基于MR增強(qiáng)圖像肝細(xì)胞癌直方圖紋理分析

宋文龍，郭大靜，陳倩羽，張靜，劉倩，唐茁月

表1 患者的基本臨床資料

注：括號內(nèi)為組內(nèi)占比；*卡方統(tǒng)計(jì)量。

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)的組織學(xué)分化程度是術(shù)后復(fù)發(fā)的主要因素，低分化HCC具有更高的復(fù)發(fā)率及更差的預(yù)后[1,2]。因此，術(shù)前準(zhǔn)確判斷HCC的分化程度，對臨床治療方案的選擇進(jìn)而提高療效具有重要意義。目前公認(rèn)的HCC術(shù)前評估方法是經(jīng)皮肝穿刺活檢，但易出現(xiàn)取樣部位的差異性及創(chuàng)傷性并發(fā)癥等問題，具有一定的局限性[3]。

近年來，基于圖像的紋理分析作為一項(xiàng)非侵入性技術(shù)，已成為術(shù)前定量評估腫瘤異質(zhì)性的一種方法[4]，并已廣泛應(yīng)用于肺、乳腺和腦等諸多部位腫瘤的診斷、療效評估及預(yù)后預(yù)測[5-9]。直方圖特征能精確反映圖像體素的異質(zhì)性，并且在影像圖像上更具有優(yōu)勢[10-11]。筆者查閱了迄今的國內(nèi)外文獻(xiàn)，探討基于增強(qiáng)MRI的直方圖特征與HCC的組織學(xué)分化程度的相關(guān)性的研究比較少，本研究對這一問題進(jìn)行了初步研究和分析，旨在為HCC患者臨床治療方案的選擇提供重要的參考依據(jù)。

材料與方法

1.臨床資料

將2011月12月-2018年1月在本院經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)且符合本研究要求的66例單發(fā)HCC患者納入研究。其中高分化HCC11例(A組)，中分化33例(B組)，低分化22例(C組)。納入標(biāo)準(zhǔn)：① MRI檢查及外科手術(shù)前未接受過任何其它方式的治療；②MRI檢查前未行肝臟穿刺活檢；③所有病例術(shù)前1周內(nèi)行MRI平掃及三期增強(qiáng)掃描；④根據(jù)BCLC分期方法[12]，A、C期且病灶為單發(fā)的患者；⑤腫瘤直徑>1 cm。排除標(biāo)準(zhǔn)：①圖像質(zhì)量差，不能滿足診斷要求；②有磁共振檢查禁忌證。本研究通過我院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者知情同意并簽署知情同意書。

搜集所有患者的基本臨床信息，來自于本院臨床病例系統(tǒng)，詳見表1。除巴塞羅那分期外，其它指標(biāo)在三組間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.MRI掃描方法

使用GE HDx 1.5T超導(dǎo)磁共振儀和8通道體部相控陣線圈。橫軸面T1WI采用雙回波快速擾相梯度回波序列：TR 220 ms，TE 4.7/2.1 ms，層厚7 mm，層間距1 mm，視野42 cm×33.6 cm，矩陣288×160；冠狀面T2WI采用三維穩(wěn)態(tài)進(jìn)動快速成像(FIESTA)序列：TR 3.2 ms，TE 1.4 ms，層7 mm，層間距1 mm，視野42.0 cm×37.8 cm，矩陣192×224；橫軸面壓脂單次激發(fā)FSE T2WI：TR 6316 ms，TE 90.9 ms，層厚7 mm，層間距1 mm，視野44.0 cm×35.2 cm，矩陣288×224；肝臟快速容積采集(LAVA)成像：TR 4.2 ms，TE 2.0 ms，層厚4.8～5.4 mm，層間距-1.4～-2.7 mm，視野42.0 cm×33.6 cm，矩陣320×192。增強(qiáng)掃描使用對比劑GD-DTPA，劑量0.2 mmol/kg，注射流率2.0 mL/s；平掃、動脈期、門脈期和平衡期延遲時(shí)間分別為0、20～23、50和90 s。

