基于增強(qiáng)CT靜脈期紋理分析與胃間質(zhì)瘤危險度分級及ki-67表達(dá)水平的相關(guān)性研究

彭雪婷 杜文壯 邵景超 王現(xiàn)亮,*

1.濰坊醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院 (山東 濰坊 261053)

2.濰坊市人民醫(yī)院放射科 (山東 濰坊 261041)

胃腸道間質(zhì)瘤(gastrointestinal stromal tumors,GISTs)是胃腸道最常見的非上皮性腫瘤，起源于胃腸道的Cajal細(xì)胞[1]，可以出現(xiàn)在消化道的任何部位，其中大部分發(fā)生于胃部，其次常見于空腸及回腸，也可發(fā)生于食管、腸系膜、網(wǎng)膜等部位。GIST具有侵襲性，目前國內(nèi)外普遍認(rèn)可的GIST危險度分級標(biāo)準(zhǔn)為NIH 2008年制定的關(guān)于原發(fā)GIST的危險度分級方案[2]。該方案基于腫瘤大小、有絲分裂計數(shù)及病變發(fā)生部位等將GIST分為極低危險度、低危險度、中危險度及高危險度。

惡性GST容易發(fā)生轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)。目前，已有研究表明ki-67指數(shù)與GST的預(yù)后及復(fù)發(fā)相關(guān)[3]。Ki-67是一種增殖細(xì)胞相關(guān)的核抗原，在正常細(xì)胞中幾乎檢測不到，而在惡性細(xì)胞中呈高表達(dá)[4]，因此，被廣泛用作評價細(xì)胞增殖的標(biāo)志物。術(shù)前對GST危險度及細(xì)胞增殖程度的評估不僅對患者的診療方法有重要指導(dǎo)價值，還對患者預(yù)后的評估有重要作用。CT紋理分析(CT texture analysis,CTTA)可對人眼無法觀察到的病變或臟器的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量或定性的研究[5]。本研究旨在探討基于增強(qiáng)CT靜脈期紋理分析與GST危險度分級及ki-67表達(dá)水平的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 一般資料回顧性收集濰坊市人民醫(yī)院2019年1月至2021年11月入院手術(shù)治療且經(jīng)術(shù)后病理、免疫組化證實(shí)為GST患者的臨床及CT影像資料。最終納入研究的病例為80例，其中男性患者26例，女性患者54例，年齡48～84歲，平均64.85歲。根據(jù)NIH分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分組，其中極低危組10例，低危組23例，中危組20例，高危組27例。中危及高危的GST由于手術(shù)治療難以完全切除，且術(shù)后有轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)的可能性[6]，因此本研究將所有患者分為極低、低危組和中、高危組兩組。有研究表明ki-67指數(shù)＜5%的患者生存率更高[7]，故將患者分為ki-67≤5%(低表達(dá)組)及ki-67＞5%(高表達(dá)組)，其中低表達(dá)組45例，高表達(dá)組35例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：所有入選患者均經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)為GST；所有患者的臨床及影像資料均完整無缺失。排除標(biāo)準(zhǔn)：患者患有其他惡性腫瘤；腫瘤直徑小于5mm，感興趣區(qū)難以勾畫。

1.2 檢查方法采用西門子Siemens SOMATOM Definition雙源CT。管電壓120kV，管電流采用自動毫安技術(shù)，準(zhǔn)直128mm×0.6mm，掃描層厚1mm，矩陣512×512，患者取仰臥位，采用高壓注射器經(jīng)肘正中靜脈注射對比劑80～120mL(碘含量為350mg/mL)，注射速率為2.5～3.5mL/s，注射對比劑開始后，監(jiān)測腹主動脈(觸發(fā)閾值100 HU) 動脈期掃描，之后延遲45s、90s行靜脈期、延遲期掃描。

