感興趣區(qū)選取方法對(duì)不同病理分級(jí)肝細(xì)胞癌ADC測(cè)量值的影響

袁灼彬， 鄭曉林， 楊水清， 鄒玉堅(jiān)， 張世豪， 楊沛欽

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像是一種能很好地反映生物組織中水分子微觀熱運(yùn)動(dòng)的功能成像方法[1]。與常規(guī)T1WI和T2WI序列相比，DWI可通過測(cè)量表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)對(duì)病變進(jìn)行定量分析，近年來已廣泛應(yīng)用于全身多個(gè)部位和器官病變的檢出及定性診斷、良惡性腫瘤的診斷和鑒別診斷以及腫瘤療效的評(píng)估等[2-5]。然而，ADC值的測(cè)量方法缺乏統(tǒng)一的操作標(biāo)準(zhǔn)，感興趣區(qū)(region of interest，ROI)放置的位置和大小均可能影響ADC值的測(cè)量結(jié)果，導(dǎo)致不同觀察者測(cè)量的ADC值存在較大差異，正常組織與病變的ADC值存在較大重疊區(qū)間，一定程度上限制了ADC值在臨床上的應(yīng)用[6-7]。本研究中分別采用小圓形ROI法、單層最大面積法和整體容積法對(duì)肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)病灶進(jìn)行ADC值測(cè)量，分析不同ADC值測(cè)量方法對(duì)不同病理分級(jí)肝細(xì)胞癌ADC值測(cè)量結(jié)果的影響以及觀察者間的一致性。

材料與方法

1.一般資料

將2012年1月-2016年12月在我院行上腹部MRI掃描的44例肝細(xì)胞癌患者納入研究。其中，男 40例，女 4例；年齡34～77歲，平均(55.9±10.5)歲，中位年齡58歲。所有患者在MRI掃描和手術(shù)前未接受過任何抗腫瘤藥物治療，有完整的手術(shù)記錄和病理報(bào)告。共測(cè)量了47個(gè)病灶，其中高分化肝細(xì)胞癌9個(gè)，中分化肝細(xì)胞癌24個(gè)，低分化肝細(xì)胞癌14個(gè)；腫塊直徑1.63～20.98 cm，平均(4.13±1.25) cm。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，檢查前均獲得患者及其家屬同意，并簽署知情同意書。

2.MRI掃描方法和參數(shù)

使用Siemens Magnetom Verio 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀和16通道體部相控陣線圈。先行常規(guī)序列MR平掃，掃描序列及參數(shù)：半傅立葉采集單次激發(fā)快速自旋回波(half-fourier acquisition single-shot turbo-SE，HASTE)序列橫軸面和冠狀面T2WI(TR 1500 ms，TE 96 ms)和二維快速小角度激發(fā)快速梯度回波序列(two-dimensional fast low-angle shot gradient-echo sequence，2D FLASH GRE)橫軸面T1WI(TR 110 ms，TE 2.46 ms)，掃描15～20層，層厚6 mm，視野35 cm×35 cm～38 cm×38 cm，矩陣240×320，各個(gè)序列均在1次屏氣時(shí)間內(nèi)完成采集。

DWI采用單次激發(fā)SE EPI序列，患者在自由呼吸狀態(tài)下進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)：TR 2500 ms，TE 73 ms，矩陣128×128，視野38 cm×38 cm，層厚6.0 mm，層間距0 mm，激勵(lì)次數(shù)4，采集20層，b值分別取0和600 s/mm2，掃描時(shí)間94 s。本系統(tǒng)采用單指數(shù)衰減模型自動(dòng)生成ADC圖。

