增強(qiáng)MRI直方圖鑒別兒童后顱窩髓母細(xì)胞瘤和室管膜瘤的價(jià)值

汪衛(wèi)建，程敬亮，張 勇，郭亞飛

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

髓母細(xì)胞瘤和室管膜瘤是兒童后顱窩最常見(jiàn)的腫瘤，磁共振可鑒別成人不同類(lèi)型腦腫瘤[1]。在兒童腫瘤中，認(rèn)為彌散加權(quán)成像也可區(qū)分原始神經(jīng)外胚層腫瘤/髓母細(xì)胞瘤（MB）和其他幕上、幕下腫瘤[2]。一些研究表明[3-6]，毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤較室管膜瘤、髓母細(xì)胞瘤有顯著較高的平均ADC值，但是室管膜瘤和髓母細(xì)胞瘤之間沒(méi)有明顯的區(qū)別。此兩種腫瘤的惡性程度不同，治療方法及預(yù)后也不同[7]。腫瘤類(lèi)型的正確的診斷對(duì)制定治療方案具有重要的價(jià)值，目前國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道利用直方圖可鑒別小兒腦腫瘤[8]，本文通過(guò)回顧性分析經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的36例兒童后顱窩髓母細(xì)胞瘤和室管膜瘤，以磁共振增強(qiáng)圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究此兩種腫瘤的直方圖特征，通過(guò)提取許多肉眼無(wú)法看到的圖像信息，來(lái)分析其對(duì)兩種腫瘤的鑒別價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析我院2012年8月—2016年8月經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的36例兒童后顱窩腫瘤患者，其中髓母細(xì)胞瘤20例，室管膜瘤16例，男23例，女13例，年齡1～14歲，平均9.5歲。臨床表現(xiàn)主要為頭痛、頭暈、嘔吐、站立不穩(wěn)等。納入標(biāo)準(zhǔn)如下：①通過(guò)手術(shù)病理證實(shí)為髓母細(xì)胞瘤和室管膜瘤；②術(shù)前在我院行常規(guī) MRI檢查， 包括軸面 T1WI、T2WI、FLAIR、DWI和增強(qiáng)T1WI；③MRI圖像無(wú)影響進(jìn)一步圖像分析的明顯偽影。

1.2 磁共振成像方法

采用德國(guó)Siemens TrioTim 3.0T磁共振成像系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)頭顱線圈。受檢者仰臥位，自然放松，額面部水平位，鼻根部位于線圈中線。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；增強(qiáng)掃描行矢狀位、軸位及冠狀位T1WI，造影劑采用 Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg。掃描參數(shù)：T1WI：TR 265.0 ms，TE 2.56 ms；T2WI：TR 3700ms，TE 94.0ms；FLAIR：TR 4400ms，TE 96.0ms。DWI掃描采用SE-EPI序列，取b值為0及1000s/mm2，TR 3600ms，TE 120ms；視野 24cm×24cm，層厚 5mm，層間距0.3 mm，層數(shù)20。增強(qiáng)掃描對(duì)比劑為Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg，行 T1WI橫軸面、矢狀面及冠狀面掃描，掃描參數(shù)同平掃T1WI。

1.3 感興趣區(qū)（ROI）的選取

1.3.1 圖像選擇

將所有患者的MRI圖像從PACS工作站以.BMP格式導(dǎo)出，導(dǎo)出時(shí)調(diào)整窗寬、窗位，使所有圖像窗寬、窗位均保持一致，存于硬盤(pán)中，由于增強(qiáng)T1WI顯示病變范圍較清晰，因此，首先選擇矢狀位增強(qiáng)T1WI圖像，用于進(jìn)一步分析。

1.3.2 直方圖分析

采用MaZda軟件分析所選擇的病變最大層面的圖像，通過(guò)手動(dòng)勾畫(huà)ROI計(jì)算直方圖參數(shù)，包括平均值、方差、偏度、峰度、百分位數(shù)值。實(shí)驗(yàn)者較容易學(xué)習(xí)該軟件的使用方法，軟件包在Windows 7運(yùn)行穩(wěn)定。紋理特征計(jì)算及評(píng)估過(guò)程如下：由1名醫(yī)師沿病變邊緣手動(dòng)勾畫(huà)ROI。選取其中一個(gè)樣本圈出腫瘤區(qū)域，并用紅色填充腫瘤區(qū)域，將與其對(duì)應(yīng)的標(biāo)記前后的圖像顯示如下圖所示（圖1，2）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

