本研究旨在探討治療前計算機斷層掃描（CT）紋理分析在預測聯合靶向化療后結直腸癌肝轉移治療療效的價值。回顧性分析 2011 年 3 月–2017 年 10 月在四川大學華西醫院接受西妥昔單抗治療且有完整資料的結直腸癌肝轉移患者 82 例。參照 RECIST1.1 標準，將患者分為治療有反應組和治療無反應組。采用 CT 紋理分析軟件，在門脈期對標記病灶進行 3D 紋理分析。對比治療有反應組和治療無反應組間的紋理參數差異，并對差異有統計學意義的參數行受試者工作曲線分析，得出其診斷效能參數。結果顯示，治療前病灶熵（Entropy）、能量（Energy）、方差（Variance）、標準差（std. Deviation）、95th 分位數（Quantile95）以及熵和（sumEntropy）在治療有反應組（n = 44）和無反應組之間（n = 38）有顯著差異（P < 0.05）；較高的熵、熵和、方差、標準差以及較低的能量似乎預示著較好的治療反應。當熵和 > 0.867 時，能夠取得較好的診斷效能，敏感度和特異度分別為 60.5%、79.5%。因此，CT 紋理分析在預測聯合靶向化療的結直腸癌肝轉移患者的治療反應方面具有一定的價值，可作為潛在的療效預測的生物學標志。
引用本文： 張菁, 周裕文, 邱萌, 伍兵. 計算機斷層掃描紋理分析在預測聯合靶向化療后的結直腸癌肝轉移灶治療反應的價值研究. 生物醫學工程學雜志, 2018, 35(6): 914-920. doi: 10.7507/1001-5515.201801062 復制
引言
根據中國最新癌癥數據，結直腸癌（colorectal cancer，CRC）在中國是導致腫瘤死亡的第五大原因，每年新增病例人數約為 376 300，在男性中的發病率排名第五，在女性中的發病率排名第四[1]。據美國最新的癌癥數據報道，結直腸癌在男性和女性中癌癥發病率及死亡率中均排名第三[2]。約有 40% 的結直腸癌伴隨著肝轉移，亦常發生淋巴結以及肺轉移。手術切除被認為是結直腸癌肝轉移（colorectal cancer liver metastasis，CRLM）最有效的治療方法，但是當肝轉移灶手術無法切除時，患者將接受化療[3-4]。在接受化療的患者中，聯合西妥昔單抗靶向化療是目前熱門的治療方式之一[5]。然而靶向藥物治療費用高，患者承受能力有限。因此，在治療前早期預測靶向藥物治療療效，能為醫生用藥及患者選擇提供重要參考。
西妥昔單抗作為表皮生長因子受體單抗，目前較為公認的療效預測標志物為皮疹和 KRAS 基因突變狀態[6-7]。但由于皮疹的發生只有在用藥后方能觀察到，因此只能作為提示藥物有效性的臨床征兆。郭桂芳等[8]指出結直腸癌中 KRAS 野生型者約 60%，然而野生型中只有 40%～53%（相當于所有腸癌的 20%～30%）的患者獲益于西妥昔單抗治療，其余的患者并沒有從這種昂貴的藥物中獲益，因此進一步探索可靠實用的預測標志物是非常有必要的。
影像學手段尤其是計算機斷層掃描（computed tomography，CT）可作為常規監測化療療效的工具，因為操作快捷以及對患者的配合度要求較低。CT 紋理分析是量化腫瘤異質性的一種新方法[9]，它利用數學方法評估感興趣區域（region of interest，ROI）內的灰度級變化，評估病變的紋理粗糙度和分布的不規則性，因此紋理分析可以作為比視覺分析更為詳細的定量評估病變特征的方法。
目前只有少數文獻利用 CT 紋理分析預測結直腸癌肝轉移一線化療療效反應的報道，部分紋理參數對于預測療效反應有較好的診斷效能。然而關于預測結直腸癌肝轉移聯合靶向藥物化療療效的研究尚未見報道。因此，本研究的目的是探究結直腸癌肝轉移灶的基線 CT 紋理參數是否對聯合靶向化療后的治療反應有預測價值，以期為臨床靶向治療療效預測以及后續治療方案制定提供有效依據。
1 材料和方法
1.1 研究對象
回顧性分析從 2011 年 3 月–2017 年 10 月在四川大學華西醫院接受西妥昔單抗治療的晚期結直腸癌患者。納入標準：① 結腸、直腸癌伴肝轉移；② KRAS 基因野生型；③ 按照 RESIST1.1 標準[10]，至少有一個可測量的病灶；④ 在一線或者二線使用西妥昔單抗聯合含鉑類或者伊立替康為基礎的化療方案（FOLFOX 或 FOLFIRI 方案）；⑤ 有開始治療前肝臟的 CT 增強掃描圖像，并進行過至少一次療效評估（采用 CT 或核磁共振成像）。排除標準：① 對所有可測量的病灶在第一次療效評價前進行放療、手術或者局部處理；② 圖像質量不佳者。
