基于門靜脈期CT圖像3D紋理分析評估肝泡型棘球蚴病生物學活性

李佳蔚,張 源,劉文亞*

(1.新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院影像中心,新疆 烏魯木齊 830054;2.新疆醫(yī)科大學附屬中醫(yī)醫(yī)院影像科,新疆 烏魯木齊 830000)

肝泡型棘球蚴病(hepatic alveolar echinococcosis, HAE)是多房棘球絳蟲幼蟲引起的人畜共患寄生蟲病,病灶通常呈腫瘤樣侵襲性生長,可遷移至肺、腦、脾和腎等器官,引起多種并發(fā)癥,嚴重時可危及生命[1]。HAE復發(fā)率較高,對未行根治性手術者應予系統性口服苯并咪唑類藥物以抑制寄生蟲增殖,但長期用藥易產生不良反應,且治療過程中需要定期監(jiān)測病灶生物學活性,以降低復發(fā)風險,并評估藥物治療效果及指導臨床治療決策[2]。PET/CT是影像學評價HAE病灶生物學活性變化的較佳方法,但所費不貲而難以普及[3]。紋理分析技術為新興非侵入性圖像后處理技術,可通過定量分析圖像局部特征而客觀精確地反映病變的異質性,發(fā)掘肉眼無法觀察到的病灶內部信息,具有無創(chuàng)、方便、低成本、可重復及客觀、定量等優(yōu)勢[4]。本研究觀察門靜脈期CT圖像3D紋理分析用于評估HAE病灶生物學活性的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2015年2月—2023年2月新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院110例HAE患者,男50例、女60例,年齡12～67歲、平均(36.7±11.1)歲。納入標準:①經手術病理證實單發(fā)HAE;②術前均接受上腹部CT增強及PET/CT檢查,臨床及影像學資料完整。排除標準:①影像學檢查前曾接受肝臟有創(chuàng)檢查或手術干預;②合并肝硬化或肝惡性腫瘤等其他肝臟彌漫性病變;③圖像存在偽影或質量達不到后處理要求。檢查前患者或監(jiān)護人均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

1.2.1 CT檢查 采用GE Discovery 750 HD CT儀行上腹部平掃及增強掃描,掃描范圍覆蓋完整肝臟;參數:管電壓120～140 kV,管電流250～300 mA,層厚及層間距均為5 mm,螺距1～1.5。經右側肘正中靜脈以3～4 ml/s流率注射對比劑碘佛醇(320 mgI/ml,1.5 ml/kg體質量),延遲25～30 s、50～60 s分別行動脈期及門靜脈期增強掃描。

1.2.2 PET/CT檢查 囑患者掃描前禁食4～6 h,控制其空腹血糖<8 mmol/L。于靜息態(tài)下經肘靜脈注射放射化學純度>95%的18F-FDG 7.4 MBq/kg體質量后,以GE Discovery VCT PET/CT機行上腹部掃描,首先采集低劑量CT掃描定位圖,之后行PET掃描;以CT數據對PET圖像進行衰減校正,利用有序子集最大期望值法重建,獲得PET/CT融合圖像。

1.3 分析圖像

1.3.1 CT圖像 由2名具有3年以上CT診斷經驗的主治醫(yī)師觀察CT表現,包括病灶位置(肝左葉/肝右葉/跨越左右葉)、長徑,病灶內有無鈣化、有無液化壞死及血管和膽道系統受侵情況。

1.3.2 PET/CT融合圖像 由2名具有3年以上核醫(yī)學診斷經驗的主治醫(yī)師分別于PET/CT融合圖中測量病灶及正常肝實質背景的最大標準攝取值(maximum standard uptake value, SUVmax),以其測值的平均值為最終結果。將18F-FDG顯示病灶呈環(huán)形或不均勻團塊狀濃聚、SUVmax高于正常肝臟背景者納入活性組(n=55),將病灶內18F-FDG均勻稀疏分布或缺損、SUVmax等于或低于正常肝臟背景者歸入無活性組(n=55)。見圖1。

圖1 18F-FDG PET/CT融合圖示HAE A.患者女,60歲,PET/CT融合圖示肝內HAE病灶邊緣見明顯環(huán)形放射性濃聚(箭),SUVmax=7.59,提示病灶具有生物學活性; B.患者男,49歲,PET/CT融合圖示肝右葉HAE病灶邊緣無明顯放射性分布(箭),SUVmax=2.36,提示病灶無明顯生物學活性

