拉伸指數(shù)彌散加權(quán)成像模型直方圖分析預(yù)測單發(fā)肝細(xì)胞癌微血管侵犯

李宏翔，薛蘊(yùn)菁*，王莉莉，張 靜，段 青，許乙凱

(1.福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院放射科，福建 福州 350001；2.南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院影像中心，廣東 廣州 510515)

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是高發(fā)惡性腫瘤，外科手術(shù)切除是其首選治療方法，文獻(xiàn)[1-2]報道，約70%的HCC在術(shù)后5年內(nèi)復(fù)發(fā)，而HCC微血管侵犯(microvascular invasion, MVI)被認(rèn)為是導(dǎo)致術(shù)后復(fù)發(fā)和影響術(shù)后生存率的重要因素。研究[3]表明，多發(fā)HCC出現(xiàn)MVI的概率較高；根據(jù)術(shù)前影像學(xué)表現(xiàn)和MR功能成像等技術(shù)可預(yù)測HCC MVI[1,4-6]，有利于制定治療方案及改善預(yù)后。拉伸指數(shù)模型直方圖分析可用于評估腫瘤相關(guān)生物學(xué)行為[7-8]。本研究評估拉伸指數(shù)彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)模型直方圖分析術(shù)前預(yù)測單發(fā)HCC MVI的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2017年8月—2019年4月43例于福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院及南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院經(jīng)術(shù)后病理確診的HCC患者，男40例，女3例，年齡34～72歲，平均(51.3±9.6)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前接受腹部多期動態(tài)MR增強(qiáng)檢查及多b值DWI；②MR檢查與手術(shù)切除間隔時間不超過4周；③影像學(xué)資料顯示病灶單發(fā)，且未發(fā)現(xiàn)大的靜脈癌栓。排除標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前接受腫瘤局部治療；②圖像質(zhì)量不佳或臨床資料缺失。

1.2 儀器與方法 采用Philips Achieva 3.0T MR儀，配備16通道相控陣體部線圈，行上腹部掃描。參數(shù)：T2W/脂肪抑制T2W，TR 1 250 ms，TE 80 ms/TR 1 307，TE 80 ms，層厚5 mm；改良版兩點(diǎn)法水脂分離序列，TR 3.3 ms，TE 1/TE2 1.18/2.1 ms，層厚3 mm；多b值DWI,采用單次激發(fā)平面回波序列，b值分別為0、10、20、40、80、200、400、600、1 000 s/mm2，TR/TE 2 062/63 ms，F(xiàn)OV 375 mm×302 mm×150 mm，矩陣256×256，層厚5 mm，層數(shù)30，NEX 2。之后以流率2 ml/s經(jīng)肘靜脈注射對比劑釓塞酸二鈉(Primovist，Bayer)0.1 ml/kg體質(zhì)量，采用T1高分辨各向同性容積激發(fā)序列行動態(tài)增強(qiáng)掃描，TR/TE 3.2/1.53 ms，層厚 3 mm。

1.3 圖像分析 將多b值DWI導(dǎo)入MATLAB 2014軟件(http://www. mathworks.com/)，由2名具有10年以上腹部影像學(xué)診斷經(jīng)驗的主任醫(yī)師結(jié)合軸位T2WI和增強(qiáng)掃描圖像測量增強(qiáng)掃描肝膽期軸位T2WI中的腫瘤最大徑，于軸位DWI(b=1 000 s/mm2)上逐層手動勾畫腫瘤邊界作為ROI，軟件自動獲得全瘤感興趣體積(volume of interest)(圖1)，并根據(jù)拉伸指數(shù)模型計算公式Sb/S0=exp[-(b×DDC)]α自動生成表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)、分布彌散系數(shù)(distribute diffusion coefficient, DDC)和水分子各向異質(zhì)性(alpha, α)的直方圖參數(shù)，包括直方圖分布的第5、25、50、75、95百分位數(shù)(5th、25th、50th、75th、95th)、平均值、偏度和峰度。對以上參數(shù)均測量3次，以平均值作為結(jié)果，并獲得拉伸指數(shù)模型擬合曲線。

圖1 患者男，52歲，HCC，MVI(+) A.軸位DWI(b=1 000 s/mm2)，綠框區(qū)域為ROI； B.脂肪抑制T2WI； C.動態(tài)增強(qiáng)MR肝膽期圖像； D.拉伸指數(shù)模型擬合曲線圖； E.病理圖(HE，×400)示管腔內(nèi)癌細(xì)胞(短箭) (長箭示病灶)

1.4 分組 參考《原發(fā)性肝癌規(guī)范化病理診斷方案專家共識》[9]，由2名病理學(xué)主任醫(yī)師中的任意1名復(fù)閱病理切片，以鏡下可見HCC周圍肝組織中的門靜脈或肝靜脈、肝動脈、膽管及淋巴管有成團(tuán)癌細(xì)胞并有明確血管內(nèi)皮細(xì)胞環(huán)繞、且肉眼未發(fā)現(xiàn)腫瘤侵犯大血管為MVI(+)；并據(jù)此將患者分為MVI(+)組(n=22)和MVI(-)組(n=21)，記錄其血清甲胎蛋白、HCC直徑及分級和肝功能等。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 20.0和MedClac 18.2統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計量資料，行獨(dú)立樣本t檢驗；對計數(shù)資料采用χ2檢驗或Fisher精確概率法進(jìn)行比較。以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)評估2名醫(yī)師測量結(jié)果的一致性。采用受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線評估組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)預(yù)測HCC發(fā)生MVI的效能，計算其曲線下面積(area under the curve, AUC)、閾值、敏感度和特異度，并以DeLong檢驗比較各參數(shù)AUC的差異。將組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)納入多因素Logistic回歸分析，獲得診斷效能最佳的參數(shù)。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 組間一般資料比較 MVI(+)組HCC直徑大于MVI(-)組(P=0.045)，余差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表1。

