湯世雄，黎丹，肖恩華，劉佳易，吳雄，卞讀軍

（中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院 放射科，湖南 長沙 410011）

肝細(xì)胞癌是常見的惡性腫瘤[1]，常通過取肝臟活體組織進(jìn)行病理診斷或者通過影像學(xué)診斷，影像征像表現(xiàn)為病變在動態(tài)增強(qiáng)CT或者增強(qiáng)磁共振成像（contrast-enhanced magnetic resonance imaging，CE-MRI）上顯示肝動脈期顯著強(qiáng)化，門脈期和延時期腫瘤強(qiáng)化明顯減弱或降低，甲胎蛋白水平為≥200 ng/mL[2]。外科手術(shù)治療是提高患者遠(yuǎn)期生存率最重要的手段[3]，動脈灌注化療栓塞治療（transcatheter arterial chemoembolization，TACE），對于無法外科手術(shù)切除的原發(fā)性和一些繼發(fā)性肝癌患者，是有效的治療方法[4]。不管選用哪種治療方法[5]，肝膽外科，放射介入科或腫瘤科醫(yī)師都會對肝臟腫瘤的體積大小進(jìn)行測算，以評估療效。目前，肝膽外科，放射介入科或腫瘤科醫(yī)生對于肝臟腫瘤的大小評估，通?；跈M斷面測量其前后徑和左右徑，冠狀面或矢狀面測量腫瘤的上下徑，這是一種簡易和粗略的估計腫瘤大小的方法[6]。人工智能的廣泛應(yīng)用，使計算機(jī)工作站精確測量腫瘤體積成為可能[7]，對腫瘤體積進(jìn)行三維定量的分割技術(shù)，經(jīng)過臨床認(rèn)證，確認(rèn)在技術(shù)上可行，可重復(fù)性高[8]。把圖像導(dǎo)入后處理工作站，在CT和MRI動態(tài)增強(qiáng)三維序列圖像上利用區(qū)域生長和主動輪廓模型病變分割技術(shù)，手畫感興趣體積（volume of interest，VOI），能快速測量病變體積，具有操作方便，計算精確的優(yōu)點(diǎn)，具有重要的臨床應(yīng)用價值。但患者進(jìn)行影像診斷及隨訪時選擇的檢查方法不盡相同，有時選擇增強(qiáng)CT，有時選擇CE-MRI。這就給臨床醫(yī)生帶來了一個困惑，對于同一患者兩種不同影像學(xué)檢查方法所測算的腫瘤體積是否具有一致性？這關(guān)系到臨床醫(yī)生能否精確的評估患者腫瘤體積變化情況，評估患者的治療效果。本研究擬采用區(qū)域生長和主動輪廓模型（active contour model，ACM）病變分割技術(shù)，比較3D分割技術(shù)在同一肝細(xì)胞癌患者的增強(qiáng)CT與CE-MRI對腫瘤體積大小的評估是否具有一致性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本回顧性研究方案符合人體試驗倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，并得到中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，患者均免除簽署知情同意書。研究回顧性納入2014年11月—2018年12月中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院肝膽外科或者放射介入科收治住院的肝細(xì)胞癌患者75例，納入標(biāo)準(zhǔn)：⑴ 首次入院診斷為肝細(xì)胞癌；⑵ 經(jīng)過肝臟活檢或者手術(shù)病理證實為肝細(xì)胞癌；⑶ 術(shù)前同時進(jìn)行了增強(qiáng)CT和增強(qiáng)MRI檢查；⑷ CT和MR檢查屏氣配合良好，圖像無顯著呼吸及其他運(yùn)動偽影干擾。排除標(biāo)準(zhǔn)：⑴ 膽管細(xì)胞癌及其他病理類型被排除；⑵ 病變形態(tài)不典型，或病灶小而被排除；⑶ 屏氣不好，運(yùn)動偽影明顯而造成圖像質(zhì)量差的病例排除。共收集60例病例統(tǒng)計分析，其中47例男性患者，13例女性患者；年齡范圍在29～75歲之間，平均年齡（53.3±11.7）歲。追蹤到42例患者接受了腫瘤肝葉切除術(shù)，18例患者接受了肝穿刺活檢。病例診斷均為肝細(xì)胞癌。

1.2 設(shè)備與技術(shù)參數(shù)

