苏佰燕，周 慷，石海峰，孙 昊，张古沐阳，薛华丹，金征宇
中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科，北京 100730
子宫肌瘤是女性生殖系统最常见的子宫良性肿瘤，在正常育龄妇女中的发病率可高达20%～30%，约25%的子宫肌瘤患者有明显的临床症状，包括经期延长、经量增多，盆腔压迫或疼痛，少数可导致不孕[1- 2]。磁共振引导下聚焦超声术(magnetic resonance guided focus ultrasound surgery，MRgFUS)是新近出现的一种无创性治疗方法，其利用超声束可以穿过软组织后聚集在靶点，从而在体内靶区瞬间产生65～85 ℃的高温来消融靶区组织的特点，在MR实时温度监测及实时动态定位图像引导下，应用热消融技术治疗子宫肌瘤达到缓解临床症状的目的[3- 4]。既往研究发现，在T2加权图像上呈均匀低信号的肌瘤治疗效果良好，而信号较高或者信号不均匀肌瘤的治疗效果欠佳，其原因可能是高信号肌瘤或不均匀肌瘤内部有更多的血管和分隔，从而使肌瘤均匀加热困难[5- 6]。但目前尚没有方法能够量化预测MRgFUS的预后效果。
医学图像包含大量与临床疾病相关的纹理信息，因为某些疾病的组织学改变能导致医学图像上的纹理变化，而这些纹理变化又可通过纹理分析而量化，从而带来更多有用的临床信息。图像纹理分析(texture analysis，TA)技术于20世纪70年代开始应用于医学影像，最早是在X线平片，随后应用于超声[7- 9]。随着图像纹理分析软件TexRAD(TexRAD-www.texrad.com，TexRAD Ltd part of Feedback Plc，Cambridge，UK)的出现，其已被广泛应用于CT、MRI及PET的影像研究中，成为肿瘤影像领域的研究热点[10]。MR的纹理分析目前已应用于肝脏、甲状腺、乳腺、肾脏、前列腺、心脏、脑和肺组织等多种病理组织的鉴别[11]，但在子宫疾病方面的研究鲜有报道。本研究以16例接受MRgFUS治疗的症状性子宫肌瘤患者为研究对象，采用图像纹理分析方法量化了各次图像得到相关的纹理参数，观察了治疗前后MR纹理参数的变化及其与疗效的相关性，评估了纹理分析对MRgFUS治疗症状性子宫肌瘤疗效的预测价值。
对象和方法
对象2010年4月至2013年1月在北京协和医院接受并完成MRgFUS治疗的症状性子宫肌瘤患者16例，平均年龄(44.0±5.2)岁(35～52岁)，平均体质量指数(23.4±3.1)kg/m2(18.1～30.5 kg/m2)。入组标准：(1)通过MRgFUS治疗症状性子宫肌瘤的研究筛查并完成治疗；(2)按时完成12个月复查且各项复查资料完整，未接受其他治疗；(3)仅治疗1个子宫肌瘤。排除标准：(1)治疗多发子宫肌瘤；(2)12个月复查前行子宫肌瘤相关手术；(3)未完成12个月复查。本研究经北京协和医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。
MRI检查所有患者于术前、术后即刻及术后12个月接受增强MRI检查。具体为：采用1.5T超导磁共振机(EXCITE HD，GE Medical systems，Milwaukee，WI，USA)，检查序列包括T2加权快速自旋回波序列(T2 FSE，TR 4000 ms，TE 98 ms，层厚5 mm，层间距0 mm)轴位、矢状位及冠状位图像；T1加权快速自旋回波序列(T1 FSE，TR 50 2 ms，TE 12 ms，层厚5 mm，层间距0 mm)轴位图像；快速毁损梯度回波序列(Fast Spoiled Gradient Recalled FSPGR，TR 400 ms，TE 5.4 ms，层厚5 mm，层间距0 mm)获取压脂T1增强轴位、矢状位及冠状位图像；增强扫描时对比剂(钆喷酸葡胺注射液，10 ml)经肘静脉注射。
纹理参数提取采用TexRAD Image Processing，Scientific Research Version(TexRAD-www.texrad.com，TexRAD Ltd part of Feedback Plc，Cambridge，UK)软件，对所有患者3次MR影像资料中的T2WI矢状位图像分别进行纹理分析，具体为：将每次检查图像上传至软件系统中，选取T2WI矢状位图像上目标肌瘤最大截面积的层面进行测量，沿肌瘤边缘最大范围划取感兴趣区(region of interest，ROI)，利用软件自动进行纹理分析，得到该ROI的重要纹理参数。
纹理参数通过不同的计算方法得到：采用空间尺度滤波器(spatial scale filter，SSF)，设定不同可滤过像素半径值，得到参数SSF0、2、3、4、5、6，软件默认以SSF2代表精细图像，SSF4代表中等图像，SSF6代表粗糙图像；采用纹理直方图量化的分析，得到6个纹理参数，为平均值、标准差(standard deviation，SD)、熵、正性像素的平均值(mean of positive pixels，MPP)、偏度和峰度[14]。
