胡征宇 沈起鈞 馮湛 張亮 萬國(guó)仕 陳足廷 胡曉杰 羅超群 趙奮華

CT紋理分析在量化胰腺囊腺瘤影像表型中的診斷價(jià)值

胡征宇 沈起鈞 馮湛 張亮 萬國(guó)仕 陳足廷 胡曉杰 羅超群 趙奮華

目的通過CT紋理分析量化胰腺囊腺瘤特殊的影像紋理，為胰腺囊性腫瘤的鑒別診斷提供客觀的影像學(xué)依據(jù)。方法回顧性分析2009年1月至2016年12月間浙江大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科及杭州市第一人民醫(yī)院放射科經(jīng)病理證實(shí)的胰腺漿液性囊腺瘤48例和黏液性囊性腫瘤34例患者的胰腺增強(qiáng)CT圖像。在增強(qiáng)CT掃描實(shí)質(zhì)期5個(gè)斷層圖上根據(jù)腫瘤邊界描畫出感興趣區(qū)域。從紋理細(xì)膩(σ=1.0)到紋理粗糙(σ=2.5)獲得平均灰度強(qiáng)度、像素分布的方差、熵值、偏度和峰度等參數(shù)。對(duì)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的紋理參數(shù)繪制受試者操作特征(ROC)曲線，計(jì)算ROC曲線下面積(AUC)及診斷敏感性、特異性。對(duì)高、低年資醫(yī)師用傳統(tǒng)CT征象分析方法診斷的準(zhǔn)確性進(jìn)行比較。結(jié)果2名放射科醫(yī)師間測(cè)量信度系數(shù)為0.809～0.997，一致性非常高。與黏液性囊性腫瘤比較，漿液性囊腺瘤不同濾值時(shí)的偏度、濾值為2.5時(shí)的方差(5.93±9.02比1.29±0.62)、熵值(2.39±0.61比2.02±0.39)、峰度(30.18±42.55比8.80±4.34)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)，而其他值之間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。有差異的參數(shù)診斷兩類囊性腫瘤的AUC介于0.56～0.84之間。低年資醫(yī)師和高年資醫(yī)師用傳統(tǒng)CT征象分析方法診斷的準(zhǔn)確性分別為60%和71%。結(jié)論CT紋理分析不僅能有效地量化胰腺囊腺瘤的異質(zhì)性，而且在鑒別診斷中也能發(fā)揮有效的作用。

胰腺； 囊腺瘤，漿液； 囊腺瘤，黏液； 圖像處理，計(jì)算機(jī)輔助； 體層攝影術(shù)，螺旋計(jì)算機(jī)

Fundprogram：Zhejiang Provincial Medical Science and Technology Research Fund(2017KY051)；Hangzhou Agricultural and Social Development Research Project(164519)

CT紋理分析是一種評(píng)估醫(yī)學(xué)圖像中病變異質(zhì)性的工具，通過將CT圖像中抽象紋理結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行量化與標(biāo)準(zhǔn)化，發(fā)現(xiàn)人們?nèi)庋鬯荒馨l(fā)現(xiàn)的圖像細(xì)節(jié)信息。這種定量技術(shù)不僅能預(yù)測(cè)患者的療效和預(yù)后[1-2]，而且還應(yīng)用于鑒別腫瘤的類型[3-5]。胰腺囊腺瘤分為漿液性和黏液性兩種。漿液性囊腺瘤是胰腺的良性腫瘤，僅在有癥狀時(shí)才進(jìn)行手術(shù)切除[6-7]，而黏液性囊腺瘤則不同，具有潛在惡性特征，即使沒有癥狀也應(yīng)手術(shù)切除[8]。傳統(tǒng)的CT定量分析[9-10]并不能對(duì)兩者的鑒別診斷提供可靠的客觀依據(jù)，主要依靠影像科醫(yī)師長(zhǎng)期閱片形成的主觀性、經(jīng)驗(yàn)性信息。本研究通過CT紋理分析方法以客觀量化胰腺囊腺瘤特殊的影像紋理，為胰腺囊性腫瘤的鑒別提供一種非侵入性的影像學(xué)定量標(biāo)準(zhǔn)。

