超聲紋理分析在直腸癌T分期中的診斷價(jià)值

謝亞寧 溫德惠 王立坤 王琪 武雪亮

1河北北方學(xué)院（河北張家口 075000）；2河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院2 超聲醫(yī)學(xué)科，3 普外科腫瘤研究所（河北張家口 075000）

經(jīng)直腸腔內(nèi)超聲（transrectal ultrasonography，TRUS）是目前評(píng)估直腸癌總體情況使用廣泛、方便、無創(chuàng)且有效的診斷手段［1］。TRUS 可以準(zhǔn)確測(cè)量腫瘤的大小、周長(zhǎng)和與各種解剖標(biāo)志（如肛門邊緣、肛門直腸線）的距離。

紋理分析是一種新的圖像后處理技術(shù)，通過評(píng)估病變內(nèi)紋理粗糙度、密度和不規(guī)則性的分布來定量描述醫(yī)學(xué)圖像中的組織異質(zhì)性，并有望提供比視覺分析更詳細(xì)和定量的病變表征［2-3］。目前，紋理分析在直腸癌中的應(yīng)用研究國(guó)內(nèi)外主要集中在基于CT 或MRI 的圖像分析。而TRUS 通過緊貼病灶掃查，更有利于分辨腫瘤與腸壁的關(guān)系及直腸周圍淋巴結(jié)的情況，有利于發(fā)現(xiàn)局部的浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移情況［4］。本研究旨在通過對(duì)直腸癌超聲圖像進(jìn)行紋理分析，提取不同的紋理特征參數(shù)，評(píng)估超聲紋理分析在直腸癌T 分期中的診斷價(jià)值，為臨床治療直腸癌提供更多的影像學(xué)參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021 年7 月至2023 年1 月在河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院超聲科進(jìn)行經(jīng)直腸腔內(nèi)超聲檢查并經(jīng)手術(shù)或病理證實(shí)的31 例直腸癌患者的超聲圖像進(jìn)行分析。本研究經(jīng)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。其中，男24 例，女7 例；年齡52 ～ 85 歲，平均（64.74 ± 7.09）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）所有患者均經(jīng)手術(shù)或病理確診為直腸癌，并獲得T 分期；（2）檢查前未做過放療、化療或手術(shù)治療；（3）超聲檢查圖像完整清晰。（4）患者及其家屬知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）術(shù)后復(fù)發(fā)的直腸癌患者；（2）患者腸腔狹窄，無法進(jìn)行超聲檢查；（3）臨床資料不完整的病例。根據(jù)病理結(jié)果將患者分為早期組（T1-2 期）12 例，其中男10 例，女2 例，年齡54～66 歲，平均（62.08 ± 3.40）歲；晚期組（T3-4 期）19 例，其中男14例，女5例，年齡52 ～ 85歲，平均（66.42 ± 8.31）歲。

1.2 儀器與方法 患者需要在檢查前進(jìn)行腸道準(zhǔn)備，排空大便。檢查時(shí)保持放松狀態(tài)，取左側(cè)臥位，充分暴露肛門，通過直腸指檢初步確定腫瘤的位置，向直腸內(nèi)注入200 mL 生理鹽水，以排清腸腔內(nèi)氣體干擾，獲得較好的透聲窗。然后在套有一次性隔離膜的探頭上涂抹耦合劑，探頭緩慢進(jìn)入直腸，調(diào)節(jié)機(jī)器各參數(shù)獲得最佳圖像。

1.3 圖像處理與數(shù)據(jù)分析 將BMP 格式的超聲檢查圖像導(dǎo)入mazda 軟件，由2 位有5 年以上工作經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)師共同在腫瘤最大徑切面勾畫感興趣區(qū)域，注意要盡量保證覆蓋更多腫瘤區(qū)域，避免明顯的出血、壞死及腸腔內(nèi)容物，由軟件自動(dòng)分析得出均值、峰度、偏度、對(duì)比度、熵、方差和、自相關(guān)、能量、逆差距等紋理特征參數(shù)。根據(jù)病理結(jié)果分組統(tǒng)計(jì)分析。見圖1-3。

圖1 男，52 歲，直腸腺癌晚期Fig.1 Male，52 years old，advanced rectal cancer

圖2 男，64 歲，直腸腺癌早期Fig.2 Male，64 years old，early rectal cancer.

