CT紋理分析鑒別胃腸道間質(zhì)瘤c-kit/PDGFRA基因突變的初步研究

任采月，王升平，任 敏，劉 壯，張盛箭，彭衛(wèi)軍

1. 復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射診斷科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032；

2. 復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院病理科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海 200032

胃腸道間質(zhì)瘤（gastrointestinal stromal tumor，GIST）是起源于胃腸道Cajal細(xì)胞或與Cajal細(xì)胞同源的間葉干細(xì)胞的梭形細(xì)胞腫瘤，大多數(shù)因80%～85%的c-kit和5%～10%的血小板源性生長因子受體α（platelet-derived growth factor receptor alpha，PDGFRA）基因功能獲得性突變所致[1］。甲磺酸伊馬替尼（imatinib mesylate，STI-571，Gleveec）可選擇性抑制原癌基因c-kit及PDGFRA，已成為治療手術(shù)難以切除、中高危風(fēng)險(xiǎn)GIST或轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)患者的一線分子靶向藥物[2］。研究證實(shí)，GIST有無基因突變及突變類型與靶向治療的劑量選擇及療效密切相關(guān)，如PDGFRA突變型GIST對伊馬替尼的敏感性比c-kit突變型稍差；c-kit外顯子9突變患者推薦使用雙倍劑量伊馬替尼（800 mg/d）；PDGFRA外顯子18突變型GIST對伊馬替尼原發(fā)耐藥等[3-4］。因此，治療前的正確病理學(xué)診斷和基因檢測對臨床制訂個體化治療方案及療效評估具有重要指導(dǎo)價(jià)值。CT作為GIST的首選影像學(xué)檢查方法，可對其惡性程度進(jìn)行初步評估，但對分子層面上的精準(zhǔn)診斷及分類價(jià)值有限。紋理分析（texture analysis，TA）通過定量分析腫瘤區(qū)域內(nèi)像素信息，可提供大量肉眼無法識別的內(nèi)部特征，從而更加全面、客觀地反映腫瘤潛在的生物學(xué)特性及微觀異質(zhì)性程度，在腫瘤影像學(xué)診斷中的應(yīng)用逐漸廣泛[5-7］。本研究旨在探討CT紋理分析鑒別c-kit與PDGFRA突變型GIST的價(jià)值，以期為GIST個體化治療提供依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 研究對象

回顧性分析2011—2017年間復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院符合以下標(biāo)準(zhǔn)的患者資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院手術(shù)后病理學(xué)檢查證實(shí)為GIST者，組織標(biāo)本均行基因檢測；② 術(shù)前有完整增強(qiáng)CT影像學(xué)資料；③ 患者檢查前未經(jīng)手術(shù)、化療及放療等任何治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 既往間質(zhì)瘤或其他腫瘤病史；② 圖像質(zhì)量不佳或腫瘤體積過小（＜2 cm）而影響病灶分割。共140例患者納入研究，其中男性77例，女性63例，平均年齡（58.00±9.31）歲。

1.2 影像學(xué)檢查方法

患者檢查前常規(guī)禁食4～6 h，掃描前30 min飲水500～800 mL，掃描前再飲1 000 mL，以充盈胃腸道。采用SIEMENS Somatom Sensation 64層螺旋CT進(jìn)行平掃及動態(tài)增強(qiáng)掃描，管電壓120 kV，管電流250～300 mA，層厚、層距為1.5 mm。增強(qiáng)掃描采用非離子型對比劑碘海醇（300 mgI/mL），劑量1.5～2.0 mL/kg，注射速率2～3 mL/s。注射對比劑后60 s行門靜脈期掃描，掃描范圍包括所有病變區(qū)域。將圖像上傳至影像歸檔和通信系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）工作站。考慮到病灶部位不同，而所有病灶在門靜脈期顯示最清晰，為確保結(jié)果的準(zhǔn)確性及一致性，本研究只選取腫瘤CT門靜脈期圖像進(jìn)行紋理分析。

1.3 病理學(xué)診斷及基因檢測方法

病理學(xué)診斷以組織形態(tài)學(xué)符合典型GIST表現(xiàn)和免疫組織化學(xué)染色檢測CD117和（或）CD34陽性為標(biāo)準(zhǔn)，基因突變檢測采用聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）擴(kuò)增-直接測序法[8］。病理及基因檢測結(jié)果均由2名病理科醫(yī)師審核。

1.4 圖像分割與紋理特征提取

采用LIFEx3.40軟件對CT圖像進(jìn)行紋理分析。由2名分別具有3年和13年工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在不知病理學(xué)檢查結(jié)果的情況下，選取腫瘤最大層面沿病灶輪廓勾畫感興趣區(qū)（region of interest，ROI），意見不同時(shí)通過討論取得一致（圖1）。ROI的選取盡量包括全部腫瘤，同時(shí)避開血管、鈣化及氣體。軟件自動計(jì)算得到41個如下參數(shù)[9］。① 2個形態(tài)特征：球形度、密實(shí)度；② 8個灰度直方圖特征：偏度、峰度等；③ 6個灰度共生矩陣（gray-level cooccurrence matrix，GLCM）特征：同質(zhì)性、自相關(guān)等；④ 11個灰度行程矩陣（gray-level runlength matrix，GLRLM）特征：短行程因子、長行程因子、行程百分比等；⑤ 2個鄰域灰度區(qū)別矩陣（neighborhood gray-level different matrix，NGLDM）特征：粗糙度、對比度；⑥ 11個灰度區(qū)域矩陣（gray-level zone length matrix，GLZLM）特征：短區(qū)域因子（short-zone emphasis，SZE）、長區(qū)域因子、區(qū)域百分比（zone percentage，ZP）等。

