MRI纹理分析对直肠癌术前T分期诊断及与肿瘤分化程度关系

张益兰， 史 讯， 张慧丽， 许 凤， 董丛松

1. 江苏医药职业学院， 江苏 盐城 224005； 2. 盐城市第一人民医院， 江苏 盐城 224007；3. 盐城市第三人民医院， 江苏 盐城 224008

直肠癌是世界最常见恶性肿瘤之一，近年来该病发病呈逐年递增，且逐渐趋于年轻化[1]。直肠癌常用治疗方式有根治术、新辅助放化疗等，术中病灶切除是否完整及保肛是患者关注问题[2]。准确的T分期可为直肠癌治疗奠定基础，与患者预后及生活质量直接相关[3]。目前，在直肠癌诊断方面，磁共振成像(MRI)有不可替代的优势，但通过视觉观察直接对直肠癌分期仍存在一定局限性[4]。纹理分析是影像评估新技术，通过分析MR图像分布及规律，进行更有效的肿瘤分期评估[5,6]，MR图像纹理与直肠癌术前分期的关系已有临床试验证实[7]。肿瘤分化程度也是恶性肿瘤进展及预后评估主要内容之一，而关于MRI纹理参数与肿瘤分化程度的关系尚待深入研究。基于此，本研究尝试分析MRI纹理在直肠癌术前分期诊断中的价值，同时探究其与肿瘤分化程度的关系，旨在为临床选择更为有效的直肠癌治疗方式提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年10月至2020年12月盐城市第一人民医院72例直肠癌患者，均行MRI纹理分析，其中，男性45例、女性27例；年龄33～75岁，平均年龄(56.09±7.63)岁。本研究经伦理委员会批准。纳入标准：均经病理证实为直肠癌；MRI扫描前未进行手术或放化疗；高分辨T2WI扫描，具有较高图像质量；患者及家属知情同意。排除标准：运动伪影、金属伪影，图像噪声明显；病灶实性相对较少，囊变坏死明显较多；转移或复发性直肠癌。患者T分期及肿瘤分化情况[8]：T1～T2 30例，T3～T4 42例；高分化17例，中分化42例，低分化13例。

1.2 方法

采用Verio 3.0T磁共振扫描仪(西门子)进行检查。线圈选择盆腔覆盖表面，T2WI横断位为基础，在矢状、冠状位上定位，标准横轴位，方向：垂直于肿瘤区域肠管。矩阵大小322×448；TR/TE 4500/101 ms；FOV 180 mm×220 mm；层厚3 mm；层间距5 mm。DICOM格式导出数据图像，导入MaZda软件，由三位有盆腔诊断经验的放射科医师共同描绘感兴趣区(ROI)，选取病灶边界显示最清晰的序列确定病灶范围，以此为标准，其他序列ROI与其保持一致；由一位医师在两位医师监督下沿病灶边界手动勾画ROI，注意避免明显出血、囊变、水肿、坏死及肠腔内容物，尽量保证可覆盖更多肿瘤区域，ROI在肿瘤边缘外1 mm，综合意见进行评估。采用MaZda软件4.7进行分析，为避免对比度及亮度变化影响结果，提取纹理特征前，将图像灰阶控制在合理范围内进行标准化处理，利用软件计算ROI内直方图与灰度共生矩阵(Gray-level co-occurrence matrix，GLCM)纹理参数，其中直方图参数中提取均值，GLCM参数提取自相关、熵、方差和、对比度等。

1.3 观察指标

(1)不同T分期患者MRI纹理参数。(2)MRI纹理参数与术前T分期相关性。(3)MRI纹理参数诊断术前T分期价值。(4)不同肿瘤分化程度患者MRI纹理参数。(5)MRI纹理参数与肿瘤分化程度的关系。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 不同T分期患者MRI纹理参数

直肠癌术前T1～T2分期患者均值、自相关、熵、方差和均显著低于T3～T4分期，对比度显著高于T3～4分期(P<0.05)。见表1。

表1 不同T分期患者MRI纹理参数对比

2.2 MRI纹理参数与术前T分期相关性

以本研究纳入的直肠癌患者术前T分期为因变量，进行Logistic回归分析，结果显示，均值、对比度、自相关、熵、方差和均为直肠癌术前T分期影响因素(P<0.05)。见表2。