1.4 提取圖像紋理特征參數 將門靜脈期CT圖導入MaZda 4.6軟件3D編輯器,由3名具有5年以上CT診斷經驗的副主任醫(yī)師分別以盲法沿病灶邊緣手動逐層勾畫ROI,避開膽囊、肝內外膽管及鄰近血管并盡量覆蓋整個病灶;由另1名具有15年以上CT診斷經驗的主任醫(yī)師逐層確認勾畫結果,有異議時經討論達成一致意見。軟件自動生成病灶感興趣容積(volume of interest, VOI,圖2),提取其灰度直方圖3D紋理特征參數,包括均值、變異度、偏度、峰度、第1百分位數、第10百分位數、第50百分位數、第90百分位數及第99百分位數。對3名醫(yī)師所獲紋理參數結果的平均值進行分析。

圖2 勾畫HAE病灶ROI及獲得VOI示意圖 A.采用MaZda軟件于上腹部軸位門靜脈期CT圖中逐層勾畫病灶ROI(紅線區(qū)域); B.軟件自動生成病灶VOI

圖3 單一門靜脈期CT 3D紋理特征參數及聯合模型判斷HAE病灶生物學活性的ROC曲線

1.5 統計學分析 采用SPSS 25.0統計分析軟件。以Kolmogorov-Smirnov檢驗對計量資料進行正態(tài)性檢驗,以±s表示符合正態(tài)分布且方差齊的計量資料,行獨立樣本t檢驗;以中位數(上下四分位數)表示不符合正態(tài)分布者,行Mann-WhitneyU檢驗。采用χ2檢驗比較計數資料。將組間差異有統計學意義的紋理特征參數納入logistic回歸分析行變量間共線性檢驗,以無共線性問題變量構建聯合模型。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線,計算曲線下面積(area under the curve, AUC),評估單一紋理參數及聯合模型判斷HAE生物學活性的效能。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料及CT表現 組間CT所示HAE病灶累及下腔靜脈程度差異有統計學意義(P<0.05),其余一般資料及CT表現差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表1。

表1 110例HAE患者一般資料及病灶CT表現比較

2.2 3D紋理特征參數 3D紋理特征參數中,均值、變異度、偏度、峰度、第50百分位數、第90百分位數和第99百分位數組間差異均有統計學意義(P均<0.05),第1百分位數差異無統計學意義(P>0.05)。見表2。

表2 110個HAE病灶門靜脈期CT 3D紋理特征參數比較

2.3 診斷效能 共線性檢驗結果顯示,3D灰度直方圖紋理參數中的均值、變異度、偏度、峰度及第99百分位數無共線性,其判斷HAE病灶生物學活性的AUC為0.614～0.632;以之構建的聯合模型的AUC為0.714,其敏感度及特異度均為69.69%。見表3及圖3。

表3 單一門靜脈期CT 3D紋理特征參數及聯合模型判斷HAE病灶生物學活性的效能

3 討論

臨床常利用18F-FDG PET/CT評估HAE病灶葡萄糖攝取及顯像劑濃聚,以間接觀察病灶其是否處于活躍期[5],但存在輻射。紋理分析為影像組學的重要組成部分,被稱為可分析病灶性質的“虛擬活檢”[6],現已廣泛用于診斷及鑒別診斷[7]、腫瘤分期[8]、預測復發(fā)和/或轉移[9]及評估療效等[10]。

HAE病灶生物學活性與其邊緣區(qū)域的新生微血管密度(microvessels density, MVD)密切相關。MVD是HAE病灶增殖和向周圍組織浸潤的基礎,也是評估腫瘤性病變侵襲和轉移的重要指標[11]。肝臟主要由門靜脈供血。門靜脈期CT中,肝實質強化較為明顯,而HAE病灶內部無明顯強化或僅有輕度強化。本研究基于門靜脈期CT圖像對HAE病灶進行3D紋理分析,觀察圖像中邊界有與無生物學活性HAE病灶之間平均亮度與體素灰度分布的差異[12],結果顯示活性組均值、變異度、峰度及第50、90、99百分位數均大于無活性組,而偏度小于無活性組。

本研究經共線性檢驗獲得5個不存在共線性的3D紋理參數,包括均值、變異度、偏度、峰度及第99百分位數。峰度代表圖像像素強度的峰值,可反映病灶密度變化率,變化率越大則峰度越高,提示病灶體素間紋理分布差異性較大,即異質性較高。本研究發(fā)現,單一以上述紋理參數判斷HAE病灶生物學活性的AUC為0.614～0.32,以之構建的聯合模型的AUC為0.714,提示門靜脈期CT 3D紋理分析有助于判斷HAE病灶生物學活性,但診斷效能稍低。分析可能原因:①樣本量較小;②相比薄層CT,基于層厚5 mm CT圖像進行紋理分析可漏失部分有價值的信息;③手動勾畫的病灶ROI難以精準與PET/CT圖像所示病灶放射濃聚區(qū)相吻合。

綜上,門靜脈期CT圖像3D紋理分析對于判斷HAE病灶生物學活性具有一定價值。但本研究僅針對門靜脈期CT進行分析,有待進一步行多期相CT圖像高階3D紋理特征分析。