代歡歡 黃 文 張文娟

近年來(lái)，結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率在我國(guó)呈上升趨勢(shì)。5-氟尿嘧啶是結(jié)直腸癌的常規(guī)治療藥物之一，但不同腸癌患者對(duì)5-氟尿嘧啶的應(yīng)答率及毒副反應(yīng)存在差異。胸苷酸合成酶（thymidylate synthetase，TS）作為5-氟尿嘧啶的靶點(diǎn)，其表達(dá)水平可視為腸癌患者對(duì)5-氟尿嘧啶敏感性的指標(biāo)之一［1］。TS高表達(dá)的腸癌患者往往對(duì)5-氟尿嘧啶的應(yīng)答率更高，且該類患者可能毒副反應(yīng)發(fā)生率更高［2］。目前對(duì)TS的檢測(cè)依靠手術(shù)或者腸鏡所獲取的病理組織標(biāo)本，該方法創(chuàng)傷性大、成本高，且并非適用于所有腸癌患者。CT紋理分析作為一種無(wú)創(chuàng)的研究方法，可提取圖像的紋理特征，用于定量描述組織的像素空間分布信息，目前在疾病的鑒別診斷及病理分型中均有報(bào)道［3-4］。本研究旨在探討碘（水）圖紋理特征用于術(shù)前評(píng)估結(jié)直腸癌TS表達(dá)水平的價(jià)值。

方 法

1.一般資料

回顧性收集2017年1月—2020年1月于我院行術(shù)前能譜CT全腹掃描的結(jié)直腸癌患者資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①均行結(jié)直腸癌根治性切除手術(shù)；②術(shù)后病理確診為結(jié)直腸癌；③術(shù)后病理標(biāo)本可獲取，且經(jīng)免疫組織化學(xué)檢測(cè)獲取TS表達(dá)水平（腫瘤細(xì)胞質(zhì)棕黃色染色定義為陽(yáng)性，否則為陰性）。排除標(biāo)準(zhǔn)：①臨床及影像學(xué)檢查資料完整；②CT檢查前行抗腫瘤治療；③圖像偽影重或病灶顯示欠清。本研究最終納入130例結(jié)直腸癌患者，依據(jù)術(shù)后病理信息，將所有患者分為T(mén)S高表達(dá)組（n=89）及TS低表達(dá)組（n=41）。其中，TS高表達(dá)組男性62例、女性27例，年齡38～82歲，平均（59.35±10.55）歲；腺癌83例（管狀腺癌40例，乳頭狀腺癌39例，黏液腺癌4例），腺鱗癌6例。TS低表達(dá)組男性31例、女性10例，年齡37～80歲，平均（58.22±9.13）歲；腺癌39例（管狀腺癌20例，乳頭狀腺癌18例，黏液腺癌1例），腺鱗癌2例。

2.CT掃描及圖像后處理

采用Revolution CT掃描機(jī)（GEhealthcare）行平掃及動(dòng)脈期、靜脈期增強(qiáng)掃描。囑患者于CT掃描前3 d接受流質(zhì)飲食，檢查當(dāng)日禁食4 h、檢查前20 min飲水800～1 000 ml，并行腸道準(zhǔn)備?；颊哐雠P位，先行平掃。掃描參數(shù)：能譜成像模式，管電壓80 kV、140 kV瞬時(shí)切換，管電流230～445 mA，層厚及層間距均1.25 mm，探測(cè)器寬度80 mm，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.6 s，螺距0.992∶1，視野50 cm×50 cm。隨后行增強(qiáng)掃描：對(duì)比劑碘海醇（含碘量300 mg/ml），經(jīng)肘前靜脈以3～3.5 ml/s速率注入，劑量1.2 ml/kg。分別于對(duì)比劑注射30、60 s后獲得動(dòng)脈期、靜脈期圖像。將CT掃描圖像傳至GE AW 4.6工作站，采用GSIViewer軟件獲取動(dòng)脈期及靜脈期碘（水）密度圖像，層厚及層間距均取5 mm。

3.紋理特征提取

將能譜CT動(dòng)脈期及靜脈期碘（水）密度圖像導(dǎo)入ITK-SNAP軟件，分別由觀察者1及觀察者2（分別具有5年和8年腹部影像診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師），在對(duì)患者信息未知的情況下，于結(jié)直腸癌病灶最大軸徑所在層面勾畫(huà)感興趣區(qū)（ROI）。觀察者1勾畫(huà)2次，時(shí)間間隔至少3個(gè)月。ROI沿結(jié)直腸癌病灶輪廓，并避開(kāi)腸周脂肪及腸內(nèi)容物（圖1）。進(jìn)一步采用A.K.軟件提取動(dòng)脈期及靜脈期紋理特征各387個(gè)，具體包括一階參數(shù)、直方圖參數(shù)、矩陣變換、小波變換、濾波變換參數(shù)。