圖1 ROI放置及紋理特征提取

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對兩組紋理特征進(jìn)行正態(tài)性和方差齊性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以s表示，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以中位數(shù)及四分位數(shù)間距表示。采用獨(dú)立樣本Mann-Whitney U檢驗(yàn)（偏態(tài)分布）或t檢驗(yàn)（正態(tài)分布）比較兩組間的差異，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線的曲線下面積（area under curve，ROC）評價(jià)各紋理參數(shù)鑒別c-kit與PDGFRA突變型GIST的效能。

2 結(jié) 果

126例為c-kit突變型，14例為PDGFRA突變型。兩組患者之間性別及年齡差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，表1），與文獻(xiàn)[10］報(bào)道一致。c-kit突變型GIST的SZE、短區(qū)高灰度級因子（short-zone high gray-level emphasis，SZHGE）、ZP均高于PDGFRA突變型GIST（P＜0.05，表1）。其余紋理參數(shù)在兩組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。SZE、SZHGE、ZP鑒別兩者的AUC分別為0.69（95% CI：0.56～0.81）、0.70（95% CI：0.58～0.83）及0.71（95% CI：0.58～0.85）（P＜0.05，圖2），靈敏度分別為46.03%、47.62%及78.57%，特異度分別為92.86%、92.86%及64.29%，準(zhǔn)確率分別為83.57%、83.57%及90.00%。

圖2 SZE、SZHGE、ZP鑒別c-kit與PDGFRA突變型GIST效能的ROC曲線

表1 c-kit/PDGFRA突變型GIST患者基本信息及紋理特征值比較

3 討 論

近年來隨著分子病理學(xué)研究的深入，GIST已成為靶向治療實(shí)體腫瘤的典范，基于不同基因突變類型的靶向治療是其主要治療模式[11］。病理學(xué)活檢是術(shù)前檢測基因突變類型的較準(zhǔn)確的手段，但不恰當(dāng)?shù)牟僮骺赡芤鹉[瘤破潰、出血，增加腫瘤播散的危險(xiǎn)性；且取材組織較少或部位不理想時(shí)，診斷難度較大[12］。研究表明，腫瘤的紋理特征與微觀基因、蛋白質(zhì)及分子改變存在聯(lián)系，在肺癌、直腸癌、乳腺癌等基因檢測及受體表達(dá)中有重要輔助價(jià)值[13-15］。目前，紋理分析方法在GIST中的研究較少，且多集中于探討紋理特征與GIST生物學(xué)行為之間的關(guān)系[16］，尚缺乏在分子層面的應(yīng)用研究。本研究通過對CT門靜脈期圖像進(jìn)行紋理分析，獲得相關(guān)參數(shù)，可初步判斷GIST基因突變類型，準(zhǔn)確率較高。

本研究結(jié)果表明，SZE、SZHGE及ZP值在c-kit突變型GIST患者中較高。其中SZE和SZHGE分別描述圖像中短均勻區(qū)域及高灰度級短均勻區(qū)域的分布情況，值越大，腫瘤ROI的紋理越短，灰度值越高；ZP描述圖像中均質(zhì)帶的均勻性，值越大，ROI內(nèi)紋理越均勻。這一結(jié)果表明，c-kit突變型GIST患者的CT圖像較PDGFRA突變型紋理更短，灰度值更高，紋理分布更均勻。c-kit和PDGFRA均為酪氨酸激酶受體超家族成員，但c-kit突變型與PDGFRA突變型GIST在組織學(xué)上表現(xiàn)各異。前者組織學(xué)上特異性表現(xiàn)為梭形細(xì)胞，細(xì)胞較一致，呈長梭形或短梭形，胞質(zhì)豐富，嗜酸性，多呈旋渦狀或束狀交織排列；后者組織學(xué)上常表現(xiàn)為上皮樣細(xì)胞或混合型，細(xì)胞呈圓形或卵圓形，胞質(zhì)寬而嗜酸或透明，細(xì)胞境界清楚[17］。本研究結(jié)果顯示，c-kit突變型GIST患者CT圖像的紋理較短，推測可能與細(xì)胞形態(tài)有關(guān)；灰度值較高，可能與胞質(zhì)較為豐富有關(guān)；紋理分布更均勻，可能與細(xì)胞排列方式及組成成分有關(guān)。Shen等[18］研究表明，SZE是宮頸鱗狀細(xì)胞癌與非鱗狀細(xì)胞癌之間唯一有差異的紋理特征；本研究也提示SZE可能與腫瘤的基因表達(dá)有關(guān)。目前，國內(nèi)外對SZHGE及ZP與腫瘤微觀改變之間關(guān)系的研究尚不透徹，仍需進(jìn)一步探索。

本研究存在以下不足：① 僅包括c-kit/PDGFRA突變型GIST，以后將納入更多其他突基因變類型的GIST患者，并與臨床及實(shí)驗(yàn)室資料、CT影像學(xué)特征等相關(guān)聯(lián)。② 僅基于CT門靜脈期圖像進(jìn)行紋理分析，結(jié)合延遲期及多期圖像是否能提高診斷效能，仍需進(jìn)一步研究。

綜上所述，CT紋理分析無創(chuàng)、簡便、可重復(fù)，可用于GIST治療前基因突變類型的檢測，有助于臨床治療方案的制訂，也可為患者的預(yù)后判斷提供參考信息。