動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI 三維直方圖定量參數(shù)鑒別肝細(xì)胞癌和結(jié)直腸腺癌肝轉(zhuǎn)移瘤異質(zhì)性的價(jià)值

朱旅聰 ，趙振華，楊建峰，黃亞男，王 挺，張雅萍，盧增新，楊立銘，孫軍輝

（1.浙江大學(xué)紹興醫(yī)院（紹興市人民醫(yī)院）放射科，浙江 紹興 312000；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院肝膽胰介入診治中心，浙江 杭州 310003）

肝細(xì)胞癌（Hepatocellular carcinoma，HCC）是目前最常見的肝臟原發(fā)惡性腫瘤，是目前世界上占第三位的腫瘤相關(guān)性致死原因，肝臟是消化道惡性腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的主要器官[1-2]。動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI（Dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI）可以評(píng)估腫瘤微血管生理、腫瘤灌注、血管容積、滲透性和血管生成，是目前基礎(chǔ)和臨床研究中重要的活體血流動(dòng)力學(xué)檢測(cè)技術(shù)[2-3]。三維直方圖分析法是一種全容積、多參數(shù)分析方法，是醫(yī)學(xué)影像學(xué)紋理分析中的一部分，能較好地量化腫瘤內(nèi)部的異質(zhì)性，不僅可以計(jì)算整個(gè)瘤體參數(shù)平均值，還可分析瘤體內(nèi)參數(shù)分布情況，能在一定程度上反映腫瘤血管的分布趨勢(shì)和分布狀態(tài)，在腫瘤診斷、分級(jí)和療效評(píng)估及預(yù)后評(píng)價(jià)中具有較大優(yōu)勢(shì)[4]。筆者旨在探討DCE-MRI 三維直方圖定量參數(shù)鑒別HCC 和結(jié)直腸腺癌肝轉(zhuǎn)移瘤異質(zhì)性的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2014 年1 月—2015 年12 月期間在本院行DCE-MRI 檢查的患者資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)《原發(fā)性肝癌診療規(guī)范（2017 年版）》臨床診斷或手術(shù)或穿刺病理證實(shí)HCC 或結(jié)直腸腺癌肝轉(zhuǎn)移瘤患者；②行DCE-MRI 檢查前未行任何抗腫瘤治療；③病灶最大徑≥2.0 cm。排除標(biāo)準(zhǔn)： ①無法配合檢查或有MRI 檢查禁忌證；②圖像質(zhì)量不符合診斷需要；③對(duì)比劑過敏；④下腔靜脈栓塞或有門靜脈/肝靜脈栓子；⑤明顯腎功能不全；⑥無法簽署知情同意書。最終納入研究的患者59 例，包括HCC 41 例，其中男33 例，女8 例，年齡39～87 歲，中位年齡65 歲。肝轉(zhuǎn)移18 例，其中男12 例，女6 例，年齡45～83 歲，中位年齡63 歲。

1.2 MRI 檢查方法

所用機(jī)器為3.0T MR 掃描機(jī)（Magnetom，Verio Siemens，Erlangen，Germany） 及12 通道相控陣表面線圈，采用仰臥位頭先進(jìn)掃描。行DCE-MRI 掃描前先行常規(guī)腹部平掃，范圍由膈頂至雙腎下極，方案如下：橫斷位T2加權(quán)擾相自旋回波序列（TR/TE 1 370/81 ms，層厚6 mm，層間距1.2 mm，矩陣207×320，帶寬22 kHz）。同反相位序列（TR 254.00 ms，同相位TE 2.46 ms，反相位TE 6.15 ms）。彌散加權(quán)成像（TR/TE 7 400/73 ms，層厚6 mm，層間距1.2 mm，b 值0 s/mm2，600 s/mm2，矩陣99×146，帶寬180 kHz）。穩(wěn)態(tài)自由呼吸下多反轉(zhuǎn)角T1成像，3D VIBE 動(dòng)態(tài)灌注序列（TR/TE 3.25/1.17 ms，層厚5 mm，層間距1 mm，矩陣288×164，視野350 mm×284 mm，掃描30 層，反轉(zhuǎn)角平掃T1為5°，10°，15°，增強(qiáng)T1為10°，時(shí)間分辨率6.5 s），并行采集，采集1 次。掃描35 個(gè)時(shí)相，成像時(shí)間227.5 s，掃至第3 時(shí)相時(shí)用高壓注射器經(jīng)肘正中靜脈注射對(duì)比劑釓雙胺，劑量0.1 mmol/kg，注射流率3.5 mL/s，注射結(jié)束后以同等流率注射生理鹽水20 mL 沖洗。

