多层螺旋CT图像纹理分析对直肠癌转移性淋

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本文原载于《中华放射学杂志》年第6期

近年我国直肠癌的患病率和病死率均呈上升趋势，主要治疗方法包括外科手术切除及新辅助化疗等[1]。治疗前准确检出直肠癌转移性淋巴结或评估区域淋巴结N分期对选择治疗方案及改善预后等具有重要价值[2,3]。MSCT是直肠癌诊断和术前分期的常规方法，但CT评估直肠癌区域淋巴结受累的敏感度和特异度仅为55%和74%[4]，门静脉期CT图像对直肠癌N分期诊断的准确度为68%~77%[5]。因此，根据CT图像上淋巴结的大小和常规形态特征诊断直肠癌转移性淋巴结尚存在一定不足。CT图像纹理分析是通过定量提取一些肉眼无法识别的纹理特征，从而反映ROI内像素灰度值分布模式及变化规律的影像组学技术手段，有助于揭示病灶内潜在的病理异质性[6,7]，鉴别良、恶性病变[8,9]。笔者旨在探讨MSCT图像纹理分析对直肠癌转移性淋巴结的诊断价值。

一、患者资料

回顾性连续搜集年9月至年4医院符合以下标准的患者。纳入标准：（1）首次经手术病理证实为直肠癌；（2）术前进行过腹、盆腔CT增强扫描；（3）术前腹部CT显示有短径3mm的直肠区域淋巴结；（4）CT检查后1周内行全直肠系膜切除术；（5）图像质量满足后处理要求。排除标准：（1）接受过术前放疗、化疗或其他治疗等；（2）有其他盆腔疾病或有盆腔外科手术史；（3）合并急性感染、胶原病、缺血性或炎症性肠病、肠梗阻及肠穿孔等疾病。

35例患者纳入研究，男25例，女10例；年龄44~79岁，中位年龄57岁；临床分期Ⅰ、Ⅱ期12例，Ⅲ、Ⅳ期23例；pN0期14例、pN1期10例、pN2期11例。

二、CT检查方法

采用荷兰PhilipsBrilliance64螺旋CT扫描机。检查前禁饮食6~8h，扫描前30min饮清水ml作为阴性胃肠道对比剂。患者取仰卧位，扫描范围自膈顶至耻骨联合下缘水平，行常规平扫及三期动态增强扫描。采用德国UlrichXD双筒高压注射器以3.0ml/s的流率经肘前静脉注射对比剂碘海醇（含碘mg/ml），总量为90~ml，分别延迟25、55、s行动脉期、门静脉期和平衡期扫描。层厚5.00mm，管电压kV，管电流mA，探测器宽度64×0.mm，螺距1.，FOV.00mm×.00mm。对门静脉期图像进行2.00mm薄层重建。

三、图像处理分析

在PACS工作站内查阅CT图像，适当调整窗宽、窗位以最优化显示直肠区域淋巴结。目标淋巴结是由2名腹部影像诊断医师（直肠癌诊断经验分别为8年和7年）在未知病理结果的前提下共同阅片选取，并达成一致意见。首先标记淋巴结的位置或分组，分别测量淋巴结的短径、长径，取2名医师测量值的算术平均值作为结果，并计算短/长径比。然后将原始CT扫描图像拷贝至后处理工作站并以DICOM格式存储，2名医师分别独立利用CTKinetics软件（美国GEHealthcareVersion1.20）在门静脉期图像（层厚2.00mm）上对淋巴结进行纹理分析。选取目标淋巴结的最大层面并沿边缘轮廓放置ROI，范围尽可能大地覆盖淋巴结，注意避开周围血管、钙化及淋巴结旁脂肪等非淋巴结组织。最后由软件自动计算多种纹理特征参数，包括3种反映灰度值分布的直方图特征（偏度、峰度和方差），2种反映图像异质性的灰度共生矩阵Haralick纹理特征（熵和逆差矩）[10]。最终采用具有8年直肠癌诊断经验的医师所得上述纹理特征参数结果进行后续统计分析。