資料與方法

一、一般資料

回顧性分析2009年1月至2016年12月間浙江大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科和杭州市第一人民醫(yī)院放射科經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的胰腺漿液性囊腺瘤48例和黏液性囊性腫瘤34例患者的胰腺對(duì)比增強(qiáng)CT數(shù)據(jù)。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)所有患者術(shù)前在同一CT機(jī)上使用同一掃描序列行胰腺增強(qiáng)三期CT掃描，包括平掃、實(shí)質(zhì)期和門靜脈期；(2)病灶在CT軸位圖像上至少能顯示7個(gè)層面；(3)所有手術(shù)切除標(biāo)本、經(jīng)皮穿刺或超聲內(nèi)鏡細(xì)針穿刺抽吸物均經(jīng)細(xì)胞學(xué)或病理學(xué)檢查證實(shí)；(4)CT掃描前未行放、化療等治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：碘對(duì)比劑過敏或腎功能嚴(yán)重不全者。

48例漿液性囊腺瘤中男性9例，女性39例，年齡30～80歲，平均(54±12)歲，腫瘤最大橫徑2.3～10.5 cm，平均(4.1±9. 9)cm；34例黏液性囊性腫瘤中男性4例，女性30例，年齡29～69，平均(46±11)歲，腫瘤最大橫徑2.5～11.5 cm，平均(4.4±1.6)cm?；颊甙Y狀包括腹痛、腹脹、上腹不適等，部分患者無明顯癥狀。本研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者或家屬均簽署知情同意書。

二、影像學(xué)檢查方法

采用東芝16層螺旋CT或西門子16層螺旋CT(管電壓120 kV，管電流150～350 mA)以胰腺標(biāo)準(zhǔn)掃描方案采集圖像。掃描方案：平掃，掃描范圍從膈頂至髂嵴，層厚5 mm；實(shí)質(zhì)期(動(dòng)脈晚期)，延遲35 s，掃描范圍從腹腔干上方1 cm至十二指腸第3段，若平掃圖像腫瘤上下徑超過此范圍，需擴(kuò)大范圍掃描，包含整個(gè)腫瘤，層厚3 mm；門靜脈期，延遲60 s，掃描范圍同平掃，層厚5 mm。使用非離子型對(duì)比劑(歐乃派克或優(yōu)維顯，碘含量350或370 mg/ml)經(jīng)外周靜脈注入，注射速率為3～5 ml/s，劑量為80～100 ml。掃描前采用清水(750～1 000 ml)作為口服對(duì)比劑充盈胃腔和十二指腸腔。

三、影像分析

由1名低年資放射科住院醫(yī)師和1名具有15年以上腹部CT診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科副主任醫(yī)師分別采用雙盲法進(jìn)行閱片。取實(shí)質(zhì)期5個(gè)層面圖像，以腫瘤最大徑層面為中心層面，再上下各取連續(xù)2個(gè)層面。手動(dòng)勾畫病灶的邊界作為感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，提取ROI內(nèi)數(shù)據(jù)行CT紋理分析(圖1、2)。同時(shí)根據(jù)傳統(tǒng)CT征象分析方法進(jìn)行診斷。

圖1 胰腺黏液性囊性腫瘤的實(shí)質(zhì)期細(xì)膩過濾(1A)和粗糙過濾(1B)CT圖

圖2 胰腺漿液性囊性腫瘤的實(shí)質(zhì)期細(xì)膩過濾(2A)和粗糙過濾(2B)CT圖

四、紋理分析

紋理分析的數(shù)據(jù)處理基于MATLAB(版本號(hào)R2013b)，步驟與計(jì)算方法與已發(fā)表的部分CT紋理分析研究基本一致[1-5]。紋理分析包括過濾原始圖像和過濾后圖像紋理的量化兩個(gè)過程。圖像濾波使用高斯拉普拉斯算子的帶通濾波器，通過在1.0～2.5范圍內(nèi)改變?yōu)V值(σ)來選擇不同的空間域范圍，濾值為1.0表示紋理細(xì)膩(過濾器寬度為4像素或1.2 mm)，濾值為2.5表示紋理粗糙(過濾器寬度為12像素或3.6 mm)。經(jīng)過紋理和直方圖算法分析ROI內(nèi)平均灰度強(qiáng)度、像素分布的方差、熵值、偏度和峰度等參數(shù)，每個(gè)參數(shù)測(cè)量3次，取均值。

