基于门静脉期CT图像3D纹理分析评估肝泡型棘球蚴病生物学活性

李佳蔚,张 源,刘文亚*

(1.新疆医科大学第一附属医院影像中心,新疆 乌鲁木齐 830054;2.新疆医科大学附属中医医院影像科,新疆 乌鲁木齐 830000)

肝泡型棘球蚴病(hepatic alveolar echinococcosis, HAE)是多房棘球绦虫幼虫引起的人畜共患寄生虫病,病灶通常呈肿瘤样侵袭性生长,可迁移至肺、脑、脾和肾等器官,引起多种并发症,严重时可危及生命[1]。HAE复发率较高,对未行根治性手术者应予系统性口服苯并咪唑类药物以抑制寄生虫增殖,但长期用药易产生不良反应,且治疗过程中需要定期监测病灶生物学活性,以降低复发风险,并评估药物治疗效果及指导临床治疗决策[2]。PET/CT是影像学评价HAE病灶生物学活性变化的较佳方法,但所费不赀而难以普及[3]。纹理分析技术为新兴非侵入性图像后处理技术,可通过定量分析图像局部特征而客观精确地反映病变的异质性,发掘肉眼无法观察到的病灶内部信息,具有无创、方便、低成本、可重复及客观、定量等优势[4]。本研究观察门静脉期CT图像3D纹理分析用于评估HAE病灶生物学活性的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性收集2015年2月—2023年2月新疆医科大学第一附属医院110例HAE患者,男50例、女60例,年龄12～67岁、平均(36.7±11.1)岁。纳入标准:①经手术病理证实单发HAE;②术前均接受上腹部CT增强及PET/CT检查,临床及影像学资料完整。排除标准:①影像学检查前曾接受肝脏有创检查或手术干预;②合并肝硬化或肝恶性肿瘤等其他肝脏弥漫性病变;③图像存在伪影或质量达不到后处理要求。检查前患者或监护人均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 CT检查 采用GE Discovery 750 HD CT仪行上腹部平扫及增强扫描,扫描范围覆盖完整肝脏;参数:管电压120～140 kV,管电流250～300 mA,层厚及层间距均为5 mm,螺距1～1.5。经右侧肘正中静脉以3～4 ml/s流率注射对比剂碘佛醇(320 mgI/ml,1.5 ml/kg体质量),延迟25～30 s、50～60 s分别行动脉期及门静脉期增强扫描。

1.2.2 PET/CT检查 嘱患者扫描前禁食4～6 h,控制其空腹血糖<8 mmol/L。于静息态下经肘静脉注射放射化学纯度>95%的18F-FDG 7.4 MBq/kg体质量后,以GE Discovery VCT PET/CT机行上腹部扫描,首先采集低剂量CT扫描定位图,之后行PET扫描;以CT数据对PET图像进行衰减校正,利用有序子集最大期望值法重建,获得PET/CT融合图像。

1.3 分析图像

1.3.1 CT图像 由2名具有3年以上CT诊断经验的主治医师观察CT表现,包括病灶位置(肝左叶/肝右叶/跨越左右叶)、长径,病灶内有无钙化、有无液化坏死及血管和胆道系统受侵情况。

1.3.2 PET/CT融合图像 由2名具有3年以上核医学诊断经验的主治医师分别于PET/CT融合图中测量病灶及正常肝实质背景的最大标准摄取值(maximum standard uptake value, SUVmax),以其测值的平均值为最终结果。将18F-FDG显示病灶呈环形或不均匀团块状浓聚、SUVmax高于正常肝脏背景者纳入活性组(n=55),将病灶内18F-FDG均匀稀疏分布或缺损、SUVmax等于或低于正常肝脏背景者归入无活性组(n=55)。见图1。

图1 18F-FDG PET/CT融合图示HAE A.患者女,60岁,PET/CT融合图示肝内HAE病灶边缘见明显环形放射性浓聚(箭),SUVmax=7.59,提示病灶具有生物学活性; B.患者男,49岁,PET/CT融合图示肝右叶HAE病灶边缘无明显放射性分布(箭),SUVmax=2.36,提示病灶无明显生物学活性