所有患者均采用第三代雙源CT（SOMATOM Definition Force，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany）行腹部CT成像，患者仰臥位，頭先進(jìn)，呼氣末屏氣掃描。經(jīng)肘前靜脈注射已預(yù)熱好的非離子型對比劑（碘佛醇，350 mgI/mL），按照1.5 mL/kg注射,注射流率為 2.5 mL/s。無預(yù)設(shè)值開啟智能管電壓調(diào)制技術(shù)（CARE Kv，Siemens Healthcare）聯(lián)合智能管電流調(diào)制技術(shù)（CareDose 4D，Siemens Healthcare）。設(shè)備參數(shù)如下：雙96排光子探測器，探測器準(zhǔn)直寬度為2 mm×96 mm×0.6 mm，螺距為1.2，旋轉(zhuǎn)時間為0.5 s/r。在肝動脈期（延時，25～30 s），門脈期（延時，80 s）和延時期（延時，300 s）分別進(jìn)行掃描。自動重建層厚1.00 mm、重建增量0.7 mm，卷積核Br40的腹窗圖像，啟用迭代重建技術(shù)（ADMIRE，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany），迭代強(qiáng)度選擇機(jī)器默認(rèn)的2。所有圖像數(shù)據(jù)傳輸至后處理工作站（Syngo.Via VB10B，Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany），利用區(qū)域生長和主動輪廓模型病變分割技術(shù)，手畫VOI體積測量。

所有患者均在西門子MAGNETOM Skyra 3.0T的磁共振機(jī)器上進(jìn)行肝臟掃描，掃描采用聯(lián)合西門子體部相控陣18通道線圈和32通道脊柱線圈，對比劑為釓噴酸葡胺（Gd-DTPA）注射液以0.1 mmol/kg靜脈注射后行對比增強(qiáng)。使用Medrad高壓注射器加20 mL生理鹽水沖管。在動脈期（注藥后20 s）和門脈期（注藥后60 s）分別掃描，之后延時到300 s掃延時期。采用CE-MRI成像的動脈期和門脈期圖像用于研究。成像序列及參數(shù)見表1。

表1 MRI系列參數(shù)Table1 MRI quantitative parameters

1.3 體積計算方法

本研究由兩名具有10年以上腹部放射診斷經(jīng)驗的影像醫(yī)生選擇并評估靶病變?nèi)缓筮M(jìn)行切割。將動脈期和靜脈期橫斷位薄層圖像調(diào)入后處理工作站（Syngo.Via VB10B，Siemens，Germany），指定工作流程為MM閱片，打開手畫VOI工具,在橫斷位圖像上對腫瘤進(jìn)行逐層手工分割，最后點(diǎn)擊創(chuàng)建VOI，軟件進(jìn)行自動重組并計算出相應(yīng)腫瘤的體積，具體步驟為：⑴ 橫斷位圖像調(diào)入后處理工作站；⑵ 指定工作流程為MM閱片；⑶ 打開手畫VOI工具；⑷ 橫斷位圖像對腫瘤區(qū)域進(jìn)行逐層手工分割；⑸ 利用輕推工具和校正筆微調(diào)；⑹ 創(chuàng)建VOI；⑺ 軟件自動重組并得到腫瘤體積。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機(jī)軟件SPSS 23.0，腫瘤體積數(shù)據(jù)在CE-MRI和CT之間先行正態(tài)分布檢驗和方差齊性檢驗，再使用配對t檢驗比較，CE-MRI和CT增強(qiáng)腫瘤體積使用線性回歸模型進(jìn)行比較。計算Pearson相關(guān)系數(shù)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 兩種成像方法的一般特征

15例患者由于影像學(xué)表現(xiàn)不典型，肝動靜脈瘺，或病變太小被排除。60例患者被納入研究。研究組病例典型的MRI表現(xiàn)為：肝臟體積增大，可見團(tuán)塊狀軟組織影，腫塊在T2WI上顯示高信號，T1WI呈稍低信號，增強(qiáng)掃描病變動脈期中度不均勻強(qiáng)化，門脈期強(qiáng)化減退；腹膜后有時見腫大淋巴結(jié)；門脈主干及左右支部分病例有癌栓形成，門脈主干增粗，脾門靜脈血管迂曲，擴(kuò)張。CT表現(xiàn)為：平掃肝實質(zhì)內(nèi)可見不均質(zhì)低密度腫塊影，增強(qiáng)掃描動脈期呈顯著不均勻性強(qiáng)化，門脈期強(qiáng)化程度減退，內(nèi)見片狀低密度無強(qiáng)化區(qū)。部分患者肝實質(zhì)內(nèi)可見散在子灶，肝周、脾周見少許水樣密度影。腹膜后見腫大淋巴結(jié)影。

2.2 兩種成像方法的一致性分析

腫瘤體積的平均值在C E-M R I上為（2 3.5 3±7.6 3）c m3；在增強(qiáng)C T上為（22.72±7.49）cm3（圖1），兩種成像方法測量的腫瘤體積結(jié)果比較無統(tǒng)計學(xué)意義（t=0.59，P=0.56）。兩種種成像方法測量的病灶體積之間具有強(qiáng)相關(guān)性（r=0.99，95% CI=0.97～0.99）（圖2）。

