1.安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院影像科 (安徽 合肥 230001)

2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 (安徽 合肥 230026)

嚴 立1 程 琦1 余 快2呂維富1 鄧克學(xué)1 韋 煒1趙英明1 何 峰1

近年來腎癌的發(fā)病率逐漸升高，透明細胞型腎癌是腎原發(fā)惡性腫瘤中最多見的病理類型[1]，F(xiàn)uhrman分級[2]是ccRCC患者一項重要的預(yù)后指標。目前，多種影像學(xué)檢查為腎臟腫瘤的術(shù)前診斷提供了依據(jù)。B超雖然經(jīng)濟、便利，但對腫瘤的定性診斷價值有限，還需結(jié)合CT、MRI檢查；MRI對腎臟病變及腎周結(jié)構(gòu)顯示良好，但掃描時間長、費用昂貴，故術(shù)前常規(guī)應(yīng)用受限。CT是目前腎臟腫瘤診斷最主要的檢查方法，CT紋理分析(CT texture analysis，CTTA)作為一項新興的圖像后處理技術(shù)，突破了傳統(tǒng)影像閱片的局限性，已應(yīng)用于腫瘤的異質(zhì)性分析、預(yù)后評估及治療反應(yīng)的預(yù)測等[3]。本研究旨在探討定量CT紋理分析評估腎透明細胞癌Fuhrman分級的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料搜集2016年6月至2018年11月于安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院CT室接受泌尿系CT平掃+增強掃描的患者，納入手術(shù)病理診斷為ccRCC并且Fuhrman分級明確的患者78例，其中男47例，女31例，年齡范圍27～80歲，平均年齡(55.1±11.6)歲。Fuhrman分級Ⅰ-Ⅳ級患者分別為15例、37例、17例、9例。所有患者均為第一次確診，此前未曾接受過任何治療。所有病例圖像均能用于軟件分析。

1.2 檢查方法采用美國通用電器(GE)公司生產(chǎn)的Discovery CT750對患者行常規(guī)泌尿系CT平掃+增強掃描。采用高壓注射器以2.5～3.5ml/s的注射速度經(jīng)肘靜脈注射總劑量60～80ml的碘佛醇。分別于注藥后的30～35s、70～75s掃描獲得皮質(zhì)期和髓質(zhì)期圖像，重建圖像層厚1.25mm，層間距1.25mm。所有患者CT圖像以JPG.格式從工作站導(dǎo)出。

1.3 圖像分析和處理由2名高年資醫(yī)師分別采用雙盲法運用Matlab 2014a軟件對圖像進行紋理分析。首先用拉普拉斯濾波對所有圖像進行預(yù)處理，去除噪聲干擾，使圖像更為清晰。然后在經(jīng)過預(yù)處理的影像中找到病灶邊界最清晰的時相，并在此期相中選取病灶最大層面和以其為中心的上下兩個層面沿輪廓勾畫ROI，然后將ROI復(fù)制粘貼于其他時相，適當調(diào)整使ROI的位置、大小及形狀，盡可能使ROI的選取在不同時相中保持一致，最后運用灰度直方圖函數(shù)和灰度共生矩陣函數(shù)提取出8個紋理特征，生成相應(yīng)的紋理參數(shù)值(詳見圖1-4)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS22.0軟件進行統(tǒng)計分析。Shapiro-Wilk檢驗計量資料是否符合正態(tài)分布。正態(tài)分布的資料以(±s)表示，偏態(tài)分布的資料以M(Q25,Q75)表示。計數(shù)資料以例數(shù)和百分位數(shù)表示。計數(shù)資料比較運用卡方檢驗；計量資料FuhrmanⅠ～Ⅳ級間的紋理特征值經(jīng)過log轉(zhuǎn)換后，若服從正態(tài)分布，采用方差分析進行組間比較，若組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，進一步采用Bonferroni法進行兩兩比較；如果不服從正態(tài)分布，組間比較采用Kruskal-Wallis秩和檢驗，當組間整體有統(tǒng)計學(xué)差異，進一步采用DSCF法進行多重比較。Fuhrman低(Ⅰ+Ⅱ級)、高(Ⅲ+Ⅳ級)級別組間的紋理特征值滿足正態(tài)性且兩組間方差相等，采用t檢驗進行組間比較；否則考慮非參數(shù)Wilcoxon秩和檢驗。紋理特征值與Fuhrman分級的相關(guān)性分析采用 Spearman 秩檢驗，當|r|值＜0.3為弱相關(guān)，臨床應(yīng)用價值有限；紋理特征間的相關(guān)性評價采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)；采用ROC曲線評價CT紋理分析評估腎透明細胞癌Fuhrman分級的效能。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

