CT紋理分析鑒別胃腸道間質(zhì)瘤c-kit/PDGFRA基因突變的初步研究

任采月，王升平，任 敏，劉 壯，張盛箭，彭衛(wèi)軍

1. 復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射診斷科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032；

2. 復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院病理科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032

胃腸道間質(zhì)瘤（gastrointestinal stromal tumor，GIST）是起源于胃腸道Cajal細(xì)胞或與Cajal細(xì)胞同源的間葉干細(xì)胞的梭形細(xì)胞腫瘤，大多數(shù)因80%～85%的c-kit和5%～10%的血小板源性生長(zhǎng)因子受體α（platelet-derived growth factor receptor alpha，PDGFRA）基因功能獲得性突變所致[1］。甲磺酸伊馬替尼（imatinib mesylate，STI-571，Gleveec）可選擇性抑制原癌基因c-kit及PDGFRA，已成為治療手術(shù)難以切除、中高危風(fēng)險(xiǎn)GIST或轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)患者的一線分子靶向藥物[2］。研究證實(shí)，GIST有無(wú)基因突變及突變類型與靶向治療的劑量選擇及療效密切相關(guān)，如PDGFRA突變型GIST對(duì)伊馬替尼的敏感性比c-kit突變型稍差；c-kit外顯子9突變患者推薦使用雙倍劑量伊馬替尼（800 mg/d）；PDGFRA外顯子18突變型GIST對(duì)伊馬替尼原發(fā)耐藥等[3-4］。因此，治療前的正確病理學(xué)診斷和基因檢測(cè)對(duì)臨床制訂個(gè)體化治療方案及療效評(píng)估具有重要指導(dǎo)價(jià)值。CT作為GIST的首選影像學(xué)檢查方法，可對(duì)其惡性程度進(jìn)行初步評(píng)估，但對(duì)分子層面上的精準(zhǔn)診斷及分類價(jià)值有限。紋理分析（texture analysis，TA）通過(guò)定量分析腫瘤區(qū)域內(nèi)像素信息，可提供大量肉眼無(wú)法識(shí)別的內(nèi)部特征，從而更加全面、客觀地反映腫瘤潛在的生物學(xué)特性及微觀異質(zhì)性程度，在腫瘤影像學(xué)診斷中的應(yīng)用逐漸廣泛[5-7］。本研究旨在探討CT紋理分析鑒別c-kit與PDGFRA突變型GIST的價(jià)值，以期為GIST個(gè)體化治療提供依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 研究對(duì)象

回顧性分析2011—2017年間復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院符合以下標(biāo)準(zhǔn)的患者資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院手術(shù)后病理學(xué)檢查證實(shí)為GIST者，組織標(biāo)本均行基因檢測(cè)；② 術(shù)前有完整增強(qiáng)CT影像學(xué)資料；③ 患者檢查前未經(jīng)手術(shù)、化療及放療等任何治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 既往間質(zhì)瘤或其他腫瘤病史；② 圖像質(zhì)量不佳或腫瘤體積過(guò)?。ǎ? cm）而影響病灶分割。共140例患者納入研究，其中男性77例，女性63例，平均年齡（58.00±9.31）歲。

1.2 影像學(xué)檢查方法

患者檢查前常規(guī)禁食4～6 h，掃描前30 min飲水500～800 mL，掃描前再飲1 000 mL，以充盈胃腸道。采用SIEMENS Somatom Sensation 64層螺旋CT進(jìn)行平掃及動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描，管電壓120 kV，管電流250～300 mA，層厚、層距為1.5 mm。增強(qiáng)掃描采用非離子型對(duì)比劑碘海醇（300 mgI/mL），劑量1.5～2.0 mL/kg，注射速率2～3 mL/s。注射對(duì)比劑后60 s行門靜脈期掃描，掃描范圍包括所有病變區(qū)域。將圖像上傳至影像歸檔和通信系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）工作站?？紤]到病灶部位不同，而所有病灶在門靜脈期顯示最清晰，為確保結(jié)果的準(zhǔn)確性及一致性，本研究只選取腫瘤CT門靜脈期圖像進(jìn)行紋理分析。