1.2 檢查方法
掃描參數：層厚 2 mm，層距 2 mm。患者檢查前常規禁食 8～12 h，取平臥位，平掃后行增強掃描。使用對比劑（300 gI/L）按 1.5 mL/kg 體重計算給藥量。用高壓注射器經肘靜脈注射給藥，注射速率為 2.5 mL/s。于造影劑注射后 30、60 s 分別行屏氣動脈期、門靜脈期掃描，掃描范圍包括所有病變區域。
該研究的 CT 檢查是基于臨床診斷及隨訪需求而進行的常規檢查，且未對患者進行額外的非必需 CT 檢查。對檢查過程中所涉及的造影劑的使用，患者均簽署知情同意書。
1.3 圖像分析
采用紋理分析軟件（O.K，Omini-Kinetics，GE Healthcare，中國），由一名放射科醫生（三年從事放射科工作經歷），在患者接受治療前 CT 增強掃描的門脈期，對之后將進行療效評價的病灶（標記病灶）進行 ROI 勾畫，并進行三維（three-dimensional analysis，3D）分析。3D 分析是通過橫斷位上逐層勾畫轉移瘤的邊界（見圖 1a），然后利用計算機進行融合計算得出轉移瘤 3D 數據（見圖 1b），最后利用軟件計算得出（見圖 1c）。
圖1
3D CT 紋理分析軟件
a. 逐層勾畫 ROI；b. 3D ROI 合成；c. 計算紋理參數
Figure1. Software of 3D CT texture analysisa: delineating ROI by each slice; b: composing 3D ROI; c: calculating texture parameters
主要紋理參數包括：標準差（std. Deviation），方差（Variance），均差（Mean Deviation），偏度（Skewness），峰度（Kurtosis），能量（Energy），熵（Entropy），5th 分位數（Quantile5），10th 分位數（Quantile10），25th 分位數（Quantile25），50th 分位數（Quantile50），75th 分位數（Quantile75），90th 分位數（Quantile90），95th 分位數（Quantile95），熵和（sumEntropy）等。
能量：能量特征測量強度水平分布的均勻性。如果值很高，那么分布是一個小的強度等級。能量可以定義為：
。
熵：熵度量了強度水平上的系數值分布的隨機性。如果熵的值很高，那么圖像中的灰度分布就會很多。這個值是能量的倒數。一個簡單的圖像具有低熵，而復雜的圖像具有高熵。熵可以定義為：
。
標準差：是用來量化一組數據值的變化量或分散量的度量。定義為：std.Deviation =
。
方差：為平均數的平方差的平均值。定義為：
。
分位數：分位數標準化是一種全局調整方法，它假定每個樣本的統計分布是相同的。標準化是通過使觀察到的目標的分布相同且平均而實現的，而該平均分布的獲取是通過求取采集樣品間每個分位數的平均值得出。它們將概率分布的范圍分成相等概率的連續區間，或以相同的方式將樣本中的觀察點分割開來的切點。
1.4 療效評價方法
療效評價則參照實體瘤療效評價標準（RECIST1.1）執行。對患者的最佳療效評價進行記錄，將完全緩解（CR）和部分緩解（PR）歸為治療有反應組，將疾病穩定（SD）和疾病進展（PD）歸為治療無反應組。
1.5 統計學方法
統計方法首先對所有數據行正態檢驗，當數據服從正態分布時采用 t 檢驗，當數據不符合正態分布時采用 M-W U 檢驗。潛在的有效參數使用受試者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線進行量化曲線下面積（area under curve，AUC）。雙側 P < 0.05 被認為差異有統計學意義。所有的統計分析采用 SPSS 19.0 軟件進行。
2 結果
2.1 患者基本情況
本研究共納入病例 82 例。根據 RECIST1.1 標準，對患者的治療反應進行評定，將患者分為治療有反應組（44 例）和無反應組（38 例）。患者基本情況見表 1。
表1
患者基本情況
Table1.
