64层螺旋CT肺肿瘤灌注感兴趣区选择对数据可重复性影响的研究
【摘要】 目的： 探讨64层螺旋CT肺肿瘤灌注中，不同感兴趣区选择的方法对测量结果可重复性的影响。方法： 对15例经临床确诊为肺癌的病例行肺肿瘤CT灌注扫描。将所得图像传入工作站后以CT灌注成像处理软件处理，感兴趣区的选择采用最高灌注区、高灌注区均值和最大层面全肿瘤区域3种方式，分别获得血流量、血容量和表面渗透性等灌注参数。以SPSS13.0软件对所获得的各种灌注参数值进行变异系数、Kappa值等参数的比较。结果： 采用最大层面全肿瘤法选择感兴趣区，所得到的灌注参数具有最高的Kappa值，并且大部分的变异系数最小。而最高灌注区法测得的灌注参数Kappa值最小，并且大部分的变异系数最大。结论： 在肺肿瘤CT灌注的后处理中，以最大层面全肿瘤区域法和高灌注区均值法划定感兴趣区，可得到比最高灌注区法可重复性更高的数据，而两种方法中又似以前者为优。
【关键词】 肺肿瘤 64层螺旋CT 灌注 感兴趣区
肺癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，目前的手段仍以针对早期肿瘤的手术和放疗、针对晚期肿瘤的化疗和姑息放疗为主，而晚期肺癌的预后仍然很差。近年来备受关注的抗肿瘤血管疗法正在成为一种新的很有希望的治疗手段，阻止肿瘤血管生成的抗血管新生药物与破坏已有肿瘤血管的血管靶向药物在国内外已广泛应用于临床。
肿瘤的血管生成对于肿瘤的生物学行为至关重要。肿瘤的生长由血供决定，在肿瘤血管生成以前，因缺乏氧、营养物质和生长因子，故肿瘤的体积不会超过3mm。肿瘤的血供还决定着肿瘤的转移能力，甚至在一些肿瘤中与预后密切相关［1］。CT灌注评价肿瘤血管的基础在于它可以定量地反映肿瘤微血管的改变，对肿瘤的微血管生理情况和组织的代谢功能作出量化评价，对肿瘤的疗效监测，特别是抗肿瘤血管治疗具有重要价值［2?5］。然而，作为一种新兴技术，CT灌注成像在方法上还很不成熟，对于灌注成像的具体操作国际上尚无统一的指南出台。而在这方面，国内外学者所作的研究也很有限。很显然，不论数据的采集还是后处理，每一个操作是否得当都将直接影响到最后结果的可重复性。
肿瘤的血流状况在一定程度上却有着其固有的不确定性，其病理基础在于肿瘤血管自身存在的变异。很多研究显示，肿瘤血管并不是一成不变的，其在时间、空间上都存在很大的变异［6?8］，这显然会对CT灌注成像产生很大影响，这也是灌注检查结果出现组内差异的物质基础。虽然在当前的技术条件下无法避免时间上的变异，但空间的变异是可以通过合理选择感兴趣区来避免的。此外，灌注参数的最后取得需要观察者在后处理工作站上进行一系列的操作，其中很多环节都有可能受到观察者主观因素的影响而使最后的结果产生偏倚。本研究的目的便是试图通过探索一种更加的选择感兴趣区的方法，以期找到一种使CT灌注检查结果可重复性更高的途径。
1 资料与方法
1.1 一般资料
对15例肺占位性病变患者进行肺肿块的灌注扫描，其中男9例，女6例，年龄41～74岁，平均57岁。病例中13例经手术、纤支镜活检或胸水脱落细胞检查证实为恶性肿瘤，1例为支气管动脉灌注术见肿瘤染色灶，1例经临床确诊后未作病理检查。所统计病例中8例未行任何治疗，7例曾行化疗，但是近期停药6个月以上。在病例入组条件中，特别排除了严重心功能及肝肾功能不全者，以便使灌注的峰值时间趋于一致，同时也可防止患者检查中发生意外情况；另外，排除了病灶贴近膈肌者，以防止呼吸运动伪影对图像产生影响。
1.2 扫描技术
检查前对患者进行呼吸训练，训练内容为在平静吸气或呼气状态下屏气，以尽量减少呼吸运动伪影对图像产生影响。检查采用多层螺旋CT（Siemens Sensation 64），扫描程序为：首先进行全肺的常规平扫，通过平扫图像选定肺内结节病灶为动态扫描中心层面，应用随机扫描软件对选定病灶进行连续动态扫描。采用120kV、100mAs，采集层面为1.2mm×24层，重建后为7.2×4层，即有效扫描范围为28mm，扫描延迟时间为5s ，数据采集持续时间为30s，螺旋时间1.0s。对比剂使用非离子对比剂[欧乃帕克，350mgI·ml-1，通用电气药业（上海）有限公司]，剂量50ml，以双头泵高压注射器经肘正中静脉注射（病灶贴近上腔静脉者采用下肢静脉注射），速率6ml·s-1。
1.3 图像处理