五、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用R語言進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。應(yīng)用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)評(píng)估兩名放射科醫(yī)師間各自測(cè)量的腫瘤ROI各項(xiàng)參數(shù)，觀察者間信度系數(shù)<0.4表示信度較差，>0.75表示信度良好，0.4～0.75之間表示信度中等；兩組囊腺瘤的紋理參數(shù)使用雙樣本t檢驗(yàn)比較，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)再繪制受試者工作特征(ROC)曲線，計(jì)算ROC曲線下面積(AUC)，確定診斷臨界值及鑒別診斷胰腺囊腺瘤的敏感性和特異性。同時(shí)采用約登指數(shù)對(duì)2名醫(yī)師傳統(tǒng)的CT征象分析方法診斷的準(zhǔn)確性進(jìn)行比較。

結(jié) 果

一、兩名醫(yī)師測(cè)量可信度比較

2名放射科醫(yī)師間測(cè)量信度系數(shù)為0.809～0.997，一致性非常高(表1)。

表1 低年資醫(yī)師與高年資醫(yī)師測(cè)量的紋理參數(shù)比較

二、漿液性囊腺瘤與黏液性囊性腫瘤的CT紋理參數(shù)比較及其診斷效能

漿液性囊腺瘤與黏液性囊性腫瘤在不同濾波濾值下測(cè)量的紋理參數(shù)見表2。兩類胰腺囊性腫瘤間未過濾及濾值為1.0、2.5時(shí)的偏度，濾值為2.5時(shí)的方差、熵值、峰度的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)，而其他值之間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。上述具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的6個(gè)紋理參數(shù)的AUC介于0.56～0.84之間，濾值為2.5時(shí)熵值的敏感性最高，方差的特異性最高(表3)。

三、不同年資的醫(yī)師用傳統(tǒng)CT征象分析方法診斷的準(zhǔn)確性比較

低年資醫(yī)師診斷的約登指數(shù)、敏感性、特異性、準(zhǔn)確性分別為0.18、58%、60%、60%；高年資醫(yī)師分別為0.44、68%、76%、71%。

討 論

既往對(duì)胰腺囊腺瘤的定量與半定量指標(biāo)的研究結(jié)果不完全一致，甚至存在矛盾。Choi等[11]認(rèn)為黏液性囊性腫瘤最大囊腔直徑一般>2 cm，但Cohen-Scali等[12]認(rèn)為僅憑最大囊直徑很難作出鑒別診斷。Manfredi等[13]報(bào)道漿液性囊腺瘤和黏液性囊性腫瘤囊壁厚度平均值分別為2 mm和4 mm，事實(shí)上如此纖薄的囊壁非常容易受到容積效應(yīng)和測(cè)量者誤差的影響。此外，病灶中心的星狀瘢痕及瘢痕鈣化被認(rèn)為是漿液性囊腺瘤的特異性表現(xiàn)[14]，但該征象發(fā)生率僅20%左右[6]，診斷價(jià)值有限。Shah等[15]、Bassi等[16]的研究認(rèn)為，胰腺囊性病灶囊壁的厚薄、囊壁的強(qiáng)化、病灶形態(tài)、病灶內(nèi)分隔及鈣化灶的存在等無鑒別診斷價(jià)值，所以，需聯(lián)合多個(gè)相關(guān)指標(biāo)才能提高診斷率。另外， CT圖像上明顯的異質(zhì)性常常融入了光子的噪聲，掩蓋任何潛在的生物學(xué)上的不均勻性[17]，而LoG濾波能放大圖像特征并減少光子噪聲的影響，從而提高評(píng)估和量化病灶異質(zhì)性的能力，因此CT紋理分析可提供更為真實(shí)反映病灶整體特征的定量參數(shù)。