圖1 室管膜瘤感興趣區(qū)選擇及直方圖。圖2 髓母細(xì)胞瘤感興趣區(qū)選擇及直方圖。Figure 1.ROI and histograms of ependymoma.Figure 2.ROI and histograms of medulloblastomas.

統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。符合正態(tài)分布采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩種直方圖各參數(shù)的差異，不符合正態(tài)分布，采用非參數(shù)檢驗(yàn)，P＜0.05具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。繪制ROC曲線，計(jì)算曲線下面積，預(yù)測(cè)小腦中線髓母細(xì)胞瘤與室管膜瘤的最佳閾值（表1）。

2 結(jié)果

兩種腫瘤共36例，髓母細(xì)胞瘤組20例;室管膜瘤組16例，直方圖各參數(shù)值見(jiàn)表1。由表中數(shù)據(jù)可知，室管膜瘤和髓母細(xì)胞瘤1%值分別為32.16±21.3和 56.6±16.5，1 百分?jǐn)?shù)具有統(tǒng)計(jì)意義 （P=0.000），其余參數(shù)均無(wú)明顯差異 （P＞0.05）。根據(jù)直方圖1%數(shù)值，兩組數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，并繪制ROC曲線（圖3）。小腦髓母細(xì)胞瘤鑒別室管膜瘤時(shí)，ROC曲線下的最大面積為0.82，最佳閾值取46.5時(shí)特異性和敏感性分別為82%、75%。

表1 室管膜瘤和髓母細(xì)胞瘤增強(qiáng)磁共振圖像直方圖數(shù)據(jù)

圖3 a室管膜瘤散點(diǎn)圖。Figure 3a.Ependymoma scatter plot.

圖3 c室管膜瘤和髓母細(xì)胞瘤箱式圖。Figure 3c.Ependymoma and Medulloblastomas box plot.

圖3 b髓母細(xì)胞瘤散點(diǎn)圖。Figure 3b.Medulloblastomas scatter plot.

圖3 d室管膜瘤和髓母細(xì)胞瘤ROC曲線。Figure 3d.Ependymoma and Medulloblastomas ROC.

3 討論

3.1 直方圖分析簡(jiǎn)介

直方圖分析是一種用于量化腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性的新方法，它利用獲得的影像數(shù)據(jù)，用數(shù)學(xué)的方法評(píng)價(jià)感興趣區(qū)域的灰階強(qiáng)度分布。直方圖組成參數(shù)的具體數(shù)值，包括平均值、方差、偏斜度、峰度、第1、10、50、90、99百分位數(shù)；直方圖的偏斜度是描述變量取值分布對(duì)稱(chēng)性的統(tǒng)計(jì)量，表明分布相對(duì)于平均值的不對(duì)稱(chēng)程度。正偏度表明分布的不對(duì)稱(chēng)尾部趨向于更多較大值，分布的主體集中在右側(cè)，即絕大多數(shù)的值（包括中位數(shù)在內(nèi)）位于平均值的左側(cè)。負(fù)偏度則相反，表明分布的不對(duì)稱(chēng)尾部趨向于更多較小值。偏度的絕對(duì)值越大，分布形態(tài)偏移程度越大。直方圖的峰度是描述總體中所有取值分布形態(tài)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)尖銳度或平坦度。正峰值表示比正態(tài)分布尖銳的分布。負(fù)峰值表示比正態(tài)分布平坦的分布。直方圖分析不僅用于腦腫瘤的鑒別[9]，也可以在乳腺癌療效的評(píng)估[10]、宮頸癌的診斷[11]起到一定的價(jià)值。

