王楠，劉愛(ài)連，李燁，徐明哲，王學(xué)東，郭研

肝膿腫是由細(xì)菌感染致肝實(shí)質(zhì)的壞死液化并聚集形成膿腔，病理分期可劃分為炎癥期、成膿早期和成膿期[1]，不同時(shí)期影像表現(xiàn)不同。有文獻(xiàn)報(bào)道了肝膿腫的CT表現(xiàn)，典型者為“環(huán)征、腔內(nèi)出現(xiàn)小氣泡或氣-液平面、一過(guò)性強(qiáng)化征”，不典型者為“花瓣征和簇形征以及肝膿腫周圍膽管輕度擴(kuò)張、積氣等間接征象”[2-3]。肝轉(zhuǎn)移瘤表現(xiàn)為低密度灶內(nèi)存在更低密度區(qū)，從而呈同心圓狀或等高線狀雙重輪廓結(jié)構(gòu)，并且由于腫瘤邊緣結(jié)蹄組織、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和血管增生，呈現(xiàn)邊緣強(qiáng)化，這些表現(xiàn)易與肝膿腫混淆[4]。由于肝膿腫和肝轉(zhuǎn)移瘤的臨床治療方案及預(yù)后不同，故對(duì)于二者的鑒別具有重大意義。

圖像紋理是指人們所觀察到的圖像中像素的灰度變化規(guī)律，是真實(shí)圖像固有的特性，可以一定程度上反映病變的內(nèi)部組織學(xué)特性[5]。影像圖像的紋理特征分析即對(duì)圖像像素灰度值局部特征、像素、灰度值變化規(guī)律及其分布模式進(jìn)行研究。在影像圖像中，紋理特征的變化往往反應(yīng)機(jī)體的病理變化[6-7]。既往已有研究表明紋理分析技術(shù)結(jié)合常規(guī)CT圖像能夠應(yīng)用于全身各個(gè)系統(tǒng)，包括疾病鑒別診斷、病理分級(jí)、轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的診斷以及腫瘤的預(yù)后評(píng)估[8-11]。但是，目前尚無(wú)雙能CT平掃圖像結(jié)合紋理分析技術(shù)對(duì)肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤的鑒別的相關(guān)性研究。本研究旨在探討雙能CT平掃圖像結(jié)合紋理分析對(duì)肝膿腫和肝轉(zhuǎn)移瘤的鑒別診斷價(jià)值。

材料與方法

1.一般資料

回顧性分析2011年9月-2016年12月行能譜CT掃描的58例肝膿腫和肝轉(zhuǎn)移瘤患者的病例資料。肝膿腫均經(jīng)穿刺引流后病理證實(shí)或治療隨診病灶縮小，臨床化驗(yàn)指標(biāo)恢復(fù)正常而證實(shí)，其中經(jīng)穿刺病理證實(shí)10例，腫瘤標(biāo)志物陰性，經(jīng)抗炎治療后病灶縮小而證實(shí)19例。肝轉(zhuǎn)移瘤組中原發(fā)瘤為胰腺癌9例，肺癌、胃癌、結(jié)直腸癌各5例，乳腺癌、肝癌、膽囊癌、腎癌、輸卵管癌各1例，均經(jīng)術(shù)后病理、胃腸鏡或穿刺活檢證實(shí)；肝轉(zhuǎn)移瘤均經(jīng)隨訪(1個(gè)月～3年，病灶增多或增大)結(jié)合臨床病史及影像表現(xiàn)而證實(shí)。納入標(biāo)準(zhǔn)：肝膿腫的膿腔和伴有中央壞死的轉(zhuǎn)移瘤的囊腔完全形成或部分形成者。排除標(biāo)準(zhǔn)：膿腔內(nèi)放置引流管或含有大量氣體(共3例)。最終入組肝膿腫26例(共27個(gè)病灶，囊腔大小2.0～9.0 cm)，其中男17例，女9例，年齡33～80歲，中位年齡63歲。肝轉(zhuǎn)移瘤29例(共39個(gè)病灶，囊腔大小1.5～11.0 cm)，其中男16例，女13例，年齡35～86歲，中位年齡62歲。

2.CT掃描方法

應(yīng)用HD750能譜CT機(jī)(Discovery)，采用GSI掃描模式，管電壓為140 kVp和80 kVp的瞬時(shí)(0.5 ms)切換，螺距1.375，螺旋掃描速度0.6 s/r，探測(cè)器寬度4 cm；噪聲指數(shù)(noise index，NI)為10；管電流約375 mA，掃描層厚5 mm，層間隔5 mm。