圖1 紋理參數(shù)測量方法。a)將圖像導(dǎo)入MaZda軟件，選取病灶最大層面，在病灶實(shí)質(zhì)內(nèi)勾畫ROI；b)經(jīng)軟件運(yùn)算獲得的ROI的灰度直方圖。

表2 MaZda軟件中提取的各直方圖參數(shù)的意義

表3 動脈期各參數(shù)值的三組間比較

注：*卡方統(tǒng)計(jì)量。

3.圖像分析及后處理

所有圖像由高年資腹部組診斷醫(yī)師進(jìn)行后處理和閱片分析。將動脈期及門脈期病灶最大層面(層面保持一致)的圖像數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入MaZda軟件，在病灶實(shí)性部分勾畫ROI，經(jīng)軟件處理后即可提取病灶的直方圖紋理參數(shù)(圖1)，本研究中主要分析均值、方差、 偏度、 峰度、以及第1、10、50、90和99百分位數(shù)值(記錄為Perc1、Perc10、Perc50、Perc90和Perc99)共9個(gè)紋理參數(shù)，各參數(shù)的計(jì)算公式和意義見表2。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析?；颊呋九R床資料的比較采用單因素方差分析或卡方檢驗(yàn)。連續(xù)型變量采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)進(jìn)行組內(nèi)正態(tài)性檢驗(yàn)；采用Levene檢驗(yàn)進(jìn)行組內(nèi)方差齊性檢驗(yàn)。符合正態(tài)分布且方差齊性的參數(shù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用單因素方差分析進(jìn)行組間比較，進(jìn)一步組間兩兩比較采用LSD檢驗(yàn)；不滿足正態(tài)分布和方差不齊的參數(shù)以中位數(shù)及四分位間距表示，使用非參數(shù)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)。對差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)值進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析。并進(jìn)行ROC曲線分析，分析其診斷效能。雙側(cè)檢驗(yàn)，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.動脈期直方圖參數(shù)與病理分化程度的關(guān)系

動脈期圖像上不同分化組間HCC的各項(xiàng)紋理參數(shù)測量值及組間比較結(jié)果見表3。除Perc99、峰度和方差外(P>0.05)，其它6個(gè)紋理參數(shù)在3組間的總體差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；對這6個(gè)參數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行組間兩兩比較，結(jié)果見表4。偏度和Perc50在組間兩兩比較時(shí)，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；而均值、Perc1、和Perc10僅在低分化組分別與高分化組、中分化組比較時(shí)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；而Perc90僅在高分化組與低分化組比較時(shí)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。相關(guān)性分析結(jié)果表明：偏度與分化程度呈正相關(guān)(r=0.600，P=0.000)，而均值(r=-0.407，P=0.001)、Perc1(r=-0.408，P=0.001)、Perc10(r=-0.427，P=0.000)和Perc50(r=-0.422，P=0.000)與分化程度呈負(fù)相關(guān)。

表5 門脈期各紋理參數(shù)值及3組間比較

注：*卡方統(tǒng)計(jì)量。

表7 各參數(shù)值診斷效能分析

表4 動脈期各紋理參數(shù)組間兩兩比較的P值

2.門脈期直方圖參數(shù)與病理分化程度的分析

門脈期圖像上HCC的直方圖參數(shù)測量值及組間比較結(jié)果見表5。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，均值、Perc1、Perc10和Perc50在3組間的總體差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而偏度、方差、峰度、Perc90和Perc99在3組間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

組間兩兩比較結(jié)果見表6。Perc1和Perc10在各組間兩兩比較，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；均值和Perc50僅在高分化和低分化組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

相關(guān)性分析表明，Perc1(r=-0.587，P=0.000)和Perc10(r=-0.547，P=0.000)與分化程度呈負(fù)相關(guān)。