Patient characteristics
2.2 紋理參數在兩組間差異的對比分析
經過聯合靶向化療后，部分紋理分析參數在治療有反應組和治療無反應組間的對比情況如表 2 所示。治療有反應組的熵、方差、熵和、95th分位數以及標準差的均數或中位數均明顯大于治療無反應組（P < 0.05）；而能量明顯小于治療無反應組（ P < 0.05）。偏度在治療有反應組有大于治療無反應組的趨勢，但差異無統計學意義（ P = 0.486）。峰度的中位數在治療有反應組有小于治療無反應組的趨勢，但差異亦無統計學意義（P = 0.724）。
表2
兩組患者間 CT 紋理分析參數對比
Table2.
Summary of CT texture analysis of responder and non-responder group
2.3 各參數的診斷效能
采用 ROC 曲線對以上參數進行診斷效能評價，結果如表 3 及圖 2 所示。當熵和 > 閾值 0.867 時，能夠取得較好的診斷效能，敏感度和特異度分別為 60.5% 和 79.5%。此外，當能量 < 閾值 0.015、熵 > 閾值 6.319、方差 > 閾值 403.480、標準差 > 閾值 20.087、95 th分位數 > 閾值 115.255，或熵和 > 閾值 0.867 時，可能也預示著良好的治療效果。
表3
各參數的診斷效能
Table3.
Diagnostic efficiency of the parameters
圖2
各紋理分析參數 ROC 曲線
a. 參數能量的 ROC 曲線，當參數小于閾值時，可獲得較好的治療反應；b. 參數熵、方差、標準差、95th分位數以及熵和的 ROC 曲線。當參數大于閾值時，可獲得較好的治療反應
Figure2. The ROC curve of the texture analysis parametersa: the ROC curve of the parameter Energy, and better therapeutic response can be obtained when the parameters are less than the threshold; b: the ROC curve of the parameter Entropy, Variance, Std. Deviation, Quantile95, and sumEntropy, and better therapeutic response can be obtained when the parameters are more than the threshold
2.4 典型病例
2.4.1 病例一
女，38 歲，左半結腸癌伴肝轉移。西妥昔單抗聯合 FOLFIRI 進行一線化療。治療前 CT 紋理參數分別為：熵 6.023（< 閾值 6.319）、能量 0.018（> 閾值 0.015）、方差 316.017（< 閾值 403.480）、標準差 17.777（< 閾值 20.087）、95th 分位數 84.088（< 閾值 115.255）以及熵和 0.843（< 閾值 0.867）。治療后其療效評價為 SD，與預測結果一致。治療前 CT 圖像見圖 3 所示。
圖3
結腸癌伴肝轉移
該患者熵、方差、標準差、95th分位數以及熵和均小于閾值，能量大于閾值。治療后其療效評價為 SD
Figure3. Colon carcinoma with liver metastasesthe value of Entropy, Variance, std Deviation, Quantile95, and sumEntropy are smaller than the thresholds, and the Energy is greater than the threshold. The evaluation of the therapeutic response was SD
2.4.2 病例二
男，56 歲，直腸癌伴肝轉移。西妥昔單抗聯合 FOLFOX 進行一線化療。CT 紋理參數分別為：熵 6.464（> 閾值 6.319）、能量 0.014（< 閾值 0.015）、方差 475.088（> 閾值 403.480）、標準差 21.797（> 閾值 20.087）、95th 分位數 115.111（< 閾值 115.255）以及熵和 0.882（> 閾值 0.867），治療后其療效評價為 PR，與預測結果一致。治療前 CT 圖像見圖 4 所示。
