基于磁共振表观扩散系数图的纹理分析在鉴别肝癌与血管瘤上的可行性研究

鞠 烨 刘爱连 李 烨 赵 莹 牛 淼韩 铮 宋清伟 徐 斌 魏 强

近年来随着影像学的发展肝脏疾病检出率逐年增加，肝血管瘤（hepatic hemangioma，HHA）及肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）分别为肝脏最常见的良恶性肿瘤检出率也在逐渐增多。对于HCC及HHA的典型病变征象，一般结合影像及临床诊断可定性，而对于一些不典型病变，诊断仍存在一定困难，而且部分患者对比剂过敏等副反应无法行CT及MRI增强扫描。因此，准确鉴别诊断HCC与HHA对临床医师治疗方案的制定及预后有着重要意义[1-4]。随着磁共振技术的发展，弥散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）可以提供水分子分布及运动的特征信息，现已成为MRI扫描常规序列，表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）作为DWI的定量参数，对肝脏肿瘤性质的鉴别尤为重要[5]。

纹理分析是一种区别于既往基于形态学研究的技术，通过对影像像素灰度值局部特征、灰度值变化规律及其分布进行研究，可以反映疾病的病理改变[6]。本研究旨在探讨基于磁共振表观扩散系数ADC图纹理分析技术在鉴别肝细胞癌和血管瘤中的价值。

方 法

1．临床资料

回顾性分析我院自2015年1月起至2015年12月行肝脏MRI检查患者56例（男29例，女27例，平均年龄59岁），其中经过手术病理（7例）及临床诊断（24例）肝细胞癌31例（35个病灶），其中患者有乙肝病史21例、丙肝1例，患者有肝硬化背景18例；经临床及影像诊断肝血管瘤25例（27个病灶）。病灶直径范围在1．5～10cm之间，其中弥漫型肝癌（全肝散在分布小癌灶，类似肝硬化结节）及巨块型肝癌（＞10cm），患者配合欠佳，图像有伪影者不纳入本次研究，本研究已经我院伦理委员会审批。

1．1HCC临床诊断标准：要求同时满足以下条件中的①+②a两项或①+②b+③三项时，可以确定HCC的临床诊断：①具有肝硬化以及HBV和/或HCV感染（HBV和/或HCV抗原阳性）的证据；②典型的HCC影像学特征：CT和/或MR动态增强检查示肝脏占位具有快进快出的强化特点。a．如果肝脏占位直径≥2cm，CT和MRI两项影像学检查中有一项显示肝脏占位具有上述肝癌的特征，即可诊断HCC；b．如果肝脏占位直径为1～2cm，则需要CT和MRI两项影像学检查都显示肝脏占位具有上述肝癌的特征，方可诊断HCC，以加强诊断的特异性。③血清AFP≥400μg/L持续1个月或≥200μg/L持续2个月，并能排除其他原因引起的AFP升高（包括妊娠、生殖系胚胎源性肿瘤、活动性肝病及继发性肝癌等）[7-8]。

1．2HHA诊断标准：结合临床（包括病史、症状、体征等）、影像学（包括超声、CT、MRI 等有典型征象）、手术及病理学等多项检查[9]。

2．CT检查方法

采 用 美 国 GE 公 司 1．5T（GE 1．5T Signa HDXT，America）MRI扫描，配体部8通道相控阵线圈。检查前禁食、禁水4小时，扫描前，患者接受均匀呼吸和屏气训练。扫描时，患者取仰卧位，足先进，定位线于患者剑突，并加呼吸门控[2]。扫描野：上至膈肌上缘，下达肝下缘。患者均行常规T1WI、T2WI抑脂扫描、DWI。扫描参数如下：T1WI序列 TR=200ms，TE=1．4ms，层厚 6．0mm，层间隔 1．5mm，矩阵 =288×170，FOV=40×40，激励次数（NEX）=1．0，扫描时间为17s；T2WI抑脂序列 TR=6300ms，TE=93．8ms，层厚 6．0mm，层间隔 1．5mm，矩阵 =256×256，FOV=40×30，激励次数（NEX）=2．0，扫描时间150s；DWI序列TR=6000ms，TE=68ms，b值为 0和 600 s/mm2，层 厚 6．0mm， 层 间 隔 1．5mm， 矩 阵 128×128，FOV=40×40mm，激励次数（NEX）=4．0[2]

