基于擴(kuò)散張量成像的紋理分析鑒別肝細(xì)胞癌和肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌的價值

王嫚，劉愛連*，趙瑩，林濤，王楠，宋清偉，郭妍，李昕，吳艇帆

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)是最常見的原發(fā)性肝臟惡性腫瘤。肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌(intrahepatic cholangiocarcinoma，ICC)的發(fā)生率僅次于HCC，惡性程度高，易轉(zhuǎn)移且術(shù)后容易復(fù)發(fā)，長期生存率低于HCC[1-2]。肝切除術(shù)和肝移植是早期HCC患者推薦的治療方法，中晚期推薦經(jīng)肝動脈栓塞化療(transcatheter arterial chemoembolization，TACE)[3-4]。對于ICC 而言，手術(shù)切除是唯一可能治愈的方法[5]。早期準(zhǔn)確鑒別兩者對治療方式的選擇和預(yù)后的評估至關(guān)重要。組織活檢是鑒別HCC 與ICC的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但此有創(chuàng)檢查存在種植轉(zhuǎn)移、出血、感染等風(fēng)險[6]。常規(guī)磁共振檢查在病變鑒別方面雖有較大優(yōu)勢，但在鑒別不典型病變時存在困難。擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一種在擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的無創(chuàng)性檢查技術(shù)，能在三維空間內(nèi)定量描述水分子的擴(kuò)散運(yùn)動及相關(guān)性，更好地反映微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。既往二維ROI 的傳統(tǒng)測量方法無法反映腫瘤整體的異質(zhì)性，而通過紋理分析進(jìn)行的三維測量可獲得多個定量參數(shù)評估腫瘤異質(zhì)性。本研究旨在探究基于DTI 的紋理分析鑒別HCC 與ICC的價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回顧性研究于大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院接受上腹部MRI 檢查且病理證實(shí)為HCC 或ICC 的患者資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)病理證實(shí)為HCC或ICC；②患者在術(shù)前1 個月內(nèi)進(jìn)行上腹部MRI 掃描，包括T1WI、T2WI、增強(qiáng)掃描和DTI 序列。排除標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)RI 掃描前進(jìn)行其他抗腫瘤治療，包括TACE、射頻消融術(shù)、化療及放療；②DTI圖像質(zhì)量欠佳無法分析。最后入組80例患者，其中HCC 組52 例，男46 例，女6 例，年齡43～76(59.48±9.48)歲；ICC組28例，男17例，女11例，年齡41～81 (61.64±8.28)歲。本研究經(jīng)過大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號：PJ-KS-KY-2019-167)，免除受試者知情同意。

1.2 一般征象分析

記錄患者的年齡、性別、HbsAg、AFP、CEA、CA19-9、腫瘤組織學(xué)分級、腫瘤大小、數(shù)量、病灶邊界是否清晰、病灶鄰近肝被膜是否皺縮、肝內(nèi)膽管是否擴(kuò)張、是否合并肝硬化、是否侵犯門靜脈、是否有腹腔淋巴結(jié)腫大。

1.3 儀器與掃描參數(shù)

所有患者采用1.5 T 磁共振掃描儀(Signa HDXT，GE healthcare)進(jìn)行上腹部MRI 掃描，8 通道腹部線圈，呼吸補(bǔ)償。掃描前需禁食、禁水4 h。掃描序列及參數(shù)為：①軸位T1WI 序列：采用快速擾相梯度回波序列，包括同相位T1WI和反向位T1WI，TR/TE=7.5 ms/4.5 ms，2.2 ms，F(xiàn)OV=40 cm×36 cm，矩陣=288×170，NEX=1，層厚4 mm，層間距1 mm；②軸位T2WI 序列：采用快速自旋回波序列，TR/TE=6667 ms/93.8 ms，F(xiàn)OV=40 cm× 30 cm，矩陣=256×256，NEX=2，層厚6.5 mm，層間距1.5 mm；③軸位DTI 序列：采用平面回波序列，TR/TE=5050 ms/81.9 ms，F(xiàn)OV=40 cm×40 cm，矩陣=96×96，NEX=2，b=0、600 s/mm2，在6 個正交方向施加擴(kuò)散梯度；④增強(qiáng)掃描序列：經(jīng)肘靜脈以2.5 mL/s 的速度注射對比劑釓噴酸葡胺(gadolinium-diethylenetriamine pentaacetic acids，Gd-DTPA)，劑量0.1 mmol/kg，分別于對比劑注射后15～20、55～60、180 s 采用3D T1WI 行動脈期、門靜脈期及延遲期掃描。