将所得图像传入工作站后由两名有经验的影像科医师分别处理，后处理软件采用Siemens Sensation 64系统随机软件包内的BODY PCT软件。参与实验的两名医师在病灶最大层面选择、定义动脉及感兴趣区划定方面彼此保持双盲。感兴趣区的选择分别采用最高灌注区（hot point）、高灌注区均值和最大层面全肿瘤区域3种方式。首先在灌注基线期（baseline）选取肿瘤最大层面，通过目测在伪彩图热区（图中灌注参数值最高）内选择3个大小为0.1cm2区域作为感兴趣区，选取其中最大值者作为最高灌注区（hot point），3点的均值作为肿瘤的高灌注区均值；最大层面全肿瘤区域法则采用肿瘤最大层面整个肿瘤范围作为感兴趣区，软件系统计算整个所选区域的灌注值均值，划定区域内、病变以外的含气肺组织（伪彩图中为全黑）会被系统自动排除，不加入计算。以这3种方法分别获得血流量（Flow）、血容量（Blood Volume）、表面渗透性（Permeability）3个灌注参数作为对比指标（图1，见封三）。
1.4 统计分析
将以上方法所获数据采用SPSS13.0软件分析处理。统计分析分为两部分。其一，旨在研究每种感兴趣区选择方法中主观因素对数据可重复性的影响，选用Kappa值作为统计指标：将两名观察者所获数据分别进行计数数据转化（灌注参数值原始数据均为计量数据），并将各自转化后的计数数据输入SPSS软件，根据两人对每项参数的不同测量值计算每种灌注参数的Kappa值。该统计方法，每个灌注参数值均由两名医生以同一组灌注图像用同样的方法处理得到，因此，可以最大程度排除非主观因素对结果的影响，比较直观而且定量地比较每种感兴趣区选择方法中主观因素所致偏倚的大小。其二，旨在研究每种感兴趣区选择方法中非主观因素对数据可重复性的影响：将两名观察者所获数据取平均值作为有效值，进行可重复性参数的比较。检验采用SPSS软件提供的Descriptive方法，并以所得的标准偏差和平均值手工计算数据的变异系数。以两名观察者所获数据取平均值进行检验，目的是尽量排除主观偏倚对统计结果的影响，由此得到的可重复性和正态性指标，反映的是肿瘤血管自身变异等非主观因素对实验结果的影响。
2 结 果
两名医师分别用3种方法测得的3种灌注参数，共9组资料，所得的Kappa值见表1。表1 两名观察者以３种方法测３种
灌注参数的Kappa值
方 法血流量血容量表面渗透性最高灌注区法0.3850.3260.036高灌注区均值法0.4810.2690.220最大层面全肿瘤区域法0.5320.5220.379 如表1中所示，第3排的Kappa值最高，即两名观察者以最大层面全肿瘤区域法定义感兴趣区所得数据更趋向于一致，这意味着该方法相对于其他两种方法更加有利于避免主观偏倚的产生，得到的结果可重复性更高。第2排除了血容量一项的Kappa值略小于第1排之外，其他两项参数大于第1排，这表示高灌注区均值法在这两项参数的测量方面较最高灌注区法仍有较高的可重复性。
3种感兴趣区选择方法所获取的数据经SPSS软件的Descriptive分析后得到的结果如表2所示，根据表内结果手工计算得到的变异系数见表3。统计的结果显示，高灌注区均值法获得的各项灌注参数的资料变异系数均小于最高灌注区法，表示其资料变异程度较小，与后者相比数据可重复性相对较高。最大层面全肿瘤区域法获得的各项灌注参数除血容量的资料变异系数略微大于最高灌注区法，血流量、表面渗透性两项灌注参数的变异系数均小于其他两种方法。表2 3种方法所得各项灌注参数的Descriptive分析
BFhotpointBFhotmeanBF WholetumorBVhotpointBVhotmeanBV WholetumorPShotpointPShotmeanPS Wholetumorn181818181818181818平均值267.628190.60548.288256.316216.48866.069199.872149.94775.511标准偏差135.67077.84817.91876.18651.05721.000101.21456.37027.556 注：（1）表中BF、ＢＶ和ＰＳ分别表示灌注参数血流量、血容量和表面渗透性；（2）由于处理所用数据来自Siemens BODY PCT软件后处理得到的原始数据，因此ＢＦ的单位为ml·（100ml）-1·min-1，ＢＶ的单位为‰，ＰＳ的单位为0.5ml·（100ml）-1·min-1；（3）表中Hotpoint表示最高灌注区法，Hotmean表示高灌注区均值法，Wholetumor表示最大层面全肿瘤区域法表3 3种方法所得各项灌注参数的变异系数
