胃癌是全球常见的恶性肿瘤,预后相对较差,严重威胁人类健康。我国是胃癌高发国家,发病和死亡例数均约占世界的50%,疾病负担严重。随着CT技术的不断完善与发展,多层螺旋CT已成为胃癌临床诊治过程中的重要检查工具,被广泛应用于胃癌的术前分期、疗效评估及术后随访的各个环节。但传统CT主要通过观察胃壁厚度的改变、胃周脂肪密度的改变及胃周淋巴结大小等形态学变化进行TNM分期及疗效评估,具有一定的局限性和主观性,在临床应用中仍存在许多问题。目前,能够反映器官代谢的功能影像技术在肿瘤诊断及疗效评估领域的应用越来越引起学界的关注。双源CT(dual source computed tomography,DSCT)具有两套相互垂直的球管和探测器,两个球管可同时发出不同能量的X射线,经被照体衰减后被各自对应的探测器采集,从而获得两组能量数据,即双能量成像。不同的物质具有不同的X线吸收特性,同一物质在不同能量X线下具有不同的衰减值,双能量成像利用这一原理,通过双能量后处理软件可以进行物质分离,得到多种基物质图像并进行定量测量。碘是CT造影剂的主要成分,是双能量成像进行物质分离、提取和定量测量最常用的指标。双能量后处理软件中的Liver virtual non-contrast(Liver VNC)模式可以分离提取组织中的碘物质,同时得到虚拟平扫图像(virtual non-contrast,VNC)和碘图(Iodine map),前者在取代常规平扫以降低辐射剂量方面、后者在评价强化程度、反应组织血供方面均具有很好的临床应用前景,已被应用于肺、肝、肾、前列腺等实质脏器病变的诊断及疗效评估中。迄今为止,未见将此技术应用于胃癌诊治的系统研究,国内外相关文献鲜见。为此,本研究将从以下五个部分,探讨双源CT双能量成像在胃部应用的可行性,以及碘测量技术在胃癌分期、预后评估及新辅助化疗疗效评估中的应用价值:(一)双源CT胃部双能量成像的可行性研究(二)双能量成像碘测量在评价进展期胃腺癌肿瘤血管生成及患者预后中的应用(三)双能量成像碘测量在判断胃癌浆膜受侵中的应用(四)双能量成像碘测量在评价进展期胃癌新辅助化疗前后浆膜状况中的应用(五)双能量成像碘测量在评估进展期胃癌新辅助化疗肿瘤反应中的应用第一部分双源CT胃部双能量成像的可行性研究(一)胃癌双能量虚拟平扫图像质量及辐射剂量目的:评价双源CT(dual source computed tomography,DSCT)双能量虚拟平扫(virtual non-contrast,VNC)的图像质量及其对胃癌原发肿瘤及浆膜面脂肪组织的显示能力,评价双能量扫描的辐射安全性。方法:分析经手术证实的48例胃癌患者的术前DSCT图像,通过主观评分及客观测量图像噪声,比较真实平扫(true non-contrast,TNC)与VNC的图像质量。测量并比较胃癌原发肿瘤、浆膜面脂肪组织在TNC及动、静脉期VNC图像中的CT衰减值,即TNC值及VNC值。比较浆膜受侵组与未受侵组间胃癌浆膜面脂肪组织VNC值。比较常规扫描与双能量扫描的辐射剂量。结果:1.TNC及双能量动、静脉期VNC图像质量主观评分结果分别为(4.85±0.36)分、(4.77±0.47)分、(4.81±0.45)分,三组间的差异有统计学意义(χ2=10.56,P<0.05)。但动、静脉期VNC图像质量主观评分均高于3分,图像质量均可满足诊断要求。2.TNC及双能量动、静脉期VNC图像噪声分别为:6.73±0.41、5.66±0.37、5.65±0.34,三组间差异有统计学意义(χ2=86.79,P<0.05),动、静脉期VNC图像噪声低于TNC。3.动、静脉期胃癌原发肿瘤、胃周脂肪组织的VNC值与TNC值间的差异均有统计学意义(P<0.05),但其绝对差异值均在13HU之内。4.动、静脉期胃癌浆膜受侵组与未受侵组间浆膜面脂肪组织的VNC值的差异有统计学意义(P<0.05)。5.