ADC值直方图分析方法鉴别IB期和II期宫颈癌的应用初探

刘洁,程敬亮,张勇

郑州大学第一附属医院 磁共振科,河南 郑州 450052

[摘 要] 目的 探讨MR DWI ADC直方图分析法鉴别IB期和II期宫颈癌的应用价值。方法 回顾性分析经手术病理证实但未接受过治疗的42例宫颈癌患者,依照国际妇产科联盟分期方法进行分期并以此进行分组,IB期和II期各21例。两组患者术前均行常规盆腔MRI平扫、DWI及动态增强扫描,采用后处理软件生成ADC值,选取两组肿块ADC图像最大层面,运用Mazda软件勾画感兴趣区并行直方图分析。对两组数据直方图参数特征进行统计学分析,找出两组之间有显著性差异的参数特征。结果 两组ADC值直方图以偏态分布为主,利用直方图提取出9个参数(平均值、方差、偏度、峰度、ADC1%、ADC10%、ADCmean、ADC90%、ADC99%),其中峰度值最有统计学意义(P<0.05)。受试者工作特征曲线下面积为0.753,最佳截断点值为51.5,诊断的敏感度和特异度分别为80.1%和71.4%。结论 ADC值直方图评估宫颈癌IB期和II期具有较大价值。

[关键词] ADC值直方图;磁共振;宫颈癌;扩散加权成像

引言

宫颈癌作为第三大最常见的女性恶性肿瘤,也是导致女性死亡的第四个重要原因[1-3]。宫颈癌的发病率逐年增加[4],然而肿瘤的分期可指导临床治疗。对于早期宫颈癌,手术是首选治疗方法,同步放化疗则适用于进展期宫颈癌[5]。故准确区分IB期和II期宫颈癌十分重要。

目前,国内外有文献报道利用MR扩散加权成像表观弥散系数(Apparent Diffusion Coefficient,ADC)值直方图来诊断IB期宫颈癌[6]。本研究通过收集42例经手术病理证实的宫颈癌IB及II期患者,以扩散加权成像ADC值为基础,观察两者直方图参数值的差异,探讨ADC值直方图鉴别IB期及II期宫颈癌的价值。

1 材料与方法

1.1 临床资料

回顾性收集2015年5月至2018年5月经手术病理证实的42例宫颈癌患者,所有宫颈癌患者根据MRI和相关临床检查结果,依据国际妇产科联盟(International Federation of Gynecology and Obstetrics,FIGO)分期系统进行分期,其中IB期21例,年龄35~58岁,平均(45±6)岁;II期21例,年龄33~71岁,平均(52±11)岁。临床表现主要为阴道不规则出血。纳入标准:① 经宫颈涂片组织检查诊断为宫颈癌,未接受手术、放疗、化疗及其他治疗的患者;② 术前在本院行常规MRI检查,包括常规盆腔MRI平扫、DWI及动态增强扫描;③ MRI图像清晰无明显伪影,支持进一步图像分析。排除标准:① 经手术病理证实非宫颈癌患者;② 有幽闭恐惧症或者不能够配合检查的患者;③ 阴道有纱布填塞或者盆腔内有金属伪影影响图像质量的患者。本研究共收集51例,排除9例,其中5例经手术病理证实为宫颈上皮内瘤变,3例为宫颈息肉,1例患者有阴道填塞物。本研究通过医学伦理委员会批准,研究对象签署知情同意书。

1.2 MRI检查方法

检查前禁食禁水4~6 h,去除金属异物,嘱受检者膀胱内留中等尿液,取仰卧位。采用德国Siemens Skyra 3.0T磁共振成像系统,32通道体部线圈,扫描中心置于耻骨联合上2 cm。

(1)MRI平扫。层厚4 mm,层间距1 mm,FOV 50 cm×50 cm,矩阵512×512。扫描序列包括:轴面SE序列T1WI:TR 902 ms,TE 9.4 ms,信号采集次数4;轴面快速自旋回波T2WI:TR 3600 ms,TE 86 ms,信号采集次数2;矢状面快速自旋回波T2WI:TR 4020 ms,TE 68 ms,信号采集次数2。

(2)DWI扫描。行轴位脂肪抑制单次激发平面回波序列DWI。轴面TR 3000 ms,TE 76 ms。层厚4 mm,层间距1 mm,b值0、800 s/mm2,FOV 240 mm×165 mm,矩阵128×128,信号采集次数6,体素大小为9.7 mm3。轴位ADC图由工作站自动生成。