方法血流量血容量表面渗透性最高灌注区法0.5070.2970.506高灌注区均值法0.4080.2360.376最大层面全肿瘤区域法0.3710.3190.3653 讨 论
根据WHO肿瘤手册和美国国家癌症研究所颁布的实体肿瘤疗效评价指南，目标肿瘤的体积仍是评价肿瘤对治疗反应的主要指标［9］，而相对于传统的细胞毒药物疗法而言，以抗肿瘤血管疗法治疗的病例，目标肿瘤的体积则缩小不明显［10?11］。显然，这种针对传统疗法的评价标准无法适用于抗肿瘤血管疗法的疗效评价。而现在，CT肿瘤灌注技术使无创条件下直接、定量地评价肿瘤血管成为可能。但CT灌注技术远远没有完善，灌注检查的结果受到多种因素的影响。如Miles等[12]曾经报道16例肺肿瘤灌注患者中6例因呼吸移动而使数据无法处理。国内学者丁毅等[13]报道，虽然使用了最先进的64层螺旋CT对SPN进行灌注成像研究，扫描速度已经提高到0.5s·层-1，并且在扫描前已对患者进行了呼吸训练，但是仍遇到多个不成功病例，其病灶均位于下肺基底段靠近膈面处。此外，心功能不全的患者会因心输出量下降而使灌注参数发生改变，观察者个人的因素以及肿瘤血管自身的变异等等都会成为混杂因素影响实验结果，但是通过合理的实验设计和准备还是可以尽量避免的。
本实验3种不同感兴趣区划定方法得到了不同Kappa值，显示了主观因素对于结果的不同影响。很明显，以最大层面全肿瘤区域法得到的数据受主观因素影响最小，数据可重复性最高。而高灌注区均值法所得结果的可重复性亦大部分优于最高灌注区法。另外，就变异系数而言，血流量、表面渗透性的变异系数均以最大层面全肿瘤区域法为最小，最高灌注区法为最大。这种变异系数差异的产生，排除技术上的原因，可能的主要原因在于肿瘤血管本身存在时间、空间上的变异，根据该理论，肿瘤内血管的改变在组织学水平就是不稳定的，这就意味着在某一时刻，即使是肿瘤内紧密相邻的两点区域，其血管功能状态都可能会存在很大差异，因此肿瘤内的一点并不能客观地反映肿瘤整体的血管功能，也不能反映肿瘤内高灌注区的功能状态。而最大层面全肿瘤区域法将目标肿瘤作为一个整体加以研究，最大程度地避免了肿瘤血管本身变异对结果的影响。同时，由于该方法的是整个感兴趣区的平均值，因此测量结果的高低不仅与局部灌注值的高低有关，也和肿瘤内高、低灌注区的面积有关，这不仅使得测量结果的信息量更大，也有更大的临床指导意义。而高灌注区均值法由于增加了更多的取值区域，因此相对于最高灌注区法，也可以在一定程度上避免肿瘤血管自身变异的影响。但是与最大层面全肿瘤区域法不同，该方法得到的数据并不反映整个肿瘤，而是反映肿瘤中高灌注区的功能状况，与面积无关，是显示肿瘤内富血供区血管功能状态的强度指针。
另外，本实验结果中，以高灌注区均值法测得的血容量的Kappa值相对较小，而以最大层面全肿瘤区域法测得的血容量的变异系数相对较大。这种结果的出现，可能与以下因素有关：首先，细小血管对测量结果的影响。在CT图像上，肿块内部、边缘或周围阻塞性炎症病变区内常有些管径很小的血管通过，他们可在处理后的伪彩图像中在局部显示极高的灌注参数值，虽然对照处理前的轴位平扫图像通常可以发现，但某些情况下仍然会对结果产生不可避免的影响。比如当肿瘤中心层面出现这种小血管时，则无法以调整研究层面的方法避开之，从而使最大层面全肿瘤区域法测得的数据误差增大；另外，从影像上，部分病例其肿块周围的细小血管常常与病变周边高灌注区无法清楚区分，从而使结果误差增大。其次，由于最大层面全肿瘤区域法测得数据的数值均较小，明显低于其他两种方法所得数据，如血容量，最大层面全肿瘤区域法的均值仅有66.069，而其他两种方法得到的均值分别为256.316和216.488。因此，测量结果中很小的误差都会明显影响最后的Kappa值和变异系数。样本含量不足，因此虽然采用较为合理的方法增加数据的可重复性，仍不足以补偿个体差异的影响。
综上所述，在肺肿瘤CT灌注的后处理中，如果以最大层面全肿瘤区域法和高灌注区均值法划定感兴趣区，可最大程度避免主观因素及非主观因素对于结果的影响，获得比最高灌注区法可重复性更高的数据，而两种方法中又似以前者为优。
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