基于HRCT浸润性肺腺癌异质性分析及其与肿瘤倍增时间的相关性

刘江勇,黄文才,薛阳,徐城,江远亮,邹佳妮

肺癌是全球发病率和死亡率均较高的主要恶性肿瘤之一[1],肺腺癌是其中常见的一种病理类型,然而同样是肺腺癌早期手术患者,不同的病理成份构成亦会影响患者的预后。由于基因、环境和生活方式等个体化差异,肺癌的发生发展存在高度异质性,一般认为,肿瘤分化程度越低,恶性越高,侵袭性越强,异质性越明显。目前胸部HRCT是肺癌早期诊断的重要无创性手段[2],HRCT影像特征能在一定程度上反映肺腺癌的病理基础、肿瘤细胞在肺内的生长方式及肿瘤发展的不同阶段。肿瘤倍增时间(tumor doubling time,TDT)是一项评估肿瘤生长速度的指标,可以较直观地反映肿瘤的生长速度,有研究结果显示TDT是肺癌的重要独立预后因素[3-4]。本文通过回顾性分析肺浸润性腺癌(invasive adenocarcinoma,IAC)患者的病理成份构成与肿瘤倍增时间以及CT征象的相关性,旨在进一步提高对肺癌的影像诊断水平。

材料与方法

1.临床资料

回顾性搜集2019年1月-2021年12月在本院就诊且经手术病理证实为IAC的99例患者的临床及影像资料。其中,男52例、女47例,年龄(63.3±8.2)岁。本研究获得本院医学伦理委员会批准。

纳入标准:①术前在本院行肺部HRCT扫描至少两次,时间间隔不限,取第一次和术前最近一次CT扫描图像进行分析。②CT显示孤立性肺结节;③经手术切除且病理确诊为肺IAC;④临床、病理和影像资料完整。

排除标准:①术前接受化疗、放疗、免疫治疗等抗肿瘤治疗;②既往有其它恶性肿瘤病史;③既往有肺结核、结节病病史;④有远处转移。

2.病理检查方法

标本处理:所有标本均由手术切除后获取,并使用10%中性缓冲甲醛固定液进行固定,再进行石蜡包埋,最后制片并进行苏木精-伊红(HE)染色。当HE染色切片无法获得明确诊断时,则进一步进行免疫组织化学染色以明确病理类型。

诊断标准:在肺IAC中,约有80%的病灶由多种组织学亚型混合组成。本研究中根据2015版WHO肺肿瘤分类标准进行病理诊断,该分类推荐按腺癌中最主要的组织学亚型进行分类,以其生长方式作为主型,其后列出含有5% 以上的其它各亚型。本研究中按照IAC的病理成分构成,分为腺泡为主型、贴壁为主型、乳头型伴微乳头型和实性为主伴黏液型共4种类型。

3.HRCT检查方法

使用Toshiba Aquilion 16排螺旋CT机。检查前对患者进行呼吸训练。扫描时患者取仰卧位,双臂上举,深吸气后屏气或平静呼吸后屏气扫描。扫描参数:扫描范围自肺尖至肋膈角,120 kV,智能毫安秒技术,螺距1.438,层厚7 mm。靶重建层厚1 mm、层间距1 mm。分别采用标准算法和高分辨算法进行图像重建,并进行多平面重组。肺窗:窗宽1500 HU,窗位-550 HU;纵隔窗:窗宽350 HU,窗位50 HU。所有图像传输至工作站进行后处理。

4.CT图像分析

由两位高年资胸部影像诊断医师共同阅片,意见不一致时通过协商达成共识。结节的影像特征主要包括大小、类型、平均CT值、分叶、毛刺、空洞、支气管充气征和胸膜牵拉征共 8项内容。参考Fleischner学会胸腔成像术语表(2008),结节影像特征的评价内容/标准如下[5]。①结节大小:结节长径是指在其最大层面的CT图像上测量肿瘤最大直径,短径是指同一层面上与长径垂直的肿瘤最大直径。结节长径、短径在PACS系统采用手动光标法进行测量。②结节成分:分为磨玻璃成分(ground glass opacity,GGO)和实性成分(solid area,SA)。GGO是指在 MSCT 上局部肺组织呈云雾状密度增高影,但未掩盖其内的支气管血管束(即透过病灶区可以看到肺纹理的结构);SA是指在MSCT上密度较高的区域,透过结节无法看到肺纹理的结构。结节大小:选取结节的最大层面,分别测量其长径(L)和短径(S);SA的大小:选取实性成分最大的层面,分别测量实性区域的L和S;GGO的大小:选取毛玻璃成分最大的层面,分别测量其L和S。然后,分别计算结节内SA和GGO与结节的L和S的比值。③CT值:ROI面积=15 mm2,分别在病变最大层面测量2次,取平均值,测量时尽量避开邻近的血管。④分叶:瘤体轮廓上间距不等切迹,分为深分叶(弧弦距/弧长>2/5)与浅分叶(弧弦距/弧长≤2/5)。⑤毛刺:结节边缘向周围肺实质伸展的、不与胸膜相粘连的、放射状无分支的、数条长短不一、远近端粗细差异不大的线条状影,区分长、短毛刺。⑥空洞:指肺内病变组织的坏死部分经支气管树排出而产生的充盈气体的腔隙。⑦支气管充气征:在含气少的致密肺背景上看到含气支气管。⑧胸膜牵拉征:结节指向邻近胸膜或者叶间裂细线影,可伴有邻近胸膜凹陷、增厚等。