3.2 室管膜瘤和髓母細(xì)胞瘤的常規(guī)鑒別診斷

后顱窩室管膜瘤主要發(fā)生在兒童期，多由第四腦室底部向腦室內(nèi)呈外生性生長(zhǎng)，常填滿整個(gè)四腦室，也可沿正中孔或兩側(cè)外側(cè)孔塑形長(zhǎng)出，達(dá)頸髓上部。室管膜瘤病程長(zhǎng)，發(fā)展慢，病變多有囊變、出血、壞死、鈣化，很少浸潤(rùn)?quán)徑X實(shí)質(zhì)。室管膜瘤在T1WI呈混雜低信號(hào)，T2WI呈混雜高信號(hào)，信號(hào)不均勻，腫瘤邊緣可見(jiàn)輕度到中度水腫，增強(qiáng)掃描時(shí)實(shí)性部分明顯強(qiáng)化。髓母細(xì)胞瘤惡性度高，病程短，發(fā)展快，多起源于第四腦室頂部，橫切位圖像上腫瘤前方可見(jiàn)腦脊液環(huán)繞，在磁共振T1WI呈低信號(hào)，T2WI呈等高信號(hào)，信號(hào)較均勻，腫瘤邊緣可見(jiàn)多個(gè)小囊變區(qū)，增強(qiáng)掃描不均勻強(qiáng)化，Rumboldt等[5]證實(shí)室管膜瘤的ADC值比髓母細(xì)胞瘤的高，可以利用ADC差異和DWI對(duì)兩種腫瘤進(jìn)行鑒別診斷。磁共振波譜（MRS）顯示髓母細(xì)胞瘤NAA和Cr波比室管膜瘤降低明顯，并且聯(lián)合DWI、MRS同樣也可以鑒別腫瘤。然而，并不是所有的醫(yī)院都具備開(kāi)展這些序列的條件，而且費(fèi)用較高。為了提高鑒別診斷的準(zhǔn)確性，本研究引進(jìn)了直方圖分析的方法。

3.3 直方圖分析鑒別兩種腫瘤的價(jià)值

陳鑫等[9]利用直方圖分析的方法鑒別腦膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤，王君鑫等[12]利用動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振直方圖參數(shù)來(lái)診斷前列腺癌，直方圖用于磁共振圖像中的不同病變?cè)\斷及鑒別已經(jīng)得到了認(rèn)可，并且該方法還可以提供量化的、可重復(fù)性的結(jié)果。直方圖分析的客觀性在于它假定磁共振圖像的采集、處理和分析都是在相同的條件下進(jìn)行的。本研究利用MaZda對(duì)提取的兩種腫瘤區(qū)域的特征進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，是綜合整個(gè)腫瘤體積的所有體素計(jì)算得出直方圖數(shù)據(jù)，結(jié)果更客觀，誤差更小。直方圖技術(shù)是通過(guò)測(cè)量腫瘤所有體素來(lái)反映瘤體內(nèi)部不同的組織構(gòu)成[13]，Rodriguez Gutierrez等[13]用 ADC 直方圖鑒別后顱窩腫瘤，得出25百分?jǐn)?shù)具有明顯統(tǒng)計(jì)意義，本研究中1百分?jǐn)?shù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這種差異可能是由于不同序列引起。1百分?jǐn)?shù)表示有1%的數(shù)據(jù)項(xiàng)小于或等于這個(gè)值，表示髓母細(xì)胞瘤和室管膜瘤之間的整個(gè)腫瘤所有體素有一定差異性，反映了兩種腫瘤間的組織成分不同。髓母細(xì)胞瘤鑒別室管膜瘤的最佳C1值是取46.5時(shí)，特異性和敏感性分別為82%、75%。在不增加病人負(fù)擔(dān)和檢查時(shí)間的情況下，直方圖可用于此兩種腫瘤的鑒別診斷，為臨床診斷提供了一種新的方法。

綜上所述，本研究顯示常規(guī)MR圖像直方圖分析C1可為鑒別室管膜瘤和髓母細(xì)胞瘤提供可靠的信息，確保診斷的準(zhǔn)確性，對(duì)兩者鑒別提供可靠的客觀依據(jù)。