3.圖像分析和數(shù)據(jù)測(cè)量

所有圖像傳送至Siemens Leonardo圖像工作站進(jìn)行后處理。由兩位分別有5年和7年腹部MR診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師采用雙盲法進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量，參考T1WI、T2WI和動(dòng)態(tài)增強(qiáng)圖像觀察腫瘤的位置、大小及形態(tài)，在ADC圖像(b=600 s/mm2)上于病灶內(nèi)勾畫ROI進(jìn)行ADC值的測(cè)量。分別采用以下3種方法繪制ROI(圖1)：①整體容積法(whole tissue volume，WTV)，逐層沿病灶邊緣稍內(nèi)側(cè)(1～2 mm)勾畫ROI，將所有層面測(cè)量的ADC值取平均值(A組)；②單層最大面積法(maximum areas on single slice，SSmax)，選取腫瘤最大層面，沿病灶邊緣稍內(nèi)側(cè)(1～2 mm)勾畫ROI，重復(fù)測(cè)量3次，取其平均值(B組)；③小圓形ROI法(several small round areas，SRAs)，在DWI上于病灶內(nèi)的高信號(hào)區(qū)勾畫面積約20 mm2的小圓形ROI，測(cè)量其ADC值，盡量避開病灶內(nèi)壞死、囊變和出血區(qū)域，然后將所選取的ROI復(fù)制后放置在病灶內(nèi)其它的高信號(hào)區(qū)，重復(fù)測(cè)量3次，取平均值(C組)。

表1 兩名觀察者采用三種ROI設(shè)置方法測(cè)得的ADC值 (×10-3mm2/s)

表2 3種ROI設(shè)置方法獲得的不同病理分級(jí)HCC的ADC值 (×10-3mm2/s)

4.肝細(xì)胞癌的病理學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)

手術(shù)切除標(biāo)本經(jīng)10%中性福爾馬林液固定，常規(guī)制備蠟塊(脫水，透明，浸蠟，包埋)，4 μm厚度連續(xù)切片，常規(guī)HE染色和免疫組織化學(xué)染色。根據(jù)HCC病灶內(nèi)腫瘤細(xì)胞的排列、結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征將其劃分為4個(gè)組織學(xué)分級(jí)。①高分化HCC：腫瘤細(xì)胞的形態(tài)類似于正常肝細(xì)胞，核質(zhì)比例增加，排列呈細(xì)梁型，常形成假腺體樣或腺泡狀構(gòu)型，常伴有脂肪變性。②中分化HCC：腫瘤細(xì)胞排列成粗梁狀，細(xì)胞索在3層以上，核漿比增大，核染色加深，出現(xiàn)不明顯的核仁，胞質(zhì)嗜酸性增加，并出現(xiàn)腺樣結(jié)構(gòu)。③低分化HCC：腫瘤細(xì)胞形成實(shí)體狀構(gòu)型，缺乏竇隙狀結(jié)構(gòu)，核質(zhì)比例明顯增大，核異形性明顯，出現(xiàn)較多核分裂象和瘤巨細(xì)胞。④未分化HCC：腫瘤病灶內(nèi)以高度異形的腫瘤細(xì)胞為主，幾乎無胞質(zhì)，胞核深染、形態(tài)極不規(guī)則，梁狀結(jié)構(gòu)不明顯。本研究中未發(fā)現(xiàn)未分化型HCC病例。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

兩位觀察者采用3種ROI設(shè)置方法測(cè)量HCC的ADC值及對(duì)比分析結(jié)果見表1和圖2。兩位觀察者采用單層最大面積法測(cè)得的ADC值的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而采用小圓形ROI法和整體容積法測(cè)得的ADC值的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。三種ROI選取方法的觀察者間一致性均較好，其中以整體容積法的觀察者間一致性最佳(ICC=0.940)。

三種ROI選取方法測(cè)得的HCC的ADC值見表2。單層最大面積法和整體容積法測(cè)得的總體ADC平均值高于小圓形ROI法，單層最大面積法和整體容積法測(cè)量的ADC值與小圓形ROI法之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-4.522，P=0.000；t=-4.616，P=0.000)，而單層最大面積法與整體容積法測(cè)量總體ADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-1.029，P=0.309)。Bland-Altman分析結(jié)果顯示(圖3)，采用SRAs法獲得的ADC值的標(biāo)準(zhǔn)差最高(260.7)， WTV法測(cè)量的ADC值的標(biāo)準(zhǔn)差最低(107.1)，提示W(wǎng)TV法測(cè)量的ADC值的一致性更好。