常规扫描、双能量动脉期及静脉期三组间有效剂量(effective dose,ED)的差异有统计学意义(χ2=28.21,P<0.05),常规扫描与双能量动、静脉期ED的差异均有统计学意义(Z=-4.06,P<0.05;Z=-3.50,P<0.05)。双能量扫描的辐射剂量低于常规扫描。小结:1.胃癌VNC图像质量能够满足诊断需要。2.胃癌原发肿瘤、胃周脂肪组织的VNC值与TNC值接近,能清晰显示浆膜受侵组与未受侵组胃癌浆膜面脂肪组织CT衰减值的差异。3.双能量扫描的辐射剂量低于常规扫描,VNC取代TNC可进一步降低1/3的辐射剂量。(二)双能量成像对模拟“胃腔-胃壁-胃周脂肪”模型碘定量测量的可行性研究目的:评价双能量成像碘图碘测量技术对模拟“胃腔-胃壁-胃周脂肪”模型进行碘定量测量的可行性。方法:制作模拟“胃腔-胃壁-胃周脂肪”模型,模拟胃壁及其背景环境。分别在8个模拟“胃壁”内充填浓度为0mg/ml(生理盐水)、0.1mg/ml、0.2mg/ml、0.5mg/ml、1.0mg/ml、2.0mg/ml、5.0mg/ml、10mg/ml的碘溶液,经DSCT双能量扫描后,在融合图像上分别测量各模拟“胃壁”的CT衰减值,在双能量碘图上测量其碘含量值,比较CT衰减值及碘含量测量值与真实碘浓度的相关性,评价两者对碘浓度的分辨能力。结果:1.8个模拟“胃壁”的CT衰减值分别为42.98HU、41.94HU、43.96HU、42.29HU、62.22HU、79.66HU、168.34HU、274.51HU。CT衰减值与真实碘浓度值相关(r=0.887,P<0.05)。0mg/ml至0.5mg/ml模型间CT衰减值的差异无统计学意义(P>0.05),碘浓度差≥0.5mg/ml的模型间CT衰减值的差异有统计学意义(P<0.05)。2.8个模拟“胃壁”的碘含量测量值分别为0.15mg/ml、0.40mg/ml、0.46mg/ml、0.86mg/ml、1.43mg/ml、2.35mg/ml、6.16mg/ml、10.75mg/ml。碘图碘含量测量值与真实碘浓度值相关(r=0.961,P<0.05)。0mg/ml至0.2mg/ml模型间碘含量测量值的差异无统计学意义(P>0.05),碘浓度差≥0.3mg/ml的模型间碘含量测量值的差异有统计学意义(P<0.05)。小结:1.双能量碘图碘含量值可以较CT衰减值更准确地反映碘浓度,分辨更细微的碘浓度差异。2.双能量碘图碘测量技术不受胃壁厚度及背景环境的干扰,可适用于胃部研究。第二部分双能量成像碘测量在评价进展期胃腺癌肿瘤血管生成及患者预后中的应用目的:探讨双能量碘测量在反映进展期胃癌肿瘤血管生成、评估患者预后中的应用价值及意义。方法:回顾性分析2015年1月至12月间于我院外三科行手术治疗、术前未接受抗肿瘤治疗且于手术前接受DSCT双能量扫描的进展期胃腺癌患者资料97例。对患者以电话随访的形式进行问卷调查,随访时间截止至2018年2月。测量胃癌原发肿瘤的标准化碘含量(standardized iodine concentration,SIC),分析其与患者临床病理特征、癌组织MVD计数、VEGF表达水平及患者生存的关系。采用Kaplane-Meier法绘制无病生存期(disease free survival,DFS)和总生存期(overall survival,OS)曲线,采用Cox回归风险模型进行多因素分析。结果:1.进展期胃腺癌SIC与患者性别、年龄、肿瘤部位、肿瘤形态、肿瘤大小、分化程度无关。2.进展期胃腺癌SIC与胃癌Lauren分型有关。弥漫型组SIC均值为0.81±0.23,肠型组SIC均值为0.54±0.17,混合型组SIC均值为0.54±0.18,三组间SIC的差异有统计学意义(F=18.717,P<0.001)。弥漫型胃腺癌SIC高于肠型及混合型。3.进展期胃腺癌SIC与浸润深度、淋巴结转移及病理TNM分期有关。非T4组SIC均值为0.52±0.20,T4组SIC均值为0.66±0.23,两组间SIC的差异有统计学意义(t=-2.728,P=0.008)。