术前CT直方图分析预测食管鳞状细胞癌EGFR表达
2021-05-11郑欢欢季长风周科峰
郑欢欢，季长风，李 琳，刘 松，周科峰*
(1.南京大学医学院附属鼓楼医院医学影像科，2.病理科，江苏 南京 210008)
食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma，ESCC)是消化系统常见恶性肿瘤之一，在肿瘤细胞增殖、血管生成及转移中有重要作用的表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)在食管癌中过表达，且与患者预后密切相关[1-2]。CT直方图分析可反映肿瘤内部异质性，有助于评估ESCC的侵袭性及放射、化学治疗(放、化疗)疗效[3-4]。本研究观察CT直方图参数与ESCC EGFR表达状态的相关性，并分析其预测ESCC EGFR表达状态的效能。
1 资料与方法
1.1 一般资料 收集2011年1月—2018年12月109例于南京大学医学院附属鼓楼医院经病理确诊的ESCC患者，男87例，女22例，年龄46～82岁，平均(64.3±7.7)岁。纳入标准：①接受食管肿瘤根治性或姑息性手术，病理证实为ESCC；②术前未接受局部或系统治疗；③术前接受CT平扫及增强检查；④术后EGFR检查资料完整。排除图像存在伪影且病灶直径<5 mm者。
1.2 仪器与方法 术前采用GE Light Speed VCT或Discovery HD 750 CT仪行胸部平扫及增强检查。扫描参数：管电压120 kv，管电流250～350 mA，层厚5 mm，层间距5 mm，矩阵512 mm×512 mm，转速0.7 s/r，螺距1.375。完成平扫后，以流率3.0 ml/s经静脉注射对比剂碘海醇(350 mgI/ml)80～120 ml，并于25～30 s后行增强扫描。
1.3 CT直方图分析 由影像科高年资主治及副主任医师各1名在双盲情况下采用直方图软件(Image analyzer 2.0, China)分析病灶CT表现，于轴位平扫及增强动脉期病灶最大层面图像上手动勾画多边形ROI，包含病灶全部实性、液化坏死等成分，避开气体及邻近结构，获取其直方图参数，包括CT灰度平均值(Mean)、最大值(Max)、最小值(Min)、偏度(skewness)、峰度(kurtosis)，第5、10、25、50、75及90百分位数(5th～90thpercentiles)。以2名医师测量的平均值为最终结果，并计算病灶增强前后各CT直方图参数的变化值(Δ值)。
1.4 检测肿瘤EGFR表达 行免疫组织化学染色，以肿瘤细胞核呈棕黄色颗粒为EGFR表达(+)。根据EGFR表达阳性细胞占肿瘤细胞的比例进行分级：阳性细胞<6%为(-)，6%～25%为(+)，26%～50%为(++)，>50%为(+++)；将EGFR表达(-/+)归为低表达，EGFR表达(++/+++)归为高表达。
1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的定量资料，否则以中位数(上下四分位数)表示。采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)评估2名医师测量结果的一致性，ICC≤0.20为一致性低，0.20
2 结果
109例ESCC中，40例EGFR低表达，69例高表达；其22例EGFR表达(-)，18例(+)，27例(++)，42例(+++)。2名医师测量CT平扫及增强中直方图参数的一致性为良好至优(ICC=0.78～1.00，P均<0.05)。
2.1 不同EGFR表达状态ESCC的CT直方图参数比较 EGFR高、低表达ESCC之间，平扫CT肿瘤灰度Mean、Max及10th、25th、50th、75th、90thpercentile、kurtosis及ΔMean、Δ50th、Δ75th、Δ90thpercentile差异均有统计学意义(P均<0.05)，见表1、图1，其余直方图参数差异均无统计学意义(P均>0.05)。
2.2 CT直方图参数预测EGFR表达状态的ROC曲线分析 平扫CT肿瘤灰度Mean、Max、10th、25th、50th、75th、90thpercentile、kurtosis、ΔMean及Δ50th、Δ75th、Δ90thpercentile鉴别EGFR高、低表达ESCC的曲线下面积(area under the curve, AUC)为0.62～0.69，其中75th和 90thpercentile的AUC最高(0.69)，见表2、图2。