圖4
直腸癌肝轉移
該患者熵、方差、標準差、95th 分位數以及熵和均大于閾值，能量小于閾值。治療后其療效評價為 PR
Figure4. Rectal carcinoma with liver metastasesthe value of Entropy, Variance, std Deviation, Quantile95, and sumEntropy are greater than the thresholds, and the Energy is smaller than the threshold. The evaluation of the therapeutic response was PR
3 討論
圖像紋理分析是一個很有前途的用于量化腫瘤異質性的工具，可用于區分腫瘤的類型和分級、監測治療反應和預測結果，因而紋理分析參數有潛力成為一種非創傷性的生物標志物。腫瘤影像紋理分析已被應用于不同的成像方式，包括 CT、正電子發射計算機斷層顯像和核磁共振成像[11-12]。對不同類型腫瘤的研究表明，CT 紋理分析有助于鑒別診斷、腫瘤分期和治療反應的評估，甚至可以作為預后的生物標志物[13-18]。對于結直腸癌患者，目前已有文獻報道 CT 紋理分析參數與腫瘤病理分期相關，可用于預測異時性肝轉移的發生，以及對肝轉移患者的術后復發情況和化療療效進行預測[4, 19-22]。
一項對結直腸癌患者 220 個淋巴結的研究表明，惡性淋巴結和良性淋巴結的 CT 紋理特征可能不同，惡性結節中的異質性更大[23]。Ahn 等[19]對 235 名經過 FOLFOX 和 FOLFIRI 治療的結直腸癌肝轉移患者進行評估的研究中發現，較窄的標準差、較低的偏度以及較高的平均衰減，即較低的異質性預示著較好的治療反應。在 Grove 等[24]對肺腺癌的研究中表明，較高的異質性與較差的預后相關。
我們的研究探討了聯合靶向化療的結直腸癌肝轉移患者利用治療前紋理分析與治療后療效評估之間的關系，發現治療前病灶熵、能量、方差、標準差、95th分位數以及熵和在治療有反應組和無反應組之間有著顯著的差異（P < 0.05），較高的熵、方差、標準差、熵和以及較低的能量似乎預示著較好的治療反應。此外，治療有效組較無效組有較低的偏度和較高的峰度，但是兩組間差異均沒有統計學意義。
異質性與腫瘤惡性程度相關，可以用組織學或影像學數據來評估[25]。異質性存在于不同個體的腫瘤中，也可來源于同一個體因細胞增殖、死亡、代謝活動、血管結構及其他因素引起的區域性變化[26]，即腫瘤的代謝、缺氧和血管生成等特征可能與其異質性有關[27]。
熵是反映灰度分布不規則性（異質性）的一個度量，這個參數與均勻性密切相關，與灰度分布的均勻性相反。方差、標準差表示均值的離散程度，同樣反映了轉移瘤內密度分布的異質性差異。在我們的研究中，有反應組表現為具有較高的熵值、方差和標準差，這意味著在我們的研究中此種療法對內部結構更不均勻的轉移瘤具有良好治療反應。
在 Ng 等[28]的研究中，評估了 57 個原發性結直腸腫瘤的 CT 紋理特征，發現熵較低（小于閾值 7.9）和標準差較低的患者遠期預后較差。Lubner 等[29]利用 CT 紋理分析探究了 77 名結直腸癌肝轉移患者的治療前腫瘤異質性與其病理及臨床結果的相關性，發現更均勻的腫瘤（熵更小，標準差更小，衰減高/陽性像素高）在生物學上可能更具侵略性（即腫瘤等級更高，總生存率更低）。該研究與我們的結果相類似，我們猜想原因可能是增強圖像上的異質性來源于血管內造影劑的不均勻性，異質性較高的腫瘤血管較為豐富，使靶向藥物能更多地進入腫瘤組織，從而對病灶進行更有效的治療。異質性主要歸因于腫瘤血管供應的異質性，這得到了計算機模擬研究的支持[30]。對于我們的結果與其他已發表文獻結果不一致的情況，主要可能有以下兩點原因：首先，研究部位可能不同，不同腫瘤在不同組織器官內可呈現不同的異質性表現；其次，我們采用的是增強掃描的門脈期，由于造影劑的充填方式和分布的不同可能造成組織內部結構的差異。