參數(shù)漿液性囊腺瘤(48例)黏液性囊性腫瘤(34例)t值P值灰度強(qiáng)度 未過濾0．23±0．510．15±0．18-1．940．56 σ=1．00．24±0．530．16±0．19-2．020．55 σ=2．50．26±0．670．20±0．26-2．180．70方差 未過濾68．50±76．7432．37±17．89-0．590．70 σ=1．021．93±32．566．37±3．70-0．610．07 σ=2．55．93±9．021．29±0．62-0．390．04熵值 未過濾4．57±0．514．44±0．40-0．820．42 σ=1．03．46±0．523．24±0．43-1．400．44 σ=2．52．39±0．612．02±0．39-2．160．005偏度 未過濾-1．57±2．92-0．06±0．112．190．04 σ=1．0-2．06±3．56-0．09±0．272．350．03 σ=2．5-2．24±3．06-0．09±0．752．890．01峰度 未過濾32．15±63．523．73±1．21-1．900．07 σ=1．039．90±77．655．83±3．21-1．860．08 σ=2．530．18±42．558．80±4．34-2．120．04

表3 不同濾值時(shí)的6個(gè)參數(shù)診斷胰腺囊腺瘤的效能

本研究結(jié)果表明，CT紋理分析能客觀量化胰腺囊腺瘤的紋理特征，濾波后的方差、熵值、偏度以及峰度能較好地反映囊腺瘤的整體特征。熵值是紋理不規(guī)則度及混亂度的量化指標(biāo)[1]，與黏液性囊性腫瘤相比，漿液性囊腺瘤顯示為更高的熵值，提示漿液性囊腺瘤具有更大的異質(zhì)性。其原因可能是漿液性囊腺瘤在影像上均表現(xiàn)為大小不等的多發(fā)囊腔影，且數(shù)量眾多，囊內(nèi)可見中央瘢痕樣結(jié)構(gòu)以及分隔，含豐富的血管組織，因而在增強(qiáng)CT圖像上腫瘤間質(zhì)表現(xiàn)為中等至明顯強(qiáng)化，且紋理特征的異質(zhì)性大。黏液性囊性腫瘤通常表現(xiàn)為單發(fā)大囊或雖為多囊但囊腔數(shù)量遠(yuǎn)少于漿液性囊腺瘤，其間質(zhì)的血供也不如后者，因此紋理特征表現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，熵值也較低。方差也是與異質(zhì)性呈正相關(guān)的量化指標(biāo)[18-19]，漿液性腫瘤的方差明顯大于黏液性腫瘤。同樣，異質(zhì)性更大的漿液性腫瘤在直方圖上亦具有更大的不對(duì)稱性和更高的峰值。本研究結(jié)果顯示，灰度平均值對(duì)兩類腫瘤的鑒別差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與既往研究中的平均CT衰減值意義相同，即使進(jìn)行了濾波處理，灰度平均值仍然無太大的鑒別意義。

通過對(duì)有統(tǒng)計(jì)意義參數(shù)的效能分析，在粗糙紋理下測(cè)得的方差、熵值和偏度對(duì)鑒別胰腺囊腺瘤有較好的診斷效能，且對(duì)于同一參數(shù)，如偏度，隨著粗糙度的增加，光子噪聲的影響減小，反映感興趣區(qū)域的真實(shí)異質(zhì)性的能力增強(qiáng)，明顯提高了診斷準(zhǔn)確性。而經(jīng)濾波器放大圖像特征后，原本在未過濾圖像或細(xì)膩濾波后圖像中無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)出現(xiàn)了顯著差異，如方差、熵值和峰度，說明在不同濾波下紋理分析的優(yōu)勢(shì)所在。因本研究病例中含有個(gè)別實(shí)型和寡囊型漿液性囊腺瘤，因此給結(jié)果帶來一定的影響。

盡管傳統(tǒng)CT的定性和定量方法在一定程度上已經(jīng)能大部分滿足臨床的需要，但是如果能深層次挖掘醫(yī)學(xué)圖像中的更為客觀的定量指標(biāo)并得以驗(yàn)證，可以為影像的標(biāo)準(zhǔn)化診斷添加更為有效的信息。本研究通過與傳統(tǒng)CT征象分析方法的比較，顯示CT紋理分析的診斷準(zhǔn)確性絲毫不亞于前者，甚至在某些參數(shù)如粗糙紋理下的方差、熵值和偏度方面具有更高的診斷效能。然而低、高年資醫(yī)師由于診斷經(jīng)驗(yàn)不同，用傳統(tǒng)CT定量方法得出的診斷準(zhǔn)確性差異非常大，而紋理分析方法無需豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)，只需醫(yī)師描畫出腫瘤邊界，半自動(dòng)化地分析腫瘤影像，就能夠出色地完成“放射組學(xué)”中特征提取與量化的核心任務(wù)，避免了其他經(jīng)驗(yàn)性的影像指標(biāo)的判讀。

