局部進(jìn)展期直腸癌紋理分析的可重復(fù)性研究

孟閆凱， 萬(wàn)麗娟， 張翀達(dá)， 張紅梅， 趙心明， 徐凱， 周純武

目前，局部進(jìn)展期直腸癌的主要治療方式是新輔助放化療(neoadjuvant chemoradiotherapy,nCRT)后進(jìn)行全直腸系膜切除術(shù)(total mesorectal excision,TME)[1,2]。TME手術(shù)前對(duì)新輔助放化療的療效進(jìn)行精準(zhǔn)的、個(gè)體化的評(píng)估可為患者及臨床醫(yī)生提供了更多的治療選擇[3]。

磁共振成像尤其是功能磁共振序列，在療效評(píng)估、預(yù)后、危險(xiǎn)分層中發(fā)揮了重要作用[4-8]，但是目前的研究結(jié)果并不完全一致，同時(shí)缺乏多中心、大樣本量的前瞻性研究[9,10]。紋理分析(Texture analysis,TA)作為一種定量的研究方法，在不額外增加掃描時(shí)間的前提下，通過(guò)對(duì)圖像中像素強(qiáng)度及空間特征等信息的提取，利用數(shù)學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，揭示腫瘤內(nèi)部的異質(zhì)性，正在被越來(lái)越多地應(yīng)用于腫瘤的療效評(píng)估和預(yù)測(cè)中，其中二階的灰階共生矩陣(Gray level co-occurrence matrix，GLCM)紋理參數(shù)的應(yīng)用最為普遍[11-13]。

在利用紋理分析對(duì)腫瘤進(jìn)行研究時(shí)，為了保證研究的準(zhǔn)確性、可比性，有必要對(duì)可能影響研究結(jié)果的因素進(jìn)行分析。目前的研究顯示，DWI序列的b值、不同的MRI設(shè)備、序列以及腫瘤內(nèi)對(duì)比劑濃度都會(huì)對(duì)提取的紋理參數(shù)產(chǎn)生影響[14-15]。檢索目前國(guó)內(nèi)外最新文獻(xiàn)，不同測(cè)量者對(duì)直腸癌紋理參數(shù)測(cè)量結(jié)果一致性及可重復(fù)性影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究旨在探討局部進(jìn)展期直腸癌新輔助放化療前、療中不同測(cè)量者之間GLCM紋理參數(shù)的一致性及可重復(fù)性。

材料與方法

1.研究對(duì)象

搜集2010年10月-2013年12月于我院就診的直腸癌患者。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①活檢組織病理學(xué)證實(shí)為直腸腺癌；②經(jīng)多學(xué)科協(xié)作組(Multidisciplinary team，MDT)討論后，腫瘤臨床分期為cT3-4N0/+M0；③既往無(wú)其它惡性腫瘤及相關(guān)治療史；④行術(shù)前新輔助放化療；⑤患者新輔助放化療前(pre-)、新輔助放化療中第3周(early)的MRI檢查資料完整；⑥新輔助放化療后4～6周行TME手術(shù)。 病例排除標(biāo)準(zhǔn)：① MRI檢查禁忌癥；②無(wú)法耐受檢查；③圖像質(zhì)量差，偽影明顯，無(wú)法用于分割、提取紋理參數(shù)；④既往有其它惡性腫瘤及盆腔放療史。

2.檢查方法

本研究為回顧性研究，經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)同意，所有患者均無(wú)需簽署知情同意書(shū) ?；仡櫺苑治鲂螺o助放化療前(pre-nCRTMRI)及療中第3周(early nCRT MRI)的MRI檢查資料。

所有檢查均采用GE 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀(Signa HDx，GE healthcare，USA)，8通道體部線圈。患者行矢狀面、冠狀面、軸面T2WI序列(掃描參數(shù)：TR 5160 ms，TE 151 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，回波鏈長(zhǎng)度19，層厚3 mm，視野16 cm×16 cm，矩陣512×512)及軸面T1WI、DWI及動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振(dynamic contrast enhanced MRI,DCE-MRI)序列檢查。