目前關于 CT 紋理分析掃描期相的選擇，平掃、動脈期、門脈期均被使用，暫無期相的選擇標準。Goh 等[31]在腎細胞癌的紋理分析研究中使用動脈期進行分析；Chen 等[32]在肝細胞癌的紋理分析研究中對肝動脈期和門脈期紋理參數進行對比分析。在我們的研究中使用的是門脈期，原因是結直腸癌肝轉移灶在門脈期其邊界顯示更為明顯。然而，肝轉移瘤可由肝動脈和門靜脈雙重供血，因此探討在動脈期結直腸癌肝轉移瘤的 CT 紋理分析的參數意義也是十分有必要的。
我們的研究還存在一定的局限性。首先，對于 ROI 的勾畫是由放射科醫師手工勾畫，對于腫瘤邊界的判定可能存在一定的誤差；對此，紋理分析軟件結合 ROI 自動選定軟件的研發及使用應在今后的工作中予以開展。其次，由于西妥昔單抗價格昂貴，僅少數人能負擔該項治療費用，因此患者數量較少，部分結果與文獻中結論不一致或無統計學意義，將在今后繼續收集病例，進行更大樣本的統計分析，得出更可靠的結論。
綜上所述，治療前靜脈期 CT 3D 紋理分析可以用于預測聯合靶向治療結直腸癌肝轉移患者的治療療效。較高的熵、熵和、方差、標準差以及較低的能量可能預示著較好的治療反應。
引言
根據中國最新癌癥數據，結直腸癌（colorectal cancer，CRC）在中國是導致腫瘤死亡的第五大原因，每年新增病例人數約為 376 300，在男性中的發病率排名第五，在女性中的發病率排名第四[1]。據美國最新的癌癥數據報道，結直腸癌在男性和女性中癌癥發病率及死亡率中均排名第三[2]。約有 40% 的結直腸癌伴隨著肝轉移，亦常發生淋巴結以及肺轉移。手術切除被認為是結直腸癌肝轉移（colorectal cancer liver metastasis，CRLM）最有效的治療方法，但是當肝轉移灶手術無法切除時，患者將接受化療[3-4]。在接受化療的患者中，聯合西妥昔單抗靶向化療是目前熱門的治療方式之一[5]。然而靶向藥物治療費用高，患者承受能力有限。因此，在治療前早期預測靶向藥物治療療效，能為醫生用藥及患者選擇提供重要參考。
西妥昔單抗作為表皮生長因子受體單抗，目前較為公認的療效預測標志物為皮疹和 KRAS 基因突變狀態[6-7]。但由于皮疹的發生只有在用藥后方能觀察到，因此只能作為提示藥物有效性的臨床征兆。郭桂芳等[8]指出結直腸癌中 KRAS 野生型者約 60%，然而野生型中只有 40%～53%（相當于所有腸癌的 20%～30%）的患者獲益于西妥昔單抗治療，其余的患者并沒有從這種昂貴的藥物中獲益，因此進一步探索可靠實用的預測標志物是非常有必要的。
影像學手段尤其是計算機斷層掃描（computed tomography，CT）可作為常規監測化療療效的工具，因為操作快捷以及對患者的配合度要求較低。CT 紋理分析是量化腫瘤異質性的一種新方法[9]，它利用數學方法評估感興趣區域（region of interest，ROI）內的灰度級變化，評估病變的紋理粗糙度和分布的不規則性，因此紋理分析可以作為比視覺分析更為詳細的定量評估病變特征的方法。
目前只有少數文獻利用 CT 紋理分析預測結直腸癌肝轉移一線化療療效反應的報道，部分紋理參數對于預測療效反應有較好的診斷效能。然而關于預測結直腸癌肝轉移聯合靶向藥物化療療效的研究尚未見報道。因此，本研究的目的是探究結直腸癌肝轉移灶的基線 CT 紋理參數是否對聯合靶向化療后的治療反應有預測價值，以期為臨床靶向治療療效預測以及后續治療方案制定提供有效依據。
1 材料和方法
1.1 研究對象
回顧性分析從 2011 年 3 月–2017 年 10 月在四川大學華西醫院接受西妥昔單抗治療的晚期結直腸癌患者。納入標準：① 結腸、直腸癌伴肝轉移；② KRAS 基因野生型；③ 按照 RESIST1.1 標準[10]，至少有一個可測量的病灶；④ 在一線或者二線使用西妥昔單抗聯合含鉑類或者伊立替康為基礎的化療方案（FOLFOX 或 FOLFIRI 方案）；⑤ 有開始治療前肝臟的 CT 增強掃描圖像，并進行過至少一次療效評估（采用 CT 或核磁共振成像）。排除標準：① 對所有可測量的病灶在第一次療效評價前進行放療、手術或者局部處理；② 圖像質量不佳者。
1.2 檢查方法
掃描參數：層厚 2 mm，層距 2 mm。患者檢查前常規禁食 8～12 h，取平臥位，平掃后行增強掃描。使用對比劑（300 gI/L）按 1.5 mL/kg 體重計算給藥量。用高壓注射器經肘靜脈注射給藥，注射速率為 2.5 mL/s。于造影劑注射后 30、60 s 分別行屏氣動脈期、門靜脈期掃描，掃描范圍包括所有病變區域。