3．图像分析

选取图像质量最佳的层面进行分析测量，由作者及另一名影像科医师（具有五年以上腹部影像诊断工作的经验）均在未告知临床信息情况下进行独立阅片，在T1WI、T2WI、DWI图像上观察肿瘤的特点，避开T1WI、T2WI所示肿瘤坏死、囊变区，在肿瘤信号较均匀层面，将DICOM 格式的ADC图像导入Omni-kinetics (OK)软件进行纹理及直方图分析得到未经滤过的原始细纹理图像。同时对照T1WI、T2WI、DWI相应层面位置在病灶内画取ROI，ROI大小覆盖病变区实质部分，ROI面积约病灶实质1/3，取三次测量值的平均值用作统计分析。测量并记录两组病例的能量值、熵值、偏度值和峰度值。

4．统计学分析

采用SPSS17．0统计学软件对数据进行统计分析。对两名观察者的测量结果行ICC一致性检验，ICC≥0．75为一致性好，0．75＞ICC≥0．40为一般，0．4＞ICC为较差，一致性良好，采用两次测量平均值进行后续统计学分析；采用两独立样本t检验，对有差异的参数进行诊断效能及阈值进行分析并绘制ROC曲线。P＜0．05 认为有统计学意义。

结 果

1．临床一般资料

HCC组与HHA组病灶分布位置情况见表1。

HCC组与HHA组病灶大小情况见表2。

2．两名观察者测得定量数据的一致性检验

两名观察者对HCC与HHA组各定量参数：能量值、熵值、偏度值和峰度值测得数据的一致性用组内相关系数（intraclass correlation coefficients，ICC）检验，两组病例各参数值（能量值、熵值、偏度值和峰度值）两名观察者测得的结果一致性良好，ICC值均高于0．75（表3）。

表1 两组病灶分布位置情况

表2 两组病灶大小情况

3．两组病例各参数值比较

肝细胞癌组的能量值、熵值、偏度值和峰度值分 别 为：0．03±0．05、6．82±0．92、0．12±1．35、4．43±4．55。肝血管瘤组能量值、熵值、偏度值和峰

度值分别为：0．12±0．15、6．02±2．21、0．69±2．01、6．98±12．81。其中肝血管瘤组的能量值明显高于肝细胞癌组 (P＜ 0．05)。但熵值、偏度值和峰度值两组之间没有明显的统计学差异（P＞ 0．05）（表4）。

表3 两名观察者测得参数结果一致性分析结果

表4 肝细胞癌及肝血管瘤各参数值测量结果

图1 肝癌，男性，54岁。A．动态增强门脉期图像，肝右后叶肝癌可见对比剂退出及假包膜征象，并可见门静脉瘤栓形成。B．DWI（b=600 s/mm2）图像，肝右后叶病变呈稍高信号；血管瘤，女性，27岁。C．动态增强延迟期图像，肝右后叶血管瘤在延迟期对比剂向肿瘤内部逐渐填充。D．DWI（b=600 s/mm2）图像，肝右后叶肿瘤呈明显高信号。E．肝癌和血管瘤的能量值ROC曲线，ROC 曲线分析显示，以能量值0．04为鉴别肝细胞癌与肝血管瘤阈值，其ROC 曲线下面积、敏感度和特异度分别为0．827、71．0%和79．2%。F．肝癌和血管瘤能量值的箱式图，血管瘤能量值明显高于肝癌。