1.3 病理學(xué)診斷及基因檢測(cè)方法

病理學(xué)診斷以組織形態(tài)學(xué)符合典型GIST表現(xiàn)和免疫組織化學(xué)染色檢測(cè)CD117和（或）CD34陽(yáng)性為標(biāo)準(zhǔn)，基因突變檢測(cè)采用聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）擴(kuò)增-直接測(cè)序法[8］。病理及基因檢測(cè)結(jié)果均由2名病理科醫(yī)師審核。

1.4 圖像分割與紋理特征提取

采用LIFEx3.40軟件對(duì)CT圖像進(jìn)行紋理分析。由2名分別具有3年和13年工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在不知病理學(xué)檢查結(jié)果的情況下，選取腫瘤最大層面沿病灶輪廓勾畫(huà)感興趣區(qū)（region of interest，ROI），意見(jiàn)不同時(shí)通過(guò)討論取得一致（圖1）。ROI的選取盡量包括全部腫瘤，同時(shí)避開(kāi)血管、鈣化及氣體。軟件自動(dòng)計(jì)算得到41個(gè)如下參數(shù)[9］。① 2個(gè)形態(tài)特征：球形度、密實(shí)度；② 8個(gè)灰度直方圖特征：偏度、峰度等；③ 6個(gè)灰度共生矩陣（gray-level cooccurrence matrix，GLCM）特征：同質(zhì)性、自相關(guān)等；④ 11個(gè)灰度行程矩陣（gray-level runlength matrix，GLRLM）特征：短行程因子、長(zhǎng)行程因子、行程百分比等；⑤ 2個(gè)鄰域灰度區(qū)別矩陣（neighborhood gray-level different matrix，NGLDM）特征：粗糙度、對(duì)比度；⑥ 11個(gè)灰度區(qū)域矩陣（gray-level zone length matrix，GLZLM）特征：短區(qū)域因子（short-zone emphasis，SZE）、長(zhǎng)區(qū)域因子、區(qū)域百分比（zone percentage，ZP）等。

圖1 ROI放置及紋理特征提取

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對(duì)兩組紋理特征進(jìn)行正態(tài)性和方差齊性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以s表示，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以中位數(shù)及四分位數(shù)間距表示。采用獨(dú)立樣本Mann-Whitney U檢驗(yàn)（偏態(tài)分布）或t檢驗(yàn)（正態(tài)分布）比較兩組間的差異，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線的曲線下面積（area under curve，ROC）評(píng)價(jià)各紋理參數(shù)鑒別c-kit與PDGFRA突變型GIST的效能。

2 結(jié) 果

126例為c-kit突變型，14例為PDGFRA突變型。兩組患者之間性別及年齡差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表1），與文獻(xiàn)[10］報(bào)道一致。c-kit突變型GIST的SZE、短區(qū)高灰度級(jí)因子（short-zone high gray-level emphasis，SZHGE）、ZP均高于PDGFRA突變型GIST（P＜0.05，表1）。其余紋理參數(shù)在兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。SZE、SZHGE、ZP鑒別兩者的AUC分別為0.69（95% CI：0.56～0.81）、0.70（95% CI：0.58～0.83）及0.71（95% CI：0.58～0.85）（P＜0.05，圖2），靈敏度分別為46.03%、47.62%及78.57%，特異度分別為92.86%、92.86%及64.29%，準(zhǔn)確率分別為83.57%、83.57%及90.00%。