該研究的 CT 檢查是基于臨床診斷及隨訪需求而進行的常規檢查，且未對患者進行額外的非必需 CT 檢查。對檢查過程中所涉及的造影劑的使用，患者均簽署知情同意書。
1.3 圖像分析
采用紋理分析軟件（O.K，Omini-Kinetics，GE Healthcare，中國），由一名放射科醫生（三年從事放射科工作經歷），在患者接受治療前 CT 增強掃描的門脈期，對之后將進行療效評價的病灶（標記病灶）進行 ROI 勾畫，并進行三維（three-dimensional analysis，3D）分析。3D 分析是通過橫斷位上逐層勾畫轉移瘤的邊界（見圖 1a），然后利用計算機進行融合計算得出轉移瘤 3D 數據（見圖 1b），最后利用軟件計算得出（見圖 1c）。
圖1
3D CT 紋理分析軟件
a. 逐層勾畫 ROI；b. 3D ROI 合成；c. 計算紋理參數
Figure1. Software of 3D CT texture analysisa: delineating ROI by each slice; b: composing 3D ROI; c: calculating texture parameters
主要紋理參數包括：標準差（std. Deviation），方差（Variance），均差（Mean Deviation），偏度（Skewness），峰度（Kurtosis），能量（Energy），熵（Entropy），5th 分位數（Quantile5），10th 分位數（Quantile10），25th 分位數（Quantile25），50th 分位數（Quantile50），75th 分位數（Quantile75），90th 分位數（Quantile90），95th 分位數（Quantile95），熵和（sumEntropy）等。
能量：能量特征測量強度水平分布的均勻性。如果值很高，那么分布是一個小的強度等級。能量可以定義為：
。
熵：熵度量了強度水平上的系數值分布的隨機性。如果熵的值很高，那么圖像中的灰度分布就會很多。這個值是能量的倒數。一個簡單的圖像具有低熵，而復雜的圖像具有高熵。熵可以定義為：
。
標準差：是用來量化一組數據值的變化量或分散量的度量。定義為：std.Deviation =
。
方差：為平均數的平方差的平均值。定義為：
。
分位數：分位數標準化是一種全局調整方法，它假定每個樣本的統計分布是相同的。標準化是通過使觀察到的目標的分布相同且平均而實現的，而該平均分布的獲取是通過求取采集樣品間每個分位數的平均值得出。它們將概率分布的范圍分成相等概率的連續區間，或以相同的方式將樣本中的觀察點分割開來的切點。
1.4 療效評價方法
療效評價則參照實體瘤療效評價標準（RECIST1.1）執行。對患者的最佳療效評價進行記錄，將完全緩解（CR）和部分緩解（PR）歸為治療有反應組，將疾病穩定（SD）和疾病進展（PD）歸為治療無反應組。
1.5 統計學方法
統計方法首先對所有數據行正態檢驗，當數據服從正態分布時采用 t 檢驗，當數據不符合正態分布時采用 M-W U 檢驗。潛在的有效參數使用受試者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線進行量化曲線下面積（area under curve，AUC）。雙側 P < 0.05 被認為差異有統計學意義。所有的統計分析采用 SPSS 19.0 軟件進行。
2 結果
2.1 患者基本情況
本研究共納入病例 82 例。根據 RECIST1.1 標準，對患者的治療反應進行評定，將患者分為治療有反應組（44 例）和無反應組（38 例）。患者基本情況見表 1。
表1
患者基本情況
Table1.
Patient characteristics
2.2 紋理參數在兩組間差異的對比分析
經過聯合靶向化療后，部分紋理分析參數在治療有反應組和治療無反應組間的對比情況如表 2 所示。治療有反應組的熵、方差、熵和、95th分位數以及標準差的均數或中位數均明顯大于治療無反應組（P < 0.05）；而能量明顯小于治療無反應組（ P < 0.05）。偏度在治療有反應組有大于治療無反應組的趨勢，但差異無統計學意義（ P = 0.486）。峰度的中位數在治療有反應組有小于治療無反應組的趨勢，但差異亦無統計學意義（P = 0.724）。
表2
兩組患者間 CT 紋理分析參數對比
Table2.