3.紋理分析

在AW4.5工作站上，重建單能量圖像(40 keV、50 keV、60 keV、70 keV)，并將圖像以DICOM格式存儲(chǔ)后導(dǎo)入Omni-Kinetics軟件。選擇病灶囊腔最大層面，沿病灶內(nèi)側(cè)緣約2 mm手動(dòng)勾畫(huà)興趣區(qū)(ROI)。所有ROI由一名具有腹部CT診斷經(jīng)驗(yàn)的高年資醫(yī)師勾畫(huà)。應(yīng)用灰度直方圖及灰度共生矩陣紋理分析方法測(cè)定熵值(entropy)、能量(energy)、偏度(skewness)、方差(variance)及逆差矩(inverse difference moment)5個(gè)參數(shù)。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

圖1 肝膿腫。a) 40keV條件下病灶ROI示意圖； b) 相應(yīng)灰度直方圖。圖2 肝轉(zhuǎn)移瘤。a) 40keV條件下病灶ROI示意圖； b) 相應(yīng)灰度直方圖。

圖3 50keV圖像方差聯(lián)合偏度對(duì)肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤鑒別的ROC曲線。

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析。符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行Mann-Whitney U檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。選擇有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的參數(shù)繪制受試者操作特征(receiver operator characteristic,ROC)曲線，并獲得曲線下面積(area under the curve,AUC)。應(yīng)用二元logistics回歸分析分別聯(lián)合不同單能量圖像所得的兩個(gè)最佳紋理參數(shù)，并計(jì)算紋理參數(shù)聯(lián)合后的閾值及效能(敏感度、特異度)。

結(jié) 果

1.囊腔直徑比較

肝膿腫組病灶囊腔長(zhǎng)徑約(4.63±1.78) cm，肝轉(zhuǎn)移瘤組囊腔長(zhǎng)徑約(4.02±2.18) cm，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.826，P>0.05)。

2.紋理分析定量參數(shù)的數(shù)據(jù)分析

40～60 keV條件下熵值、能量、方差、逆差矩差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。50 keV及60 keV條件下偏度差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。70 keV條件下僅方差差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-2.524，P<0.05)，見(jiàn)表1，圖1～2。

3.診斷效能分析

40～60 keV診斷效能最佳紋理參數(shù)均為方差，AUC分別為0.754，0.708，0.701。70 keV條件下方差鑒別肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤的AUC為0.684(表2)。

4.聯(lián)合診斷分析

40 keV及60 keV圖像分別聯(lián)合方差和逆差矩，50 keV圖像聯(lián)合方差和偏度，鑒別肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤的AUC分別為0.763、0.713、0.782，其中50 keV圖像聯(lián)合方差和偏度鑒別兩者的AUC最高，其敏感度及特異度分別為88.9%、69.2%(表3，圖3)。

討 論

CT是臨床中應(yīng)用最為廣泛的影像學(xué)檢查，能清晰顯示肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤的典型影像表現(xiàn)。但常規(guī)CT平掃圖像提供信息有限，難以進(jìn)行定性診斷。進(jìn)行增強(qiáng)檢查又會(huì)增加部分患者的心理負(fù)擔(dān)及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，并且另有一小部分因患者對(duì)對(duì)比劑過(guò)敏或腎功能不良無(wú)法進(jìn)行增強(qiáng)檢查。

能譜CT成像以其多參數(shù)成像的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行多角度研究，既往已有大量學(xué)者研究表明能譜CT在臨床應(yīng)用的價(jià)值[12-13]。而圖像紋理分析是通過(guò)一定的計(jì)算機(jī)輔助圖像處理后技術(shù)，從灰度直方圖、絕對(duì)梯度、游程矩陣、共生矩陣、自回歸模型和小波變換6個(gè)方面提取出紋理特征參數(shù)，從而獲得紋理特征的定量或定性描述的處理過(guò)程[14-16]。國(guó)內(nèi)研究[17-18]較多進(jìn)行常規(guī)CT圖像的紋理分析，尚無(wú)能譜CT單能量圖像的紋理分析，因此本研究旨在結(jié)合能譜CT單能量圖像和紋理分析技術(shù)，對(duì)肝膿腫和肝轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行鑒別診斷。

表1 兩組間紋理參數(shù)比較

注：*數(shù)據(jù)代表t值。

表2 CT紋理分析定量參數(shù)鑒別肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤的效能

表3 平掃圖像兩參數(shù)聯(lián)合分析鑒別肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤的效能