1.4 提取图像纹理特征参数 将门静脉期CT图导入MaZda 4.6软件3D编辑器,由3名具有5年以上CT诊断经验的副主任医师分别以盲法沿病灶边缘手动逐层勾画ROI,避开胆囊、肝内外胆管及邻近血管并尽量覆盖整个病灶;由另1名具有15年以上CT诊断经验的主任医师逐层确认勾画结果,有异议时经讨论达成一致意见。软件自动生成病灶感兴趣容积(volume of interest, VOI,图2),提取其灰度直方图3D纹理特征参数,包括均值、变异度、偏度、峰度、第1百分位数、第10百分位数、第50百分位数、第90百分位数及第99百分位数。对3名医师所获纹理参数结果的平均值进行分析。

图2 勾画HAE病灶ROI及获得VOI示意图 A.采用MaZda软件于上腹部轴位门静脉期CT图中逐层勾画病灶ROI(红线区域); B.软件自动生成病灶VOI

图3 单一门静脉期CT 3D纹理特征参数及联合模型判断HAE病灶生物学活性的ROC曲线

1.5 统计学分析 采用SPSS 25.0统计分析软件。以Kolmogorov-Smirnov检验对计量资料进行正态性检验,以±s表示符合正态分布且方差齐的计量资料,行独立样本t检验;以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布者,行Mann-WhitneyU检验。采用χ2检验比较计数资料。将组间差异有统计学意义的纹理特征参数纳入logistic回归分析行变量间共线性检验,以无共线性问题变量构建联合模型。绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线,计算曲线下面积(area under the curve, AUC),评估单一纹理参数及联合模型判断HAE生物学活性的效能。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料及CT表现 组间CT所示HAE病灶累及下腔静脉程度差异有统计学意义(P<0.05),其余一般资料及CT表现差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 110例HAE患者一般资料及病灶CT表现比较

2.2 3D纹理特征参数 3D纹理特征参数中,均值、变异度、偏度、峰度、第50百分位数、第90百分位数和第99百分位数组间差异均有统计学意义(P均<0.05),第1百分位数差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 110个HAE病灶门静脉期CT 3D纹理特征参数比较

2.3 诊断效能 共线性检验结果显示,3D灰度直方图纹理参数中的均值、变异度、偏度、峰度及第99百分位数无共线性,其判断HAE病灶生物学活性的AUC为0.614～0.632;以之构建的联合模型的AUC为0.714,其敏感度及特异度均为69.69%。见表3及图3。

表3 单一门静脉期CT 3D纹理特征参数及联合模型判断HAE病灶生物学活性的效能

3 讨论

临床常利用18F-FDG PET/CT评估HAE病灶葡萄糖摄取及显像剂浓聚,以间接观察病灶其是否处于活跃期[5],但存在辐射。纹理分析为影像组学的重要组成部分,被称为可分析病灶性质的“虚拟活检”[6],现已广泛用于诊断及鉴别诊断[7]、肿瘤分期[8]、预测复发和/或转移[9]及评估疗效等[10]。

HAE病灶生物学活性与其边缘区域的新生微血管密度(microvessels density, MVD)密切相关。MVD是HAE病灶增殖和向周围组织浸润的基础,也是评估肿瘤性病变侵袭和转移的重要指标[11]。肝脏主要由门静脉供血。门静脉期CT中,肝实质强化较为明显,而HAE病灶内部无明显强化或仅有轻度强化。本研究基于门静脉期CT图像对HAE病灶进行3D纹理分析,观察图像中边界有与无生物学活性HAE病灶之间平均亮度与体素灰度分布的差异[12],结果显示活性组均值、变异度、峰度及第50、90、99百分位数均大于无活性组,而偏度小于无活性组。

本研究经共线性检验获得5个不存在共线性的3D纹理参数,包括均值、变异度、偏度、峰度及第99百分位数。峰度代表图像像素强度的峰值,可反映病灶密度变化率,变化率越大则峰度越高,提示病灶体素间纹理分布差异性较大,即异质性较高。本研究发现,单一以上述纹理参数判断HAE病灶生物学活性的AUC为0.614～0.32,以之构建的联合模型的AUC为0.714,提示门静脉期CT 3D纹理分析有助于判断HAE病灶生物学活性,但诊断效能稍低。分析可能原因:①样本量较小;②相比薄层CT,基于层厚5 mm CT图像进行纹理分析可漏失部分有价值的信息;③手动勾画的病灶ROI难以精准与PET/CT图像所示病灶放射浓聚区相吻合。

综上,门静脉期CT图像3D纹理分析对于判断HAE病灶生物学活性具有一定价值。但本研究仅针对门静脉期CT进行分析,有待进一步行多期相CT图像高阶3D纹理特征分析。