超声纹理分析在直肠癌T分期中的诊断价值.pdf

实用医学杂志 2023年第39卷第18期 The Journal of Practical Medicine 2023 Vol.39 No.18超声纹理分析在直肠癌T分期中的诊断价值谢亚宁1 温德惠2 王立坤2 王琪1 武雪亮31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）【摘要】目的研究超声纹理分析在直肠癌 T 分期中的诊断价值。方法选取经手术或病理证实的 31 例直肠癌患者术前超声检查图像，采用 mazda 软件勾画感兴趣区域（ROI），软件自动计算出均值、峰度、偏度、对比度、熵、方差和、自相关、能量、逆差距纹理特征参数，比较不同分期直肠癌各纹理参数的差异，并对差异有统计学意义的参数绘制受试者工作特征曲线（ROC），比较曲线下面积（AUC），评估其诊断效能。结果统计得到，峰度、偏度、对比度、熵、方差和、自相关均是直肠癌 T 分期的影响因素，晚期直肠癌（pT3-4 期）较早期直肠癌（pT1-2 期）偏度、熵、方差和、自相关偏高（P 0.05），而峰度、对比度较早期直肠癌偏低（P 0.05）。其中，熵具有较高的诊断效能，AUC 值为 0.88。结论超声纹理分析可为直肠癌 T 分期提供更客观的影像学依据，与早期直肠癌相比，晚期直肠癌的纹理特征更为复杂。【关键词】直肠癌；超声；纹理分析；T分期【中图分类号】R738.3Diagnostic value of ultrasound texture analysis in T stage of rectal cancer XIE Yaning*，WEN Dehui，WANG Likun，WANG Qi，WU Xueliang.*Hebei North University，Zhangjiakou 075000，China Corresponding author：WEN Dehui Email：【Abstract】Objective To investigate the diagnostic value of ultrasound texture analysis in T stage of rectal cancer.MethodsThe preoperative ultrasound images of 31 patients with rectal cancer confirmed by surgery or pathology were selected，and the region of interest（ROI）was delineated by mazda software.The software automatically calculated the texture characteristic parameters of mean，kurtosis，skewness，contrast，entropy，variance sum，autocorrelation，energy and deficit distance，compared the differences of texture parameters of rectal cancer in different stages，and drew the subjects working characteristic curve（ROC）for the statistically significant parameters，compared the area under the curve（AUC），and evaluated its diagnostic efficiency.ResultsIt was statistically shown that kurtosis，skewness，contrast，entropy，variance sum and autocorrelation were all influencing factors of T stage of rectal cancer，and the skewness，entropy，variance sum and autocorrelation of advanced rectal cancer（pT3-4 stage）were higher than those of early rectal cancer（pT1-2 stage）（P 0.05），while the kurtosis and contrast were lower than those of early rectal cancer（P 0.05）.Among them，entropy has a higher diagnostic efficiency，and the AUC value is 0.88.ConclusionUltrasound texture analysis can provide a more objective imaging basis for T staging of rectal cancer，and the texture characteristics of advanced rectal cancer are more complex than those of early rectal cancer.【Key words】rectal cancer；ultrasound，texture analysis；T stage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，为医 学 检 查 与 临 床 诊 断doi：10.3969/j.issn.1006-5725.2023.18.020基金项目：2022 年度河北省医学科学研究课题计划（编号：20220028）；河北省临床医学优秀人才培养项目通信作者：温德惠 Email：2401实用医学杂志 2023年第39卷第18期 The Journal of Practical Medicine 2023 Vol.39 No.18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5466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。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）；直肠癌晚期组直径大于早期组（P 0.05）。见表1。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），见表2。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。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AB注：A 是用 mazda 软件勾画的 ROI；B 是 mazda 纹理分析得到的参数图图1男，52岁，直肠腺癌晚期Fig.1Male，52 years old，advanced rectal cancerAB注：A 是用 mazda 软件勾画的 ROI；B 是 mazda 纹理分析得到的参数图。图2男，64岁，直肠腺癌早期Fig.2Male，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.3A pathological picture of poorly differentiated，rectal adenocarcinoma2402实用医学杂志 2023年第39卷第18期 The Journal of Practical Medicine 2023 Vol.39 No.18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，峰表1早期组和晚期组直肠癌患者一般资料Tab.1General information of patients with rectal cancer in the early and advanced groupsx s人口学特征年龄（岁）性别 例（%）男 女直径（cm）CEA（g/L）CA19-9（U/mL）早期组（PT1-T2）62.1 3.441.728.62.2 0.93.4 1.611.7 2.5晚期组（PT3-T4）66.4 8.358.371.43.5 1.28.8 6.019.6 15.22/t值-1.710.39-3.40-1.50-0.87P值0.100.530.000.150.39表2不同T分期患者超声纹理参数对比Tab.2Comparison of ultrasound texture parametersin patients with different T stages x 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 40.00.6 0.30.3 0.34.4 0.92.0 0.8189.1 65.70.8 0.10.0 0.00.5 0.1晚期组（PT3-T4）124.8 35.90.3 0.40.5 0.33.6 0.73.1 0.5256.9 54.70.9 0.10.0 0.00.6 0.1t值-2.192.12-2.162.68-4.77-3.11-2.36-0.65-1.95P值0.040.040.040.010.000.000.030.520.06表3超声纹理参数对直肠癌T分期的诊断价值Tab.3Diagnostic value of ultrasound texture parameters in T stage of rectal cancer纹理特征参数均值峰度偏度对比度熵方差和自相关AUC0.720.760.760.740.880.810.80标准误0.100.090.100.090.060.090.08P值0.050.020.020.030.000.010.01渐进95%CI下限0.520.590.570.550.750.620.65上限0.910.930.950.921.001.000.96曲线来源均值偏度熵方差和自相关参考线ROC曲线0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0敏感度1.00.80.60.40.20.00.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01-特异度图4均值、偏度、熵、方差和、自相关的ROC曲线Fig.4Mean，skewness，entropy，sumvariance，and correlat ROC curves曲线来源参考线ROC曲线敏感度1.00.80.60.40.20.0对比度峰度0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01-特异度图5峰度、对比度的ROC曲线Fig.5ROC curve of kurtosis and contrast2403实用医学杂志 2023年第39卷第18期 The Journal of Practical Medicine 2023 Vol.39 No.18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 0.75），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参考文献1 CHEN L，LIU X，ZHANG W，et al.The predictive value of tumor volume reduction ratio on three-dimensional endorectal ultrasound for tumor response to chemoradiotherapy for locally advanced rectal cancer J.Ann Transl Med，2022，10（12）：666.2 TOSHIHIRO N，MITSUO S，KOZO Y，et al.Computed tomography texture analysis for the prediction of lateral pelvic lymph node metastasis of rectal cancerJ.W J Surg Oncol，2022，20（1）：281.3 WANG B T，FAN W P，XU H，et al.Value of magnetic resonance imaging.texture analysis in the 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