Application of MRI histogram analysis in assessment risk of medulloblastoma recurrence

, , , , ,

(Department of MRI, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou 450052, China)

Application of MRI histogram analysis in assessment risk of medulloblastoma recurrence

ZHUChendi,ZHANGYong*,CHENGJingliang,LIYa,DONGAnke,ZHENGRuiping

(DepartmentofMRI,theFirstAffiliatedHospitalofZhengzhouUniversity,Zhengzhou450052,China)

Objective To explore the value of MRI histogram analysis in the risk assessment of medulloblastoma recurrence. Methods The data of 28 patients pathologically confirmed of medulloblastoma was analyzed retrospectively. All patients were divided into recurrent group and the non recurrent group (eachn=14). The ROIs were drawn on the maximum level of enhanced MR sagittal images, and the histogram analysis were performed using the software named Mazda. The statistical analysis was performed on the histogram parameters to find out the different characteristics between the two groups, and the ROC curve was drawn to evaluate its diagnostic efficacy for recurrence of medulloblastoma. Results In all of the 9 parameters which are extracted from histogram, kurtosis had statistical significance between the 2 groups (P=0.018). The area under the ROC curve was 0.776 (P=0.018), and the sensitivity and specificity of kurtosis in the risk assessment of medulloblastoma recurrence were 64.3% and 71.4%, respectively. Conclusion MRI histogram analysis can be an important method to assess the risk of medulloblastoma recurrence.

Medulloblastoma; Recurrence; Histogram analysis; Magnetic resonance imaging

髓母細(xì)胞瘤(medulloblastoma, MB)約占后顱窩腫瘤的40%，好發(fā)于兒童[1]，惡性程度高，目前標(biāo)準(zhǔn)治療方案以手術(shù)為主，輔以放療和化療等綜合治療，術(shù)后易復(fù)發(fā)或隨腦脊液沿蛛網(wǎng)膜下腔播散，預(yù)后較差，患者5年生存率為50%～70%[2]。復(fù)發(fā)是影響MB預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[3]，因此術(shù)前采用有效手段對(duì)MB患者進(jìn)行復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，制定更具針對(duì)性的個(gè)體化治療方案對(duì)MB患者的預(yù)后有重要的影響。近年來(lái)，將醫(yī)學(xué)圖像紋理分析作為影像特征提取的重要方法，在疾病分析中的應(yīng)用逐漸增多[4]。紋理分析法分為統(tǒng)計(jì)法、模型法、頻譜法和結(jié)構(gòu)法等。本研究采用統(tǒng)計(jì)法中常用的灰度直方圖分析法，探討該方法在MB復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1一般資料 回顧性分析2009年6月—2016年5月間我院收治并經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)為MB的28例患者資料，男19例，女9例，年齡4～38歲，平均(12.1±8.6)歲；腫瘤均位于后顱窩，所有患者均于術(shù)前及術(shù)后接受MR檢查(術(shù)后MRI隨訪≥2次)。入組標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)為MB且術(shù)前無(wú)轉(zhuǎn)移證據(jù)；②術(shù)前及術(shù)后均在我院行MR平掃及增強(qiáng)檢查，均有矢狀位增強(qiáng)圖像，且術(shù)前及術(shù)后MR檢查掃描參數(shù)一致；③均行手術(shù)治療且于術(shù)后進(jìn)行放化療。根據(jù)術(shù)后隨訪3年內(nèi)是否復(fù)發(fā)將患者分為復(fù)發(fā)組和無(wú)復(fù)發(fā)組。其中復(fù)發(fā)組14例，男7例，女7例，平均年齡(10.4±6.9)歲，隨訪4～34個(gè)月，平均(14.0±10.3)個(gè)月，隨訪期限內(nèi)發(fā)生原發(fā)部位強(qiáng)化或強(qiáng)化范圍擴(kuò)大，或顱內(nèi)其他部位或脊髓內(nèi)多發(fā)異常強(qiáng)化區(qū)域；無(wú)復(fù)發(fā)組14例，男12例，女2例，平均年齡(13.9±10.1)歲，隨訪36～56個(gè)月，平均(38.0±8.1)個(gè)月，隨訪期間未發(fā)現(xiàn)復(fù)發(fā)。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，受檢者均簽署知情同意書(shū)。