表2 MRI纹理参数与术前T分期相关性的Logistic回归分析

2.3 MRI纹理参数对术前T分期的诊断价值

通过ROC曲线评价MRI纹理参数对术前T分期的诊断价值，结果显示，各参数AUC值均较高，而联合诊断AUC值最大，为0.951，具有良好诊断效能。见表3、图1。

图1 ROC曲线

表3 MRI纹理参数对术前T分期的诊断价值

2.4 不同肿瘤分化程度患者MRI纹理参数

直肠癌不同肿瘤分化程度患者均值、对比度、自相关、熵、方差和相比，差异有统计学意义(P<0.05)，且随直肠癌肿瘤分化程度降低，均值、自相关、熵、方差和随之升高，对比度随之下降，差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。

表4 不同肿瘤分化程度患者MRI纹理参数对比

2.5 MRI纹理参数与肿瘤分化程度的关系

Spearman进行相关性分析，直肠患者均值、自相关、熵、方差和与肿瘤分化程度呈负相关关系，对比度与肿瘤分化程度呈正相关关系(P<0.05)。见表5。

表5 MRI纹理参数与肿瘤分化程度的关系

3 讨论

早期诊断及准确分期是直肠癌治疗及获取良好预后奠定基础[9]。因此，如何准确对直肠癌患者病灶进行分期诊断仍为临床亟待解决问题之一。MRI是直肠癌术前分期重要手段，其通过观察病灶及临近组织侵犯等进行肿瘤分期，但多依靠医师能力及经验进行图像判读，受容积效应、图像分辨率、运动伪影等多种因素影响，准确度有限[10]。

MRI纹理分析通过分析图像中微小结构及规律，定量及定性评估肿瘤浸润深度，进而更有效评估肿瘤分期[11]。近年来，MRI纹理分析广泛应用于腹腔及盆腔肿瘤、乳腺癌、颅脑占位病变中[12]。Liu等[13]研究中，通过比较直方图、ADC图像和灰度共生矩阵，发现熵、偏度、对比度较低时，可明显增加肿瘤浸润风险，在直肠癌浸润及淋巴结浸润预测和诊断中具有积极意义。本研究采用MRI纹理分析方法，进行直肠癌T分期诊断参数构建，除容积特征及一阶纹理参数外，重点进行了二阶GLCM分析，包括自相关、熵、方差和、对比度。GLCM为经典纹理特征提取方式，可较为精确地评测灰度值在相邻间隔、方向、变化幅度灰度空间分布特征。有学者认为，无需进行所有参数描述，GLCM即可完整分析图像纹理特征[14]。其中，自相关显示图像局部灰度，可提示矩阵元素值均匀程度变化；熵值反映图像纹理复杂性，提示纹理信息量情况；对比度描述图像及纹理沟纹清晰度与深浅，与纹理沟纹深浅正相关[15]。本研究结果显示，直肠癌术前T1～T2分期患者均值、自相关、熵、方差和均低于T3～T4分期，对比度高于T3～T4分期，且均值、自相关、熵、方差和、对比度均为直肠癌术前分期影响因素，提示MRI纹理参数可用于评价直肠癌T分期。构建各MRI纹理的ROC曲线，各参数单独诊断直肠癌术前T分期的AUC值均较高，尤以联合诊断最高，达0.951。提示直肠癌T分期可依据MRI纹理参数诊断，尤其是在常规检查无法对T分期进行完全确切的诊断时，且较多的具有差异性的纹理特征利于提高T分期诊断准确性。另外，也有学者提出，直肠癌肿瘤纹理参数联合常规检查图像、参数。可使分期诊断准确性得以明显提高[16]；其中，肿瘤环周比、年龄、上下径等较易获取参数同样被证实可在临床分期、进展评估时综合考虑[17]。

肿瘤分化程度指肿瘤细胞接近正常细胞程度，分化程度越低，恶性程度越高[18]。本研究分析直肠癌MRI纹理参数与肿瘤分化程度的关系，数据显示，直肠癌不同肿瘤分化程度患者MRI纹理参数均存在明显差异，其中均值、自相关、熵、方差和与肿瘤分化程度呈负相关关系，对比度与肿瘤分化程度呈正相关关系(P<0.05)。提示MRI纹理分析亦可用于直肠癌分化程度评价。舒震宇等[19]研究发现，熵差值与能量在病理完全缓解与未缓解组中具有明显差异，熵值>5.983为预测病理完全缓解最佳诊断值，AUC可达0.885，灵敏度100%，特异度66.7%，而能量值可达到更高的诊断效能，AUC可达到0.902，亦肯定了MRI纹理分析在直肠癌临床病理特征判定中的应用价值。

综上，MRI纹理参数均值、对比度、自相关、熵、方差和是直肠癌术前T分期影响因素，可用于T分期诊断，且与肿瘤分化程度有关，为临床治疗方式选择提供依据。