Summary of CT texture analysis of responder and non-responder group
2.3 各參數的診斷效能
采用 ROC 曲線對以上參數進行診斷效能評價，結果如表 3 及圖 2 所示。當熵和 > 閾值 0.867 時，能夠取得較好的診斷效能，敏感度和特異度分別為 60.5% 和 79.5%。此外，當能量 < 閾值 0.015、熵 > 閾值 6.319、方差 > 閾值 403.480、標準差 > 閾值 20.087、95 th分位數 > 閾值 115.255，或熵和 > 閾值 0.867 時，可能也預示著良好的治療效果。
表3
各參數的診斷效能
Table3.
Diagnostic efficiency of the parameters
圖2
各紋理分析參數 ROC 曲線
a. 參數能量的 ROC 曲線，當參數小于閾值時，可獲得較好的治療反應；b. 參數熵、方差、標準差、95th分位數以及熵和的 ROC 曲線。當參數大于閾值時，可獲得較好的治療反應
Figure2. The ROC curve of the texture analysis parametersa: the ROC curve of the parameter Energy, and better therapeutic response can be obtained when the parameters are less than the threshold; b: the ROC curve of the parameter Entropy, Variance, Std. Deviation, Quantile95, and sumEntropy, and better therapeutic response can be obtained when the parameters are more than the threshold
2.4 典型病例
2.4.1 病例一
女，38 歲，左半結腸癌伴肝轉移。西妥昔單抗聯合 FOLFIRI 進行一線化療。治療前 CT 紋理參數分別為：熵 6.023（< 閾值 6.319）、能量 0.018（> 閾值 0.015）、方差 316.017（< 閾值 403.480）、標準差 17.777（< 閾值 20.087）、95th 分位數 84.088（< 閾值 115.255）以及熵和 0.843（< 閾值 0.867）。治療后其療效評價為 SD，與預測結果一致。治療前 CT 圖像見圖 3 所示。
圖3
結腸癌伴肝轉移
該患者熵、方差、標準差、95th分位數以及熵和均小于閾值，能量大于閾值。治療后其療效評價為 SD
Figure3. Colon carcinoma with liver metastasesthe value of Entropy, Variance, std Deviation, Quantile95, and sumEntropy are smaller than the thresholds, and the Energy is greater than the threshold. The evaluation of the therapeutic response was SD
2.4.2 病例二
男，56 歲，直腸癌伴肝轉移。西妥昔單抗聯合 FOLFOX 進行一線化療。CT 紋理參數分別為：熵 6.464（> 閾值 6.319）、能量 0.014（< 閾值 0.015）、方差 475.088（> 閾值 403.480）、標準差 21.797（> 閾值 20.087）、95th 分位數 115.111（< 閾值 115.255）以及熵和 0.882（> 閾值 0.867），治療后其療效評價為 PR，與預測結果一致。治療前 CT 圖像見圖 4 所示。
圖4
直腸癌肝轉移
該患者熵、方差、標準差、95th 分位數以及熵和均大于閾值，能量小于閾值。治療后其療效評價為 PR
Figure4. Rectal carcinoma with liver metastasesthe value of Entropy, Variance, std Deviation, Quantile95, and sumEntropy are greater than the thresholds, and the Energy is smaller than the threshold. The evaluation of the therapeutic response was PR