圖3 低分化、直腸腺癌的病理圖片（HE 染色，× 200 倍）Fig.3 A pathological picture of poorly differentiated，rectal adenocarcinoma

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 25.0 處理數(shù)據(jù)，計(jì)數(shù)資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，對(duì)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)繪制ROC曲線，計(jì)算相應(yīng)曲線下面積AUC，評(píng)估其對(duì)直腸癌T分期的診斷價(jià)值；P＜ 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料的比較 直腸癌晚期組（pT3-4 期）和早期組（pT1-2 期）年齡、性別、CEA 和CA19-9 比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05）；直腸癌晚期組直徑大于早期組（P＜ 0.05）。見表1。

表1 早期組和晚期組直腸癌患者一般資料Tab.1 General information of patients with rectal cancer in the early and advanced groups±s

表1 早期組和晚期組直腸癌患者一般資料Tab.1 General information of patients with rectal cancer in the early and advanced groups±s

人口學(xué)特征年齡（歲）性別［例（%）］男女直徑（cm）CEA（μg/L）CA19-9（U/mL）早期組（PT1-T2）62.1 ± 3.4晚期組（PT3-T4）66.4 ± 8.3 χ2/t值-1.71 P值0.10 41.7 28.6 2.2 ± 0.9 3.4 ± 1.6 11.7 ± 2.5 58.3 71.4 3.5 ± 1.2 8.8 ± 6.0 19.6 ± 15.2 0.39 0.53-3.40-1.50-0.87 0.00 0.15 0.39

2.2 不同T 分期患者超聲紋理參數(shù)對(duì)比 直腸癌晚期組的均值、偏度、熵、方差和、自相關(guān)均高于早期組（P＜ 0.05）；峰度、對(duì)比度低于早期組（P＜0.05），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。能量和逆差距差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05），見表2。

表2 不同T 分期患者超聲紋理參數(shù)對(duì)比Tab.2 Comparison of ultrasound texture parameters in patients with different T stages ±s

表2 不同T 分期患者超聲紋理參數(shù)對(duì)比Tab.2 Comparison of ultrasound texture parameters in patients with different T stages ±s

紋理特征參數(shù)均值峰度偏度對(duì)比度熵方差和自相關(guān)能量逆差距早期組（PT1-T2）94.5 ± 40.0 0.6 ± 0.3 0.3 ± 0.3 4.4 ± 0.9 2.0 ± 0.8 189.1 ± 65.7 0.8 ± 0.1 0.0 ± 0.0 0.5 ± 0.1晚期組（PT3-T4）124.8 ± 35.9 0.3 ± 0.4 0.5 ± 0.3 3.6 ± 0.7 3.1 ± 0.5 256.9 ± 54.7 0.9 ± 0.1 0.0 ± 0.0 0.6 ± 0.1 t值-2.19 2.12-2.16 2.68-4.77-3.11-2.36-0.65-1.95 P值0.04 0.04 0.04 0.01 0.00 0.00 0.03 0.52 0.06

2.3 超聲紋理參數(shù)對(duì)直腸癌T 分期的診斷價(jià)值通過ROC 曲線來評(píng)價(jià)各超聲紋理參數(shù)對(duì)直腸癌T分期的診斷價(jià)值，以AUC ＞ 0.75 為診斷效能良好，結(jié)果顯示，除均值外，各參數(shù)AUC 值均較高，尤以熵最高，達(dá)0.88，具有良好的診斷效能。見表3，圖4、5。

表3 超聲紋理參數(shù)對(duì)直腸癌T 分期的診斷價(jià)值Tab.3 Diagnostic value of ultrasound texture parameters in T stage of rectal cancer

圖4 均值、偏度、熵、方差和、自相關(guān)的ROC 曲線Fig.4 Mean，skewness，entropy，sumvariance，and correlat ROC curves

圖5 峰度、對(duì)比度的ROC 曲線Fig.5 ROC curve of kurtosis and contrast

3 討論

紋理分析是通過分析圖像的微小結(jié)構(gòu)及分布規(guī)律，定性及定量評(píng)估腫瘤內(nèi)部及浸潤(rùn)情況，進(jìn)而更有效進(jìn)行腫瘤分期［5］。近年來，紋理分析已應(yīng)用于多方面臨床研究。LIU 等［6］通過對(duì)比ADC 圖像、灰度共生矩陣和直方圖，發(fā)現(xiàn)了對(duì)比度、熵、偏度較低時(shí)，腫瘤的浸潤(rùn)風(fēng)險(xiǎn)會(huì)明顯增加，對(duì)預(yù)測(cè)直腸癌浸潤(rùn)意義重大。MAHMOUD 等［7］描述了紋理分析與結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)與正常肝臟患者相比，熵和均勻性是患者肝轉(zhuǎn)移的重要預(yù)測(cè)因素。