1.2儀器與方法 采用Siemems Skyra 3.0T磁共振成像系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)頭顱線(xiàn)圈。平掃行矢狀位及軸位T1WI、軸位T2WI、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(FLAIR)序列及軸位DWI。掃描參數(shù)：T1WI，TR 260 ms，TE 2.46 ms；T2WI，TR 3 800 ms，TE 93 ms；FLAIR，TR 4 500 ms，TE 93 ms。DWI掃描采用SE-EPI序列，b值為0、1 000 s/mm2，TR 3 500 ms，TE 119 ms；FOV 23 cm×23 cm，層厚5 mm，層間距0.3 mm，層數(shù)20。增強(qiáng)掃描行矢狀位、軸位及冠狀位T1WI，對(duì)比劑為Gd-DTPA，0.2 mmol/kg體質(zhì)量，掃描參數(shù)同平掃T1WI。

1.3圖像分析 因增強(qiáng)T1WI顯示病變范圍較清晰，因此選取腫瘤最大層面矢狀位增強(qiáng)T1WI圖像，采用Mazda軟件沿腫瘤邊緣手動(dòng)勾畫(huà)ROI，以紅色填充腫瘤區(qū)域，軟件可自動(dòng)生成ROI的灰度直方圖(圖1)，獲得灰度平均值、方差、偏度、峰度、第1百分位數(shù)、第10百分位數(shù)、第50百分位數(shù)、第90百分位數(shù)、第99百分位數(shù)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s，2組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以中位數(shù)表示，2組間比較采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)建立ROC曲線(xiàn)并獲得曲線(xiàn)下面積(area under curve, AUC)，確定最佳臨界值，并計(jì)算敏感度、特異度。

2 結(jié)果

復(fù)發(fā)組與無(wú)復(fù)發(fā)組灰度直方圖各參數(shù)值見(jiàn)表1。復(fù)發(fā)組的峰度值大于無(wú)復(fù)發(fā)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P=0.018，圖2)，其余參數(shù)2組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。

表1 復(fù)發(fā)組與無(wú)復(fù)發(fā)組灰度直方圖參數(shù)值比較(±s/中位數(shù))

表1 復(fù)發(fā)組與無(wú)復(fù)發(fā)組灰度直方圖參數(shù)值比較(±s/中位數(shù))

組別峰度灰度平均值方差偏度第1百分位數(shù)第10百分位數(shù)第50百分位數(shù)第90百分位數(shù)第99百分位數(shù)復(fù)發(fā)組1．78105．51±27．87525．050．28±1．5346．14±18．5278．50±21．17106．43±32．58131．00±29．46166．43±34．81無(wú)復(fù)發(fā)組0．78112．03±27．95559．80-0．18±0．6753．57±20．4979．00±23．55112．71±30．30141．29±35．98164．71±31．65t/Z值149．00-0．618194．001．038-1．006-0．059-0．529-0．8280．136P值0．0180．5420．5280．2000．3230．6680．6020．4150．893

圖1 髓母細(xì)胞瘤直方圖分析 A.MR增強(qiáng)矢狀位圖像; B.沿腫瘤邊緣手動(dòng)勾畫(huà)ROI，以紅色填充腫瘤區(qū)域; C.獲得腫瘤灰度直方圖，橫坐標(biāo)表示ROI內(nèi)不同灰度值，縱坐標(biāo)表示各灰度值出現(xiàn)的頻率

圖2 復(fù)發(fā)組與無(wú)復(fù)發(fā)組峰度值箱式圖 圖3 復(fù)發(fā)組峰度值ROC曲線(xiàn)

峰度的ROC曲線(xiàn)的AUC為0.776(P=0.018，圖3)，最佳臨界值為1.268，峰度>1.268則復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較高，峰度在評(píng)估MB治療后復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的敏感度及特異度分別為64.3%、71.4%。