肿瘤倍增时间的定义为肿瘤体积增大一倍所需的时间。使用Schwartz公式计算肿瘤的TDT[6]:

肿瘤体积V=π/6×ab2

(1)

TDT=(t×log2)/log(Vt/V0)

(2)

其中,a=肿瘤长径,b=肿瘤短径,t=2次测量的间隔时间,Vt=最近一次扫描时的肿瘤体积,V0=第一次扫描时的肿瘤体积。

按照国际肺癌病理研究协会委员会(International Association for the Study of Lung Cancer Pathology Committee,IASLC)分级标准(2021)[7]对浸润性肺腺癌进行恶性程度分级:1级,高分化腺癌,肿瘤组织以贴壁型为主,高级别结构(实体型、微乳头型和/或复杂的腺体结构)无或少于20%;2级,中分化腺癌,肿瘤组织以腺泡或乳头状为主,高级别结构无或少于20%;3级:低分化腺癌,肿瘤组织内高级别结构占20%或以上。

5.统计学分析

使用python 3.7软件进行统计分析。正态分布的计量资料用以均数土标准差表示,非正态分布的计量资料采用中位值(P25,P75)表示。分析浸润性肺腺癌各病理亚型的CT征象和TDT的差异时,对分类变量采用卡方检验;对连续变量,若符合正态分布则采用独立样本t检验,若不符合正态分布则采用Kolmo-gorov-Smirnov(KS)检验。采用一元logistic回归分析对CT征象与病理分型的相关性进行统计学分析,并基于严进宽出的策略(进入方程为P<0.05、出方程为P>0.10)采用双向逐步回归法进行特征筛选,以消除多重共线性,得到各病理分型的独立危险因素。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.IAC各病理亚型CT征象和TDT的比较

病理检查结果显示99例中,腺泡为主型49例,贴壁为主型33例,实性为主伴黏液型15例,乳头型伴微乳头型9例。四种病理类型肺腺癌间的CT征象和TDT的比较结果详见表1。

表1 浸润性肺腺癌各病理亚型间的CT影像学特征、肿瘤倍增时间的差异性分析

腺泡为主型与非腺泡为主型比较,浅分叶、深+浅分叶、短毛刺、长+短毛刺及无毛刺等征象的检出率的差异有统计学意义(P均<0.05);腺泡为主型的浅分叶、深+浅分叶、短毛刺、长+短毛刺及无毛刺等征象更多见(图1)。

图1 男,60岁,右下肺背段浸润性腺癌(腺泡型占80%,贴壁型占20%),a)磨玻璃结节(箭),可见长毛刺,其内血管增粗;b)13个月后复查结节稍增大。 图2 男,70岁,右下肺外基底段浸润性腺癌(贴壁型占70%,腺泡型30%),a)实性为主结节(箭),可见浅分叶、短毛刺、血管穿行征;b)15个月后复查结节稍增大。 图3 男,64岁,右下肺背段浸润性腺癌(实体伴黏液分泌型占70%,腺泡型占30%),a)实性为主不规则结节(箭),可见长毛刺、深分叶、胸膜牵拉征;b)6个月后复查结节明显增大,完全实性,其内见小空洞。 图4 女,67岁,左下肺背段浸润性腺癌(乳头型占50%,微乳头型占10%,腺泡型占30%,实体型占10%),a)实性结节(箭),可见短毛刺、胸膜牵拉征;b)7个月后复查结节明显增大,其内见支气管充气征。

贴壁为主型与非贴壁为主型比较,实性成分、磨玻璃成分、深分叶、深+浅分叶、短毛刺、长+短毛刺、空洞和胸膜牵拉征的检出率及肿瘤倍增时间的差异有统计学意义(P均<0.05),贴壁为主型以磨玻璃成分、深分叶、深+浅分叶、短毛刺、长+短毛刺、空洞和胸膜牵拉征等征象更多见(图2)。

实性为主伴黏液型与非实性为主伴黏液型比较,实性成分、磨玻璃成分和胸膜牵拉征的检出率及肿瘤倍增时间的差异有统计学意义(P<0.05),实性为主伴黏液型以实性成分和胸膜牵拉征等征象更多见(图3),乳头型伴微乳头型与非乳头型伴微乳头型比较,空洞和支气管充气征的检出率的差异有统计学意义(P<0.05),乳头型伴微乳头型以空洞和支气管充气征等征象更多见(图4)。