圖1 區(qū)域生長ACM分割肝細(xì)胞癌的體積（圖中紫色部） A-C：增強(qiáng)CT的體積測量圖；D-F：CE-MRI的體積測量圖Figure1 HCC lesion segmentation with region-based ACM (purple portions) A-C:The volume measurement image by enhanced CT；D-F:The volume measurement image by CE-MRI

圖2 CE-MRI測量體積與增強(qiáng)CT測量體積的相關(guān)性分析Figure2 Correlation analysis of tumor volumes obtained by CE-MRI and contrast-enhanced CT

3 討 論

3.1 肝細(xì)胞癌體積評估的重要性

肝體積計算和虛擬肝切除術(shù)對于肝癌精準(zhǔn)肝切除術(shù)的手術(shù)方案選擇有重要價值[9]。根據(jù)增強(qiáng)CT或CE-MRI的掃描圖像來進(jìn)行術(shù)前精準(zhǔn)體積測量，對于安全實施復(fù)雜肝臟切除手術(shù)的作用至關(guān)重要，計算肝臟切除體積與殘余肝體積，仔細(xì)觀察測量計劃與周圍解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系[10]，得到手術(shù)前、后的肝臟腫塊體積以及殘余肝臟體積數(shù)據(jù)，對于肝臟腫瘤切除、肝移植等手術(shù)的患者非常有必要，有助于減少因術(shù)后殘肝體積過小而造成的各種并發(fā)癥。

肝臟腫塊體積評估有助于間接評估肝儲備功能，術(shù)后測量殘余肝臟體積，有助于外科醫(yī)生了解肝臟的再生情況[11]。

3.2 基于區(qū)域生長ACM測量肝癌體積的優(yōu)勢

肝細(xì)胞癌體積區(qū)域生長ACM允許結(jié)合軟件改善工作流程，提高效率，提高閱片準(zhǔn)確性。相反，手動分割需要更多時間，高水平專業(yè)知識，以及對圖像功能的良好了解。區(qū)域生長ACM分割軟件綜合了腫瘤的復(fù)雜外形，鄰近結(jié)構(gòu)，不同程度的增強(qiáng)，和相鄰的偽影。在本研究中，區(qū)域生長ACM體積分割軟件成功應(yīng)用于用二種成像方式分割腫瘤。

區(qū)域生長ACM有助于更準(zhǔn)確地識別腫瘤反應(yīng)，并用于評估肝細(xì)胞癌在TACE（經(jīng)導(dǎo)管肝動脈化療栓塞）之后的影像學(xué)改變，本研究表明在CEMRI和增強(qiáng)CT圖像上基于區(qū)域生長主動輪廓模型切割方法獲得的腫瘤體積數(shù)據(jù)具有強(qiáng)相關(guān)性。使用三維區(qū)域生長ACM腫瘤分割進(jìn)行腫瘤體積測量可能比一維和二維測量方法更準(zhǔn)確[12-13]。

3.3 關(guān)于腫瘤體積計算的圖像分割方法

3D可視化技術(shù)可以計算剩余肝臟體積，并可提高中央型肝腫瘤肝切除手術(shù)前規(guī)劃的準(zhǔn)確率及幫助術(shù)中精確操作[13]。有幾種半自動圖像分割技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于腫瘤體積分析[14-16]。區(qū)域生長算法是最常用的方法，也是CT圖像后處理技術(shù)的重要方法。區(qū)域生長算法的基本原理是將有相似性質(zhì)的像素點(diǎn)合并到一起。對每一個區(qū)域要先指定一個種子點(diǎn)作為生長的起點(diǎn)，然后將種子點(diǎn)周圍區(qū)域的像素點(diǎn)和種子點(diǎn)進(jìn)行對比，將具有相似性質(zhì)的點(diǎn)合并起來繼續(xù)向外生長，直到滿足條件的像素被包括進(jìn)來為止，這樣一個區(qū)域的生長就完成了[17-18]。在使用中，它依賴于肝細(xì)胞癌圖像的形狀和線性的組合。每個形狀都建立在3D區(qū)域圖像的特征上，其中心位置和大小由操作者劃定。這些圖形通過基于圖像的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化結(jié)合在一起，可以設(shè)置增長的靈敏度包含或排除新形狀，自動控制整體組合最終實現(xiàn)體積分割。