3 討論

MB為高度惡性的胚胎源性腫瘤，5～7歲為其高發(fā)年齡[5]，起源于髓帆，生長(zhǎng)迅速，手術(shù)切除仍是目前最主要的治療方法。MB患者術(shù)后治療方案較多，術(shù)后放療的療效已肯定，但進(jìn)行放療的起始時(shí)間(尤其對(duì)于<3歲的兒童)、放療劑量以及是否需要聯(lián)合化療仍存在較多爭(zhēng)議。制定治療方案時(shí)，應(yīng)綜合分析影響MB預(yù)后的因素，將MB患者進(jìn)行危險(xiǎn)度分級(jí)，從而對(duì)MB患者進(jìn)行差異化治療，改善預(yù)后。腫瘤復(fù)發(fā)是影響MB預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，72%的患者復(fù)發(fā)于首次治療后的2年內(nèi)[6]，術(shù)后復(fù)發(fā)的患者盡管均采取了積極地手術(shù)和放化療治療，但預(yù)后仍較差，因此術(shù)前評(píng)估MB患者的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)有助于制定更為有效的治療方案。

CT、MRI及超聲等醫(yī)學(xué)圖像中含有大量未提取的與臨床相關(guān)的影像特征，紋理分析作為一種新興技術(shù)，在醫(yī)學(xué)圖像影像特征提取中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行紋理分析可以提供量化依據(jù)，用于腫瘤的鑒別診斷、分期、分級(jí)以及預(yù)測(cè)治療反應(yīng)等[7]?；叶戎狈綀D是其中一種重要的圖像定量分析技術(shù)?；叶戎狈綀D分析利用獲得的影像數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)方法評(píng)價(jià)ROI內(nèi)灰階強(qiáng)度分布進(jìn)而量化腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性。Jirák等[8]對(duì)肝臟T2WI圖像進(jìn)行分析，以區(qū)分肝硬化和正常肝組織；Nomori等[9]研究報(bào)道了CT直方圖有助于鑒別磨玻璃結(jié)節(jié)的病變，且可應(yīng)用于轉(zhuǎn)移性卵巢癌或原發(fā)性腹膜癌化療療效的預(yù)測(cè)、腦腫瘤鑒別、乳腺癌療效評(píng)估及鑒別腦膠質(zhì)瘤的真性進(jìn)展與治療有關(guān)的變化[4,10-12]等。

本研究通過(guò)分析MRI灰度直方圖峰度、偏度、灰度平均值、方差、百分位數(shù)等9個(gè)參數(shù)，評(píng)價(jià)MRI灰度直方圖在MB復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用價(jià)值；結(jié)果顯示，復(fù)發(fā)組的峰度值大于無(wú)復(fù)發(fā)組，峰度在MB復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中具有一定價(jià)值，AUC為0.776，以峰度值1.268為最佳臨界值診斷的敏感度為64.3%，特異度為71.4%，提示如術(shù)前分析腫瘤峰度值高于該閾值時(shí)，該MB患者術(shù)后復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較高，制定治療方案時(shí)需考慮其高復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)采取相應(yīng)措施。直方圖的峰度值為描述病變總體中所有灰度值分布形態(tài)的陡緩程度的統(tǒng)計(jì)量，反映與正態(tài)分布相比某一分布的相對(duì)尖銳或平坦度，正峰度值表示較正態(tài)分布尖銳的分布，負(fù)值代表較正態(tài)分布平坦的分布。由于復(fù)發(fā)組MB惡性程度相對(duì)更高，細(xì)胞致密，灰度值分布不均質(zhì)，而未復(fù)發(fā)組MB分布相對(duì)均質(zhì)[10]，故復(fù)發(fā)組峰度值更高。

不同MB亞型患者預(yù)后及復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)不同，組織病理學(xué)與分子亞型分析是體現(xiàn)腫瘤異質(zhì)性的金標(biāo)準(zhǔn)，直方圖分析也可通過(guò)獲取的一系列參數(shù)量化腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性。與病理和分子生物學(xué)手段相比，影像學(xué)具有無(wú)創(chuàng)性，可在活體實(shí)時(shí)進(jìn)行，有可重復(fù)性，使得基于圖像分析腫瘤微觀環(huán)境的臨床應(yīng)用越來(lái)越受到重視。由于本研究樣本量有限，未進(jìn)行不同MB亞型的分層研究，直方圖參數(shù)是否與病理及分子亞型之間存在關(guān)聯(lián)有待進(jìn)一步研究。

總之，MRI增強(qiáng)圖像灰度直方圖分析的峰度值可用于評(píng)估MB復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，可為腫瘤治療方案的制定提供重要依據(jù)。

[1] Spreafico F, Massimino M, Gandola L, et al. Survival of adults treated for medulloblastoma using paediatric protocols. Eur J Cancer, 2005,41(9):1304-1310.