N0组SIC均值为0.53±0.17,N1-3组SIC均值为0.64±0.24,两组间SIC的差异有统计学意义(t=-2.084,P=0.040)。非III期组SIC均值为0.50±0.17,III期组SIC均值为0.68±0.23,两组间SIC的差异有统计学意义(t=-4.135,P<0.001)。4.进展期胃腺癌SIC与VEGF表达情况有关,阴性表达组SIC均值为0.48±0.16,阳性表达组SIC均值0.69±0.22,两组间SIC的差异有统计学意义(t=-4.684,P<0.001)。5.进展期胃腺癌SIC和MVD计数呈正相关(r=0.4881,P<0.05)。以MVD均值114.10±17.51为阈值,低MVD组SIC均值为0.55±0.19,高MVD组SIC均值为0.67±0.24,两组间SIC的差异有统计学意义(t=-2.802,P<0.05)。6.本组病例中位随访时间31个月。转移复发37例,随访完成时患者的无病生存率为61.86%(60/97);死亡28例,患者均死于转移复发,随访完成时患者的总生存率为71.13%(69/97)。转移复发组SIC均值为0.72±0.27,无转移复发组SIC均值为0.55±0.16,两组间差异有统计学意义(t=3.791,P<0.001)。本组SIC均值为0.62±0.23,以SIC均值作为阈值,低SIC组患者DFS为(27.96±7.95)个月,高SIC组患者DFS为(22.45±10.50)个月,两组间差异有统计学意义(χ2=11.920,P=0.001)。低SIC组患者OS为(29.14±6.53)个月,高SIC组患者OS为(25.85±9.25)个月,两组间差异有统计学意义(χ2=12.907,P<0.001)。7.浸润深度、淋巴结转移、病理TNM分期及SIC是影响进展期胃腺癌DFS的独立危险因素,对DFS的相关危险度分别为:0.195、0.379、6.623和2.8028.浸润深度、病理TNM分期及SIC是影响进展期胃腺癌OS的独立危险因素,对OS的相关危险度分别为0.281、7.225和2.835。小结:1.进展期胃腺癌SIC与患者性别、年龄、肿瘤部位、肿瘤形态、分化程度无关。2.进展期胃腺癌SIC与胃癌Lauren分型有关,弥漫型胃腺癌SIC高于肠型及混合型。3.进展期胃腺癌SIC与浸润深度、淋巴结转移及病理TNM分期有关。4.进展期胃腺癌SIC与VEGF表达情况有关,VEGF阳性表达组SIC高于VEGF阴性表达组。5.进展期胃腺癌SIC和MVD计数呈正相关,高MVD组SIC高于低MVD组。6.转移复发组SIC均值高于无转移复发组。高SIC组DFS、OS均低于低SIC组。7.浸润深度、淋巴结转移、病理TNM分期及SIC是影响进展期胃腺癌DFS的独立危险因素。8.浸润深度、病理TNM分期及SIC是影响进展期胃腺癌OS的独立危险因素。第三部分双能量成像碘测量在判断胃癌浆膜受侵中的应用目的:探讨双能量成像胃癌浆膜面脂肪组织碘测量在判断胃癌浆膜受侵中的应用价值。方法:分析54例胃癌患者的术前DSCT双能量成像图像。以术后病理分期为标准,评价双能量融合图像(相当于传统CT图像)判断浆膜受侵的效能。按术后病理分期将患者分为浆膜受侵组与未受侵组,测量并比较两组患者双能量动脉期、静脉期胃癌浆膜面脂肪组织碘含量的差异,采用受试者工作特征(receiver operating characteristic curve,ROC)曲线评价定量测量胃癌浆膜面脂肪组织碘含量判断浆膜受侵的能力。结果:1.浆膜受侵组32例,浆膜未受侵组22例,两组间患者年龄、性别、肿瘤部位的差异无统计学意义(P>0.05),病理类型的差异有统计学意义(P<0.05)。2.传统CT图像判断浆膜受侵的准确率为68.5%(37/54),敏感度为82.6%,特异度为58.1%。3.