圖1 術(shù)后病理診斷為升結(jié)腸癌病例ROI勾畫(huà)

4.紋理特征降維及模型建立

采用R軟件（版本3.6.0）軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。特征篩選流程包括一致性檢驗(yàn)、相關(guān)性檢驗(yàn)、差異性檢驗(yàn)、logistic回歸。具體如下：

一致性檢驗(yàn)：采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intra-class correlation coefficient，ICC）檢驗(yàn)分析紋理特征的觀察者間一致性及觀察者內(nèi)一致性，獲得ICC值高于0.85的紋理特征。相關(guān)性檢驗(yàn)：采用Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)，進(jìn)一步剔除相關(guān)系數(shù)低于0.85的紋理特征。差異性檢驗(yàn)：采用Shapiro Wilk檢驗(yàn)分析紋理特征的正態(tài)性，符合正態(tài)分布且方差齊的特征采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較組間差異，否則采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。logistic回歸：采用logistic回歸逐步進(jìn)行紋理特征的篩選，采用赤池信息準(zhǔn)則后退法，獲取Akaike信息準(zhǔn)則（AIC）值對(duì)應(yīng)最小的診斷模型。

采用受試者操作特征（ROC）曲線分析動(dòng)脈期及靜脈期的紋理特征的診斷效能，并計(jì)算曲線下面積（AUC）、靈敏度、特異度。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.紋理特征降維

觀察者內(nèi)一致性檢驗(yàn)：由觀察者1的2次提取的紋理特征進(jìn)行ICC檢驗(yàn)后，在774例特征（動(dòng)脈期及靜脈期紋理特征各387個(gè)）中，共654個(gè)紋理特征的ICC值高于0.85。觀察者間一致性檢驗(yàn)：將觀察者1第一次測(cè)量和觀察者2測(cè)量獲得的上述654個(gè)紋理特征行ICC檢驗(yàn)，共584個(gè)特征的ICC值高于0.85（約占全部紋理特征的75.45%）。

采用Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)，剩余126個(gè)紋理特征的相關(guān)性系數(shù)大于等于0.85。進(jìn)一步采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)，獲得在TS高表達(dá)及低表達(dá)組間差異顯著的紋理特征。動(dòng)脈期：TS高表達(dá)組的平均值、Haralick顯著高于TS低表達(dá)組，能量值、熵值、逆差距顯著低于TS低表達(dá)組。靜脈期：TS高表達(dá)組的能量值、熵值顯著低于TS低表達(dá)組。

2.紋理特征診斷效能

2.1 單個(gè)紋理特征

靜脈期的能量值取閾值0.000 3時(shí)，預(yù)測(cè)TS表達(dá)水平的效能最優(yōu)，AUC為0.725，靈敏度為72.37%，特異度為60.98%。

2.2 聯(lián)合診斷

采用logistic回歸，將有組間差異的紋理特征進(jìn)行聯(lián)合，logistic回歸公式如下：

（1）動(dòng)脈期聯(lián)合=-2.941-0.049×動(dòng)脈期平均值+315.900 0×動(dòng)脈期能量值+0.170×動(dòng)脈期熵值+8.275×動(dòng)脈期逆差距-13.037×動(dòng)脈期Haralick；

（2）靜脈期聯(lián)合=-5.681+122.450×靜脈期能量值+7.346×靜脈期熵值；

（3）動(dòng)靜脈期聯(lián)合=-7.038-0.054×動(dòng)脈期平均值+247.651×動(dòng)脈期能量值+0.118×動(dòng)脈期熵值+9.547×動(dòng)脈期逆差距-10.210×動(dòng)脈期Haralick+280.740×靜脈期能量值+9.742×靜脈期熵值。

動(dòng)脈期聯(lián)合模型：AUC為0.841，靈敏度和特異度分別為78.95%和82.93%。靜脈期聯(lián)合模型：AUC為0.773，靈敏度和特異度分別為64.47%和85.37%。動(dòng)脈期及靜脈期聯(lián)合模型：AUC為0.882，靈敏度和特異度分別為86.84%和82.93%。詳見(jiàn)表1、圖2。

表1 動(dòng)脈期、靜脈期紋理特征及其聯(lián)合模型的ROC分析

圖2 動(dòng)脈期、靜脈期及其聯(lián)合評(píng)估TS表達(dá)水平的ROC曲線

討 論

1.TS高表達(dá)與低表達(dá)結(jié)直腸癌的碘濃度分布

碘（水）密度圖像可以反映組織的血供情況，當(dāng)組織的血液供應(yīng)越豐富時(shí)，組織所表現(xiàn)出的碘（水）密度值就越高［5］。本研究中，我們收集了結(jié)直腸癌患者的碘（水）密度圖像，并進(jìn)一步提取圖像的紋理特征，定量反映出ROI中的碘濃度分布特點(diǎn)。我們發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈期碘（水）密度圖像中，TS高表達(dá)組的平均值顯著高于TS低表達(dá)組，該結(jié)果可通過(guò)TS高表達(dá)的結(jié)直腸癌具有更加豐富的血供來(lái)解釋。已有研究［6］指出，TS高表達(dá)的腫瘤組織中，腫瘤血管密度、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子α、微血管密度、CD34等均有更高的表達(dá)量。即TS高表達(dá)組的血供更高，故其在碘（水）密度圖中表現(xiàn)為更高的碘濃度，紋理參數(shù)中的平均值也越高。