1.3 圖像處理和分析

41 例HCC 患者中28 例單發(fā)，13 例多發(fā)；18 例肝轉(zhuǎn)移瘤患者中3 例單發(fā)，15 例多發(fā)。對(duì)于多發(fā)病灶，取最大徑最大的病灶分析。首先將所有3DVIBE 動(dòng)態(tài)增強(qiáng)序列掃描圖像上傳至Omni Kinetics軟件（GE Healthcare，China），所有圖像均行三維非剛性運(yùn)動(dòng)校正，避免肝臟運(yùn)動(dòng)位移影響圖像后處理產(chǎn)生誤差。其次用軟件中的三維直方圖分析法分析，以肝臟雙血供模型擬合肝動(dòng)脈和門靜脈血管輸入函數(shù)。用腹主動(dòng)脈代替肝動(dòng)脈，取門靜脈主干層面，擬合ROI 內(nèi)腹主動(dòng)脈和門靜脈的對(duì)比劑時(shí)間-濃度曲線作為肝臟雙血供門靜脈血管輸入函數(shù)。

三維全病灶ROI 由2 名具有15 年以上腹部影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師共同手動(dòng)勾畫，具體步驟如下： 在配準(zhǔn)后的DCE-MRI T1WI 圖上沿病灶輪廓，逐層勾畫病灶邊界，盡可能避開壞死、囊變及周圍血管，記錄每個(gè)病灶各項(xiàng)參數(shù)值，每組數(shù)據(jù)重復(fù)測(cè)量3 次取平均值。

獲取DCE-MRI 灌注參數(shù)的中位數(shù)、平均數(shù)、偏度、峰度、能量、熵、10%位數(shù)、90%位數(shù)和功能性彩圖。灌注參數(shù)包括：轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)（Ktrans）、速率常數(shù)（Kep）、血管外細(xì)胞外間隙容積分?jǐn)?shù)（Ve）、血管（血漿）間隙容積分?jǐn)?shù)（Vp）和肝動(dòng)脈供血比例（HPI）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS Statistics 21.0 軟件。正態(tài)分布檢驗(yàn)采用Kolmogorov-Smirnov 法，符合正態(tài)分布者以±s 的形式表示，否則以中位數(shù)（上、下四分位數(shù)）（M（P25，P75））的形式表示。符合正態(tài)分布且方差齊者用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)比較各參數(shù)值間的差異，其余采用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)。以ROC 曲線評(píng)價(jià)各參數(shù)鑒別HCC 和肝轉(zhuǎn)移瘤的效能，選最大約登指數(shù)為臨界值，計(jì)算其診斷敏感度、特異度和閾值。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

HCC 和肝轉(zhuǎn)移瘤病灶DCE-MRI 三維直方圖定量參數(shù)分析結(jié)果見表1。其中Ktrans、Kep（中位數(shù)、平均數(shù)、10%位數(shù)、90%位數(shù)），Kep能量、熵，Ve中位數(shù)、偏度、10%位數(shù)、90%位數(shù)，Vp偏度、峰度、能量、熵、90%位數(shù)和HPI 中位數(shù)、平均數(shù)、90%位數(shù)的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P 均＜0.05）。

有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的DCE-MRI 三維直方圖定量參數(shù)鑒別HCC 和肝轉(zhuǎn)移瘤異質(zhì)性的效能結(jié)果見表2。其中，Kep90%位數(shù)的ROC 下面積（AUC）最大（0.930）。

表1 HCC 和肝轉(zhuǎn)移瘤病灶DCE-MRI 三維直方圖定量參數(shù)分析結(jié)果

3 討論

3.1 DCE-MRI 三維直方圖定量參數(shù)鑒別診斷HCC和肝轉(zhuǎn)移瘤異質(zhì)性的價(jià)值

腫瘤組織內(nèi)部的微循環(huán)狀態(tài)與其發(fā)生、發(fā)展、浸潤(rùn)及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，評(píng)價(jià)腫瘤微循環(huán)狀態(tài)有助于了解腫瘤分化及惡性程度，從而選擇有效化療藥物和分子靶向藥物治療并評(píng)價(jià)抗腫瘤藥物的早期療效[5]。DCE-MRI 擬合血流動(dòng)力學(xué)模型獲得腫瘤組織內(nèi)對(duì)比劑的時(shí)間-濃度曲線來評(píng)價(jià)病灶內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，借此反映腫瘤組織內(nèi)的血流量、血容量及血管內(nèi)皮通透性等微觀特征。三維直方圖以簡(jiǎn)單的方式研究和描述整個(gè)腫瘤組織的微循環(huán)參數(shù)信息，可較好地分析腫瘤組織微循環(huán)參數(shù)的平均值和異質(zhì)性[6]。