动脉期、静脉期浆膜受侵组胃癌浆膜面脂肪组织碘含量均高于浆膜未受侵组(动脉期:0.60±0.34 vs.0.09±0.19 mg/ml,P<0.05;静脉期:0.83±0.41 vs.0.27±0.21 mg/ml,P<0.05)。4.动脉期ROC曲线下面积为0.89,胃癌浆膜面脂肪组织碘含量阈值为0.25 mg/ml,判断浆膜受侵的准确性为85.2%,敏感度为84.4%,特异度为86.4%;静脉期ROC曲线下面积为0.90,胃癌浆膜面脂肪组织碘含量阈值为0.45 mg/ml,判断浆膜受侵的准确性为87.0%,敏感度为87.5%,特异度为86.4%。小结:1.胃癌浆膜受侵组胃癌浆膜面脂肪组织碘含量高于未受侵组。2.定量测量胃癌浆膜面脂肪组织碘含量判断浆膜受侵的准确性高于传统CT图像,为胃癌术前分期提供了一个新颖、准确的方法。第四部分双能量成像碘测量在评价进展期胃癌新辅助化疗前后浆膜状况中的应用目的:探讨双能量成像碘测量在评价进展期胃癌新辅助化疗前后浆膜状况中的应用价值。方法:分析43例临床诊断为T4进展期胃癌患者NAC前、后双能量图像,测量胃癌胃周脂肪组织碘含量(iodine concentration in perigastric adipose tissue,ICPAT),计算标准化ICPAT(standardized ICPAT,SICPAT)。并由同一观察者时隔一个月后再次测量,采用Bland-Altman作图法比较两次测量结果的一致性。根据术后病理T分期进行分组,比较降期组、未降期组组内治疗前、后的ICPAT及SICPAT的差异;比较降期组与未降期组ICPAT变化(?ICPAT)及SICPAT变化(?SICPAT)。采用ROC曲线法评价胃癌胃周脂肪组织碘含量变化对判断NAC后浆膜状况的能力。结果:1.根据术后病理将患者分为降期组13例和非降期组30例。两组患者性别、年龄、病变部位、病理类型等临床特征的差异无统计学意义(P均>0.05)。2.与术后病理对照,传统CT图像判断NAC后浆膜状况的准确率为74.42%,假阴性率为43.75%,假阳性率为14.81%。3.降期组NAC前、后ICPAT的差异有统计学意义(0.91±0.24 vs.0.22±0.20,Z=-3.074,P<0.05);NAC前、后SICPAT的差异有统计学意义(0.20±0.04 vs.0.04±0.04,Z=-3.189,P<0.05)。降期组NAC后ICPAT和SICPAT均较NAC前降低。4.未降期组NAC前、后SICPAT的差异无统计学意义(0.94±0.33 vs.0.79±0.18,Z=-1.644,P>0.05),而NAC前、后ICPAT的差异有统计学意义(0.21±0.07 vs.0.19±0.05,Z=-2.835,P<0.05)。5.治疗前降期组与未降期组ICPAT、SICPAT的差异无统计学意义(0.91±0.24 vs.0.94±0.33,Z=-0.210,P>0.05;0.20±0.04 vs.0.21±0.07,Z=-0.105,P>0.05)。治疗后两组ICPAT、SICPAT的差异均有统计学意义(0.22±0.20 vs.0.79±0.18,Z=-4.250,P<0.05;0.04±0.04 vs.0.19±0.05,Z=-4.444,,P<0.05)。6.治疗后降期组与未降期组?SICPAT的差异有统计学意义(0.16±0.06vs 0.02±0.07,Z=-3.505,P<0.05),降期组SICPAT降低程度大于未降期组。7.以SICPAT为指标,AUC为0.929,治疗后?SICPAT≥0.095,判断NAC后浆膜转阴的敏感性为92.30%,特异性为86.70%,准确性为88.37%,假阴性率为25.00%,假阳性率为3.70%。8.同一观察者两次测量的?SICPAT值的一致性高。小结:1.SICPAT能较ICPAT更准确地反映NAC后浆膜状况的变化。2.NAC后降期组SICPAT降低程度大于未降期组。以治疗后?SICPAT≥0.095,判断NAC后浆膜转阴的敏感性为92.30%,特异性为86.70%,准确性为88.37%。