表1 MVI(+)與MVI(-)單發(fā)HCC患者一般資料比較

2.2 直方圖參數(shù) 2名醫(yī)師測量各直方圖參數(shù)的一致性ICC為0.797～0.963(P均<0.05)。組間DDC平均值及5th、25th、50th和ADC 5th差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)，α的直方圖參數(shù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表2。

表2 MVI(+)與MVI(-)單發(fā)HCC患者直方圖參數(shù)值比較

2.3 ROC曲線分析 組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義的各參數(shù)中，DDC 5th預(yù)測MVI的AUC最大(0.86)，閾值取0.58×10-3mm2/s時，其診斷敏感度及特異度分別為95.45%及66.67%，見表3及圖2。DeLong檢驗顯示，DDC 5th的AUC高于DDC(25th、50th)及平均值、ADC 5th和HCC直徑(Z=1.96～2.91，P均<0.05)，其余參數(shù)兩兩比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=0.12～1.91，P均>0.05)。

圖2 根據(jù)DDC 5th、ADC 5th和HCC直徑預(yù)測MVI的ROC曲線

表3 以直方圖參數(shù)及HCC直徑預(yù)測MVI的ROC曲線分析結(jié)果

2.4 多因素回歸分析 將組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義參數(shù)納入多因素回歸分析，結(jié)果顯示DDC 5th是MVI(+)的獨(dú)立預(yù)測因素(OR=18.60，P=0.005)。

3 討論

HCC為常見惡性腫瘤，根治性手術(shù)切除是最佳選擇，但HCC術(shù)后高復(fù)發(fā)率一直是困擾臨床的問題。MVI是影響HCC術(shù)后生存率與復(fù)發(fā)的重要因素[1-3]，術(shù)前預(yù)測MVI有利于改善預(yù)后。拉伸指數(shù)模型可反映組織內(nèi)水分子連續(xù)分布彌散情況及組織異質(zhì)性，同時生成DDC與α；DDC代表體素內(nèi)ADC連續(xù)分布情況，α反映水分子擴(kuò)散速率的異質(zhì)性，主要與組織的不均質(zhì)性密切相關(guān)，其變化范圍0～1，α接近0表示組織擴(kuò)散異質(zhì)性較高，α接近1則提示組織內(nèi)彌散異質(zhì)性低[7-8]。近年來，拉伸指數(shù)模型已用于研究前列腺癌、膠質(zhì)瘤分級及乳腺腫瘤[7，8,10]等。

ADC主要反映水分子呈高斯分布的情況，而DDC能更精確反映腫瘤細(xì)胞內(nèi)水分子的非高斯擴(kuò)散信息[7]。文獻(xiàn)[4]報道，MVI(+)HCC細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境更復(fù)雜，細(xì)胞內(nèi)水分子擴(kuò)散更多表現(xiàn)為非高斯分布，而不僅是高斯分布。本研究MVI(+)組DDC(5th、25th、50th)及ADC 5th均低于MVI(-)組。相比MVI(-)HCC，MVI(+)HCC常侵犯細(xì)小門靜脈、肝靜脈或包膜下小血管，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散受限[4,6]，且腫瘤細(xì)胞增殖更旺盛，腫瘤細(xì)胞增多，核質(zhì)比相對較高，細(xì)胞內(nèi)外水分子擴(kuò)散受限更明顯[4,6]，故其DDC及ADC減低。DDC預(yù)測MVI的診斷效能較ADC高，其DDC 5th的AUC高于DDC(25th、50th)及平均值、ADC 5th，推測原因在于ADC包含灌注和擴(kuò)散兩方面的信息，而DDC反映組織平均擴(kuò)散分布系數(shù)，是ADC的加權(quán)和，故能更準(zhǔn)確地反映腫瘤擴(kuò)散特征和平均擴(kuò)散速率[8]。

拉伸指數(shù)模型比單指數(shù)模型的可靠性與可重復(fù)性更高，有利于臨床應(yīng)用[11]。本研究采用直方圖分析得到多項反映腫瘤信息的參數(shù)，多因素分析顯示DDC 5th是MVI的獨(dú)立預(yù)測因素，其診斷效能最佳。DDC較小值的直方圖參數(shù)主要反映HCC增殖旺盛區(qū)域，即腫瘤細(xì)胞密度較高及細(xì)胞結(jié)構(gòu)更致密的區(qū)域，而這些因素均利于MVI發(fā)生；MVI(+)HCC腫瘤細(xì)胞增殖更快，更易侵犯周圍細(xì)小血管，腫瘤血供降低，致細(xì)胞微環(huán)境不均衡，使腫瘤細(xì)胞易于壞死[12]。

本研究組間α差異無統(tǒng)計學(xué)意義，推測與納入樣本量較少有關(guān)。既往研究[13]通過勾畫腫瘤局部ROI，在腫瘤最大層面或?qū)嵭圆糠譁y量各參數(shù)，會丟失重要信息，使其結(jié)果不能代表全瘤異質(zhì)性。本研究應(yīng)用腫瘤全域直方圖分析，可更好地反映整個腫瘤的異質(zhì)性，且能減少因勾畫局部ROI出現(xiàn)的選擇性偏倚[14-15]。

綜上所述，拉伸指數(shù)模型DWI直方圖分析有助于術(shù)前預(yù)測HCC MVI，以DDC 5th的診斷效能最佳。本研究的局限性：①樣本量小；②目前對于拉伸指數(shù)模型DWI肝臟掃描的b值大小和數(shù)量尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有待優(yōu)化。