1.4 圖像分析及處理

在GE AW4.6 工作站，利用Functool 軟件對DTI圖像進(jìn)行重建，生成ADC 和FA 圖。將ADC 和FA 信號強(qiáng)度圖導(dǎo)入ITK-SNAP 軟件，由兩位觀察者(分別具有2 年和8 年影像診斷經(jīng)驗(yàn))分別沿腫瘤邊緣勾畫腫瘤全容積的ROI(腫瘤多發(fā)選取最大病灶分析)(見圖1、2)，將所有層面的ROI 擬合成為三維容積感興 趣區(qū)(volume of interest，VOI)。使用AK 軟件(artificial intelligent kit，GE Healthcare)提取紋理參數(shù)，包括最大值、最小值、平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、能量、熵、峰度、偏度、相關(guān)性、長游程優(yōu)勢及短游程優(yōu)勢。

圖1 男，51歲，肝左葉肝細(xì)胞癌。A～F：分別為T1WI、T2WI、增強(qiáng)掃描動脈期、門靜脈期、延遲期、DTI圖像；G～J：分別在ADC 與FA 信號強(qiáng)度圖上勾畫全腫瘤ROI，并生成相應(yīng)的直方圖Fig.1 Male,51 years old,HCC in the left lobe of the liver.A—F:T1WI,T2WI,MRIenhanced scan of arterial phase,portal vein phase,delayed phase,DTI;G—J:ROIs were drawn covering the entire tumor on each slice of ADC and FA signal intensity maps,ADC and FA signal intensity histograms of HCC,respectively.

圖2 男，56 歲，肝方葉與肝右葉交界處肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌。A～F：分別為T1WI、T2WI、增強(qiáng)掃描動脈期、門靜脈期、延遲期、DTI圖像。G～J：分別在ADC 與FA信號強(qiáng)度圖上勾畫全腫瘤ROI，并生成相應(yīng)的直方圖Fig.2 Male,56 years old,ICC in the junction of the quadrate lobe and the right lobe of the liver.A—F:T1WI,T2WI,MRIenhanced scan of arterial phase,portal vein phase,delayed phase,DTI;G—J:ROIs were drawn covering the entire tumor on each slice of ADC and FA signal intensity maps,ADC and FA signal intensity histograms of ICC,respectively.

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 21.0 統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用χ2檢驗(yàn)比較兩組間分類變量的差異，P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)評估兩觀察者測量結(jié)果的一致性，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)＞0.75 代表一致性較好。若一致性較好，取兩觀察者測量數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)連續(xù)變量是否符合正態(tài)分布。符合正態(tài)分布的數(shù)值變量用表示，使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩組間各參數(shù)的差異；不符合正態(tài)分布的數(shù)值變量以中位數(shù)(25 百分位數(shù)，75 百分位數(shù))表示，使用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較兩組間各參數(shù)的差異。對有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)繪制ROC 曲線。在ADC 和FA 信號強(qiáng)度圖中分別選擇效能最佳的兩個參數(shù)[7]，采用Logistic 回歸將這4 個參數(shù)進(jìn)行兩兩聯(lián)合、三三聯(lián)合、全部聯(lián)合，并繪制ROC曲線評估聯(lián)合診斷的效能。采用DeLong 檢驗(yàn)比較單個參數(shù)與聯(lián)合診斷AUC 值間差異，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者一般資料

患者的臨床資料見表1。兩組患者性別、HbsAg、AFP、CEA、CA19-9、腫瘤組織學(xué)分級、病灶邊界、肝被膜皺縮、膽管擴(kuò)張、肝硬化及腹腔淋巴結(jié)腫大差異存在統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，其余差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。