3.NAC后?SICPAT测量的可重复性高。4.胃癌标准化胃周脂肪组织碘含量是评价胃癌NAC后浆膜状况的稳定、有效指标,可用来评价胃癌NAC治疗效果,帮助选择手术时机。第五部分双能量成像碘测量在评估进展期胃癌新辅助化疗肿瘤反应中的应用目的:探讨双能量碘测量技术在评估进展期胃癌NAC肿瘤反应中的应用价值,综合比较多种现行疗效评价方法和碘含量测量法预测胃癌NAC肿瘤反应的能力。方法:分析30例接受NAC治疗的进展期胃癌患者双能量图像,分析NAC前、后T分期、肿瘤最大厚度、体积及密度的变化,参照T分期变化、RECIST 1.1实体瘤疗效评估标准、Choi疗效评估标准、Lee SM体积疗效评估标准评估胃癌NAC肿瘤反应,并与术后病理评估结果相对比。测量NAC前、后胃癌原发肿瘤的碘含量(iodine concentration,IC),计算标准化碘含量(standardized IC,SIC),以病理评估结果为“金标准”,评价双能量碘含量测量预测胃癌NAC肿瘤反应的能力。结果:1.以NAC后CT T降期作为判断胃癌NAC肿瘤反应的标准,准确率为53.33%,敏感性为31.58%,特异性为90.91%,阳性预测值为85.71%,阴性预测值为43.48%。2.测量胃癌最大厚度,根据RECIST 1.1实体瘤疗效评估标准判断胃癌NAC肿瘤反应,准确率为63.33%,敏感性为47.37%,特异性为90.91%,阳性预测值为90.00%,阴性预测值为50.00%。3.测量胃癌体积,根据Lee SM体积疗效评估标准判断胃癌NAC肿瘤反应,准确率为60.00%,敏感性为57.89%,特异性为63.64%,阳性预测值为73.33%,阴性预测值为46.67%。4.测量胃癌密度,根据Choi疗效评估标准判断胃癌NAC肿瘤反应,准确率为80.00%,敏感性为94.74%,特异性为54.44%,阳性预测值为78.26%,阴性预测值为85.71%。5.测量胃癌标准化碘含量优于碘含量绝对值。以静脉期胃癌原发肿瘤SIC变化百分比≥26.5%,预测胃癌NAC肿瘤反应的准确性为76.67%,敏感性为68.40%,特异性为90.90%,阳性预测值为92.86%,阴性预测值为62.50%。6.与病理评估结果的对比:CT T分期法、体积测量法评估结果与病理评估结果的一致性差(k=0.183,P>0.05;k=0.200,P>0.05),径线测量法(RECIST 1.1标准)评估结果与病理评估结果的一致性中等(k=0.327,P<0.05),密度测量法(Choi标准)及SIC测量法评估结果与病理评估结果的一致性较好(k=0.534,P<0.05;k=0.541,P<0.05)。小结:胃癌原发肿瘤标准化碘含量预测进展期胃癌NAC肿瘤反应的准确性高于传统形态学评估方法、与密度测量法(Choi标准)相当,且测量方法简便,可作为判断进展期胃癌NAC肿瘤反应的功能指标。结论:1.胃癌VNC图像质量能够满足诊断需要,胃癌原发肿瘤、胃周脂肪组织的VNC值与TNC值接近。双能量扫描的辐射剂量低于常规扫描。2.双能量碘图碘测量技术不受胃壁厚度及背景环境的干扰,可适用于胃部研究。碘图碘含量值可以较CT衰减值更准确地反映碘浓度,分辨更细微的碘浓度差异。3.进展期胃腺癌SIC与胃癌Lauren分型、浸润深度、淋巴结转移、病理TNM分期、VEGF表达情况、MVD计数有关,是影响进展期胃腺癌DFS和OS的独立危险因素。4.定量测量胃癌浆膜面脂肪组织碘含量判断浆膜受侵的准确性高于传统CT图像,为胃癌术前分期提供了一个新颖、准确的方法。5.胃癌标准化胃周脂肪组织碘含量是评价胃癌NAC后浆膜状况的稳定、有效指标,可用来评价胃癌NAC治疗效果,帮助选择手术时机。6.胃癌原发肿瘤标准化碘含量预测进展期胃癌NAC肿瘤反应的准确性高于传统形态学评估方法、与密度测量法(Choi标准)相当,且测量方法简便,可作为判断进展期胃癌NAC肿瘤反应的功能指标。