圖2 SZE、SZHGE、ZP鑒別c-kit與PDGFRA突變型GIST效能的ROC曲線

表1 c-kit/PDGFRA突變型GIST患者基本信息及紋理特征值比較

3 討 論

近年來(lái)隨著分子病理學(xué)研究的深入，GIST已成為靶向治療實(shí)體腫瘤的典范，基于不同基因突變類型的靶向治療是其主要治療模式[11］。病理學(xué)活檢是術(shù)前檢測(cè)基因突變類型的較準(zhǔn)確的手段，但不恰當(dāng)?shù)牟僮骺赡芤鹉[瘤破潰、出血，增加腫瘤播散的危險(xiǎn)性；且取材組織較少或部位不理想時(shí)，診斷難度較大[12］。研究表明，腫瘤的紋理特征與微觀基因、蛋白質(zhì)及分子改變存在聯(lián)系，在肺癌、直腸癌、乳腺癌等基因檢測(cè)及受體表達(dá)中有重要輔助價(jià)值[13-15］。目前，紋理分析方法在GIST中的研究較少，且多集中于探討紋理特征與GIST生物學(xué)行為之間的關(guān)系[16］，尚缺乏在分子層面的應(yīng)用研究。本研究通過(guò)對(duì)CT門靜脈期圖像進(jìn)行紋理分析，獲得相關(guān)參數(shù)，可初步判斷GIST基因突變類型，準(zhǔn)確率較高。

本研究結(jié)果表明，SZE、SZHGE及ZP值在c-kit突變型GIST患者中較高。其中SZE和SZHGE分別描述圖像中短均勻區(qū)域及高灰度級(jí)短均勻區(qū)域的分布情況，值越大，腫瘤ROI的紋理越短，灰度值越高；ZP描述圖像中均質(zhì)帶的均勻性，值越大，ROI內(nèi)紋理越均勻。這一結(jié)果表明，c-kit突變型GIST患者的CT圖像較PDGFRA突變型紋理更短，灰度值更高，紋理分布更均勻。c-kit和PDGFRA均為酪氨酸激酶受體超家族成員，但c-kit突變型與PDGFRA突變型GIST在組織學(xué)上表現(xiàn)各異。前者組織學(xué)上特異性表現(xiàn)為梭形細(xì)胞，細(xì)胞較一致，呈長(zhǎng)梭形或短梭形，胞質(zhì)豐富，嗜酸性，多呈旋渦狀或束狀交織排列；后者組織學(xué)上常表現(xiàn)為上皮樣細(xì)胞或混合型，細(xì)胞呈圓形或卵圓形，胞質(zhì)寬而嗜酸或透明，細(xì)胞境界清楚[17］。本研究結(jié)果顯示，c-kit突變型GIST患者CT圖像的紋理較短，推測(cè)可能與細(xì)胞形態(tài)有關(guān)；灰度值較高，可能與胞質(zhì)較為豐富有關(guān)；紋理分布更均勻，可能與細(xì)胞排列方式及組成成分有關(guān)。Shen等[18］研究表明，SZE是宮頸鱗狀細(xì)胞癌與非鱗狀細(xì)胞癌之間唯一有差異的紋理特征；本研究也提示SZE可能與腫瘤的基因表達(dá)有關(guān)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)SZHGE及ZP與腫瘤微觀改變之間關(guān)系的研究尚不透徹，仍需進(jìn)一步探索。

本研究存在以下不足：① 僅包括c-kit/PDGFRA突變型GIST，以后將納入更多其他突基因變類型的GIST患者，并與臨床及實(shí)驗(yàn)室資料、CT影像學(xué)特征等相關(guān)聯(lián)。② 僅基于CT門靜脈期圖像進(jìn)行紋理分析，結(jié)合延遲期及多期圖像是否能提高診斷效能，仍需進(jìn)一步研究。

綜上所述，CT紋理分析無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)便、可重復(fù)，可用于GIST治療前基因突變類型的檢測(cè)，有助于臨床治療方案的制訂，也可為患者的預(yù)后判斷提供參考信息。