表1 HCC組與ICC組患者臨床資料比較Tab.1 Comparison of clinical data between HCC and ICC group

2.2 兩觀察者一致性檢驗(yàn)結(jié)果

兩觀察者測量各紋理參數(shù)一致性良好(組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均＞0.75)。

2.3 HCC與ICC組間ADC與FA信號強(qiáng)度紋理參數(shù)結(jié)果比較

HCC與ICC組間ADC與FA信號強(qiáng)度紋理參數(shù)結(jié)果比較見表2。HCC 組ADC 信號強(qiáng)度圖的最大值、平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差及熵小于ICC 組(P＜0.05)；能量、峰度及相關(guān)性均大于ICC 組(P＜0.05)。HCC 組FA 信號強(qiáng)度圖的最大值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、長游程優(yōu)勢小于ICC組(P＜0.05)；相關(guān)性及短游程優(yōu)勢大于ICC 組(P＜0.05)。其余參數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。

表2 HCC與ICC組間ADC及FA信號強(qiáng)度紋理參數(shù)結(jié)果比較Tab.2 Comparison of ADC and FA texture parameters between HCC and ICC groups

2.4 ADC 與FA 信號強(qiáng)度紋理參數(shù)鑒別HCC 與ICC 的ROC分析以及聯(lián)合診斷結(jié)果

ADC 與FA 紋理參數(shù)鑒別HCC 與ICC 的ROC 分析結(jié)果見表3，ROC 曲線見圖3、4。單個紋理參數(shù)中，ADC-相 關(guān)性鑒 別HCC 與ICC 的效能最高，AUC 為0.857，敏感度為74.5%，特異度為82.1%。聯(lián)合診斷的ROC 曲線見圖5、6。ADC-能量、FA-最大值、FA-短游程優(yōu)勢3個參數(shù)聯(lián)合或ADC-能量、ADC-相關(guān)性、FA-最大值、FA-短游程優(yōu)勢4個參數(shù)聯(lián)合時均可獲得最佳診斷效能，AUC 值、敏感度、特異度相同，分別為0.877、78.6%、84.6%。DeLong 檢驗(yàn)顯示，ADC 信號強(qiáng)度圖的最大值、平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、熵、峰度以及FA信號強(qiáng)度圖的最大值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)性、長游程優(yōu)勢、短游程優(yōu)勢的鑒別診斷效能顯著低于上述3 個參數(shù)或4個參數(shù)聯(lián)合時的診斷效能，AUC值間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，而ADC信號強(qiáng)度圖的能量和相關(guān)性與聯(lián)合診斷的AUC值間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。

圖3 ADC 信號強(qiáng)度圖最大值、平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、能量、熵、峰度及相關(guān)性鑒別HCC 與ICC 的ROC 曲線分析 圖4 FA 信號強(qiáng)度圖最大值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)性、長游程優(yōu)勢及短游程優(yōu)勢鑒別HCC與ICC的ROC曲線分析 圖5 ADC-能量、FA-最大值、FA-短游程優(yōu)勢聯(lián)合時鑒別HCC與ICC的ROC曲線分析 圖6 ADC-能量、ADC-相關(guān)性、FA-最大值、FA-短游程優(yōu)勢聯(lián)合時鑒別HCC與ICC的ROC曲線分析Fig.3 ROC curve of maxintensity,mean value,variance,standard deviation,energy,entropy,kurtosis,correlation of ADC signal intensity for differentiating HCC and ICC. Fig.4 ROC curve of maxintensity,variance,standard deviation,correlation,LRE,SRE of FA signal intensity for differentiating HCC and ICC.Fig.5 ROC curve when ADC-energy,FA-maxintensity and FA-SRE were combined for differentiating HCC and ICC. Fig.6 ROC curve when ADC-energy,ADC-correlation,FA-maxintensity and FA-SRE were combined for differentiating HCC and ICC.