本研究亦存在一些不足之處，本研究為回顧性，樣本量不夠大，存在固有的局限性和無法預(yù)測(cè)性；研究只采用了兩組濾波數(shù)據(jù)，從結(jié)果來看，粗糙紋理分析的效果更好。是否增加其他濾波組及其他紋理參數(shù)來獲取更有效的數(shù)據(jù)有待于進(jìn)一步研究；盡管測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)已盡可能排除容積效應(yīng)的干擾，但在描畫腫瘤邊界時(shí)仍無法完全避免。因此，有待更多的對(duì)比研究進(jìn)行驗(yàn)證。

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(本文編輯：呂芳萍)

DiagnosticvalueofCTtextureanalysisinthequantificationofradiologicalphenotypeforpancreaticcystadenoma

HuZhengyu,ShenQijun,FengZhan,ZhangLiang,WanGuoshi,ChenZuting,HuXiaojie,LuoChaoqun,ZhaoFenhua.

DepartmentofRadiology,SecondPeople′sHospitalofYuhangDistrict,Hangzhou311121,China

Correspondingauthor:ShenQijun,Email:Shenqijun80@163.com

ObjectiveTo provide objective parameters for differentiating pancreatic cystic tumors via using computed tomography texture analysis (CTTA) to quantify the special imaging features of pancreatic cystadenomas.MethodsEnhanced CT images of pancreas from patients who were admitted in Department of Radiology in First Hospital affiliated with Zhejiang University and First People′s Hospital of Hangzhou City and pathologically diagnosed as pancreatic serous cystadenomas (n=48) and mucinous cystadenomas (n=34) from January 2009 to December 2016 were retrospectively analyzed. Regions of interest were drawn on the parenchymal phase CT images in 5 slices according to the border of the tumors. Mean grey level intensity (M), variance (V), entropy (E), skewness (Ske) and kurtosis (Kur) were obtained from fine texture (σ=1.0) to coarse texture (σ=2.5). Receiver operating characteristic (ROC) curve for texture parameters with statistically difference was drawn, and the area under curve (AUC), diagnostic sensitivity and specificity were calculated. The diagnostic accuracy of senior and junior doctors was compared with the traditional CT analysis method.ResultsReliability coefficient of the two radiologists was 0.809～0.997 with high consistency. Compared with mucinous cystic tumors, serous cystadenomas had a significantly different V (5.93±9.02vs1.29±0.62), E (2.39±0.61vs2.02±0.39) and Kur(30.18±42.55vs8.80±4.34) in Ske0 of 2.5 (P<0.05), and there were no statistically significant differences on other parameters. The AUC of differential parameters for diagnosing two kinds of cystic tumors ranged from 0.56 to 0.84.The diagnostic accuracy of the traditional CT analysis method by junior doctor and senior radiologist was 60% and 71%, respectively.ConclusionsCTTA can not only effectively quantify the heterogeneity of pancreatic cystadenomas, but also is effective in the differentiation.

Pancreas; Cystadenoma, serous; Cystadenoma, mucinous; Image processing, computer-assisted; Tomography, spiral computed

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2017.05.010

311121 杭州，余杭區(qū)第二人民醫(yī)院放射科(胡征宇、萬國(guó)仕、陳足廷、胡曉杰、羅超群)；杭州市第一人民醫(yī)院放射科(沈起鈞)；浙江大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科(馮湛)；浙江省腫瘤醫(yī)院放射科(張亮)；東陽市人民醫(yī)院放射科(趙奮華)

沈起鈞，Email：shenqijun80@163.com

浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技科研基金項(xiàng)目(2017KY051)；杭州市農(nóng)業(yè)與社會(huì)發(fā)展科研項(xiàng)目(164519)

2017-04-05)