表6 門脈期紋理參數(shù)組間兩兩比較的P值

3.診斷效能分析

對組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)，進(jìn)一步對其鑒別低分化HCC的診斷效能進(jìn)行分析，并繪制ROC曲線，相關(guān)結(jié)果見表7、圖2～3。各參數(shù)的ROC曲線下面積為0.705～0.796，以門脈期Perc1的ROC曲線下面積最大，診斷效能最高，取其最大約登指數(shù)對應(yīng)臨界點(diǎn)為診斷閾值，即Perc1為774.500時(shí)，診斷敏感度為0.818，特異度為0.682。

討 論

HCC作為全球發(fā)病率居第五的腫瘤，其致死率高居第二位[13]，治療后的高復(fù)發(fā)率仍然是臨床亟待解決的主要難題，而腫瘤分化程度是影響預(yù)后的主要因素之一[1-2]。因此，選取一種能早期無創(chuàng)、準(zhǔn)確評估HCC分化程度的方法至關(guān)重要。紋理分析技術(shù)目前已廣泛運(yùn)用于惡性腫瘤侵襲性的研究[5,7,9]。MRI具有多參數(shù)成像、軟組織分辨率高和信噪比高等優(yōu)勢[7,9]，但是ADC、Ktrans等MR功能圖像的分辨率較差且需要采用額外的序列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而常規(guī)T1WI和T2WI不能很好地反映腫瘤的異質(zhì)性[7,11,14]，而增強(qiáng)掃描圖像不僅融合了HCC病灶的解剖、血供和細(xì)胞成分信息[15]，而且圖像分辨率相對較高。因此，本研究探討增強(qiáng)MRI圖像直方圖與HCC組織學(xué)分化程度的相關(guān)性，結(jié)果表明HCC的病理分化程度與基于增強(qiáng)MRI的部分直方圖參數(shù)間具有顯著相關(guān)性。

圖2 動脈期各項(xiàng)有組間差異的紋理參數(shù)的ROC曲線。 圖3 門脈期各項(xiàng)有組間差異的紋理參數(shù)的ROC曲線。

本研究結(jié)果顯示，在動脈期圖像上低分化HCC的均值明顯低于中分化和高分化HCC，而均值代表像素平均灰度值，這是由于低分化HCC的腫瘤細(xì)胞排列密集、微血管侵犯以及門靜脈癌栓形成等原因，造成動脈期對比劑進(jìn)入腫瘤受阻，進(jìn)而導(dǎo)致圖像像素灰度值比較低[15-16]。Zhou等[15]學(xué)者利用MRI動脈期直方圖參數(shù)表明，均值在區(qū)別低級別與高級別HCC具有重要意義，低級別HCC的均值明顯高于高級別HCC，與本研究結(jié)果基本相符。門脈期圖像上HCC的均值在3組間存在顯著差異，而進(jìn)行兩兩比較時(shí)，僅在低分化組與高分化組間具有顯著差異，究其原因，可能是由于HCC強(qiáng)化方式為"快進(jìn)快出"，而隨著腫瘤惡性程度增加，HCC的供血方式由門靜脈為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿蝿用}為主[16]。但是，本研究中高分化組與中分化組間均值的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能是由于中、高分化腫瘤之間供血差異不足以造成圖像的灰度值改變。

偏度代表直方圖灰度分布的不均勻性。有研究認(rèn)為腫瘤的異質(zhì)性越高，偏度值就越高。其原因是分化程度越低的腫瘤，細(xì)胞數(shù)目越多，細(xì)胞排列越緊密，細(xì)胞外間質(zhì)越少，進(jìn)而偏度值越大，導(dǎo)致腫瘤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，從而造成灰度直方圖分布不均勻[17]。本研究結(jié)果也顯示，動脈期圖像上病灶的偏度值在高、中、低分化組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其值與分化程度呈正相關(guān)。所以，偏度可作為評估術(shù)前HCC分化程度的參數(shù)。同時(shí)，本研究中還發(fā)現(xiàn)僅動脈期圖像上病灶的偏度對鑒別低分化HCC有一定價(jià)值，這可能是由于肝細(xì)胞癌主要由肝動脈供血，導(dǎo)致動脈期HCC的強(qiáng)化程度最高，這樣就能更好地反映出HCC的異質(zhì)性。