表3 HCC與ICC組ADC和FA信號強(qiáng)度紋理參數(shù)的ROC分析結(jié)果Tab.3 ROC analysis of ADC and FA texture parameters between HCC and ICC groups

3 討論

HCC 與ICC 是最常見的肝臟原發(fā)性惡性腫瘤，由于治療方法及預(yù)后不同，及早對兩者進(jìn)行鑒別診斷對提高患者生存質(zhì)量、延長生存期限尤為重要。影像學(xué)檢查在鑒別診斷方面有較大優(yōu)勢。常規(guī)MRI 平掃結(jié)合動態(tài)增強(qiáng)掃描時HCC 的“快進(jìn)快出”，ICC 的延遲強(qiáng)化伴肝被膜皺縮與膽管擴(kuò)張是鑒別兩者的典型表現(xiàn)。但臨床上一些不典型的HCC 與合并肝硬化背景并且無膽管擴(kuò)張征象的ICC 影像學(xué)表現(xiàn)有一定的相似之處。此時常規(guī)的MRI 平掃結(jié)合增強(qiáng)鑒別兩者較為困難[8-9]。

近年來，DWI 已廣泛應(yīng)用在肝臟良惡性腫瘤的鑒別診斷、肝臟腫瘤分級等方面[10-11]。DWI 的ADC 值能夠反映水分子的擴(kuò)散程度，值越小，擴(kuò)散運(yùn)動越受限[12]，通過ADC 值可以判斷病變的性質(zhì)。但DWI 僅能在某一水平面內(nèi)反映水分子的擴(kuò)散運(yùn)動，無法評估組織的各向異性。DTI是一種在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展而來的無需對比增強(qiáng)的無創(chuàng)性檢查技術(shù)，具有多個成像參數(shù)，其特有的FA 值能夠反映水分子擴(kuò)散運(yùn)動的方向性，F(xiàn)A值越大，代表方向性越好[13-14]，從而在三維立體空間反映水分子的擴(kuò)散運(yùn)動及相關(guān)性，更精細(xì)地反映微觀結(jié)構(gòu)。近年來，DTI 技術(shù)在評估神經(jīng)系統(tǒng)的病變中已廣泛應(yīng)用。在肝臟，診斷和評價慢性病毒性肝炎纖維化及肝硬化、肝臟局灶性病變的檢出和鑒別等方面DTI 也發(fā)揮了重要作用[15-16]。陳麗華等[17]探討了DTI 技術(shù)術(shù)前鑒別HCC 與ICC 的價值，發(fā)現(xiàn)FA值較ADC 值更能有效地鑒別ICC 與HCC，AUC 值為0.760。然而，傳統(tǒng)ADC 和FA 值的測量受人為因素的影響較大，ROI 放置位置的不同、只對腫瘤幾個層面進(jìn)行測量，這些因素都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法準(zhǔn)確反映腫瘤整體的異質(zhì)性。對腫瘤所有層面進(jìn)行勾畫并通過紋理分析獲得多個定量參數(shù)能夠更準(zhǔn)確地反映腫瘤的異質(zhì)性并且有助于提升鑒別診斷效能。