2.临床和影像指标预测IAC分型的回归分析

进一步将临床和影像指标纳入多因素logistic回归分析,筛选出预测IAC各病理分型的危险因素,结果见表2。回归分析结果显示:深分叶、长毛刺和短毛刺是腺泡为主型的独立危险因素(P<0.05);实性成分、磨玻璃成分、长毛刺、短毛刺、深分叶、浅分叶、空洞和胸膜牵拉征是贴壁为主型的独立危险因素(P<0.05);实性成分、磨玻璃成分和肿瘤倍增时间是实性为主伴黏液型的独立危险因素(P<0.05);支气管充气征和空洞是乳头型伴微乳头型的独立危险因素(P<0.05)。

表2 浸润性肺腺癌病理类型logistic逐步回归分析结果

3.恶性程度分级与TDT的相关性分析

99例IAC患者中,恶性程度分级为1级、2级和3级者分别有25、49及25例,各级的TDT中位数(P25,P75)分别为1546.2(1057.3,2199.0)、1035.6(656.5,2158.1)和413.7(204.7,689.3)个月,3组之间的差异有统计学意义(F=163.712,P<0.001)。恶性程度越差,肿瘤倍增时间越短(图5)。

图5 不同恶性程度分级的肿瘤倍增时间箱式图,显示恶性程度越差,肿瘤倍增时间越短。

讨 论

肺腺癌是非小细胞肺癌中常见的病理类型,近年来肺腺癌在我国的发生率呈逐年上升趋势。从病理学的角度上来看,肺腺癌属于起源于支气管腺体的一种恶性肿瘤,患者在病程早期常有咳嗽、痰中带血等症状,疾病发展过程中常有区域性淋巴结和血行转移,严重威胁人民健康和生命。因此,肺腺癌的早诊早治对有效降低其死亡率具有重要的临床意义。基于组织病理特征,浸润性肺腺癌可分为贴壁型、腺泡型、乳头型、微乳头型和实体型,多个亚型常常混合存在,不同的病理亚型具有不同的预后和复发风险。与其它常见亚型相比,实性为主伴黏液型和乳头型伴微乳头型的侵袭性更强、更容易转移且预后更差[8]。

目前已有不少学者对肺腺癌病理分型与影像学之间的关系进行了研究[9-12],但多数研究都是从鉴别良恶性肿瘤或者浸润性与非浸润性肺腺癌的角度出发,来比较影像学特征的差异。本研究通过对比分析不同病理成份构成的浸润性肺腺癌之间肿瘤倍增时间及CT影像学特征的差异,发现不同病理成份构成的浸润性肺腺癌的CT征象及征象组合模式存在一定的差异:深分叶、长毛刺和短毛刺是腺泡为主型的独立危险因素(P<0.05);实性成分、磨玻璃成分、长毛刺、短毛刺、深分叶、浅分叶、空洞和胸膜牵拉征是贴壁为主型的独立危险因素(P<0.05);实性成分、磨玻璃成分和肿瘤倍增时间是实性为主伴黏液型的独立危险因素(P<0.05);支气管充气征和空洞是乳头型伴微乳头型的独立危险因素(P<0.05);贴壁为主型、实性为主伴黏液型与肿瘤倍增时间具有显著相关性(P<0.05)。虽然本研究中由于样本量所限,尤其是实性为主伴黏液型和乳头型伴微乳头型的例数相对较少,可能会使得结果存在一定的偏倚,但是总体而言,本研究向我们展示出从影像学特征的角度来分析预测浸润性肺腺癌的病理成份构成是可行的,启发我们可以通过智能影像学特征分析及处理技术来拓宽浸润性肺腺癌个体化诊疗的思路。

肺腺癌肿瘤倍增时间的长短与其病理生长特点、组织学类型及分化程度等因素密切相关[13-14]。本研究结果显示浸润性肺腺癌恶性程度越高,肿瘤倍增时间越短(P<0.001),分化程度差提示预后不良,这与相关研究报道的结论是一致的[15-16]。与分化差或未分化的IAC相比,分化好的肺腺癌的TDT更长,肿瘤呈乳头型、实体性生长的TDT较贴壁型生长者更短;贴壁生长为主、腺泡为主、乳头为主及实性为主的肺腺癌患者,5年无病生存率分别为93.8%、69.7%、66.7%和43.3%。有研究发现肿瘤倍增时间长的患者往往具有更长的无复发生存率、更高的总生存率以及更好的预后,提示肿瘤倍增时间在预测肿瘤分化程度方面具有潜在的应用价值,TDT 值可以作为评估肺腺癌预后的独立风险因素。

由于病例数量限制,本研究的部分结论可能会存在一定的偏倚,未来将继续通过扩大样本量,更好地提升基于CT影像学检查评估肺癌恶性程度及预后的能力。

综上所述,本研究分析探讨了不同病理成份构成的浸润性肺腺癌与肿瘤倍增时间、CT影像学特征之间的差异性和相关性,以及肿瘤倍增时间与肿瘤恶性程度之间的关联性,进一步提升了CT影像学诊断在临床肺癌诊治及预后评估中的应用价值,具有一定的临床指导意义。