2.3 CT直方图参数与EGFR表达的相关性 平扫CT肿瘤灰度Mean、Max、Min、5th、10th、25th、50th、75th、90thpercentile、kurtosis、ΔMean、Δ5th、10th、25th、50th、75thpercentile与EGFR表达呈弱至低度相关(|r|=0.20～0.37，P均<0.05)，见表3。
表1 EGFR高、低表达ESCC的平扫CT直方图参数比较
图1 患者男，70岁，ESCC A.平扫CT示食管中段软组织占位(红色多边形为ROI)； B.增强CT动脉期病灶中度强化(红色多边形为ROI)； C.平扫CT直方图分析示肿瘤灰度Mean=47 HU，Min=6 HU，Max=78 HU，5th～90th percentiles分别为29、33、40、47、54及60 HU，skewness=-0.07，kurtosis=3.03； D.病理图(HE，×100)； E.免疫组织化学染色示EGFR表达(++)； F.增强CT直方图分析示肿瘤灰度Mean=81 HU，Min=38 HU，Max=117 HU，5th～90th percentiles依次为58、62、70、81、91及99 HU，skewness=-0.48、kurtosis=4.67
表2 平扫CT直方图参数及Δ值预测EGFR高、低表达ESCC的ROC曲线结果
表3 CT直方图参数与EGFR表达的相关性分析结果
图2 平扫CT肿瘤灰度75th percentile预测EGFR报道状态的ROC曲线
3 讨论
CT直方图分析可将肿瘤内像素分布以精确图形展现出来，间接反映肿瘤内部异质性，已成为近年来医学研究的热点，并广泛用于诊断肿瘤[5-7]、评估肿瘤侵袭性及预后[8-9]以及预测疗效[10-11]等。CT直方图参数对术前ESCC分期具有预测价值[12]。直方图分析可用于评估放、化疗后ESCC患者预后[4]。
EGFR表达与肿瘤细胞增殖及细胞凋亡密切相关。食管癌中，随侵袭性增加，EGFR表达逐渐增强[13]。肿瘤灰度Mean反映肿瘤整体密度。本研究于轴位图像显示肿瘤最大层面手动勾画病灶多边形ROI，进行直方图分析，发现EGFR高表达ESCC平扫CT肿瘤灰度Mean及ΔMean显著低于EGFR低表达ESCC。相比传统圆形/椭圆形ROI仅包含实性成分、避开肿瘤内液化坏死等成分，本研究采用的多边形ROI包含更多肿瘤内部信息，Mean能更好地定量分析肿瘤整体成分，评估不同EGFR表达状态下ESCC内部异质性。
本研究结果显示，EGFR高表达ESCC平扫CT肿瘤灰度低(10th、25thpercentile)、中(50thpercentile)及高百分位数(75th、90thpercentile)值均低于EGFR低表达ESCC。分析其可能原因，低百分位数值反映低密度成分的灰度，如肿瘤坏死或囊变；中百分位数值反映肿瘤整体密度的灰度，如肿瘤混合成分，包括坏死、囊变及实性等；高百分位数值反映高密度成分的灰度，如肿瘤实性部分。EGFR过表达加速肿瘤细胞增殖、抑制细胞凋亡，肿瘤体积增大，内部更易出现坏死或囊变，肿瘤实性成分及整体密度减低，导致CT平扫病灶灰度低、中和高百分位数值均降低。本组肿瘤平扫CT直方图参数预测ESCC的EGFR表达状态的效能较好，其中75th和90thpercentile的AUC最高，均为0.69，提示CT平扫直方图参数有助于术前评估ESCC的EGFR表达状态。
本组平扫CT肿瘤灰度直方图参数及部分Δ值与ESCC的EGFR表达低度相关，而增强CT直方图参数与其EGFR表达无明显相关，可能与纳入样本所含不同EGFR表达ESCC数量不均有关；且本研究为回顾性研究，于平扫后25～30 s行胸部CT增强扫描，可能存在一定时相差异。ESCC起源于黏膜，增强扫描时相过早(25 s)则黏膜病灶强化尚不明显，可能掩盖肿瘤内异质性差异，导致所获参数不能反映肿瘤真实状态，影响EGFR表达评估。另外，ROI选取位置与术后病理取材位置未能逐一对应；亦未对其他病理类型食管肿瘤进行直方图分析，均为本研究主要不足所在。
综上所述，平扫CT直方图参数可用于术前预测ESCC的EGFR表达状态，尤以75th和90thpercentile的效能较佳。