1.3 圖像處理與分析以“DICOM”格式從PACS工作站中導(dǎo)出80例患者的CT圖像，利用Image J軟件打開圖像，由兩名具有多年影像診斷經(jīng)驗(yàn)的副主任醫(yī)師共同在靜脈期選取病變最大橫截面積的圖像，當(dāng)兩者的意見不同時通過協(xié)商達(dá)成一致；沿腫瘤的邊緣手動勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，盡量避開腫瘤周圍的血管、空氣等(圖1)，勾畫ROI后，紋理分析插件均設(shè)置為默認(rèn)值，像素間距d=1，兩點(diǎn)之間連線與軸的夾角θ=0°。軟件自動生成相應(yīng)的直方圖參數(shù)：均值、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、峰度；灰度共生矩陣參數(shù)：能量、對比度、相關(guān)性、逆差矩、熵。

圖1 女，53歲，中危險度，ki-67=2% 靜脈期軸位手動勾畫ROI示意圖。圖2 危險度分級中有統(tǒng)計學(xué)意義的紋理分析參數(shù)的ROC曲線。圖3 ki-67表達(dá)水平中有統(tǒng)計學(xué)意義的紋理分析參數(shù)的ROC曲線。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析利用 SPSS 23.0統(tǒng)計軟件對各個參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)觀察定量參數(shù)是否符合正態(tài)分布，對于符合正態(tài)分布的參數(shù)用均值±標(biāo)準(zhǔn)差()表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，不符合正態(tài)分布的參數(shù)用中位數(shù)(上、下四分位數(shù))表示，組間比較采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)。以P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 紋理分析參數(shù)與危險度分級的關(guān)系GST極低、低危組與中、高危組在均值、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)性、逆差矩及熵之間的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，極低、低危組的均值、相關(guān)性、逆差矩較中、高危組高，標(biāo)準(zhǔn)差及熵值較中、高危組低。其他紋理參數(shù)的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05，見表1)。

表1 靜脈期紋理參數(shù)與危險度分級的關(guān)系

2.2 紋理分析參數(shù)與ki-67表達(dá)水平的關(guān)系Ki-67低表達(dá)組與高表達(dá)組在均值及熵值之間的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，高表達(dá)組的熵值較低表達(dá)組高；低表達(dá)組的均值較高表達(dá)組高。其他紋理參數(shù)的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05，見表2)。

表2 靜脈期紋理參數(shù)與ki-67表達(dá)水平的關(guān)系

2.3 ROC曲線評估熵在鑒別GST危險度分級及ki-67表達(dá)水平的參數(shù)中，診斷效能均為最大，其AUC值分別為0.85、0.72，敏感性分別為96.97%、80.00%，特異性分別為59.57%、60.00%(見表3、表4、圖2、圖3)。

表3 危險度分級中有統(tǒng)計學(xué)意義的紋理分析參數(shù)ROC曲線分析

表4 ki-67表達(dá)水平中有統(tǒng)計學(xué)意義的紋理分析參數(shù)ROC曲線分析

3 討論

GST是最常見的消化道間葉源性腫瘤，主要發(fā)病機(jī)制為c-KIT或血小板源性生長因子受體α(PDGFRA)基因突變[2]。大部分局限性GST的治療常以外科手術(shù)為首選，對于部分在確診時已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移的惡性GST患者，常用酪氨酸激酶的特異性抑制劑伊馬替尼輔助化療為首選治療方法[8]。伊馬替尼作為c-KIT及PDGFRA的特異性抑制劑，也可用于惡性GST患者術(shù)前或術(shù)后的輔助化療。目前，臨床上廣泛應(yīng)用的GST危險度分級標(biāo)準(zhǔn)為NIH 2008年制定的危險度分級方案。然而，有研究表明，同一危險度的GST患者的預(yù)后程度及復(fù)發(fā)風(fēng)險不盡相同[9]。