3 討論
圖像紋理分析是一個很有前途的用于量化腫瘤異質性的工具，可用于區分腫瘤的類型和分級、監測治療反應和預測結果，因而紋理分析參數有潛力成為一種非創傷性的生物標志物。腫瘤影像紋理分析已被應用于不同的成像方式，包括 CT、正電子發射計算機斷層顯像和核磁共振成像[11-12]。對不同類型腫瘤的研究表明，CT 紋理分析有助于鑒別診斷、腫瘤分期和治療反應的評估，甚至可以作為預后的生物標志物[13-18]。對于結直腸癌患者，目前已有文獻報道 CT 紋理分析參數與腫瘤病理分期相關，可用于預測異時性肝轉移的發生，以及對肝轉移患者的術后復發情況和化療療效進行預測[4, 19-22]。
一項對結直腸癌患者 220 個淋巴結的研究表明，惡性淋巴結和良性淋巴結的 CT 紋理特征可能不同，惡性結節中的異質性更大[23]。Ahn 等[19]對 235 名經過 FOLFOX 和 FOLFIRI 治療的結直腸癌肝轉移患者進行評估的研究中發現，較窄的標準差、較低的偏度以及較高的平均衰減，即較低的異質性預示著較好的治療反應。在 Grove 等[24]對肺腺癌的研究中表明，較高的異質性與較差的預后相關。
我們的研究探討了聯合靶向化療的結直腸癌肝轉移患者利用治療前紋理分析與治療后療效評估之間的關系，發現治療前病灶熵、能量、方差、標準差、95th分位數以及熵和在治療有反應組和無反應組之間有著顯著的差異（P < 0.05），較高的熵、方差、標準差、熵和以及較低的能量似乎預示著較好的治療反應。此外，治療有效組較無效組有較低的偏度和較高的峰度，但是兩組間差異均沒有統計學意義。
異質性與腫瘤惡性程度相關，可以用組織學或影像學數據來評估[25]。異質性存在于不同個體的腫瘤中，也可來源于同一個體因細胞增殖、死亡、代謝活動、血管結構及其他因素引起的區域性變化[26]，即腫瘤的代謝、缺氧和血管生成等特征可能與其異質性有關[27]。
熵是反映灰度分布不規則性（異質性）的一個度量，這個參數與均勻性密切相關，與灰度分布的均勻性相反。方差、標準差表示均值的離散程度，同樣反映了轉移瘤內密度分布的異質性差異。在我們的研究中，有反應組表現為具有較高的熵值、方差和標準差，這意味著在我們的研究中此種療法對內部結構更不均勻的轉移瘤具有良好治療反應。
在 Ng 等[28]的研究中，評估了 57 個原發性結直腸腫瘤的 CT 紋理特征，發現熵較低（小于閾值 7.9）和標準差較低的患者遠期預后較差。Lubner 等[29]利用 CT 紋理分析探究了 77 名結直腸癌肝轉移患者的治療前腫瘤異質性與其病理及臨床結果的相關性，發現更均勻的腫瘤（熵更小，標準差更小，衰減高/陽性像素高）在生物學上可能更具侵略性（即腫瘤等級更高，總生存率更低）。該研究與我們的結果相類似，我們猜想原因可能是增強圖像上的異質性來源于血管內造影劑的不均勻性，異質性較高的腫瘤血管較為豐富，使靶向藥物能更多地進入腫瘤組織，從而對病灶進行更有效的治療。異質性主要歸因于腫瘤血管供應的異質性，這得到了計算機模擬研究的支持[30]。對于我們的結果與其他已發表文獻結果不一致的情況，主要可能有以下兩點原因：首先，研究部位可能不同，不同腫瘤在不同組織器官內可呈現不同的異質性表現；其次，我們采用的是增強掃描的門脈期，由于造影劑的充填方式和分布的不同可能造成組織內部結構的差異。
目前關于 CT 紋理分析掃描期相的選擇，平掃、動脈期、門脈期均被使用，暫無期相的選擇標準。Goh 等[31]在腎細胞癌的紋理分析研究中使用動脈期進行分析；Chen 等[32]在肝細胞癌的紋理分析研究中對肝動脈期和門脈期紋理參數進行對比分析。在我們的研究中使用的是門脈期，原因是結直腸癌肝轉移灶在門脈期其邊界顯示更為明顯。然而，肝轉移瘤可由肝動脈和門靜脈雙重供血，因此探討在動脈期結直腸癌肝轉移瘤的 CT 紋理分析的參數意義也是十分有必要的。
我們的研究還存在一定的局限性。首先，對于 ROI 的勾畫是由放射科醫師手工勾畫，對于腫瘤邊界的判定可能存在一定的誤差；對此，紋理分析軟件結合 ROI 自動選定軟件的研發及使用應在今后的工作中予以開展。其次，由于西妥昔單抗價格昂貴，僅少數人能負擔該項治療費用，因此患者數量較少，部分結果與文獻中結論不一致或無統計學意義，將在今后繼續收集病例，進行更大樣本的統計分析，得出更可靠的結論。
綜上所述，治療前靜脈期 CT 3D 紋理分析可以用于預測聯合靶向治療結直腸癌肝轉移患者的治療療效。較高的熵、熵和、方差、標準差以及較低的能量可能預示著較好的治療反應。
