基于灰度共生矩阵的ADC 纹理分析鉴别直肠癌T3 亚分期的临床价值

蒋 恒 王 磊 夏开建 翁晓燕 吴 妹 蒋建龙 陆志华

直肠癌患者中T3 期占了多数（60%～80%）[1-2]，T3 期直肠癌根据肿瘤浸润直肠系膜深度不同，预后差异较大。目前，常规MRI 对直肠癌的T 分期总体准确率为71%～90%[3-4]，弥散加权成像的表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）与直肠癌的T 分期具有相关性[3，5]。纹理分析作为现阶段一种图像分析的新技术，可以定量描述肿瘤的异质性，已用于病变的鉴别诊断、预后和疗效的评估[6-8]。本研究探讨基于灰度共生矩阵（gray-level cooccurrence matrix，GLCM）的ADC 纹理分析在判断直肠癌T3 亚分期的可行性和价值。

方 法

1.患者资料

回顾性分析本院2016 年7 月～2018 年12 月符合以下标准的患者。纳入标准：①病理证实为T3 期直肠腺癌；②术前未行辅助放化疗；③术前有完整的MRI 影像资料，包括T2WI 和DWI；④术后取得完整的病理结果。排除标准：①DWI 图像上伪影较多，病变区图像变形不能用于分析；②特殊的病理类型，如粘液腺癌。59 例患者纳入研究，男34 例，女25 例，年龄41 ～85 岁，中位年龄66 岁。

2.MRI 检查方法

采用荷兰Philips Achieva 3.0T 超导MR 扫描仪，16 通道体部相控阵线圈。检查前30 分钟灌肠清洁肠道。检查前10 分钟肌注盐酸山莨菪碱10mg使肠道处于低张状态。扫描序列和参数为：①矢状面T2WI：TR3577ms，TE70ms，回波链长度20，层 厚3mm， 层 间 距0mm，FOV24cm×24cm， 矩阵300×266，信号平均次数3；②冠状面高分辨T2WI：TR3000ms，TE75ms，回波链长度18，层厚2mm， 层 间 距0mm，FOV18cm×18cm， 矩 阵300×218，信号平均次数3；③轴面高分辨T2WI：TR3000ms，TE75ms，回波链长度18，层厚3mm，层间距0mm，FOV18cm×18cm，矩阵368×273，信号平均次数3；④轴面DWI：TR2750ms，TE76ms，层厚3mm，层间距0mm，FOV22cm×22cm， 矩阵112×118，信号平均次数2，b=0、1000s/mm2。

3.图像纹理分析

所有纹理参数后处理均在Omni-Kinetics 软件（GE 药业，上海）上进行，由2 名消化道影像诊断经验丰富的放射科医师参考T2WI 和DWI 图像，分别在ADC 图上勾画病灶，先在每层ADC 图上手动勾画癌灶的整个边界，避开肠道内气体，直至剪切出整个肿瘤体积，由软件自动生成纹理特征，本研究的纹理特征选取GLCM 的纹理参数，包括总频率（total frequency）、能量（energy）、熵（entropy）、惯性（inertia）、相关（correlation）、逆差矩（inverse difference moment）、集群阴影（cluster shade）、集群突出（cluster prominence）。

4.统计分析

采用SPSS 19.0 和MedCalc 9.0 软件进行统计分析。P＜0.05 为差异有统计学意义。计量资料比较采用独立样本t 检验（符合正态分布）或Mann-Whitney U 检验（符合偏态分布）。以差异具有统计学意义的参数为自变量，进行二元逻辑回归分析得出新自变量，采用ROC 分析，评价自变量鉴别T3a期和T3b-c 期直肠癌的诊断效能。采用组内相关系数（intraclass correlation coefficient，ICC）评价2名医师测量数据的一致性。

结 果

1.一般资料

北美放射学会（the radiologic society of north America，RSNA）根据肿瘤突破固有肌层侵入直肠系膜的深度（extramural depth，EMD）提出T3 亚分期标准[3]：T3a（＜5mm），T3b（5 ～10mm）和T3c（＞10mm）。59 例T3 期直肠癌患者分为30 例T3a 期（图1），24 例T3b 期（图2），5 例T3c 期。59例患者中中分化37例，低分化22例，无高分化病例；淋巴结转移阳性32例，阴性27例；环周切缘阳性8例，阴性51 例。

2.T3a 和T3b-c 期直肠癌纹理参数差异比较

表1 T3a 期与T3b-c 期纹理参数比较结果

表2 纹理参数预测T3a 期的诊断效能

图1 T3a 期直肠癌。A.轴面T2WI 示直肠壁局灶性增厚（白箭），约1 点钟方向肠壁固有肌层中断，肿块呈锯齿状侵入直肠系膜层内，病理测量EMD 为2.5mm。B.DWI 示肿块呈局灶性的明显高信号（白箭）。C.利用软件在每层ADC图上勾画癌灶的整个边界。

