局部进展期直肠癌纹理分析的可重复性研究

孟闫凯， 万丽娟， 张翀达， 张红梅， 赵心明， 徐凯， 周纯武

目前，局部进展期直肠癌的主要治疗方式是新辅助放化疗(neoadjuvant chemoradiotherapy,nCRT)后进行全直肠系膜切除术(total mesorectal excision,TME)[1,2]。TME手术前对新辅助放化疗的疗效进行精准的、个体化的评估可为患者及临床医生提供了更多的治疗选择[3]。

磁共振成像尤其是功能磁共振序列，在疗效评估、预后、危险分层中发挥了重要作用[4-8]，但是目前的研究结果并不完全一致，同时缺乏多中心、大样本量的前瞻性研究[9,10]。纹理分析(Texture analysis,TA)作为一种定量的研究方法，在不额外增加扫描时间的前提下，通过对图像中像素强度及空间特征等信息的提取，利用数学及统计学的方法，揭示肿瘤内部的异质性，正在被越来越多地应用于肿瘤的疗效评估和预测中，其中二阶的灰阶共生矩阵(Gray level co-occurrence matrix，GLCM)纹理参数的应用最为普遍[11-13]。

在利用纹理分析对肿瘤进行研究时，为了保证研究的准确性、可比性，有必要对可能影响研究结果的因素进行分析。目前的研究显示，DWI序列的b值、不同的MRI设备、序列以及肿瘤内对比剂浓度都会对提取的纹理参数产生影响[14-15]。检索目前国内外最新文献，不同测量者对直肠癌纹理参数测量结果一致性及可重复性影响的研究尚未见报道。本研究旨在探讨局部进展期直肠癌新辅助放化疗前、疗中不同测量者之间GLCM纹理参数的一致性及可重复性。

材料与方法

1.研究对象

搜集2010年10月-2013年12月于我院就诊的直肠癌患者。病例纳入标准：①活检组织病理学证实为直肠腺癌；②经多学科协作组(Multidisciplinary team，MDT)讨论后，肿瘤临床分期为cT3-4N0/+M0；③既往无其它恶性肿瘤及相关治疗史；④行术前新辅助放化疗；⑤患者新辅助放化疗前(pre-)、新辅助放化疗中第3周(early)的MRI检查资料完整；⑥新辅助放化疗后4～6周行TME手术。 病例排除标准：① MRI检查禁忌症；②无法耐受检查；③图像质量差，伪影明显，无法用于分割、提取纹理参数；④既往有其它恶性肿瘤及盆腔放疗史。

2.检查方法

本研究为回顾性研究，经医院伦理委员会同意，所有患者均无需签署知情同意书 。回顾性分析新辅助放化疗前(pre-nCRTMRI)及疗中第3周(early nCRT MRI)的MRI检查资料。

所有检查均采用GE 3.0T超导磁共振扫描仪(Signa HDx，GE healthcare，USA)，8通道体部线圈。患者行矢状面、冠状面、轴面T2WI序列(扫描参数：TR 5160 ms，TE 151 ms，翻转角90°，回波链长度19，层厚3 mm，视野16 cm×16 cm，矩阵512×512)及轴面T1WI、DWI及动态对比增强磁共振(dynamic contrast enhanced MRI,DCE-MRI)序列检查。

3.图像分析和后处理

所有图像分割、纹理特征提取的后处理均在Omni-Kinetics (Version V2.06,GE Healthcare)软件上进行。

由一位高年资医生(从事消化道肿瘤影像诊断工作15年)参考DWI及DCE-MRI图像，在T2WI序列图像上选取肿瘤实性成份最大的层面用于测量，并将选取的层面在Excel表上进行记录。

另外两位分别从事消化道肿瘤影像诊断工作2年及10年的医生，随机从Excel表上选取病例，分别在记录的同一层面手动分割图像，两位医生彼此之间均不知晓对方的图像分割情况。在提取纹理参数前，对原始图像进行标准化操作，如将灰度范围映射到统一的范围内。感兴趣区(ROI)的选取同样参考DWI序列及DCE-MRI图像，尽可能包括全部肉眼可见的肿瘤。勾画完ROI之后，软件自动生成18个二阶的GLCM纹理参数。

4.统计学分析

结 果

1.病例资料

本研究共入组57例患者，其中男37例，女20例，平均年龄为(53.6±11.7)岁。57例患者新辅助放化疗前临床及病理资料见表1。

2.新辅助放化疗前、疗中两位医生间纹理参数测量的一致性

表1 新辅助放化疗前患者临床及病理资料

注：pre-nCRT:新辅助治疗前;cT分期：临床T分期;cN分期：临床N分期。

新辅助放化疗前，两位医生间纹理参数测量结果一致性好的参数有16个，ICC的范围为0.842～0.996，其中sumAverage参数的一致性最好，ICC为0.996；一致性较好的参数有2个(ClusterProminence和Correlation)，ICC分别为0.767和0.61(表2)。

