evaluering af lav kvalitet kræft og høj kvalitet kræft ID og NID vises i fig 3 og 4. ID og NID værdier af den lave cancer kvalitet var henholdsvis 14,65 ± 3.38mg /ml og 1,70 ± 0,33 i AP, og 21,90 ± 3.11mg /mL, 2,05 ± 0,32 i VP. ID og NID værdier høj kvalitet kræft gruppen var 20,63 ± 3.72mg /ml og 2,95 ± 0,72 i AP, og 26,27 ± 3.10mg /ml og 3,51 ± 1,12 i VP henholdsvis. Der var en signifikant forskel for ID og NID mellem lav kvalitet og høj kvalitet kræft grupper i både AP og VP (alle p 0,001)

Brug af ROC-analyse, vi opnåede. tærskler for ID og NID at optimere både følsomhed og specificitet til differentiering kræft lav kvalitet af højkvalitets kræft. Vi sammenlignede ROC kurver for ID og NID i både AP og VP (fig 5, tabel 1). Blandt dem, NID i AP billede den største værdi af arealet under kurven (AUC) for ROC undersøgelse (p 0,001). Brug af grænseværdien på 1,92 for NID i AP, kunne man opnå følsomheden af ​​70,3% og specificiteten af ​​97,7% med AUC = 0,95.

ROC-analyse viste, at normaliseret ID (NID) af 1,92 i arterielt fase (AP) forudsat 70,3% i sensitivitet og 97,7% i specificitet i differentiere lav gradueret kræft af høj kvalitet kræft med området-under-kurven (AUC) af 0,953.

diskussion

Tyktarmskræft er den mest almindelige fordøjelsessystemet kræft i mange lande [13-17]. Diagnosen er normalt baseret på invasiv koloskopi, som giver direkte visualisering af læsioner og giver mulighed for biopsier. Nylige forbedringer i CT har tilladt for minimalt invasiv tyktarmen evaluering på en væsentlig reduktion i omkostninger og patientens risiko. Et kritisk teknisk krav til CT evaluering af tyktarmen er fuld udspiling af en rengjort lumen med fuldstændig adskillelse af tarmvæggene. I vores undersøgelse modtog alle patienter CT-WE for tarm udspiling, med 97,53% optimalt afbildet. To patienter undladt at gennemgå optimal billeddannelse på grund af en mislykket lavement. Fordi disse to patienters colonlæsioner var indlysende, blev diagnosen ikke påvirket. Luminale kollaps eller ufuldstændig colon påfyldning kan føre til falsk negative resultater som polypper og små kolorektale tumorer kan skjules [18]. Imidlertid CT-vi tilbudt excellect visualisering af colon væg grund parietal forstærkning via iod kontrast, samt god kontrast mellem væg, vandfyldte hulrum, og pericolic fedt [19].

modsætning konventionel CT billeddannelse som producerer kun polykromatiske CT-nummer billeder, dobbelt energi spektral CT erhvervelse er en roman imaging teknik, der genererer monokromatiske og materielle nedbrydning billeder. Dette opnås ved hurtigt vekslende høj og lav rørspændinger på tilstødende synspunkter under gantry rotation. De monokromatiske billeder giver bedre kontrast opløsning end konventionelle polykromatiske billeder, mens materielle nedbrydningsprodukter billeder tilbyde måling materiale tæthed. Kvantitativ måling jod massefylde kan anvendes til at differentiere lav og høj kvalitet colorektalt carcinom. Selv scanning parametre var konsekvente i alle patienter, individuelle forskelle var til stede. For at minimere disse forskelle, blev NID beregnet bortset absolut iod tæthed. Ifølge vores resultater, lav kvalitet kræft ID i AP og VP var 14,65 ± 3.38mg /ml og 21,90 ± 3.11mg /ml. Lav grad kræft s NID i AP og VP var 1,70 ± 0,33 og 2,05 ± 0,32 hhv. Høj kvalitet kræft ID i AP og VP var 20,63 ± 3,72 mg /ml og 26,27 ± 3,10 mg /ml. Høj kvalitet kræft s NID i AP og VP var 2,95 ± 0,72 og 3,51 ± 1,12 hhv. Der var signifikant forskel for ID eller NID mellem lav kvalitet og høj kvalitet kræft i AP eller i VP (p 0,001). Høj kvalitet kræft har højere jod tæthed end lav kræft lønklasse. Andre dele af tumoren havde lignende rapporter om blodforsyning og tumor grading [20, 21]. Ved hjælp af ROC-analyse, opnåede vi tærskelværdierne for ID og NID for at optimere både sensitivitet og specificitet for at differentiere lav kvalitet fra høj kvalitet kræft. Receiver Operating karakteristisk analyse viste, at arealet under ROC-kurven for NID i AP var størst. Den diagnostiske værdi af NID i AP var bedst for at differentiere lav kvalitet og høj kvalitet kræft. Når diagnostisk grænse på NID i AP var 1,92, følsomheden var 70,3%, og specificiteten var 97,7%. Den diagnostiske værdi af NID i AP var overlegen i forhold til de tre andre værdier for at differentiere lav kvalitet fra høj kvalitet kræft.