四、病理检查

所有患者均接受全直肠系膜切除术，对区域淋巴结采用"三站式"分组送检，其中第1站为肠旁淋巴结，第2站为中间淋巴结，第3站为中央淋巴结。常规石蜡包埋及切片后，由同1名高年资病理医师对所有样本进行诊断，描述每站检出的淋巴结总数及发生转移的淋巴结数量。为保证所选取每个淋巴结的术前CT图像和术后病理标本一一对应，相应地在CT图像上将区域淋巴结分为肠旁组、中间组和系膜根部组，系膜根部组淋巴结不纳入本研究。如果病理结果显示某站内检出淋巴结均发生转移，则相应CT图像上该组所选淋巴结均判断为转移性淋巴结（metastaticlymphnode，MLN），反之判定为非转移性淋巴结（non-metastaticlymphnode，NLN）。如果病理结果显示某站内检出淋巴结仅部分发生转移，则不纳入该组任何淋巴结。由1名住院医师完成目标淋巴结的筛选和确认。

五、统计方法

采用SPSS22.0和MedCalc15.6.1软件进行统计分析。先对各项计量资料进行Kolmogorov-Smirnov正态性检验，符合正态分布的数据以±s表示，偏态分布的数据以中位数（范围）表示。计数资料用频数表示。采用独立样本t检验（正态分布）或Mann-WhitneyU检验（偏态分布）对MLN组和NLN组淋巴结的短径、短/长径比及各项纹理特征参数值进行比较，对差异有统计学意义的指标进行ROC分析并计算曲线下面积（areaunderthecurve，AUC），利用多因素Logistic回归分析获得判断直肠癌淋巴结性质的独立预测因素。计算组内相关系数（intraclasscorrelationcoefficient，ICC）评价2名医师测量纹理特征参数的观察者间一致性。P0.05为差异有统计学意义。

35例直肠癌患者中，根据病理结果在术前CT图像上共选取淋巴结68个，其中MLN共31个、NLN共37个。

一、观察者间的一致性

2名医师计算CT图像纹理特征参数偏度、峰度、方差、熵及逆差矩的ICC分别为0.、0.、0.、0.和0.，95%可信区间分别为0.~0.、0.~0.、0.~0.、0.~0.及0.~0.，说明这些纹理特征均具有良好的观察者间一致性，其中熵的一致性最好、变异程度最低。

二、淋巴结大小及纹理特征参数

直肠癌MLN的短径大于NLN，差异有统计学意义，但短/长径比的差异无统计学意义；直肠癌MLN的峰度、熵均高于NLN，差异有统计学意义，而偏度、方差和逆差矩的差异均无统计学意义（表1；图1，图2）。

三、诊断效能评估

短径、峰度、熵鉴别直肠癌MLN和NLN的ROC下面积分别为0.79、0.67、0.85（图3），短径和熵的鉴别效能优于峰度。短径的诊断敏感度为90.32%，但特异度仅为56.76%；熵的敏感度和特异度分别为70.97%、91.89%（表2）。

四、多因素Logistic回归分析

以淋巴结有无转移为因变量，采用逐步回归筛选自变量，最终选入回归模型的变量仅为熵（优势比=8.48，95%可信区间为3.01~23.92，P0.01），提示熵是判断直肠癌淋巴结性质的独立预测因素。