表1 ccRCC患者Fuhrman分級Ⅰ-Ⅳ級間紋理特征值比較

表2ccRCC患者Fuhrman高、低級別組間紋理特征值比較

表3 CT 紋理特征間的相關(guān)系數(shù)矩陣

2.1 ccRCC患者Fuhrman分級Ⅰ-Ⅳ級間紋理特征值比較不同F(xiàn)uhrman分級患者間3個紋理特征值(平均值、標準差、相關(guān)度)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，另外5個特征值(峰值、偏度、對比度、能量、一致性)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，詳見表1。

2.2 ccRCC患者Fuhrman高、低級別組間紋理特征值比較ccRCC患者高級別組的相關(guān)度高于低級別組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.001)，其余特征值之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，詳見表2。對組間有差異的特征值進行兩兩比較：①平均值：Ⅰ級與Ⅳ級、Ⅱ級與Ⅳ級、Ⅲ級與Ⅳ級間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，其余組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)；②標準差：Ⅰ級與Ⅳ級間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，其余組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)；③相關(guān)度：Ⅰ級與Ⅳ級、Ⅱ級與Ⅳ級間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，其余組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。

2.3 CT 紋理特征間的相關(guān)系數(shù)矩陣8個紋理特征(平均值、標準差、峰值、偏度、對比度、相關(guān)度、能量、一致性)當中，相關(guān)度與 Fuhrman分級相關(guān)性分析的|r|值為0.382(P＜0.05)，余紋理特征與Fuhrman分級的|r|值均＜0.3，臨床應(yīng)用價值尚有限；各CT紋理特征間的相關(guān)系數(shù)|r|值為0.241～0.975，48.89%(22/45)紋理特征間有明顯的相關(guān)性(|r|≥0.5)，其中標準差與平均值的相關(guān)性最高(|r|=0.975)，平均值與能量、偏度與峰度的相關(guān)性也較高(|r|值分別0.948、0.954)，詳見表3。

2.4 相關(guān)度鑒別ccRCC患者Fuhrman高低級別的ROC相關(guān)度在鑒別Fuhrman高、低級別腎透明細胞癌的ROC曲線下面積為0.753，診斷敏感度、特異度分別為76.92%、71.15%，詳見圖5。

3 討 論

腎透明細胞癌是腎細胞癌最常見的亞型，占70%左右，核分級是評估ccRCC患者預(yù)后的一項重要指標[4]。有研究表明，F(xiàn)uhrmanⅠ級、Ⅱ級ccRCC患者的5年生存率分別為95.9%、86.6%，而FuhrmanⅢ—Ⅳ級ccRCC患者的5年生存率則下降至60.1%，高、低級別患者在接受手術(shù)治療后的復(fù)發(fā)率也存在顯著差異[5]。

根據(jù)傳統(tǒng)的CT征象閱片方法，影像醫(yī)師僅能對腎透明細胞癌患者的病灶分期進行大致評估，很難對其Fuhrman分級進行預(yù)測。穿刺活檢雖能明確腫瘤的病理類型與組織分級，但其屬于一項侵入性檢查，且存在出血、感染、腫瘤細胞播散種植及穿刺失敗等風(fēng)險[6]，并不作為腎癌患者的術(shù)前常規(guī)檢查。紋理分析是一項新興的計算機圖像后處理技術(shù)，操作方便、可重復(fù)性強，它既不需要特殊的掃描模式，也不會增加患者的輻射劑量，很容易融入到現(xiàn)有的影像工作流程當中。Hodgdon[7]等人發(fā)現(xiàn)，紋理分析在CT平掃圖像上就能準確的對乏脂型腎血管平滑肌脂肪瘤與腎癌進行鑒別。如今，紋理分析在醫(yī)學(xué)圖像上的應(yīng)用，尤其在腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用，已成為眾多學(xué)者研究的一大熱點。CTTA主要是通過對CT圖像像素值及其空間分布變化進行量化分析，獲取一系列紋理量化參數(shù)，來評估腫瘤的異質(zhì)性[8]。異質(zhì)性是惡性腫瘤與正常組織結(jié)構(gòu)或良性病變的最大區(qū)別點，其主要表現(xiàn)在基因和表型的異質(zhì)性上[9]。最新大量研究表明，CT紋理特征能夠反映腫瘤內(nèi)部的隱性病理特征。例如：Lubner等[10]將紋理分析應(yīng)用于不同病理類型的腫瘤，結(jié)構(gòu)式調(diào)查結(jié)果顯示CTTA可對腫瘤的侵襲性行為和治療抵抗行為進行監(jiān)測；Ganeshan等[11]研究發(fā)現(xiàn)非小細胞肺癌的CT圖像紋理特征與腫瘤缺氧、腫瘤的新生血管存在很大相關(guān)性。不同的紋理特征參數(shù)有望成為不同腫瘤的潛在影像生物學(xué)標記物，為臨床醫(yī)師提供更多的診療依據(jù)。