(3)动态增强扫描。对比剂采用Gd-DTPA,采用高压注射器以2.5 mL/s流率注射0.1 mmoL/kg,对比剂注射完毕后立即注射20 mL生理盐水冲管。注射对比剂的同时采集图像,采集8~10个增强序列,采集时间2 min,覆盖整个子宫。扫描序列为矢状面脂肪抑制三维容积梯度回波成像,层厚TR 3 mm,无间距扫描,TR 5.01 ms,TE 2.3 ms,FOV 36 cm×36 cm,矩阵256×256。5 min后采集延迟期轴面、冠状面图像,参数同上。

1.3 图像分析

将所有患者的MRI图像从PACS工作站以BMP格式导出,导出时调整窗宽窗位,保证所有图像窗宽窗位一致,选择轴位ADC图像用于进一步分析。直方图采用MaZda软件,分析所选择轴位ADC病变范围最大且较清晰的图像,通过手动勾画感兴趣区(Region of Interest,ROI)计算直方图参数,包括平均值、方差、偏差、峰度、百分位数值。纹理特征计算及评估过程:由1名医师沿着病变边缘参照T2WI及动态增强图像手动勾画多边形选中病灶区域,并用红色填充肿瘤区域。

1.4 统计学分析

采用SPSS 16.0.0软件进行统计学分析。符合正态分布采用两独立样本t检验比较两种直方图各参数间的差异,不符合正态分布,采用非参数检验,P 0.05具有统计学意义。绘制受试者工作特征(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线,计算曲线下面积(Area Under Curve,AUC),预测IB期与II期宫颈癌的最佳阈值。

2 结果

42例患者中,IB期及II期宫颈癌各21例,其中IB组年龄35~58岁,平均(45±6)岁;II组年龄33~71岁,平均(52±11)岁,两组年龄有统计学差异(t=2.371,P=0.023)。直方图各参数值,见表1。由表1中数据可知第99百分位数、峰度值和偏度值均具有统计学意义,且峰度值的显著性最高。根据峰度值呈正态分布,并绘制ROC曲线,AUC为0.753,最佳截断点值取51.5时,敏感度和特异度分别为80.1%和71.4%。影像学图像,见图1。

3 讨论

近年来,DWI已被广泛用于评价妇科恶性肿瘤[7],其在高b值上表现为明显高信号[8-10]。此外,DWI还可以生成定量参数如ADC值,后者和许多微观因素有关,如细胞密度、增殖活动、细胞外空间、细胞内外水分子和液体粘稠度有关[11]。许多研究表明ADC值和肿瘤组织学恶性程度呈负相关[12-13]。宫颈癌作为妇科实性恶性肿瘤,易因缺血、缺氧及水肿等导致肿块内部水分子扩散异质性,然而ADC值并不能反映肿瘤异质性[14],从而影响临床治疗及预后。然而ADC值直方图分析法能够为影像医师提供很多肉眼无法获取的信息,相比于传统影像,前者采用数学方法对所得的数据进行评价,反映ROI之间的灰阶强度分布,从而量化肿瘤异质性。因而无须影像医师的主观评价和临床经验,能够客观准确地判断肿瘤内部的组织病理特征。Downey等[15]采用ADC值直方图分析法评价I期宫颈癌的组织病理特征。Xue等[8]运用ADC值直方图分析法评估宫颈癌局部浸润,并发现该方法有助于肿瘤的分型及分级。但二者均未采用偏度、峰度等反映肿块整体特征的参数。本研究采用ADC值直方图分析法鉴别诊断IB期和II期宫颈癌,所用参数包括平均值、方差、峰度、偏度、第1、50、90、99百分位数。

表1 IB期和II期宫颈癌ADC值直方图数据(±s

项目 平均值 变异度 偏度 峰度 1% 10% 50% 90% 99%IB期宫颈癌 115.3±4.2 630.4±74.2 0.8±0.1 0.8±0.3 74.2±6.0 89.6±4.4 110.1±4.4 148.8±4.8 182.4±5.2 II期宫颈癌 112.0±3.2 887.0±102.5 1.2±0.1 2.1±0.3 68.1±4.9 84.7±3.0 104.0±3.1 151.5±5.0 201.8±7.3 P值 0.734 0.076 0.023 0.005 0.660 0.678 0.505 0.406 0.017 AUC(95%CI )0.469(0.285~0.654 )0.660(0.493~0.826 )0.705(0.543~0.867 )0.753(0.595~0.910 )0.460(0.280~0.641 )0.463(0.280~0.645 )0.440(0.256~0.624 )0.575(0.397~0.753 )0.714(0.546~0.883)