一、直肠癌淋巴结转移评估的意义及现状

淋巴结转移是直肠癌的主要转移方式，在治疗前对直肠癌转移性淋巴结进行精准诊断及区域淋巴结分期有助于选择合适的治疗方案和评估预后。目前主要依靠CT、MRI及PET-CT等影像检查方法来评价直肠癌淋巴结转移，上述方法各有优势和不足，关于直肠癌淋巴结转移的最优检查技术及诊断标准至今尚未统一[11,12]。传统影像学研究以淋巴结大小作为诊断的重要依据，但判断转移淋巴结大小的阈值无一致结论[13]。本研究中，短径鉴别直肠癌MLN和NLN的ROC下面积为0.79，以5.20mm作为诊断阈值，诊断敏感度高，但其特异度较低，即误诊率较高，与其他学者的结果相符[14,15]。出现上述结果的原因可能与病灶周围反应增生性或炎性淋巴结被误判为MLN有关。另外，低估小淋巴结转移会造成漏诊，影响诊断的准确度[16]。在诊断淋巴结转移时除了要测量淋巴结大小，还需要考虑其他一些客观定量指标因素来提高诊断准确度。

二、MSCT图像纹理分析诊断直肠癌转移性淋巴结的价值

CT图像纹理分析通过计算病灶的图像纹理特征来定量反映其微观异质性程度，而肿瘤异质性是恶性肿瘤区别于正常组织或良性病变的重要特征之一[17]。笔者分析了门静脉期CT图像上直肠癌区域淋巴结的5种主要纹理特征（包括偏度、峰度、方差、熵及逆差矩），其中熵和逆差矩是源于灰度共生矩阵的异质性纹理参数。结果显示，与NLN相比，MLN具有更高的峰度和熵，且多因素Logistic回归分析表明熵是判断直肠癌淋巴结性质的唯一独立预测因素，ROC下面积为0.85。以熵7.25作为诊断MLN的标准，敏感度和特异度分别为70.97%和91.89%，与短径相比，其敏感度稍有下降但特异度明显提高。有学者分析例直肠癌患者区域淋巴结的分形维和异质性特征，发现形态学异质性定量分析对预测淋巴结转移具有高达88%的准确度[18]。与之相比，本研究的诊断准确度稍低，可能主要与样本量小有关。

本研究结果显示，MLN的熵和峰度更高，说明其纹理分布更加随机复杂、灰度反差程度高，即异质性更强。当直肠癌向区域淋巴结转移时，肿瘤细胞通过引流淋巴管被带到淋巴结内，并以此为生发中心长出与原位肿瘤具有相同生物学行为的病灶，其内正常淋巴组织被肿瘤组织所取代[19]，MLN与原发肿瘤的同源性是其存在显著异质性的生物学基础。与之相比，NLN内主要是正常淋巴组织或处于炎性反应增生状态，其内部成分排列相对均一或变化规律，因而异质性程度相对较低。然而，MLN和NLN的偏度、方差及逆差矩间差异无统计学意义，可能与样本选取、淋巴结ROI放置及有无采用过滤分析算法等因素有关，有待于进一步研究证实结论。

三、本研究的局限性

第一，回顾性研究，缺乏直肠癌系膜淋巴结标本与影像的直接精确对照，但在淋巴结选取中，笔者以全直肠系膜切除术后淋巴结分站式送检结果为依据，与术前CT图像淋巴结分组相对应，仅在全部发生或全部未发生转移的组内筛选、确认目标淋巴结，尽量缩小两者在匹配方面所造成的误差；第二，研究样本量偏小，且仅在门静脉期图像上提取二维纹理特征可能导致信息获取不全面，因此需进一步扩大样本量，并完善对多期图像的三维综合纹理分析；第三，限于CT图像的空间分辨率及ROI的放置，仅选取短径3mm的淋巴结进行研究，然而有病理研究结果显示，2mm的直肠癌周围淋巴结仍有较高的转移率[20]。有必要结合高分辨MRI进行深入研究。

综上所述，MSCT图像纹理分析有助于术前诊断直肠癌转移性淋巴结，尤其是异质性纹理参数如熵等，能为直肠癌区域淋巴结分期提供重要的参考依据。利用CT图像纹理参数鉴别直肠癌MLN与NLN特异度较高，但敏感度仍有待提高。

利益冲突

利益冲突　本研究过程和结果均未受到相关设备、材料、药品企业的影响

参考文献（略）

（收稿日期：-10-10）

（本文编辑：张晓冬）