本研究結(jié)果表明，HCC 多好發(fā)于男性，常合并有乙肝感染和肝硬化；AFP為HCC腫瘤標(biāo)志物，通常有升高；因假包膜的存在腫瘤邊界多清晰；與杭軼等[18]、Wildner 等[19]的研究結(jié)果一致。ICC 組的CEA、CA19-9 陽性率顯著高于HCC 組，說明二者對鑒別ICC具有較大的意義，既往研究[20]中將二者聯(lián)合診斷AFP陰性的ICC，診斷率得到提高。ICC 起源于膽管上皮細(xì)胞，癌細(xì)胞沿膽管侵犯會引起膽管擴(kuò)張，靠近邊緣的ICC 可導(dǎo)致局部肝葉萎縮影像學(xué)上表現(xiàn)為鄰近肝被膜的皺縮；因腫瘤組織學(xué)分級多為低分化，侵襲性較強(qiáng)，常會導(dǎo)致腫瘤侵犯門靜脈以及向淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，病灶邊界多不清晰；這與Wildner 等[19]、王悅超等[21]的研究結(jié)果相符。本研究結(jié)果顯示，HCC 組ADC 信號強(qiáng)度圖的最大值、平均值大于ICC 組，分析原因可能與HCC 和ICC 組織學(xué)成分和構(gòu)成有關(guān)。HCC 的腫瘤細(xì)胞密度較ICC 更高，細(xì)胞間的間隙小，水分子擴(kuò)散運(yùn)動受限的程度高，因此ADC值降低；ICC中央由大量疏松纖維組織構(gòu)成，腫瘤細(xì)胞多位于周邊可排列成腺管樣，促進(jìn)了水分子的擴(kuò)散運(yùn)動，使ADC 值增加[17，22]。方差和標(biāo)準(zhǔn)差代表強(qiáng)度水平分布的不對稱程度；能量反映強(qiáng)度水平分布的均勻性，熵是能量值的倒數(shù)，能量值越小，熵值越大，圖像越不均勻；峰度衡量強(qiáng)度水平的集中與分散程度，值越大，表明圖像的灰度更集中于平均值；相關(guān)性表示像素在整個圖像上與其相鄰像素的相關(guān)程度，值越大，相關(guān)性越大。這些參數(shù)均可用于衡量組織的均勻性。本研究中，HCC 組ADC的方差、標(biāo)準(zhǔn)差、熵小于ICC組，能量、峰度以及相關(guān)性大于ICC 組，證明了ICC 比HCC 具有更高的異質(zhì)性。根據(jù)本研究的結(jié)果推測可能是：與HCC相比，ICC分化程度較低，惡性程度更高，細(xì)胞異型性更明顯，壞死、出血、囊變及侵犯周圍組織可能性更大[20]，因此ICC 的均勻性較差。在FA 信號強(qiáng)度圖中，HCC 組最大值、長游程優(yōu)勢小于ICC 組，短游程優(yōu)勢及相關(guān)性大于ICC 組。推測ICC 組FA 的最大值較高可能是ICC內(nèi)的腺管與較多的纖維成分導(dǎo)致水分子的方向性更好[12]，因此FA 值較高。短游程優(yōu)勢與長游程優(yōu)勢反映圖像的光滑與粗糙程度，短游程優(yōu)勢越大，圖像的紋理光滑，長游程優(yōu)勢越大，圖像的紋理越粗糙[23-24]，表明ICC 較HCC 更不均勻，與ADC 參數(shù)得出的結(jié)果一致。本研究中ADC-相關(guān)性鑒別HCC 與ICC 效能最佳(AUC=0.856)。在方勇超等[25]的研究中，常規(guī)MRI動態(tài)增強(qiáng)掃描鑒別ICC 的準(zhǔn)確率為75%，相比之下基于DTI 的紋理分析具有一定的優(yōu)勢。為了避免單一參數(shù)造成結(jié)果偏倚，故建立Logistic 回歸模型，當(dāng)ADC-能量、FA-最大值、FA-短游程優(yōu)勢3個參數(shù)聯(lián)合或者ADC-能量、ADC-相關(guān)性、FA-最大值、FA-短游程優(yōu)勢4個參數(shù)聯(lián)合時得到最佳診斷效能(AUC=0.877)，并且比多個單一紋理參數(shù)的鑒別效能有顯著提升。

本研究的局限性：樣本量較小，結(jié)果可能存在偏倚，需擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步驗(yàn)證；沿著腫瘤邊緣進(jìn)行病灶勾畫時，難以避免人為因素的干擾；本文采用手動分割腫瘤圖像，費(fèi)時耗力，未來會嘗試采用全自動或半自動分割方法簡化分割流程；分析的紋理參數(shù)有限，未結(jié)合T2WI與增強(qiáng)圖像共同進(jìn)行紋理分析，將在未來納入更多的參數(shù)構(gòu)建影像組學(xué)模型。

綜上所述，基于DTI的紋理分析可以提供多種定量參數(shù)，具有反映腫瘤異質(zhì)性的潛力，對HCC 與ICC的鑒別診斷有一定價值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。