[2] Eberhan CG, Kepner JL, Goldthwaite PT, et al. Histopathologic grading of medulloblastomas: A Pediatric Oncology Group study. Cancer, 2002,94(2):552-560．

[3] 朱琳,章婧文,王慧,等.髓母細(xì)胞瘤手術(shù)聯(lián)合放療及放化療病例的回顧性分析.中華神經(jīng)醫(yī)學(xué)雜志,2015,14(3):239-243.

[4] Chen X, Wei X, Zhang Z, et al. Differentiation of true-progression from pseudoprogression in glioblastoma treated with radiation therapy and concomitant temozolomide by GLCM texture analysis of conventinal MRI. Clin Imaging, 2015,39(5):775-780.

[5] Dhall G. Medulloblastoma. J Child Neurol, 2009,24(11):1418-1430．

[6] 孫宇,張玉琪.兒童髓母細(xì)胞瘤的綜合治療.中華神經(jīng)外科雜志,2002,18(6):405-408.

[7] Anderaen MB, Harders SW, Ganeshan B, et al. CT texture ananlysis can help differentiate between malignant and benign lymphnodes in the mediastinum in patients suspected for lung cancer. Acta Radiol, 2016,57(6):669-676.

[8] Jirák D, Dezortová M, Taimr P, et al. Texture ananlysis of human liver. J Magn Reson Imaging, 2002,15(1):68-74.

[9] Nomori H, Ohtsuka T, Naruke T, et al. Differerntiating between atypical adenomatous hyperplasia and bronchioloalveolar carcinoma using the CT. Ann Thorac Surg, 2003,76(3):867-871.

[10] 張勝,李玉林,黃送.增強(qiáng)T1WI直方圖在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和腦單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤鑒別診斷中的應(yīng)用.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2017,25(2):89-92.

[11] 石大發(fā),熊浩,王玉蕊,等.CT值直方圖鑒別診斷骨巨細(xì)胞瘤與動(dòng)脈瘤樣骨囊腫的效能.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2017,33(1):97-100.

[12] 陳文靜,牟瑋,張文馨,等.MR動(dòng)態(tài)增強(qiáng)圖像紋理分析判斷乳腺結(jié)節(jié)良惡性的價(jià)值.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2017,33(5):647-651.

《中國(guó)介入影像與治療學(xué)》投稿要求(一)

1 總體要求 文稿應(yīng)具有科學(xué)性、先進(jìn)性、創(chuàng)新性和可讀性，力求重點(diǎn)突出，論點(diǎn)明確，資料詳實(shí)，數(shù)據(jù)可靠，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，寫(xiě)作規(guī)范，表達(dá)準(zhǔn)確，文字精煉。文稿撰寫(xiě)應(yīng)遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7713科學(xué)技術(shù)報(bào)告、學(xué)位論文和學(xué)術(shù)論文的編寫(xiě)格式，GB 6447文摘編寫(xiě)規(guī)則，GB 7714文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則；專(zhuān)家述評(píng)4000字左右，研究論著、綜述類(lèi)論文5000字左右，經(jīng)驗(yàn)交流一般不超過(guò)2500字，個(gè)案報(bào)道不超過(guò)1000字。

2 題目 力求高度概括、言簡(jiǎn)意賅且能反映論文的主題，文題字?jǐn)?shù)一般不超過(guò)20個(gè)漢字，盡量不設(shè)副標(biāo)題，題目中盡量不使用阿拉伯?dāng)?shù)字開(kāi)頭。