表2 有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的DCE-MRI 三維直方圖定量參數(shù)鑒別HCC 和肝轉(zhuǎn)移瘤異質(zhì)性的效能

本研究結(jié)果顯示，HCC的Ktrans、Kep、HPI中位數(shù)、平均數(shù)和Ve中位數(shù)均高于肝轉(zhuǎn)移瘤，這與微血管滲透性及血漿灌注量有關(guān)。中位數(shù)和平均數(shù)可反映腫瘤內(nèi)參數(shù)的集中趨勢(shì)，表明HCC 腫瘤組織血管增生程度高于肝轉(zhuǎn)移瘤組織。HCC 多為富血供惡性腫瘤，腫瘤的新生血管較多且成熟度不一，血管壁基底膜不完整，血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙大，導(dǎo)致腫瘤微血管通透性增加，表現(xiàn)為Ktrans、Kep升高，而肝轉(zhuǎn)移瘤大部分為乏血供腫瘤，滲透膜表面積減少[7-9]。另一方面，HCC 腫瘤血管內(nèi)高血流量導(dǎo)致流體靜水壓增高，對(duì)比劑進(jìn)入血管外細(xì)胞外間隙導(dǎo)致細(xì)胞外間隙中對(duì)比劑分子增加，血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)Ve值升高。

HCC 的Ktrans、Kep、Ve10%位數(shù)、90%位數(shù)和Vp、HPI 90%位數(shù)均高于肝轉(zhuǎn)移瘤，表明HCC 腫瘤組織內(nèi)血流灌注相豐富的區(qū)域更集中，血管增生更旺盛活躍，血管滲透性更強(qiáng)，進(jìn)入血管外細(xì)胞外間隙內(nèi)的對(duì)比劑比例更大，整個(gè)瘤體的異質(zhì)性程度更高。

圖1a～1d 有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的DCE-MRI 三維直方圖定量參數(shù)鑒別HCC 和肝轉(zhuǎn)移瘤異質(zhì)性的ROC 曲線。Figure 1a～1d.The ROC curves of DCE-MRI three dimensional histogram quantitative parameters in identifying heterogeneity between HCC and hepatic metastases.

圖2a～2c 女，76 歲，高分化HCC。圖2a：動(dòng)脈期T1WI 示肝Ⅵ段異常強(qiáng)化灶。圖2b：Ktrans 偽彩圖：顏色越亮血供越豐富。圖2c：Ve 直方圖：呈正偏態(tài)分布，中位數(shù)為0.525，偏度為0.657，10%位數(shù)為0.370，90%位數(shù)為0.697。Figure 2a～2c.A 76-year-old female with well-differentiated HCC.Figure 2a:Abnormal enhancement in hepatic segment Ⅵin arterial phase T1WI.Figure 2b:The Ktrans pseudo-color map:the brighter the color，the richer the blood supply.Figure 2c:The Ve histogram:positive skew distribution，median was 0.525，skewness was 0.657，10th percentile was 0.370，90th percentile was 0.697.

圖3a～3c 男，49 歲，結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移。圖3a：動(dòng)脈期T1WI 示肝Ⅷ段低信號(hào)灶。圖3b：Ktrans 偽彩圖：顏色越暗血供越匱乏。圖3c：Ve 直方圖：呈正偏態(tài)分布且較圖2c 更往左偏，中位數(shù)為0.143，偏度為1.219，10%位數(shù)為0.032，90%位數(shù)為0.269，提示肝轉(zhuǎn)移瘤中更多的像素具有較小的Ve 值。Figure 3a～3c.A 49-year-old male with hepatic metastasis from colon cancer.Figure 3a:Hypointensity in hepatic segment Ⅷin arterial phase T1WI.Figure 3b:The Ktrans pseudo-color map:the darker the color，the less the blood supply.Figure 3c:The Ve histogram:positive skew distribution and more left-handed than Figure 2c，median was 0.143，skewness was 1.219，10th percentile was 0.032，90th percentile was 0.269，which suggested that more pixels in hepatic metastases had smaller Ve values.