3.圖像分析和后處理

所有圖像分割、紋理特征提取的后處理均在Omni-Kinetics (Version V2.06,GE Healthcare)軟件上進(jìn)行。

由一位高年資醫(yī)生(從事消化道腫瘤影像診斷工作15年)參考DWI及DCE-MRI圖像，在T2WI序列圖像上選取腫瘤實(shí)性成份最大的層面用于測(cè)量，并將選取的層面在Excel表上進(jìn)行記錄。

另外兩位分別從事消化道腫瘤影像診斷工作2年及10年的醫(yī)生，隨機(jī)從Excel表上選取病例，分別在記錄的同一層面手動(dòng)分割圖像，兩位醫(yī)生彼此之間均不知曉對(duì)方的圖像分割情況。在提取紋理參數(shù)前，對(duì)原始圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，如將灰度范圍映射到統(tǒng)一的范圍內(nèi)。感興趣區(qū)(ROI)的選取同樣參考DWI序列及DCE-MRI圖像，盡可能包括全部肉眼可見(jiàn)的腫瘤。勾畫(huà)完ROI之后，軟件自動(dòng)生成18個(gè)二階的GLCM紋理參數(shù)。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.病例資料

本研究共入組57例患者，其中男37例，女20例，平均年齡為(53.6±11.7)歲。57例患者新輔助放化療前臨床及病理資料見(jiàn)表1。

2.新輔助放化療前、療中兩位醫(yī)生間紋理參數(shù)測(cè)量的一致性

表1 新輔助放化療前患者臨床及病理資料

注：pre-nCRT:新輔助治療前;cT分期：臨床T分期;cN分期：臨床N分期。

新輔助放化療前，兩位醫(yī)生間紋理參數(shù)測(cè)量結(jié)果一致性好的參數(shù)有16個(gè)，ICC的范圍為0.842～0.996，其中sumAverage參數(shù)的一致性最好，ICC為0.996；一致性較好的參數(shù)有2個(gè)(ClusterProminence和Correlation)，ICC分別為0.767和0.61(表2)。

表2 新輔助放化療前兩位醫(yī)生間紋理參數(shù)的一致性

注：ICC:組內(nèi)相關(guān)系數(shù)；95%CI:95%置信區(qū)間；&表示ICC最好，*表示ICC較好，#表示ICC中等。

新輔助放化療中，兩位醫(yī)生間紋理參數(shù)測(cè)量結(jié)果一致性好的參數(shù)有16個(gè)，ICC的范圍為0.818～0.996，其中sumAverage參數(shù)的一致性最好，ICC為0.996；一致性較好的參數(shù)有1個(gè)(ClusterProminence)，一致性中等的參數(shù)有1個(gè)(Correlation)，ICC分別為0.700和0.601(表3)。

表3 新輔助放化療中兩位醫(yī)生間紋理參數(shù)的一致性

注：ICC:組內(nèi)相關(guān)系數(shù)；95%CI:95%置信區(qū)間；&表示一致性最好，*表示一致性較好。

無(wú)論是新輔助放化療前還是療中，紋理參數(shù)Correlation的ICC均低于其它參數(shù)。新輔助放化療中兩位醫(yī)生間紋理參數(shù)測(cè)量的一致性較療前略降低的有11個(gè)(Energy、Correlation、ClusterShade、ClusterProminence、HaraEntroy、AngularSecondMoment、contrast、sumEntropy、differenceVariance、differenceEntropy、inverseDifferenceMoment)，療中ICC較療前略增加的有7個(gè)參數(shù)(Entropy、Inertia、InverseDifferenceMoment、HaralickCorrelation、HaraVariance、sumAverage、sumVariance)。

討 論

本研究中，新輔助放化療前、療中，全部18個(gè)GLCM紋理參數(shù)中，兩位醫(yī)生間一致性較好的參數(shù)有16個(gè)。sumAverage參數(shù)在新輔助放化療前及療中的一致性均最好，而Correlation參數(shù)的一致性相對(duì)較差。新輔助放化療療中兩位醫(yī)生間紋理參數(shù)測(cè)量的一致性較療前無(wú)明顯變化。

