超声纹理分析在直肠癌T分期中的诊断价值

谢亚宁 温德惠 王立坤 王琪 武雪亮

1河北北方学院（河北张家口 075000）；2河北北方学院附属第一医院2 超声医学科，3 普外科肿瘤研究所（河北张家口 075000）

经直肠腔内超声（transrectal ultrasonography，TRUS）是目前评估直肠癌总体情况使用广泛、方便、无创且有效的诊断手段［1］。TRUS 可以准确测量肿瘤的大小、周长和与各种解剖标志（如肛门边缘、肛门直肠线）的距离。

纹理分析是一种新的图像后处理技术，通过评估病变内纹理粗糙度、密度和不规则性的分布来定量描述医学图像中的组织异质性，并有望提供比视觉分析更详细和定量的病变表征［2-3］。目前，纹理分析在直肠癌中的应用研究国内外主要集中在基于CT 或MRI 的图像分析。而TRUS 通过紧贴病灶扫查，更有利于分辨肿瘤与肠壁的关系及直肠周围淋巴结的情况，有利于发现局部的浸润转移情况［4］。本研究旨在通过对直肠癌超声图像进行纹理分析，提取不同的纹理特征参数，评估超声纹理分析在直肠癌T 分期中的诊断价值，为临床治疗直肠癌提供更多的影像学参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2021 年7 月至2023 年1 月在河北北方学院附属第一医院超声科进行经直肠腔内超声检查并经手术或病理证实的31 例直肠癌患者的超声图像进行分析。本研究经伦理委员会批准。其中，男24 例，女7 例；年龄52 ～ 85 岁，平均（64.74 ± 7.09）岁。纳入标准：（1）所有患者均经手术或病理确诊为直肠癌，并获得T 分期；（2）检查前未做过放疗、化疗或手术治疗；（3）超声检查图像完整清晰。（4）患者及其家属知情同意。排除标准：（1）术后复发的直肠癌患者；（2）患者肠腔狭窄，无法进行超声检查；（3）临床资料不完整的病例。根据病理结果将患者分为早期组（T1-2 期）12 例，其中男10 例，女2 例，年龄54～66 岁，平均（62.08 ± 3.40）岁；晚期组（T3-4 期）19 例，其中男14例，女5例，年龄52 ～ 85岁，平均（66.42 ± 8.31）岁。

1.2 仪器与方法 患者需要在检查前进行肠道准备，排空大便。检查时保持放松状态，取左侧卧位，充分暴露肛门，通过直肠指检初步确定肿瘤的位置，向直肠内注入200 mL 生理盐水，以排清肠腔内气体干扰，获得较好的透声窗。然后在套有一次性隔离膜的探头上涂抹耦合剂，探头缓慢进入直肠，调节机器各参数获得最佳图像。

1.3 图像处理与数据分析 将BMP 格式的超声检查图像导入mazda 软件，由2 位有5 年以上工作经验的超声医师共同在肿瘤最大径切面勾画感兴趣区域，注意要尽量保证覆盖更多肿瘤区域，避免明显的出血、坏死及肠腔内容物，由软件自动分析得出均值、峰度、偏度、对比度、熵、方差和、自相关、能量、逆差距等纹理特征参数。根据病理结果分组统计分析。见图1-3。

图1 男，52 岁，直肠腺癌晚期Fig.1 Male，52 years old，advanced rectal cancer

图2 男，64 岁，直肠腺癌早期Fig.2 Male，64 years old，early rectal cancer.

图3 低分化、直肠腺癌的病理图片（HE 染色，× 200 倍）Fig.3 A pathological picture of poorly differentiated，rectal adenocarcinoma

1.4 统计学方法 采用统计学软件SPSS 25.0 处理数据，计数资料用均数±标准差表示，采用独立样本t检验，对差异有统计学意义的参数绘制ROC曲线，计算相应曲线下面积AUC，评估其对直肠癌T分期的诊断价值；P＜ 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料的比较 直肠癌晚期组（pT3-4 期）和早期组（pT1-2 期）年龄、性别、CEA 和CA19-9 比较，差异无统计学意义（P＞ 0.05）；直肠癌晚期组直径大于早期组（P＜ 0.05）。见表1。

表1 早期组和晚期组直肠癌患者一般资料Tab.1 General information of patients with rectal cancer in the early and advanced groups±s

表1 早期组和晚期组直肠癌患者一般资料Tab.1 General information of patients with rectal cancer in the early and advanced groups±s

人口学特征年龄（岁）性别［例（%）］男女直径（cm）CEA（μg/L）CA19-9（U/mL）早期组（PT1-T2）62.1 ± 3.4晚期组（PT3-T4）66.4 ± 8.3 χ2/t值-1.71 P值0.10 41.7 28.6 2.2 ± 0.9 3.4 ± 1.6 11.7 ± 2.5 58.3 71.4 3.5 ± 1.2 8.8 ± 6.0 19.6 ± 15.2 0.39 0.53-3.40-1.50-0.87 0.00 0.15 0.39

2.2 不同T 分期患者超声纹理参数对比 直肠癌晚期组的均值、偏度、熵、方差和、自相关均高于早期组（P＜ 0.05）；峰度、对比度低于早期组（P＜0.05），差异有统计学意义。能量和逆差距差异无统计学意义（P＞ 0.05），见表2。

表2 不同T 分期患者超声纹理参数对比Tab.2 Comparison of ultrasound texture parameters in patients with different T stages ±s

表2 不同T 分期患者超声纹理参数对比Tab.2 Comparison of ultrasound texture parameters in patients with different T stages ±s