三種ROI選取方法測(cè)量的不同病理分級(jí)HCC的ADC值及對(duì)比分析結(jié)果見表2。單層最大面積法和小圓形ROI法測(cè)量的ADC值在不同級(jí)別HCC間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；整體容積法測(cè)得的ADC值在不同級(jí)別HCC間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，進(jìn)一步兩兩比較，僅高分化組與低分化組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.774，P=0.011)。小圓形ROI法測(cè)得的ADC值與肝癌的病理分級(jí)無顯著相關(guān)性(r=0.250，P=0.09)；單層最大面積法和整體容積法測(cè)得的ADC值與肝癌的病理分級(jí)呈正相關(guān)(r=0.374，P=0.01；r=0.366，P=0.01)。

討 論

近年來，DWI在肝臟、乳腺、前列腺及骨髓等神經(jīng)系統(tǒng)以外器官的研究中應(yīng)用廣泛，在病變檢出、良惡性腫瘤的鑒別及腫瘤治療效果的評(píng)價(jià)等方面的臨床應(yīng)用價(jià)值逐漸得到肯定[8-10]。然而，ADC值容易受到設(shè)備主磁場(chǎng)、掃描參數(shù)(包括TR、TE和b值等)、后處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析等諸多因素的影響，導(dǎo)致ADC值測(cè)量結(jié)果的差異較大，其中ROI設(shè)置方法對(duì)ADC值測(cè)量結(jié)果的影響尤為顯著，ROI的范圍、位置不同將會(huì)影響ADC值的測(cè)量結(jié)果和可重復(fù)性[11]。Koc等[12]研究認(rèn)為當(dāng)b=600 s/mm2時(shí)，DWI和ADC值對(duì)腹部良惡性病變的鑒別診斷敏感度、特異度和符合率分別為100%、93.8%和92.5%，更高b值并不能顯著提高診斷的敏感度、特異度和符合率，因此本研究中選取b=600 s/mm2進(jìn)行DWI掃描及ADC值測(cè)量。

圖1 男，51歲，肝右葉中分化肝細(xì)胞癌。a) 壓脂T2WI，選取病灶最大層面，觀察病灶的形態(tài)、大小、有無壞死囊變等(箭)； b) DWI圖(b=600s/mm2)，整體容積法和單層最大面積法均為在DWI圖像上沿病灶高信號(hào)區(qū)的稍內(nèi)側(cè)手動(dòng)勾畫ROI，小圓形ROI法則為在病灶內(nèi)高信號(hào)區(qū)內(nèi)手動(dòng)勾畫面積約為20mm2的圓形ROI；c) ADC圖，復(fù)制DWI圖上的ROI，將其相應(yīng)地放置在腫瘤內(nèi)低信號(hào)區(qū)，測(cè)量ADC值。

圖2 兩位觀察者采用3種不同ROI勾畫方法獲得的肝細(xì)胞癌ADC值的箱形圖。箱體兩端邊位置分別代表P25和P75，箱體中部橫線代表中位數(shù)。 圖3 兩位觀察者采用不同ROI勾畫方法獲得的肝細(xì)胞癌ADC值的Bland-Altman圖。藍(lán)色實(shí)線代表ADC值差值平均值，最上和最下的兩條虛線代表95%置信區(qū)間的上下限，SRAs法測(cè)量的ADC值的標(biāo)準(zhǔn)偏差最大(260.7×10-3mm2/s)，WTV法測(cè)量的ADC值的標(biāo)準(zhǔn)偏差最低(107.1×10-3mm2/s)。a)小圓形RIO法；b)單層最大面積法；c)整體容積法。

