基于灰度共生矩陣的ADC 紋理分析鑒別直腸癌T3 亞分期的臨床價(jià)值

蔣 恒 王 磊 夏開建 翁曉燕 吳 妹 蔣建龍 陸志華

直腸癌患者中T3 期占了多數(shù)（60%～80%）[1-2]，T3 期直腸癌根據(jù)腫瘤浸潤直腸系膜深度不同，預(yù)后差異較大。目前，常規(guī)MRI 對(duì)直腸癌的T 分期總體準(zhǔn)確率為71%～90%[3-4]，彌散加權(quán)成像的表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）與直腸癌的T 分期具有相關(guān)性[3，5]。紋理分析作為現(xiàn)階段一種圖像分析的新技術(shù)，可以定量描述腫瘤的異質(zhì)性，已用于病變的鑒別診斷、預(yù)后和療效的評(píng)估[6-8]。本研究探討基于灰度共生矩陣（gray-level cooccurrence matrix，GLCM）的ADC 紋理分析在判斷直腸癌T3 亞分期的可行性和價(jià)值。

方 法

1.患者資料

回顧性分析本院2016 年7 月～2018 年12 月符合以下標(biāo)準(zhǔn)的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①病理證實(shí)為T3 期直腸腺癌；②術(shù)前未行輔助放化療；③術(shù)前有完整的MRI 影像資料，包括T2WI 和DWI；④術(shù)后取得完整的病理結(jié)果。排除標(biāo)準(zhǔn)：①DWI 圖像上偽影較多，病變區(qū)圖像變形不能用于分析；②特殊的病理類型，如粘液腺癌。59 例患者納入研究，男34 例，女25 例，年齡41 ～85 歲，中位年齡66 歲。

2.MRI 檢查方法

采用荷蘭Philips Achieva 3.0T 超導(dǎo)MR 掃描儀，16 通道體部相控陣線圈。檢查前30 分鐘灌腸清潔腸道。檢查前10 分鐘肌注鹽酸山莨菪堿10mg使腸道處于低張狀態(tài)。掃描序列和參數(shù)為：①矢狀面T2WI：TR3577ms，TE70ms，回波鏈長度20，層 厚3mm， 層 間 距0mm，F(xiàn)OV24cm×24cm， 矩陣300×266，信號(hào)平均次數(shù)3；②冠狀面高分辨T2WI：TR3000ms，TE75ms，回波鏈長度18，層厚2mm， 層 間 距0mm，F(xiàn)OV18cm×18cm， 矩 陣300×218，信號(hào)平均次數(shù)3；③軸面高分辨T2WI：TR3000ms，TE75ms，回波鏈長度18，層厚3mm，層間距0mm，F(xiàn)OV18cm×18cm，矩陣368×273，信號(hào)平均次數(shù)3；④軸面DWI：TR2750ms，TE76ms，層厚3mm，層間距0mm，F(xiàn)OV22cm×22cm， 矩陣112×118，信號(hào)平均次數(shù)2，b=0、1000s/mm2。

3.圖像紋理分析

所有紋理參數(shù)后處理均在Omni-Kinetics 軟件（GE 藥業(yè)，上海）上進(jìn)行，由2 名消化道影像診斷經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師參考T2WI 和DWI 圖像，分別在ADC 圖上勾畫病灶，先在每層ADC 圖上手動(dòng)勾畫癌灶的整個(gè)邊界，避開腸道內(nèi)氣體，直至剪切出整個(gè)腫瘤體積，由軟件自動(dòng)生成紋理特征，本研究的紋理特征選取GLCM 的紋理參數(shù)，包括總頻率（total frequency）、能量（energy）、熵（entropy）、慣性（inertia）、相關(guān)（correlation）、逆差矩（inverse difference moment）、集群陰影（cluster shade）、集群突出（cluster prominence）。