肝細(xì)胞癌體積區(qū)域生長ACM切割方法是在三維圖像上基于閾值區(qū)域生長獲得一層圖像中肝細(xì)胞癌病變的初始輪廓，再利用ACM獲得該層的結(jié)果，然后將分割結(jié)果作為相鄰層圖像的初始輪廓進(jìn)行ACM分割，通過迭代算法，實現(xiàn)對腫瘤在一組三維圖像序列的切割[19]。在此基礎(chǔ)上，該算法利用肝臟輪廓位置獲得肝臟腫瘤位置的臨界值，再將肝臟腫瘤數(shù)據(jù)分割出來，從而實現(xiàn)肝臟腫瘤邊界的半自動分割，計算腫塊體積[20]。

3.4 國際上腫瘤體積分割技術(shù)在評估TACE對腫瘤反應(yīng)的應(yīng)用趨勢

當(dāng)今國際上廣泛應(yīng)用的評估T A C E對腫瘤反應(yīng)的方法包括：實體腫瘤反應(yīng)的評估標(biāo)準(zhǔn)（Response Evaluation Criteria in Solid Tumor，RECIST）[20-21]；歐洲肝臟研究協(xié)會（European Association for the Study of the Liver，EASL）的指南[22-23]；修改后的RECIST（mRECIST）[24-25]評估標(biāo)準(zhǔn)?；诓≡钪睆降腞ECIST評估標(biāo)準(zhǔn)用于測量整體腫瘤大小的變化，EASL則用于測量腫瘤增強(qiáng)的區(qū)域，而mRECIST測量腫瘤增強(qiáng)直徑最大值。實際上這3種評估方法都是一維或者二維的測量方法，都不能精確的評估腫瘤體積變化情況[26]雖然目前在臨床上RECIST、EASL、mRECIST仍是評估TACE治療反應(yīng)的3種公認(rèn)方法，但這3種方法在實際應(yīng)用中都表現(xiàn)出了比較大的局限性[27]。TACE栓塞腫瘤血供引起的腫瘤部分壞死，導(dǎo)致腫瘤實質(zhì)不均勻強(qiáng)化和瘤體大小形態(tài)不規(guī)則，導(dǎo)致評估TACE腫瘤反應(yīng)的3種方法得出的結(jié)果誤差較大，一定程度上影響了臨床醫(yī)生對患者治療效果的判斷[28]。近來，國際上提出了一種新的評估方法——容量評估。它是通過半自動腫瘤切割來完成的，具體做法為：⑴ 確定整個腫瘤體積；⑵ 確定增強(qiáng)腫瘤體積；⑶ 確定增強(qiáng)腫瘤體積的百分比。并且把這些方法稱為定量EASL（QEASL）和體積RECIST（VRECIST）[29]。這些方法，可以比較準(zhǔn)確的測量腫瘤體積的大小，并且通過比較治療前后腫瘤體積大小的變化幫助臨床醫(yī)生精準(zhǔn)判斷治療的效果[30]

3.5 在增強(qiáng)CT和CE-MRI圖像上進(jìn)行肝細(xì)胞癌體積測量一致性研究的意義

在實際工作中發(fā)現(xiàn)部分患者在治療前后所采用的肝臟影像學(xué)檢查并不一致，由于檢查費(fèi)用控制，部分患者首診和復(fù)查隨訪時僅選擇做增強(qiáng)CT或者CE-MRI檢查，兩種檢查并不全做。這就給臨床醫(yī)生帶來了困惑，兩種不同的影像學(xué)檢查所測出的腫瘤體積數(shù)據(jù)是否具有一致性？雖然大家主觀上都認(rèn)為應(yīng)該基本一致，但缺少研究數(shù)據(jù)的支撐。為了解決證實這一問題，本研究回顧性分析了60例患者的60個靶病灶，均同時進(jìn)行了增強(qiáng)CT和增強(qiáng)MRI掃描，再把數(shù)據(jù)導(dǎo)入后處理工作站通過半自動腫瘤分割軟件進(jìn)行腫瘤體積測算，發(fā)現(xiàn)通過兩種不同影像學(xué)檢查方法所得到的數(shù)據(jù)算出的腫瘤體積具有高度一致性，從而證實了這一判斷，解決了臨床醫(yī)生在這一問題上的困擾。

本研究也有一定的局限性，本次研究所選取的靶病灶都是輪廓比較清晰的病灶，對于有多發(fā)轉(zhuǎn)移及浸潤性病灶，并且伴有門靜脈癌栓的患者，通過區(qū)域生長主動輪廓模型腫瘤分割來精準(zhǔn)測量腫瘤體積仍有較大的困難，如何進(jìn)行全肝多發(fā)及浸潤腫瘤病灶體積測量，這也是今后研究的方向。