T3a 和T3b-c 期之间能量、熵和逆差矩的差异具有统计学意义（表1，P值分别为0.038、0.001和0.020）。其中，能量值和逆差矩值在T3a 期比T3b-c 期显著性增高，而熵值在T3b-c 期比T3a 期显著性增高。其他纹理参数两组间差异无统计学意义。两位医师的纹理参数测量结果具有很好的一致性（ICC 值为0.86 ～0.92）。

图2 T3b 期直肠癌。A.轴面T2WI 示直肠壁局灶性增厚（黑箭），约1 ～3 点钟方向肠壁固有肌层中断，肿块侵入直肠系膜层内，病理测量EMD 为7mm。B.DWI 示肿块呈局灶性的明显高信号，轮廓不光整（白箭）。C.利用软件在每层ADC 图上勾画癌灶的整个边界。

图3 有统计学意义的参数和逻辑变量预测T3a 期直肠癌的ROC 曲线。能量、熵、逆差矩和逻辑变量的AUC 分别为0.657、0.747、0.657和0.795。

3.纹理参数鉴别T3a 和T3b-c 期直肠癌的诊断效能

能量、熵和逆差矩预测T3a 期直肠癌的ROC 曲线下面积（area under curve， AUC）分别为0.657、0.747 和0.657（表2）。对能量、熵和逆差矩3 个自变量进行逻辑回归分析得到逻辑变量，逻辑变量预测T3a 期直肠癌的AUC 为0.795，以55.85 为阈值诊断的敏感性和特异性分别为65.5%和83.3%（图3）。逻辑变量与能量间的AUC 差异具有统计学意义（P=0.0336），其它纹理参数间的AUC 差异无统计学意义。

讨 论

目前高分辨率T2WI 是直肠癌术前分期重要的MRI 成像序列，对术前T 分期的总体准确率约为71%～90%［3-4，9］。两项研究结果显示，MRI 对T3 亚分期的术前准确率为71.2%和86%［3，10］。影响MRI 准确率的主要原因是T2WI 上无法鉴别肠管周围的纤维化反应和肿瘤的侵犯［4］，造成T2 与T3a、T3a 与T3b 之间的过高或过低分期。DWI 能够提供更好的对比度，能够明确肿瘤突破固有肌层外侵的方向［4］，DWI 联合T2WI 能提高直肠癌分期，包括T3 亚分期的准确性［4，11］，是诊断直肠癌准确性和特异性最佳组合。另外，已有研究结果显示ADC 值与直肠癌的T3 亚分期具有相关性［4-5］。但以往研究采用在肿瘤最大层面画ROI 采集ADC 平均值的方法不能反映肿瘤的异质性。本研究采用勾画肿瘤体积的方法，ICC 显示两位医师测量纹理参数的结果一致性好，提示采用全体积测量的方法测得的结果可靠，可重复性强。

医学图像中有大量肉眼无法识别的与临床相关的纹理信息，可以通过纹理分析的方法获得对病变诊断、治疗有价值的客观信息。GLCM 是最常用的二阶纹理分析方法，不仅包含灰度值的统计信息，而且反映灰度分布的空间相关特性［12］。本研究选取了GLCM 的8 个纹理参数，结果显示能量、熵和逆差矩在T3a 与T3b-c 期间的差异具有统计学意义，其中T3a 期的能量值和逆差矩值比T3b-c 期显著增高，而T3b-c 期的熵值比T3a 期显著增高。理论上，能量反映了灰阶共现的平均值，熵反映了灰度分布的无序，逆差矩反映图像纹理的规则程度，能量值和逆差矩值越低，熵值越高，说明图像纹理越不规则，图像越复杂，提示肿瘤的异质性更强，这可以解释我们的结果。我们的研究结果与其它研究结果相似。在李烨等［7］的研究中，在直肠癌新辅助放化疗中期，病理完全缓解组的能量值比部分缓解加未缓解组的明显增高，而熵值显著降低。Kim 等［8］的研究结果显示肿瘤异质性更强的乳腺癌患者T2WI 上具有更高的熵值。本研究中，通过对ADC 图纹理参数的提取，能量、熵和逆差矩预测T3a 期直肠癌的ROC 曲线下面积分别为0.657、0.747 和0.657，逻辑变量预测T3a 期直肠癌的ROC 曲线下面积为0.795，结果与Liu 等［13］的结果相近。

本研究的不足之处：①本研究为回顾性分析，病例入选标准上可能会对结果产生一定得偏倚；②入选病例相对较少，且仅提取了GLCM 的8 个参数，未能建立预测模型，结果有待外部数据的验证；③高分辨率T2WI 是直肠癌术前分期重要的成像序列，我们将在后续的研究中进一步纳入T2WI 的纹理分析。

总之，基于GLCM 的ADC 图纹理分析对鉴别直肠癌T3 亚分期具有一定的临床价值，为准确地直肠癌T3 亚分期提供了新的思路和方法。