偏度和峰度，能量和熵是兩組描述分布狀態(tài)的參數(shù)，在一定程度上可以量化腫瘤的異質(zhì)性。偏度表現(xiàn)直方圖的不對(duì)稱程度：偏度為零直方圖完全對(duì)稱，正偏態(tài)分布表現(xiàn)為直方圖長(zhǎng)右尾，負(fù)偏態(tài)分布為長(zhǎng)左尾。分布越不對(duì)稱表現(xiàn)為偏度值越大。峰度表現(xiàn)直方圖與正態(tài)分布直方圖相比的陡緩程度。正態(tài)分布直方圖峰度為零，曲線較平滑峰度為正，曲線較陡峭峰度為負(fù)。峰值越大則數(shù)據(jù)越分散。峰值越小則數(shù)據(jù)越集中[10]。能量表現(xiàn)體素分布的均勻性，值越高則分布越均勻。熵表現(xiàn)體素分布的隨機(jī)性，值越高則分布越不均勻。本研究中，HCC 和肝轉(zhuǎn)移瘤的Ve、Vp直方圖均為正偏態(tài)分布，肝轉(zhuǎn)移瘤的Ve偏度大于HCC，提示肝轉(zhuǎn)移瘤中更多的像素具有較小的Ve值，導(dǎo)致直方圖更往左偏，原因可能是其滲透膜表面積較少，對(duì)比劑進(jìn)入血管外細(xì)胞外間隙較少且不均勻。HCC的Vp偏度、峰度均大于肝轉(zhuǎn)移瘤，提示HCC 腫瘤微血管攝取對(duì)比劑的程度更不均勻，說明HCC 腫瘤微血管生長(zhǎng)更復(fù)雜，微血管血容量及通透性差異較大。HCC 為富血供腫瘤，微血管密集程度高于肝轉(zhuǎn)移瘤，血管分布相對(duì)更均勻，故HCC 的Vp熵值低于肝轉(zhuǎn)移瘤。HCC 的Kep能量小于肝轉(zhuǎn)移瘤，熵則相反，也進(jìn)一步證實(shí)了HCC 腫瘤微血管分化程度更復(fù)雜，血管成熟度和血管通透性更不均勻。

3.2 DCE-MRI 三維直方圖定量參數(shù)分析結(jié)果鑒別HCC 和肝轉(zhuǎn)移瘤異質(zhì)性的效能

Ktrans容易受血流灌注條件影響，如心輸出量和高血壓等，而Kep相對(duì)獨(dú)立[9]。故所有參數(shù)中，Kep90%位數(shù)的AUC 最大（0.930）。Ktrans、Ve、Vp、HPI 直方圖參數(shù)中90%位數(shù)的AUC 均最大，分別為0.889、0.816、0.841、0.862。90%位數(shù)表示在整個(gè)瘤體內(nèi)有90%像素點(diǎn)的參數(shù)值小于此值，本研究結(jié)果顯示其反映腫瘤異質(zhì)性的效能明顯優(yōu)于平均值。HCC 與肝轉(zhuǎn)移瘤都屬惡性腫瘤，其生長(zhǎng)的不均勻性及腫瘤部位微血管的復(fù)雜性較正常組織高，使得反映參數(shù)集中趨勢(shì)的平均值不足以代表腫瘤部位的生物學(xué)不均質(zhì)特性，而90%位數(shù)等反映參數(shù)分布特征的變量可能更有助于反映HCC 與肝轉(zhuǎn)移瘤的異質(zhì)性。

3.3 本研究的局限性

第一，本研究為回顧性研究，存在選擇偏倚。第二，選擇樣本量較小，尤其是肝轉(zhuǎn)移瘤，今后應(yīng)擴(kuò)大樣本量和細(xì)化研究方案。第三，我們只研究了部分直方圖參數(shù)，更多參數(shù)有待今后進(jìn)一步研究。

綜上所述，DCE-MRI 三維直方圖定量參數(shù)在一定程度上可以量化HCC 和肝轉(zhuǎn)移瘤的異質(zhì)性，可用于兩者鑒別，其中Kep90%位數(shù)具有較高診斷效能。