统计学处理采用SPSS 18.0统计软件，计量资料使用Kolmogorov-Smirnov检验其是否符合正态分布，符合正态分布的数据以均数±标准差表示，不符合正态分布的数据以中位数表示；分类变量采用例数和百分数表示；术前、术后即刻和术后12个月间各参数的比较采用Mann-WhitneyU检验，每个纹理参数与SSS或肌瘤体积间的相关性分析采用Pearson或Spearman等级相关分析；P<0.05为差异有统计学意义。
结 果
术后肌瘤转归术前肌瘤的平均体积为(96.5±84.9)cm3，术后12个月减小至(55.1±71.0)cm3，体积变化率为(49±20)%；术前标准化SSS评分为(34.18±15.29)分，术后12个月降至(17.78±11.84)分，变化率为(45±32)%；NPV%为(62±20)%。肌瘤体积减小，肌瘤相关症状得到改善(图1)。
纹理参数的分析结果术前、术后即刻和术后12个月间的纹理参数平均值、SD、熵、MPP差异具有统计学意义(P均<0.05)，其改变存在规律性，均表现为术后即刻明显降低，术后12个月又明显升高，且升高程度超过术前水平(表1)。
纹理参数与肌瘤评价参数间的相关性分析单样本Kolmogorov-Smirnov检验结果显示，除V2为非正态分布数据(P=0.049)外，其余肌瘤评价参数V1、ΔV%、SSS1、SSS2和ΔSSS%均呈正态分布，Pearson和Spearman相关分析结果显示，各纹理参数与SSS1、SSS2和ΔSSS%间不具有相关性；术后即刻纹理参数SD(SSF2：r=0.503，P=0.047；SSF4：r=0.529，P=0.035；SSF6：r=0.519，P=0.039)和熵(SSF2：r=0.527，P=0.036；SSF4：r=0.517，P=0.040；SSF6：r=0.495，P=0.050)与ΔV%间有显着相关性。单样本Kolmogorov-Smirnov检验结果显示，各纹理参数与NPV%数据均呈正态分布，Pearson相关分析结果显示，术前纹理参数熵与NPV%呈显着正相关(SSF2：r=0.507，P=0.045；SSF4：r=0.543，P=0.030；SSF6：r=0.548，P=0.028)(表2)。
NPV%：无灌注区体积比；ΔV%：肌瘤体积变化率；MRgFUS：磁共振引导下聚焦超声术
NPV%：non-perfused volume ratio；ΔV%：the change rate of the fibroids’volume；MRgFUS：magnetic resonance guided focus ultrasound surgery
A、B.术前T1增强和T2平扫矢状位图像，示子宫前壁肌瘤，体积为20.3 cm3；C、D.术后即刻T1增强和T2平扫矢状位图像，T1增强图像显示NPV%为94%；E、F.术后12个月T1增强和T2平扫矢状位图像示肌瘤体积减小，ΔV%为75%
A，B.T1+contrast and T2 sagittal images before treatment：there was a fibroid in the anterior wall of the uterus，with the volume of 20.3 cm3；C，D.the same patient’s T1+contrast and T2 sagittal images immediately after treatment：a non-perfused area presented clearly on the T1+contrast image，the NPV% value was 94%；E，F.T1+contrast and T2 sagittal images of the same patient 12 months after treatment：the volume of the fibroid decreased and the ΔV% was 75%
图1MRgFUS治疗前后子宫肌瘤的磁共振图像
Fig1MRI findings of fibroids before and after MRgFUS treatment
表 1 治疗前后纹理参数变化情况Table 1 Changes of texture parameters before and after treatment
SSF2：空间尺度滤波器滤过像素半径2 mm；SSF4：空间尺度滤波器滤过像素半径4 mm；SSF6：空间尺度滤波器滤过像素半径6 mm；SD：标准差；MPP：正性像素的平均值