图1 图像分析

注:a~c. IB期宫颈癌ROI选择及直方图;d~f. II期宫颈癌ROI选择及直方图;g. IB期宫颈癌散点图;h, II期宫颈癌散点图;i. IB期和II期宫颈癌箱式图;j. IB期和II期宫颈癌ROC曲线。

本研究结果显示:首先,宫颈癌患者年龄与分期结果呈正相关,年龄越大,分期越晚,反之亦然。其次,在ADC值直方图各参数中,第99百分位数、偏度和峰度均可较好地区分IB期和II期宫颈癌病灶。偏度反映变量分布的不对称性,其绝对值越大,表面分布偏移程度越大。理论上,正偏度意味着肿块的分布集中在左侧,反映肿块富含细胞及恶性成分;负偏度则意味着肿块分布集中在右侧,反映囊变和水肿成分居多。本研究表明,随着肿瘤分期增加,细胞密度增高、细胞外空间减小,组织结构复杂,从而ADC值分布跨度增大,相应直方图偏度增大。峰度反映了变量分布的陡缓程度,即与正态分布相比某一分布的相对平坦度及尖锐度。本研究表明II期宫颈癌的峰度值较IB期高,结果最具有统计学意义,这与Guan等[14]的结果一致。此外,ROC曲线表明峰度能够较好地区分IB期和II期宫颈癌,具有较高的敏感度和特异度,AUC达0.753。

本研究仍存在一些局限性。首先,样本量较小,并未进行详细的病理分型,无法细分不同病理类型之间的差异;其次,ROI由1名具有丰富经验的影像学医师手动勾画,无相关病理依据且ADC图空间分辨率较低,故由观察者定义的病灶范围存在主观差异或偏移。由于IA期仅于显微镜下才能看到,故本研究仅针对IB期和II期进行研究。

综上,MRI图像纹理分析可为区分IB期及II期宫颈癌提供可靠依据,ADC值直方图分析方法具有较高的鉴别价值。

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Differentiation of Stage IB and II Cervical Cancer by Apparent Diffusion Coefficient Histogram: A Preliminary Study

LIU Jie, CHENG Jingliang, ZHANG Yong
Department of Magnetic Resonance, The 1st Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou Henan 450052, China

Abstract: Objective To investigate the diagnostic value of ADC histogram obtained from MR DWI for stage IB and II cervical cancer. Methods A retrospective analysis was made of 42 cases of cervical cancer confirmed by operation and pathology but not treated. According to the International Federation of Gynecology and Obstetrics staging method, these cases were divided into two groups, 21 cases in stage IB and 21 cases in stage II. Routine pelvic MR sequences, DWI and dynamic contrast-enhanced scan were performed in both groups before operation. ADC values were generated by post-processing software, and the maximum levels of ADC images of two groups of masses were selected. The region of interest was delineated by Mazda software and analyzed by histogram. Statistical analysis of the histogram parameters of the two groups was carried out to find out the parameters with significant differences between the two groups. Results The histograms of ADC values in the two groups were mainly skewed distribution. Nine parameters (mean, variance, skewness, kurtosis, ADC1%, ADC10%, ADCmean, ADC90%, ADC99%) were extracted by histogram, of which the kurtosis was the most significant (P<0.05). The area under the receiver operating characteristic curve was 0.753, and the best cut-off point was 51.5. The sensitivity and specificity of diagnosis were 80.1% and 71.4% respectively. Conclusion ADC histogram is of great value in evaluating stage IB and stage II of cervical cancer.

Key words: ADC histogram; MRI; cervical cancer; diffusion weighted imaging

[中图分类号] R445.2;R737.33

[文献标识码] A

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2020.01.018

[文章编号] 1674-1633(2020)01-0068-03

收稿日期:2019-01-28

通信作者:程敬亮,教授,主要研究方向为中枢神经系统疾病。

通信作者邮箱:cir.chjl@vip.163.com