De fleste tidligere radiologiske undersøgelser evaluerer tumor grading indebærer MR imaging [22-24]. Patologisk angiogenese, udløst af aktivering af visse cellulære signalveje, betragtes som en nøglefaktor for solide tumorer at udvikle sig, vokse og metastaserer [25]. Colorectalt carcinom er fundet stærkt associeret med angiogenese, og malign rektal tumorvæv generelt har større angiogen aktivitet end normalt rektal væv [26-29]. GSI er en noninvasiv billedteknik demonstrerer iod massefylde varians mellem lav kvalitet og høje kvalitet cancer grupper. Jod tæthed var forbundet med koncentrationen kontrast i fartøjer, der kan afspejle blodkar tæthed, tumor aktivitet, og invasion. Som sådan GSI er et potentielt værktøj til eksponering angiogenese og metabolisk aktivitet i rektal adenocarcinom. Materiale nedbrydningsprodukter billeder i spektral CT billeddannelse generere kvantitative materiale densitet, såsom iod tæthed. Disse målinger kan tilvejebringe en alternativ metode til direkte evaluering tumorbehandling og kemoterapi respons.

adskillige begrænsninger findes i denne undersøgelse. Først denne undersøgelse afspejler vores foreløbige resultater i et lille udsnit af patienterne. I den lave gruppe klasse, blev kun dårligt differentieret colonadenocarcinom og signetring cellecarcinom inkluderet. Andre tumorer, såsom medullært carcinom, carcinosarcoma, osv, blev ikke taget i betragtning. Dette kan påvirke resultaterne. For det andet, skal udføres for at bekræfte vores kvantitative data, da jod tæthed kan være påvirket af injektion parametre og kardiopulmonal status yderligere kliniske forsøg. Dette blev delvist opvejet af at bruge den normaliserede jod tæthed som minimeret individuelle forskelle og dermed reduceret fejl. Tredje blev de ROIs anbringes så langt intralæsionalt muligt at forbedre nøjagtigheden, men skive udvalg kan påvirke resultater. Selv om den gennemsnitlige jod tæthed blev beregnet, måling afvigelse kan ikke helt undgås. Sidst, var dette studie vedrørende anvendelse af kvantitativ måling genereret ved hjælp CT spektral billeddannelse. Den kvantitative vurdering af jod og vandbaserede billeder kunne vurderes i fremtidige undersøgelser for at fastslå deres kliniske værdi.

Konklusioner

Spectral CT billeddannelse genereret materiale nedbrydningsprodukter billeder for kvantitativ skildring af kolorektal cancer. Den kvantitative måling af jod tæthed og normaliseret jod tæthed i AP og VP kan give nyttige oplysninger til at differentiere kvalitet tumorer fra høje kvalitet tumorer lave. NID i AP var overlegen i forhold til de tre andre værdier, og forudsat mere information til klinisk diagnose og dermed behandling.

Tak

Tak for Dr. Li Jianying tekniske support i forståelsen spektral CT billeddannelse og i redigere manuskriptet. Denne undersøgelse blev støttet af National Basic Research Program Kina (nr. 2012CB932600) og Shanghai Førende akademisk disciplin Project (nr. S30203).