SSF2：spatial scale filter 2 mm；SSF4：spatial scale filter 4 mm；SSF6：spatial scale filter 6 mm；SD：standard deviation；MPP：mean of positive pixels
表 2 术前各纹理参数与NPV%之间的相关性分析Table 2 Correlation between the screening texture parameters and NPV% of the immediately-after-treatment group
讨 论
图像的区域纹理特征可以描述一个区域图像的精细或粗糙、均匀、不均匀和平滑与不规则等信息。纹理作为底层视觉信息，所承载的信息比单纯灰度变化更丰富，许多疾病表现出的影像特点恰恰是纹理上的变化，说明提取纹理特征可能为疾病的诊断提供依据。本研究比较了16例接受MRgFUS治疗的症状性子宫肌瘤患者在术前、术后即刻和术后12个月是MRI的纹理分析参数，结果发现，在不同SSF图像上，纹理参数平均值、SD、熵和MPP在各组间存在显着差异且这种改变存在规律性，表现为术后即刻纹理参数明显降低，而术后12个月又明显增高，且增高程度超过术前水平。推测发生这一规律性变化的原因在于治疗后热消融肌瘤内出现NPV区，平均值明显降低，同时由于这一区域内皆为治疗后改变，均匀性明显升高，表现为SD、熵和MPP值明显减低；而术后12个月肌瘤内NPV减小或完全消失，可能为肌瘤血供再生所致，致使NPV内均匀性明显降低，及肌瘤内复杂程度明显升高，并高于筛查时肌瘤内部质地，故而表现为平均值、SD、熵和MPP都明显升高，且超出术前参数。提示纹理参数可用量化的方法验证在MR图像上肉眼可观察到的影像学改变。
肿瘤的空间异质性是一个重要的预后因素，与多种因素有关，如氧分压、生存因子的增多、遗传基因组的不稳定性等[15]。而图像纹理分析恰是一种量化空间异质性的有效方法，可通过降低光子噪声的方法来突显出肿瘤的生物学异质性[16]。以往研究显示，在不同SSF图像上，可以引用一些纹理参数来量化评价肿瘤的异质性，如反映复杂程度的参数熵[15，17]。在既往关于CT图像纹理分析的研究中，研究人员利用计算机模拟发现，更多血管结构可能与更高的熵值相关[18]，而在MR图像纹理分析的研究中发现，熵值在SSF4、SSF6的T1图像上能够反映潜在的血供情况，而在SSF2和SSF4的T2图像上能够反映细胞结构情况。本研究观察发现，术前熵值与肌瘤体积的变化率并没有相关性，但术后即刻增强MR图像测得的熵值均显着降低，并与术后12个月的肌瘤体积变化比呈线性相关，提示肌瘤经过治疗后肿瘤的血管及细胞结构减少同时伴有坏死组织生成，表现为肌瘤内部纹理复杂程度明显减低，这种纹理的变化有利于肌瘤热消融组织的吸收，从而导致肌瘤体积变小，当复杂程度减低达到一定阈值后，其与肌瘤体积变化率即呈现出直线相关关系。此外本研究还发现，纹理参数SD亦有着良好的统计学意义。SD是表示ROI像素信号强度均数两侧信号强度值分散程度的量，可以理解为若ROI内各点的信号强度值都比较接近，则SD小，说明图像越均匀。观察这一纹理参数，发现其与熵相似，在术前与肌瘤体积变化率并无相关性，但术后即刻则有极其明显的降低，并与术后12个月的肌瘤体积变化比间存在线性相关，说明治疗后肌瘤图像的信号强度值都比较接近，距离均数的分散程度减小，意味着图像更加均匀，当治疗SD降低达到一定阈值，即图像均匀性达到一定程度后，此参数与肌瘤体积变化率呈直线相关关系。利用这种关系，我们可以用术后即刻SD和熵这两个纹理参数来预测术后12个月复查时肌瘤体积的变化率，从而达到预测治疗效果的目的。
本研究进一步观察了术前肌瘤纹理参数与术后即刻NPV%的相关性，结果发现，SD、熵和峰度与NPV%呈正相关，偏度与术后即刻NPV%呈负相关。熵在T2图像上反映细胞结构情况，熵越大，同时SD越大且峰度越高，而偏度越对称(即值越小)，表明肌瘤的细胞结构越复杂，肿瘤热消融温度点越高，在肌瘤热消融治疗的温度范围内，更高的温度可以导致细胞结构毁损更彻底，同时血管结构毁损得更明显，导致肌瘤血流灌注受影响增大，表现为NPV%增大。因此，我们认为可以用筛查T2图像纹理参数来预测术后即刻NPV%，从而取代术后即刻T1增强的MRI检查。
本研究存在以下局限性：(1)病例数较少，今后需进一步行多中心大样本量研究。(2)仅测量了T2图像的纹理参数，未测量T1图像的纹理参数。(3)本研究中肌瘤的体积范围相差较大，因此一些数据的SD较大，今后的研究中可通过限制肌瘤大小来修正。
综上，本研究结果显示，图像纹理参数与子宫肌瘤的治疗存在一定的相关性，纹理参数可用量化的方法验证在MR图像上肉眼可见的影像学改变，同时提示应用部分纹理参数，如SD和熵有望用来预测MRgFUS治疗子宫肌瘤的疗效。