2.TS高表達(dá)與低表達(dá)結(jié)直腸癌的腫瘤異質(zhì)性

紋理分析能夠提取多維度的圖像特征，這些特征對(duì)圖像像素空間分布進(jìn)行了更加準(zhǔn)確客觀的闡述［7］。與傳統(tǒng)肉眼觀察相比，紋理分析深入挖掘了圖像信息，為組織異質(zhì)性的描述提供了更多的影像學(xué)標(biāo)志［8］。本研究中，我們發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈期TS高表達(dá)組的Haralick顯著高于TS低表達(dá)組，能量值、熵值、逆差距均顯著低于TS低表達(dá)組。靜脈期TS高表達(dá)組的能量值、熵值顯著低于TS低表達(dá)組。Haralick、能量值、熵值、逆差距均從像素空間分布角度反映圖像異質(zhì)性，提供了圖像像素分布的隨機(jī)性、像素變化程度、像素分布的規(guī)則性等信息。該結(jié)果提示我們，TS高表達(dá)的結(jié)直腸癌組織擁有更高的組織異質(zhì)性。既往研究［9-10］報(bào)道，TS高表達(dá)的腫瘤組織往往伴隨著更高的侵襲性，且該類組織更易表現(xiàn)為低分化程度、高異型性。所以，TS高表達(dá)的腫瘤組織在碘（水）密度圖中異型性更高，在像素分布的隨機(jī)性、區(qū)域像素分布變化程度等方面均更明顯。此外，TS高表達(dá)的結(jié)直腸癌患者往往預(yù)后偏差［10］，這可能與其豐富的血供及高異質(zhì)性有關(guān)，和本研究中所發(fā)現(xiàn)的紋理參數(shù)中表現(xiàn)出的碘（水）密度圖中的影像學(xué)差異一致。

3.紋理特征的診斷效能

本研究中納入了患者的動(dòng)脈期及靜脈期碘（水）密度圖，但最后納入模型中的紋理參數(shù)存在差異，我們分析認(rèn)為，造成動(dòng)脈期及靜脈期差異的原因是這2個(gè)期相根據(jù)造影劑注射時(shí)間進(jìn)行劃分，對(duì)腸癌病灶的顯示存在差異，動(dòng)脈期對(duì)腫瘤黏膜強(qiáng)化顯示清晰，而靜脈期對(duì)間質(zhì)纖維成分的顯示更具優(yōu)勢(shì)［11］。對(duì)組間差異顯著的紋理特征進(jìn)行聯(lián)合診斷后，發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈期聯(lián)合模型的AUC為0.841，靜脈期聯(lián)合模型的AUC為0.773。當(dāng)將動(dòng)脈期及靜脈期聯(lián)合后，模型的診斷效能最高，AUC值達(dá)到0.882，進(jìn)一步分析logistic回歸中的公式，發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜脈期聯(lián)合后，“能量值”的系數(shù)最大（動(dòng)脈期為247.651，靜脈期為280.740），表明綜合考慮動(dòng)脈期及靜脈期的碘濃度分布及異質(zhì)性，有助于提升診斷效能，且能量值所提示的“區(qū)域像素值變化程度”在聯(lián)合診斷中發(fā)揮的作用最大。

4.局限性

本研究存在一定的局限性：①為回顧性研究，且納入的樣本量較小，未來(lái)研究中需要進(jìn)一步擴(kuò)充樣本量；②所納入的紋理特征有限，未來(lái)需要納入更充足的紋理特征進(jìn)行分析；③回顧文獻(xiàn)，紋理參數(shù)的具體生物學(xué)意義并未完全闡明，即紋理參數(shù)的數(shù)值與組織病理的對(duì)應(yīng)關(guān)系并未完全闡明，未來(lái)需要進(jìn)一步納入組織病理學(xué)信息，探討紋理參數(shù)的可解釋性。

綜上所述，基于能譜CT碘（水）密度圖像進(jìn)行紋理分析，可于術(shù)前無(wú)創(chuàng)預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌TS表達(dá)水平，將動(dòng)脈期及靜脈期紋理特征聯(lián)合后，其診斷效能更優(yōu)，對(duì)輔助結(jié)直腸癌的化療方案選擇和優(yōu)化有一定的價(jià)值。