3 作者 作者姓名標(biāo)注在文題下方，按貢獻(xiàn)大小順序排列，投稿后作者署名及順序不得隨意修改或變更。具備下列條件者可列為作者：①參加選題、研究工作并能解釋論文有關(guān)問(wèn)題者；②起草或修改論文中關(guān)鍵性理論或主要內(nèi)容者；③能對(duì)編輯部的修改意見(jiàn)進(jìn)行核修，并最終同意該文發(fā)表者。對(duì)研究工作有貢獻(xiàn)的其他人可在致謝中列出。通信作者姓名旁應(yīng)上標(biāo)加注“*”號(hào)，其應(yīng)對(duì)全文內(nèi)容負(fù)責(zé)，還應(yīng)具有對(duì)讀者提出的質(zhì)疑進(jìn)行答辯的能力和義務(wù)。如有外籍作者，應(yīng)征得本人同意，并附有本人簽字。

4 單位 在作者的下一行寫(xiě)出單位的全稱(chēng)(具體到科室)、省市和郵政編碼。署名作者分別在多個(gè)單位者，應(yīng)分別寫(xiě)出各單位的全稱(chēng)(具體到科室)，并用阿位伯?dāng)?shù)字在對(duì)應(yīng)的署名作者右上角標(biāo)注。

5 英文題目 應(yīng)簡(jiǎn)明扼要，便于檢索，與中文題名內(nèi)容上應(yīng)一致，以不超過(guò)10個(gè)實(shí)詞為宜。除已得到整個(gè)科技界或本行業(yè)科技人員公認(rèn)的縮略詞語(yǔ)外，不宜使用縮略詞語(yǔ)。

6 英文作者 用漢語(yǔ)拼音拼寫(xiě)，姓前名后，姓氏全部大寫(xiě)，名首字母大寫(xiě)，雙名首字母大寫(xiě)。例如：王小五，寫(xiě)為：WANG Xiaowu。依據(jù)《中國(guó)人名漢語(yǔ)拼音字母拼寫(xiě)規(guī)則》(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編號(hào):GB/28039-2011)，姓氏“呂”的漢語(yǔ)拼音應(yīng)為“LYU”。

7 英文單位 應(yīng)與中文單位對(duì)應(yīng)，按查閱本單位官方網(wǎng)站或咨詢(xún)相關(guān)職能部門(mén)，規(guī)范英文單位名稱(chēng)。

朱晨迪(1990—)，女，河南汝州人，在讀碩士，醫(yī)師。研究方向：中樞神經(jīng)系統(tǒng)影像學(xué)診斷。E-mail: 1349722572@qq.com

張勇，鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院磁共振科，450052。

2017-03-23

2017-06-25

MRI灰度直方圖分析在髓母細(xì)胞瘤復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用

朱晨迪，張 勇*，程敬亮，李 婭，董安珂，鄭瑞平

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院磁共振科，河南 鄭州 450052)

目的 探討MRI灰度直方圖分析在髓母細(xì)胞瘤復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用價(jià)值。方法 回顧性分析我院經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的28例后顱窩髓母細(xì)胞瘤患者資料，根據(jù)術(shù)后隨訪3年內(nèi)腫瘤是否復(fù)發(fā)將其分為復(fù)發(fā)組及未復(fù)發(fā)組，各14例。選取腫瘤MR增強(qiáng)矢狀位圖像最大層面，采用Mazda軟件勾畫(huà)ROI并進(jìn)行灰度直方圖分析，對(duì)2組腫瘤直方圖參數(shù)特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，獲得2組腫瘤間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)特征，并繪制ROC曲線(xiàn)，評(píng)價(jià)其對(duì)髓母細(xì)胞瘤復(fù)發(fā)的診斷效能。結(jié)果 利用直方圖提取出的9個(gè)參數(shù)特征中，2組間峰度的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.018)，其ROC曲線(xiàn)下面積為0.776(P=0.018)，最佳臨界值為1.268，峰度鑒別腫瘤復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的敏感度、特異度分別為64.3%、71.4%。結(jié)論 MRI灰度直方圖分析可作為評(píng)估髓母細(xì)胞瘤復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的重要輔助手段。

髓母細(xì)胞瘤；復(fù)發(fā)；直方圖分析；磁共振成像

R739.41; R445.2

A

1672-8475(2017)08-0480-04

E-mail: zhy6290@163.com

10.13929/j.1672-8475.201703036