4.統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 19.0 和MedCalc 9.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。計(jì)量資料比較采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)（符合正態(tài)分布）或Mann-Whitney U 檢驗(yàn)（符合偏態(tài)分布）。以差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)為自變量，進(jìn)行二元邏輯回歸分析得出新自變量，采用ROC 分析，評(píng)價(jià)自變量鑒別T3a期和T3b-c 期直腸癌的診斷效能。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）評(píng)價(jià)2名醫(yī)師測(cè)量數(shù)據(jù)的一致性。

結(jié) 果

1.一般資料

北美放射學(xué)會(huì)（the radiologic society of north America，RSNA）根據(jù)腫瘤突破固有肌層侵入直腸系膜的深度（extramural depth，EMD）提出T3 亞分期標(biāo)準(zhǔn)[3]：T3a（＜5mm），T3b（5 ～10mm）和T3c（＞10mm）。59 例T3 期直腸癌患者分為30 例T3a 期（圖1），24 例T3b 期（圖2），5 例T3c 期。59例患者中中分化37例，低分化22例，無高分化病例；淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽性32例，陰性27例；環(huán)周切緣陽性8例，陰性51 例。

2.T3a 和T3b-c 期直腸癌紋理參數(shù)差異比較

表1 T3a 期與T3b-c 期紋理參數(shù)比較結(jié)果

表2 紋理參數(shù)預(yù)測(cè)T3a 期的診斷效能

圖1 T3a 期直腸癌。A.軸面T2WI 示直腸壁局灶性增厚（白箭），約1 點(diǎn)鐘方向腸壁固有肌層中斷，腫塊呈鋸齒狀侵入直腸系膜層內(nèi)，病理測(cè)量EMD 為2.5mm。B.DWI 示腫塊呈局灶性的明顯高信號(hào)（白箭）。C.利用軟件在每層ADC圖上勾畫癌灶的整個(gè)邊界。

T3a 和T3b-c 期之間能量、熵和逆差矩的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1，P值分別為0.038、0.001和0.020）。其中，能量值和逆差矩值在T3a 期比T3b-c 期顯著性增高，而熵值在T3b-c 期比T3a 期顯著性增高。其他紋理參數(shù)兩組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩位醫(yī)師的紋理參數(shù)測(cè)量結(jié)果具有很好的一致性（ICC 值為0.86 ～0.92）。

圖2 T3b 期直腸癌。A.軸面T2WI 示直腸壁局灶性增厚（黑箭），約1 ～3 點(diǎn)鐘方向腸壁固有肌層中斷，腫塊侵入直腸系膜層內(nèi)，病理測(cè)量EMD 為7mm。B.DWI 示腫塊呈局灶性的明顯高信號(hào)，輪廓不光整（白箭）。C.利用軟件在每層ADC 圖上勾畫癌灶的整個(gè)邊界。

圖3 有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)和邏輯變量預(yù)測(cè)T3a 期直腸癌的ROC 曲線。能量、熵、逆差矩和邏輯變量的AUC 分別為0.657、0.747、0.657和0.795。

3.紋理參數(shù)鑒別T3a 和T3b-c 期直腸癌的診斷效能

能量、熵和逆差矩預(yù)測(cè)T3a 期直腸癌的ROC 曲線下面積（area under curve， AUC）分別為0.657、0.747 和0.657（表2）。對(duì)能量、熵和逆差矩3 個(gè)自變量進(jìn)行邏輯回歸分析得到邏輯變量，邏輯變量預(yù)測(cè)T3a 期直腸癌的AUC 為0.795，以55.85 為閾值診斷的敏感性和特異性分別為65.5%和83.3%（圖3）。邏輯變量與能量間的AUC 差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.0336），其它紋理參數(shù)間的AUC 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