百分位數(shù)值指的是從直方圖左邊開始，在小于第n%體素區(qū)間內(nèi)的平均灰度值。本研究結(jié)果顯示，動脈期第1、10和50百分位數(shù)值，門脈期第1和第10百分位數(shù)值在低分化組與中分化、高分化組間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而且低分化HCC的各個(gè)百分位數(shù)的均數(shù)顯著低于中分化和高分化HCC。推測可能是HCC的分化程度與腫瘤的供血豐富程度有關(guān)，低分化HCC一般強(qiáng)化程度較低，囊變、壞死更常見[15]。此外，診斷效能分析結(jié)果顯示，百分位數(shù)值越低，ROC曲線下面積越高，并且大于動脈期均值的診斷效能，這是由于相比于均值，百分位數(shù)更容易反映感興趣區(qū)內(nèi)的微小變化[17]。由于低分化HCC囊變、壞死、出血等更常見，病灶在動脈期整體灰度值不高，且門脈期腫瘤實(shí)性部分灰度值下降明顯，從而導(dǎo)致整個(gè)腫瘤的灰度值較動脈期更低，所以相對而言門脈期百分位數(shù)值識別低分化HCC更為敏感。

國內(nèi)外研究表明，HCC的形態(tài)學(xué)特征以及MRI信號改變，可在一定程度上預(yù)測其組織學(xué)分化程度[16,18-19]。例如，Chang等[18]學(xué)者的一項(xiàng)研究表明，HCC的分化程度隨著腫瘤的大小增加而降低；低分化HCC更容易出現(xiàn)包膜的延伸和動脈期強(qiáng)化程度較低。而在本組研究中，腫瘤大小在不同分化程度HCC間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能是由于樣本量選擇差異等原因所致。而本研究中BLCL C期的單發(fā)腫瘤可見血管侵犯，這一征象的出現(xiàn)率在不同分化程度腫瘤之間的差異有顯著意義，這與Pawlik等[19]學(xué)者的研究結(jié)果相對一致。腫瘤的其它形態(tài)學(xué)特征(分葉、包膜等)以及MRI信號改變與HCC組織學(xué)分化程度之間具有一定的相關(guān)性，是由于腫瘤MRI的信號改變與其內(nèi)部成分(瘤內(nèi)脂肪變性、出血、肝實(shí)質(zhì)背景鐵質(zhì)沉積等)和血供有關(guān)[16,20]，腫瘤的形態(tài)學(xué)特征與腫瘤本身的生長方式有關(guān)，所以我們將在今后的大樣本研究中將聯(lián)合應(yīng)用紋理分析和影像組學(xué)研究，進(jìn)一步進(jìn)行探討和驗(yàn)證。

本研究具有一定的局限性：①本研究為回顧性分析，樣本量相對較小，會存在一定的選擇偏倚；②本研究勾畫ROI采用的是最大橫截面積方法，相對于全容積法評價(jià)腫瘤異質(zhì)性存在一定局限性，但是此方法簡單、快捷，更具有臨床實(shí)用性。

總之，我們認(rèn)為基于增強(qiáng)MRI圖像的直方圖參數(shù)分析對鑒別不同分化程度的HCC具有一定價(jià)值，尤其是在預(yù)測低分化HCC方面，可以作為一項(xiàng)非侵入性技術(shù)輔助臨床在術(shù)前更好地評估腫瘤的分化程度。