圖1-4 男，30歲，左腎癌，F(xiàn)uhrman Ⅲ級：圖1 預(yù)處理前CT皮質(zhì)期圖像；圖2 經(jīng)過拉普拉斯濾波后的CT皮質(zhì)期圖像；圖3 灰度直方圖；圖4 灰度共生矩陣圖；圖5 相關(guān)度鑒別ccRCC患者Fuhrman高低級別的ROC，相關(guān)度鑒別ccRCC患者Fuhrman高、低級別的ROC下面積為0.753，診斷的敏感度和特異度分別為76.92%、71.15%。

本研究利用紋理分析在醫(yī)學(xué)影像中常用的一階、二階統(tǒng)計法[12]，即基于灰度直方圖和基于灰度共生矩陣的分析法，分別對圖像中感興趣區(qū)不同灰度的出現(xiàn)頻率和不同灰度強度的空間分布特點進行分析，提取出8個紋理特征參數(shù)。統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果顯示：Fuhrman高低級別組間相關(guān)度參數(shù)的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，而8個紋理特征參數(shù)與 Fuhrman分級相關(guān)性分析也得出相關(guān)度這一特征參數(shù)與Fuhrman分級相關(guān)性最高(|r|=0.382)，具有較大的臨床應(yīng)用價值。相關(guān)度表示感興趣區(qū)內(nèi)局部像素的相關(guān)性，局部像素值越相近，其參數(shù)值越高[13]。有研究表明[14]，高級別腫瘤細胞密度更高、生長速度更快、侵襲性更強，為了滿足自身需要，腫瘤細胞會產(chǎn)生許多腫瘤血管生長因子，促進大量腫瘤血管生成。而低級別腫瘤不能較快的誘導(dǎo)腫瘤血管生成，其血供一部分來源于殘存于腫瘤內(nèi)的宿主血管，另一部分來源于新生腫瘤血管。故在CT增強圖像上，高級別組患者病灶較低級別組的局部像素值更相近，相關(guān)性更強，相關(guān)度參數(shù)值就更高。Lubner[15]曾對病灶最大橫徑大于7cm的腎癌CT圖像采用一階直方圖統(tǒng)計法進行紋理分析得出：熵、正像素的平均值和標準差跟腫瘤的核分級存在一定的相關(guān)性。本研究結(jié)果同樣顯示FuhrmanⅠ-Ⅳ級間平均值、標準差參數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，與Lubner研究結(jié)果有相似之處，并增加了二階共生矩陣統(tǒng)計法對腫瘤像素的空間分布特點進行分析的研究內(nèi)容，結(jié)果顯示相關(guān)度參數(shù)有更大的臨床應(yīng)用價值。另外，現(xiàn)有文獻很少對紋理特征參數(shù)之間的相關(guān)性進行報道。筆者通過進一步對8個紋理特之間的相關(guān)性進行探究發(fā)現(xiàn)：不同F(xiàn)uhrman分級的ccRCC患者各個紋理特征間有明顯的相關(guān)性。雖然這幾個紋理特征參數(shù)有著不同的含義，但都是從不同角度反映腫瘤的異質(zhì)性。本研究的納入對象均為經(jīng)病理證實的腎透明細胞癌患者，盡管病例的組織學(xué)分級有一定的差異，但病理類型相同，在CT增強掃描中，腫瘤大都表現(xiàn)為較明顯的“快進快出”強化方式，故在紋理分析中，各特征參數(shù)間有著潛在的共性。

本研究的不足之處在于：搜集的樣本量有限，F(xiàn)uhrmanⅣ級的病例數(shù)較Ⅰ-Ⅲ級的數(shù)量少，存在無法避免的局限性。由于在CT平掃圖像上，部分患者病灶邊界與周圍正常腎實質(zhì)分界不清，勾畫ROI誤差增大，故只對所有患者的增強圖像進行了紋理分析，就缺失了平掃圖像的紋理信息。另外，本研究僅選取了8個紋理特征參數(shù)，結(jié)果不夠全面，后續(xù)應(yīng)進一步對病例進行感興趣容積[16]的提取及影像組學(xué)分析[17]，得到更客觀、科學(xué)的研究結(jié)果。