目前多數(shù)研究顯示，功能磁共振成像提高了對(duì)直腸癌新輔助放化療療效評(píng)估的診斷及預(yù)測(cè)效能[10]，但是由于療后纖維化及圖像變形的影響，不同觀察者之間參數(shù)測(cè)量的一致性較療前降低。在Hotker等[5]利用多模態(tài)MRI對(duì)直腸癌新輔助放化療療效評(píng)估的研究中發(fā)現(xiàn)，新輔助放化療前兩位醫(yī)生各參數(shù)的一致性均優(yōu)于新輔助放化療后，療后一致性最好的是ADC值(0.766)。在Curvo-Semedo等[16]的研究中，新輔助放化療后影像學(xué)標(biāo)記物的一致性均較療前降低，療后ADC值測(cè)量的一致性僅為0.61。在Martens等[17]對(duì)直腸癌療效評(píng)估的研究中，新輔助放化療后平均磁化傳遞率這一影像學(xué)標(biāo)記物的ICC僅為0.5。相對(duì)于以往的研究，本研究中無(wú)論是療前、療中，18個(gè)紋理參數(shù)中有16個(gè)參數(shù)的一致性好，而且療中的一致性較療前無(wú)明顯變化;這可能與紋理參數(shù)反映了圖像中像素水平的變化，受不同圖像分割者的影響相對(duì)較小有關(guān)。

相關(guān)研究顯示，Correlation參數(shù)表示圖像中的毗鄰像素信號(hào)強(qiáng)度的線性關(guān)系，能夠反映腫瘤組織的異質(zhì)性，與腫瘤微血管密度和腫瘤異質(zhì)性呈負(fù)相關(guān)[12,18,19]。在Liu等[20]的研究中，作者給出了療前兩位放射科醫(yī)生測(cè)量ADC值、紋理參數(shù)直方圖、 GLCM總的一致性范圍，ICC值在0.777～0.967之間。相對(duì)于該研究，本研究中療前Correlation參數(shù)的一致性僅有0.610；這可能與Liu等[20]在圖像分割時(shí)沒(méi)有包括病灶中較大的壞死組織，同時(shí)入組了21例均質(zhì)性相對(duì)較好的T1-2期病例有關(guān)，而本研究中入組的T3-4期病灶的異質(zhì)性相對(duì)較大，同時(shí)圖像分割時(shí)包括了全部肉眼可見(jiàn)的腫瘤，導(dǎo)致本研究中Correlation參數(shù)的可重復(fù)性較Liu等的研究結(jié)果偏低。

本研究有以下不足:①本研究中僅選取了腫瘤實(shí)性成分最大的單一層面進(jìn)行感興趣區(qū)的勾畫(huà)，沒(méi)有對(duì)腫瘤整體進(jìn)行分割。Fruehwald-Pallamar等[15]對(duì)頭頸部腫瘤進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)腫瘤整體進(jìn)行分割的結(jié)果并不優(yōu)于單一層面分割的結(jié)果。并且對(duì)腫瘤整體進(jìn)行分割耗時(shí)較多，并不太適用于臨床實(shí)際工作。②本研究在圖像分割時(shí)盡可能包括了全部肉眼可見(jiàn)的腫瘤，雖然研究結(jié)果可能會(huì)受到血管和腸腔氣體的影響，但Blazic等[21]的研究認(rèn)為，較大的ROI會(huì)提高療效預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。③本文僅研究了基于磁共振T2WI序列紋理分析GLCM參數(shù)的一致性，沒(méi)有對(duì)其它分析方法、其它不同序列提取的紋理參數(shù)進(jìn)行分析。

綜上所述，本研究結(jié)果顯示局部進(jìn)展期直腸癌新輔助放化療前、療中，兩位醫(yī)生間二階GLCM紋理參數(shù)測(cè)量的一致性及可重復(fù)性較好。