表2 新辅助放化疗前两位医生间纹理参数的一致性

注：ICC:组内相关系数；95%CI:95%置信区间；&表示ICC最好，*表示ICC较好，#表示ICC中等。

新辅助放化疗中，两位医生间纹理参数测量结果一致性好的参数有16个，ICC的范围为0.818～0.996，其中sumAverage参数的一致性最好，ICC为0.996；一致性较好的参数有1个(ClusterProminence)，一致性中等的参数有1个(Correlation)，ICC分别为0.700和0.601(表3)。

表3 新辅助放化疗中两位医生间纹理参数的一致性

注：ICC:组内相关系数；95%CI:95%置信区间；&表示一致性最好，*表示一致性较好。

无论是新辅助放化疗前还是疗中，纹理参数Correlation的ICC均低于其它参数。新辅助放化疗中两位医生间纹理参数测量的一致性较疗前略降低的有11个(Energy、Correlation、ClusterShade、ClusterProminence、HaraEntroy、AngularSecondMoment、contrast、sumEntropy、differenceVariance、differenceEntropy、inverseDifferenceMoment)，疗中ICC较疗前略增加的有7个参数(Entropy、Inertia、InverseDifferenceMoment、HaralickCorrelation、HaraVariance、sumAverage、sumVariance)。

讨 论

本研究中，新辅助放化疗前、疗中，全部18个GLCM纹理参数中，两位医生间一致性较好的参数有16个。sumAverage参数在新辅助放化疗前及疗中的一致性均最好，而Correlation参数的一致性相对较差。新辅助放化疗疗中两位医生间纹理参数测量的一致性较疗前无明显变化。

目前多数研究显示，功能磁共振成像提高了对直肠癌新辅助放化疗疗效评估的诊断及预测效能[10]，但是由于疗后纤维化及图像变形的影响，不同观察者之间参数测量的一致性较疗前降低。在Hotker等[5]利用多模态MRI对直肠癌新辅助放化疗疗效评估的研究中发现，新辅助放化疗前两位医生各参数的一致性均优于新辅助放化疗后，疗后一致性最好的是ADC值(0.766)。在Curvo-Semedo等[16]的研究中，新辅助放化疗后影像学标记物的一致性均较疗前降低，疗后ADC值测量的一致性仅为0.61。在Martens等[17]对直肠癌疗效评估的研究中，新辅助放化疗后平均磁化传递率这一影像学标记物的ICC仅为0.5。相对于以往的研究，本研究中无论是疗前、疗中，18个纹理参数中有16个参数的一致性好，而且疗中的一致性较疗前无明显变化;这可能与纹理参数反映了图像中像素水平的变化，受不同图像分割者的影响相对较小有关。

相关研究显示，Correlation参数表示图像中的毗邻像素信号强度的线性关系，能够反映肿瘤组织的异质性，与肿瘤微血管密度和肿瘤异质性呈负相关[12,18,19]。在Liu等[20]的研究中，作者给出了疗前两位放射科医生测量ADC值、纹理参数直方图、 GLCM总的一致性范围，ICC值在0.777～0.967之间。相对于该研究，本研究中疗前Correlation参数的一致性仅有0.610；这可能与Liu等[20]在图像分割时没有包括病灶中较大的坏死组织，同时入组了21例均质性相对较好的T1-2期病例有关，而本研究中入组的T3-4期病灶的异质性相对较大，同时图像分割时包括了全部肉眼可见的肿瘤，导致本研究中Correlation参数的可重复性较Liu等的研究结果偏低。

本研究有以下不足:①本研究中仅选取了肿瘤实性成分最大的单一层面进行感兴趣区的勾画，没有对肿瘤整体进行分割。Fruehwald-Pallamar等[15]对头颈部肿瘤进行研究，发现对肿瘤整体进行分割的结果并不优于单一层面分割的结果。并且对肿瘤整体进行分割耗时较多，并不太适用于临床实际工作。②本研究在图像分割时尽可能包括了全部肉眼可见的肿瘤，虽然研究结果可能会受到血管和肠腔气体的影响，但Blazic等[21]的研究认为，较大的ROI会提高疗效预测的准确性。③本文仅研究了基于磁共振T2WI序列纹理分析GLCM参数的一致性，没有对其它分析方法、其它不同序列提取的纹理参数进行分析。

综上所述，本研究结果显示局部进展期直肠癌新辅助放化疗前、疗中，两位医生间二阶GLCM纹理参数测量的一致性及可重复性较好。