討 論

目前高分辨率T2WI 是直腸癌術(shù)前分期重要的MRI 成像序列，對(duì)術(shù)前T 分期的總體準(zhǔn)確率約為71%～90%［3-4，9］。兩項(xiàng)研究結(jié)果顯示，MRI 對(duì)T3 亞分期的術(shù)前準(zhǔn)確率為71.2%和86%［3，10］。影響MRI 準(zhǔn)確率的主要原因是T2WI 上無法鑒別腸管周圍的纖維化反應(yīng)和腫瘤的侵犯［4］，造成T2 與T3a、T3a 與T3b 之間的過高或過低分期。DWI 能夠提供更好的對(duì)比度，能夠明確腫瘤突破固有肌層外侵的方向［4］，DWI 聯(lián)合T2WI 能提高直腸癌分期，包括T3 亞分期的準(zhǔn)確性［4，11］，是診斷直腸癌準(zhǔn)確性和特異性最佳組合。另外，已有研究結(jié)果顯示ADC 值與直腸癌的T3 亞分期具有相關(guān)性［4-5］。但以往研究采用在腫瘤最大層面畫ROI 采集ADC 平均值的方法不能反映腫瘤的異質(zhì)性。本研究采用勾畫腫瘤體積的方法，ICC 顯示兩位醫(yī)師測(cè)量紋理參數(shù)的結(jié)果一致性好，提示采用全體積測(cè)量的方法測(cè)得的結(jié)果可靠，可重復(fù)性強(qiáng)。

醫(yī)學(xué)圖像中有大量肉眼無法識(shí)別的與臨床相關(guān)的紋理信息，可以通過紋理分析的方法獲得對(duì)病變?cè)\斷、治療有價(jià)值的客觀信息。GLCM 是最常用的二階紋理分析方法，不僅包含灰度值的統(tǒng)計(jì)信息，而且反映灰度分布的空間相關(guān)特性［12］。本研究選取了GLCM 的8 個(gè)紋理參數(shù)，結(jié)果顯示能量、熵和逆差矩在T3a 與T3b-c 期間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中T3a 期的能量值和逆差矩值比T3b-c 期顯著增高，而T3b-c 期的熵值比T3a 期顯著增高。理論上，能量反映了灰階共現(xiàn)的平均值，熵反映了灰度分布的無序，逆差矩反映圖像紋理的規(guī)則程度，能量值和逆差矩值越低，熵值越高，說明圖像紋理越不規(guī)則，圖像越復(fù)雜，提示腫瘤的異質(zhì)性更強(qiáng)，這可以解釋我們的結(jié)果。我們的研究結(jié)果與其它研究結(jié)果相似。在李燁等［7］的研究中，在直腸癌新輔助放化療中期，病理完全緩解組的能量值比部分緩解加未緩解組的明顯增高，而熵值顯著降低。Kim 等［8］的研究結(jié)果顯示腫瘤異質(zhì)性更強(qiáng)的乳腺癌患者T2WI 上具有更高的熵值。本研究中，通過對(duì)ADC 圖紋理參數(shù)的提取，能量、熵和逆差矩預(yù)測(cè)T3a 期直腸癌的ROC 曲線下面積分別為0.657、0.747 和0.657，邏輯變量預(yù)測(cè)T3a 期直腸癌的ROC 曲線下面積為0.795，結(jié)果與Liu 等［13］的結(jié)果相近。

本研究的不足之處：①本研究為回顧性分析，病例入選標(biāo)準(zhǔn)上可能會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定得偏倚；②入選病例相對(duì)較少，且僅提取了GLCM 的8 個(gè)參數(shù)，未能建立預(yù)測(cè)模型，結(jié)果有待外部數(shù)據(jù)的驗(yàn)證；③高分辨率T2WI 是直腸癌術(shù)前分期重要的成像序列，我們將在后續(xù)的研究中進(jìn)一步納入T2WI 的紋理分析。

總之，基于GLCM 的ADC 圖紋理分析對(duì)鑒別直腸癌T3 亞分期具有一定的臨床價(jià)值，為準(zhǔn)確地直腸癌T3 亞分期提供了新的思路和方法。