本研究結(jié)果顯示，采用3種ROI設(shè)置方法測(cè)量的肝細(xì)胞癌的總體ADC值存在較大差異，小圓形ROI法測(cè)量的ADC值低于單層最大面積法和整體容積法，單層最大面積法和整體容積法測(cè)得的ADC值范圍具有更大的重疊區(qū)間(圖3)，本研究結(jié)果與Priola等[13]的研究結(jié)果基本一致。小圓形ROI法選取的是腫瘤的實(shí)性部分，其內(nèi)腫瘤細(xì)胞增生活躍，具有較高細(xì)胞密度、核漿比例和較厚的細(xì)胞板，細(xì)胞內(nèi)間隙和細(xì)胞外間隙變窄，這些改變限制例水分子的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散明顯受限，ADC值降低[14]。然而，整體容積法和單層最大面積法則更能反映腫瘤內(nèi)部的異質(zhì)性，ROI內(nèi)包含腫瘤的實(shí)性部分、供血血管、腺管結(jié)構(gòu)、囊變、壞死及出血等，故測(cè)得的ADC值高于小圓形ROI法。由于腫瘤內(nèi)部的非均質(zhì)性，采用小圓形ROI法測(cè)量ADC值時(shí)，不同觀察者間ROI放置的位置不同，測(cè)量值即存在差異，另外部分病灶在DWI圖像上邊界模糊不清，導(dǎo)致采用整體容積法和單層最大面積法時(shí)難以準(zhǔn)確勾畫ROI[15]。小圓形ROI法操作簡(jiǎn)單、方便，整體容積法和單層最大面積法手動(dòng)勾畫ROI通常需要結(jié)合常規(guī)T1WI、T2WI及增強(qiáng)圖像來確定腫瘤范圍，操作相對(duì)繁瑣、時(shí)間較長(zhǎng)。因此，小圓形ROI法在臨床上應(yīng)用更加廣泛。

ROI的數(shù)目和范圍會(huì)嚴(yán)重影響肝細(xì)胞癌ADC測(cè)量值和觀察者間的一致性，整體容積法和單層最大面積法的可重復(fù)性明顯高于小圓形ROI法。本研究結(jié)果顯示，三種ROI設(shè)置方法獲得的ADC值在不同觀察者間均具有較好的一致性，其中以整體容積法的觀察者間一致性最好(ICC=0.940)，小圓形ROI法一致性最差(ICC=0.759)。本研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道基本一致[16-17]。兩位觀察者采用單層最大面積法測(cè)得的ADC值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，筆者認(rèn)為系不同觀察者間選取不同最大層面所致。整體容積法和單層最大面積法反映整個(gè)腫瘤組織或單個(gè)層面腫瘤組織的ADC值，觀察者間的變異度較小。采用小圓形ROI法是，由于不同觀察者在ADC圖上選取病灶所在層面及ROI位置和面積時(shí)存在差異，觀察者間變異度大，因此ADC測(cè)量值的可重復(fù)性較差。然而，一種測(cè)量方法具有良好重復(fù)性并不代表更好的診斷效能，Liu等[17]報(bào)道在胰腺癌與正常胰腺組織的鑒別方面，小圓形ROI法較單層最大面積法和整體容積法的診斷價(jià)值更高。Roth等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在評(píng)估腫瘤療效時(shí)整體容積法要優(yōu)于小圓形ROI法。本研究結(jié)果顯示，小圓形ROI法測(cè)得的ADC值與肝癌的病理分級(jí)之間無顯著相關(guān)性；單層最大面積法和整體容積法測(cè)得的ADC值與肝癌的病理分級(jí)呈正相關(guān)，肝細(xì)胞癌分化程度越低，ADC值越低。此研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道基本一致[19]。采用整體容積法測(cè)量的高分化與低分化HCC的ADC值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，原因是低分化肝細(xì)胞癌病灶內(nèi)囊變、壞死和出血較高分化HCC更常見。因此，筆者認(rèn)為采用整體容積法測(cè)量的ADC值有利于高分化與低分化肝細(xì)胞癌的鑒別。

本研究的局限性：①樣本量較小，需要擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步深入研究；②腹部DWI容易受到患者呼吸偽影的影響，部分病灶邊界模糊，影響ROI的勾畫；③觀察者手動(dòng)勾畫ROI缺少統(tǒng)一的操作標(biāo)準(zhǔn)，整體容積法需對(duì)病灶所在的每一層面進(jìn)行ROI的手動(dòng)勾畫，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，缺少圖片自動(dòng)處理軟件，限制了其臨床應(yīng)用。

總之，ROI測(cè)量方法影響肝細(xì)胞癌ADC值測(cè)量結(jié)果，整體容積法和單層最大面積法測(cè)量的ADC值高于小圓形ROI法，整體容積法測(cè)量的ADC值對(duì)高分化肝細(xì)胞癌與低分化肝細(xì)胞癌的鑒別診斷有一定價(jià)值。