纹理特征参数均值峰度偏度对比度熵方差和自相关能量逆差距早期组（PT1-T2）94.5 ± 40.0 0.6 ± 0.3 0.3 ± 0.3 4.4 ± 0.9 2.0 ± 0.8 189.1 ± 65.7 0.8 ± 0.1 0.0 ± 0.0 0.5 ± 0.1晚期组（PT3-T4）124.8 ± 35.9 0.3 ± 0.4 0.5 ± 0.3 3.6 ± 0.7 3.1 ± 0.5 256.9 ± 54.7 0.9 ± 0.1 0.0 ± 0.0 0.6 ± 0.1 t值-2.19 2.12-2.16 2.68-4.77-3.11-2.36-0.65-1.95 P值0.04 0.04 0.04 0.01 0.00 0.00 0.03 0.52 0.06

2.3 超声纹理参数对直肠癌T 分期的诊断价值通过ROC 曲线来评价各超声纹理参数对直肠癌T分期的诊断价值，以AUC ＞ 0.75 为诊断效能良好，结果显示，除均值外，各参数AUC 值均较高，尤以熵最高，达0.88，具有良好的诊断效能。见表3，图4、5。

表3 超声纹理参数对直肠癌T 分期的诊断价值Tab.3 Diagnostic value of ultrasound texture parameters in T stage of rectal cancer

图4 均值、偏度、熵、方差和、自相关的ROC 曲线Fig.4 Mean，skewness，entropy，sumvariance，and correlat ROC curves

图5 峰度、对比度的ROC 曲线Fig.5 ROC curve of kurtosis and contrast

3 讨论

纹理分析是通过分析图像的微小结构及分布规律，定性及定量评估肿瘤内部及浸润情况，进而更有效进行肿瘤分期［5］。近年来，纹理分析已应用于多方面临床研究。LIU 等［6］通过对比ADC 图像、灰度共生矩阵和直方图，发现了对比度、熵、偏度较低时，肿瘤的浸润风险会明显增加，对预测直肠癌浸润意义重大。MAHMOUD 等［7］描述了纹理分析与结直肠癌肝转移之间的相关性，发现与正常肝脏患者相比，熵和均匀性是患者肝转移的重要预测因素。

研究发现肿瘤的恶性程度与肿瘤的异质性相关，而纹理分析可以很好地量化评估肿瘤的异质性［8］。熵表示图像的空间分布强度，熵值越高说明图像的空间分布复杂度越高。本研究结果显示，晚期直肠癌的熵值比早期直肠癌熵值偏高，且经ROC 工作曲线分析，熵值诊断早晚期直肠癌的曲线下面积为＞ 0.75，有较好的诊断效能。研究报道［9］，异质性高的肿瘤图像复杂程度也越高，熵值会随着肿瘤恶性度增加而增加。偏度和方差和反映了各测量值与平均值之间的差距，偏度和方差和越大，表示纹理值的分散程度越大，说明肿瘤内部异质性越高。峰度表示纹理值的集中情况，峰度越大，提示肿瘤内部情况越单一［10-11］。均值反映了图像纹理值的整齐均匀性［12］，纹理有序规律时，均匀度会高，说明肿瘤内部成分越简单。已有研究证实肿瘤的纹理特征会随肿瘤发生的病理变化而变化。恶性肿瘤内部常发生坏死、出血、黏液样变性等，而早期肿瘤内部成分相对简单［13］。本研究结果显示，晚期直肠癌较早期直肠癌偏度、方差和和均值较大而峰度较低，与研究结果一致。但均值的AUC 只有0.72，未达到诊断价值良好的标准，可能与样本量尚小或仅研究了直肠癌肿瘤的最大径切面有关，还需进一步研究。自相关反映图像纹理的一致性；对比度反映纹理沟纹的深浅程度和图像的清晰度。纹理沟纹越深，对比度越大，视觉效果也就越清晰［14］。本研究结果显示，晚期直肠癌较早期直肠癌自相关值偏高而对比度偏低，有较高的诊断价值。

能量反映图像纹理粗细程度和图像灰度分布的均匀程度。逆差距度量图像纹理局部变化的情况，反映图像纹理的同质性［15］。本研究发现，早期组和晚期组患者直肠癌的能量及逆差距均较低，且差异无统计学意义（P＞ 0.05）可能与肿瘤内部成分有关，即使是T1-2 期直肠癌内部也已发生病理变化，肿瘤的同质性降低，图像均匀度降低。或与肿瘤研究局限性有关。

综上所述，本研究结果显示，直肠癌晚期组（pT3-4）患者均值、偏度、熵、自相关、方差和均高于直肠癌早期组（pT1-2）（P＜ 0.05），峰度、对比度低于早期组（pT1-2）（P＜ 0.05），且峰度、偏度、对比度、熵、自相关、方差和均是直肠癌T 分期的影响因素（P＜ 0.05），说明超声纹理参数可以评价直肠癌T分期。构建各纹理参数值的ROC 曲线发现峰度、偏度、对比度、熵、自相关、方差和诊断直肠癌T分期的AUC 均较高（AUC ＞ 0.75），尤以熵值最高，达0.88。说明超声纹理分析有助于直肠癌T 分期的诊断，可为直肠癌的准确T分期提供更客观的影像学依据。

本研究与以往发表的研究不同之处在于：本研究是基于超声图像进行纹理分析，经济性及适用性较CT、MRI 高。

本研究的局限性：本研究仅在直肠癌的最大径切面上勾画感兴趣区域，没有对整个肿瘤进行勾画，勾画范围局限，因此分析得到的纹理参数值不能完全反映整个肿瘤，有待后续进一步研究。

【Author contributions】XIE Yaning gathered the information of patients and wrote the article.WANG Qi gathered the information of patients.WANG Likun and WU Xueliang revised the article.WEN Dehui revised and reviewed the article.All authors read and approved the final manuscript as submitted