Ki-67是一種DNA結(jié)合核蛋白，存在于活躍增殖的細(xì)胞中，只在細(xì)胞周期的生長和合成階段表達(dá)，而在靜息期不表達(dá)[10]，是腫瘤細(xì)胞增殖相關(guān)的重要核標(biāo)志物。ki-67的表達(dá)與腫瘤的大小、核分裂象等相關(guān)，并且還與腫瘤的預(yù)后密切相關(guān)，ki-67指數(shù)高的患者術(shù)后預(yù)后差，且復(fù)發(fā)風(fēng)險高[11]，故ki-67可以作為危險度分級的補(bǔ)充。有研究顯示，ki-67在包括GST在內(nèi)的多種腫瘤的預(yù)后評估中有一定的意義[12-14]。術(shù)前獲取ki-67指數(shù)通常是通過細(xì)胞穿刺活組織檢查，然而，GST的包膜容易破潰，并且破潰后容易發(fā)生腹腔播散，故通常不提倡術(shù)前活檢來判斷其良惡性。因此，術(shù)前對于ki-67表達(dá)程度的預(yù)測有助于GST的臨床治療方案及預(yù)后評估。

影像學(xué)檢查是GST術(shù)前診斷的重要檢查之一，其中，增強(qiáng)CT因能發(fā)現(xiàn)腫瘤的位置及生長方式，觀察鄰近臟器是否被侵犯以及有無腹腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等而成為診斷GST的首選檢查。然而，增強(qiáng)CT可以提供的定量參數(shù)有限。CTTA作為一種新興的醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，可以反映研究對象的內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu)，通過對圖像灰度及像素的分布及相關(guān)性的分析，客觀、定量的評估腫瘤的異質(zhì)性[15]。一階和二階方法在紋理分析中常見，一階參數(shù)主要應(yīng)用直方圖描述總體的紋理特征，二階參數(shù)主要應(yīng)用灰度共生矩陣描述圖像的局部紋理特征[16]。

有研究表明多數(shù)GST的強(qiáng)化程度靜脈期高于動脈期[17]，因此腫瘤在靜脈期顯示更清晰，故本研究探討基于增強(qiáng)CT靜脈期紋理分析與胃間質(zhì)瘤危險度分級及ki-67表達(dá)水平的相關(guān)性研究。

均值反映圖像紋理像素分布的平均值，當(dāng)紋理規(guī)律有序時均值較大。相關(guān)性用來描述局部灰度值的相似程度，當(dāng)矩陣元素值接近時相關(guān)性較大。逆差矩反映圖像灰度分布的規(guī)則程度，當(dāng)紋理分布規(guī)則有序時逆差矩較大[18]。本研究中極低、低危組的均值、相關(guān)性及逆差矩較中、高危組大，ki-67低表達(dá)組的均值較高表達(dá)組大，證明低級別的GST成分較均勻，細(xì)胞間的差異小，細(xì)胞的紋理相似，圖像較規(guī)則，因此表現(xiàn)出較高的均值、相關(guān)性及逆差矩。本研究結(jié)果與以往關(guān)于其他腫瘤的紋理分析結(jié)果基本一致[18-19]。標(biāo)準(zhǔn)差反映圖像像素與平均值間的離散程度，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差大說明數(shù)據(jù)的分布范圍大，遠(yuǎn)離平均值。熵用來描述像素分布的隨機(jī)性，隨機(jī)性越高熵值則越高[20]。本研究中，中、高危組的標(biāo)準(zhǔn)差及熵值較極低、低危組高，ki-67高表達(dá)組的熵值也較低表達(dá)組的熵值高，證明高級別的GST圖像灰度分布的隨機(jī)性高，可能的原因是惡性程度高的GST內(nèi)較容易出現(xiàn)囊變、液化壞死及出血等成分，導(dǎo)致圖像呈混雜密度，從而表現(xiàn)出較高的熵值及標(biāo)準(zhǔn)差。以往便有研究表明熵值較高的腫瘤侵襲性更高，預(yù)后更差。Feng[21]等研究發(fā)現(xiàn)靜脈相的熵值在區(qū)分小腸間質(zhì)瘤危險度方面精度較高。

本研究證實(shí)基于增強(qiáng)CT靜脈期的紋理分析參數(shù)有助于預(yù)測GST危險度分級及ki-67的表達(dá)水平。

本研究存在的一些不足：(1)本研究納入的樣本總量較少；(2)腫瘤最大橫截面的繪制存在一定的主觀性。