4．两组病例各参数值诊断效能

ROC 曲线分析显示，以能量值0．04为鉴别肝细胞癌与肝血管瘤阈值，其ROC 曲线下面积、敏感度和特异度分别为0．827、71．0%和79．2%（图1）。

讨 论

肝血管瘤及肝细胞癌（分别为肝脏最常见的良、恶性肿瘤。MR对于肝脏肿瘤的检出率较高，为一种无创性检查方法，具有较好的组织分辨能力，其中，常规T1WI、T2WI序列及LAVA动态增强扫描对诊断及鉴别有一定价值，典型HHA在磁共振T1WI上呈低信号，T2WI上呈明显高信号，增强扫描动脉期边缘明显结节状强化，门脉期及延迟期逐渐向内填充，呈“早出晚归”强化方式，典型HCC在磁共振T1WI上呈稍低信号，T2WI上呈稍高信号，增强动脉期明显强化，门脉期及延迟期退出，呈“快进快出”强化方式。对于具有典型征象者一般结合影像及临床诊断可定性，而对于一些影像学表现不典型的病变，或者需要考虑对比剂副反应而无法行增强扫描的患者，定性诊断仍存在一定困难。在本研究中，存在不典型HHA 1例，表现为增强扫描后动脉期病灶中央明显结节状强化，而门脉期及延迟期病灶周围强化，HCC强化方式可表现的不典型，例如富含纤维基质的肝癌可以表现对比剂退出缓慢或持续强化或延迟并由边缘向中心扩大，容易误诊为HHA，另外HCC出现坏死也可表现出环形明显强化，因此对于此类不典型病灶仍有较大的经验依赖性，容易造成误诊。随着磁共振技术的发展，弥散加权成像在肝脏方面的应用日渐增多，DWI反映人体组织内水分子随机、无规律扩散运动（布朗运动）。DWI是目前唯一无创、不使用对比剂检测活体组织中水分子扩散运动的MRI功能成像技术，其成像速度快，能定性和定量反映早于形态学变化的细胞水平变化和微循环灌注情况。ADC值主要反映细胞内、细胞间隙及血管内水分子的扩散，ADC值与肿瘤细胞的核浆比和密度、组织内微环境的结构及组织类型等因素有关[10-12]，通过测量ADC值定量分析鉴别肝脏病变的良恶性，肝血管瘤为大小不等的血管腔，血管腔隙内填充有纤维间隔及基质、瘢痕及出血等，液体成分中水分子扩散较实性肿块快，故ADC值较高，而肝癌病灶内富含细胞成分，细胞核/浆比高，细胞间质结构致密，含自由水相对较少，水分子扩散明显受限，其ADC值明显低于肝血管瘤[20-21]。因此相较常规T2WI序列及动态增强序列而言，DWI序列及ADC图能够反映更多肿瘤的微观信息，为两种肿瘤的鉴别提供更具体的量化指标。

纹理指图像中像素的灰度变化规律，纹理特性是对区域内部灰度级变化的特征进行量化。目前纹理分析技术已经运用于肿瘤的诊断及鉴别诊断、肿瘤的分级分期及疗效评估当中，已经应用于各种部位肿瘤的研究中[13-19]。纹理参数可以通过数据法、模型法或转化法获得，数据法是最常用的方法，通过计算图像中每个像素的局部特征并根据局部特征的空间分布获得参数，包括一阶（单体素）和二阶（双体素）及高阶（3个及以上体素）等几种方法，一阶法主要通过直方图获得，参数包括峰度值、偏度值、最大值、最小值、标准差等，描述总体的纹理特征。偏度、峰度是通过直方图产生的参数，反映图像像素值的分布情况，峰度值、偏度值的降低往往可以提示治疗有效，在本研究中，峰度值和偏度值在两种肿瘤中没有明显差异性，说明这两种肿瘤表现在ADC图像像素值分布上不具明显差异性。二阶法主要应用灰度共生矩阵（graylevel co-occurrence matrix，GLCM），描述局部纹理特征，可反映灰度分布的混乱程度，是分析肿瘤异质性最常用的方法，包括能量、熵、对比度、逆差矩、相关性等[22-26]。熵值是度量灰度分布的随机性，图像的灰度分布随机性越高则熵值越高，表明肿瘤异质性越高。能量是图像灰度分布均匀性或平滑性的度量，当图像的灰度分布均匀，图像呈现较粗的纹理，其相应的能量值较大，能量值与肿瘤的异质性呈负相关。研究发现前列腺癌的ADC图的纹理分析利于鉴别癌组织与非癌组织，癌组织的ADC图的熵值高于非癌组织，而能量值低于非癌组织[7]。本研究中，我们尝试将ADC图纹理分析技术运用于HCC及HHA的鉴别，结果发现HHA的能量值明显高于HCC，差异具有统计学意义，而HCC的熵值高于HHA，但没有明显统计学差异。HHA是由多发囊状的扩张的血窦组成，血窦间隔是由纤维组成，磁共振图像信号较均匀，而HCC含低密度脂肪变性及透明细胞变形区以及坏死区，表现为磁共振图像信号不均匀，在本研究中，熵值、能量值是反映两种肿瘤的均匀程度的定量参数，HCC的能量值低于HHA，而HCC熵值高于HHA，定量证明了HCC较HHA肿瘤内更不均质性及复杂性。

本研究还存在一定的局限性，本研究并非大样本研究，虽然熵值在HCC有高于HHA的趋势，但统计学上无明显差异，有待进一步增加样本量来证实，入组患者并非全部病理证实，部分病例只能依靠影像及诊断后随诊入组，不能对肝血管瘤及肝癌进行进一步分组和病理分级分析，可后续收集病例扩大样本量并细致分组、分级进行鉴别诊断。