研究發(fā)現(xiàn)腫瘤的惡性程度與腫瘤的異質(zhì)性相關(guān)，而紋理分析可以很好地量化評(píng)估腫瘤的異質(zhì)性［8］。熵表示圖像的空間分布強(qiáng)度，熵值越高說明圖像的空間分布復(fù)雜度越高。本研究結(jié)果顯示，晚期直腸癌的熵值比早期直腸癌熵值偏高，且經(jīng)ROC 工作曲線分析，熵值診斷早晚期直腸癌的曲線下面積為＞ 0.75，有較好的診斷效能。研究報(bào)道［9］，異質(zhì)性高的腫瘤圖像復(fù)雜程度也越高，熵值會(huì)隨著腫瘤惡性度增加而增加。偏度和方差和反映了各測(cè)量值與平均值之間的差距，偏度和方差和越大，表示紋理值的分散程度越大，說明腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性越高。峰度表示紋理值的集中情況，峰度越大，提示腫瘤內(nèi)部情況越單一［10-11］。均值反映了圖像紋理值的整齊均勻性［12］，紋理有序規(guī)律時(shí)，均勻度會(huì)高，說明腫瘤內(nèi)部成分越簡(jiǎn)單。已有研究證實(shí)腫瘤的紋理特征會(huì)隨腫瘤發(fā)生的病理變化而變化。惡性腫瘤內(nèi)部常發(fā)生壞死、出血、黏液樣變性等，而早期腫瘤內(nèi)部成分相對(duì)簡(jiǎn)單［13］。本研究結(jié)果顯示，晚期直腸癌較早期直腸癌偏度、方差和和均值較大而峰度較低，與研究結(jié)果一致。但均值的AUC 只有0.72，未達(dá)到診斷價(jià)值良好的標(biāo)準(zhǔn)，可能與樣本量尚小或僅研究了直腸癌腫瘤的最大徑切面有關(guān)，還需進(jìn)一步研究。自相關(guān)反映圖像紋理的一致性；對(duì)比度反映紋理溝紋的深淺程度和圖像的清晰度。紋理溝紋越深，對(duì)比度越大，視覺效果也就越清晰［14］。本研究結(jié)果顯示，晚期直腸癌較早期直腸癌自相關(guān)值偏高而對(duì)比度偏低，有較高的診斷價(jià)值。

能量反映圖像紋理粗細(xì)程度和圖像灰度分布的均勻程度。逆差距度量圖像紋理局部變化的情況，反映圖像紋理的同質(zhì)性［15］。本研究發(fā)現(xiàn)，早期組和晚期組患者直腸癌的能量及逆差距均較低，且差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05）可能與腫瘤內(nèi)部成分有關(guān)，即使是T1-2 期直腸癌內(nèi)部也已發(fā)生病理變化，腫瘤的同質(zhì)性降低，圖像均勻度降低?；蚺c腫瘤研究局限性有關(guān)。

綜上所述，本研究結(jié)果顯示，直腸癌晚期組（pT3-4）患者均值、偏度、熵、自相關(guān)、方差和均高于直腸癌早期組（pT1-2）（P＜ 0.05），峰度、對(duì)比度低于早期組（pT1-2）（P＜ 0.05），且峰度、偏度、對(duì)比度、熵、自相關(guān)、方差和均是直腸癌T 分期的影響因素（P＜ 0.05），說明超聲紋理參數(shù)可以評(píng)價(jià)直腸癌T分期。構(gòu)建各紋理參數(shù)值的ROC 曲線發(fā)現(xiàn)峰度、偏度、對(duì)比度、熵、自相關(guān)、方差和診斷直腸癌T分期的AUC 均較高（AUC ＞ 0.75），尤以熵值最高，達(dá)0.88。說明超聲紋理分析有助于直腸癌T 分期的診斷，可為直腸癌的準(zhǔn)確T分期提供更客觀的影像學(xué)依據(jù)。

本研究與以往發(fā)表的研究不同之處在于：本研究是基于超聲圖像進(jìn)行紋理分析，經(jīng)濟(jì)性及適用性較CT、MRI 高。

本研究的局限性：本研究?jī)H在直腸癌的最大徑切面上勾畫感興趣區(qū)域，沒有對(duì)整個(gè)腫瘤進(jìn)行勾畫，勾畫范圍局限，因此分析得到的紋理參數(shù)值不能完全反映整個(gè)腫瘤，有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

【Author contributions】XIE Yaning gathered the information of patients and wrote the article.WANG Qi gathered the information of patients.WANG Likun and WU Xueliang revised the article.WEN Dehui revised and reviewed the article.All authors read and approved the final manuscript as submitted