入組病例中，肝轉(zhuǎn)移瘤組與肝膿腫組影像表現(xiàn)相似，均含有不強(qiáng)化區(qū)，形態(tài)多規(guī)則，與周圍正常肝實(shí)質(zhì)相比呈低密度，因此通過(guò)常規(guī)CT平掃圖像難以鑒別。本研究應(yīng)用灰度直方圖及灰度共生矩陣兩種紋理分析方法對(duì)平掃單能量圖像(40 keV、50 keV、60 keV、70 keV)進(jìn)行紋理特征提取?；叶戎狈綀D是對(duì)一幅圖像所包含的全部像素的灰度做統(tǒng)計(jì)，以橫坐標(biāo)表示灰度值，縱坐標(biāo)表示圖像中具有該灰度的像素個(gè)數(shù)?；叶戎狈綀D反映的是圖像灰度的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，不包含空間位置信息?；叶裙采仃囀菍?duì)圖像上保持某距離的兩像素分別具有某灰度的狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到的，是統(tǒng)計(jì)在空間上處于某種同樣位置關(guān)系的一對(duì)像元的灰度聯(lián)合概率分布，反應(yīng)灰度分布的空間信息。共分析5個(gè)常用紋理參數(shù)，包括熵值、能量、偏度、方差及逆差矩。能量是一種對(duì)圖像灰度分布均勻性的度量，當(dāng)圖像灰度分布比較均勻時(shí)，值較大；熵值用來(lái)描述圖像所具有的信息量，熵越大說(shuō)明圖像灰度分布越復(fù)雜，內(nèi)部信息越粗糙；方差反應(yīng)圖像灰度的離散程度；偏度是直方圖非對(duì)稱分布程度的定量描述，反映統(tǒng)計(jì)分布的偏斜的方向和程度[19]。

研究結(jié)果表明，除40 keV圖像偏度外，40～70 keV圖像中肝膿腫組熵值及方差均大于肝轉(zhuǎn)移瘤組，能量、偏度絕對(duì)值及逆差矩均小于肝轉(zhuǎn)移瘤組，提示肝膿腫膿腔內(nèi)灰度分布較轉(zhuǎn)移瘤更復(fù)雜，且不均勻，離散程度高，分析原因?yàn)楦文撃[膿腔由壞死組織及大量炎細(xì)胞所構(gòu)成的膿液，肝轉(zhuǎn)移瘤中心內(nèi)含有少量腫瘤細(xì)胞，成分相對(duì)單一[20-21]。其中，除了40 keV圖像偏度無(wú)顯著差異，其他低能量圖像(40～60 keV)各參數(shù)均有顯著差異，70 keV圖像僅方差具有顯著差異，提示單能量圖像(40～60 keV)結(jié)合紋理分析技術(shù)對(duì)肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行鑒別是可行的。50 keV條件下，方差閾值為207.93，圖像灰度越離散，提示肝膿腫可能性越大。偏度閾值為-0.0039，直方圖越呈現(xiàn)非對(duì)稱分布，越提示肝轉(zhuǎn)移瘤。診斷效能最佳為50 keV圖像中方差與偏度的聯(lián)合，AUC為0.782，敏感度為88.9%，特異度為69.2%，提示對(duì)于肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤的鑒別，若結(jié)合紋理分析技術(shù)，50 keV平掃圖像為最佳選擇。 方差通過(guò)計(jì)算圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)的強(qiáng)度值與平均強(qiáng)度值的偏差程度，來(lái)反映圖像灰度值的離散情況，從而間接反映病灶內(nèi)部的異質(zhì)性，方差越大，表示病灶內(nèi)部分布越不均勻，但單獨(dú)看方差的結(jié)果，無(wú)法得知圖像灰度整體的偏倚趨勢(shì)；而偏度恰好反映的是圖像灰度值整體分布的形態(tài)和趨勢(shì)，偏度越高，代表圖像灰度值的分布越偏倚，即越偏離正態(tài)分布，從偏度的正負(fù)則可以看到灰度值是越集中在偏小值附近還是偏大值附近。將方差和偏度進(jìn)行聯(lián)合，可以更全面的反映圖像灰度值的分布情況，包括均勻程度和分布趨勢(shì)，因此對(duì)于病灶的鑒別效能更優(yōu)。

本研究具有一定局限性：ROI勾畫(huà)采用人工勾畫(huà)，雖在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行嚴(yán)格控制，但難以避免人為誤差；尚需進(jìn)一步收集病例，對(duì)于紋理分析和能譜CT的結(jié)合進(jìn)行深入研究。

綜上所述，能譜CT低能量平掃圖像結(jié)合紋理分析對(duì)肝膿腫與肝轉(zhuǎn)移瘤的鑒別診斷具有一定價(jià)值，50 keV平掃圖像結(jié)合紋理分析可獲得最佳診斷效能。