磁共振成像紋理特征分析在胰腺漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤鑒別診斷中的價值

王波濤，何 蕾，劉 剛，劉夢琦，，陳志曄，

1中國人民解放軍總醫(yī)院海南分院放射科，海南三亞 572013 2中國人民解放軍總醫(yī)院放射科，北京 100853

ActaAcadMedSin，2018,40(2)：187-193

胰腺囊性腫瘤較為少見，占全部胰腺腫瘤的1% ～ 2%，其中以漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤較多見[1]。近年來，隨著磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)檢查的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對胰腺囊腺瘤的檢出率有明顯上升趨勢，囊腺瘤的術(shù)前早期診斷對后期治療具有重要臨床意義[2]。本研究旨在通過紋理特征分析技術(shù)對胰腺囊腺瘤MRI常規(guī)T1加權(quán)圖像(T1-weighted image，T1WI)、T2加權(quán)圖像(T2-weighted image，T2WI)進行紋理分析，證實紋理特征分析可以有效鑒別漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤。

對象和方法

對象選取中國人民解放軍總醫(yī)院海南分院2012年7月至2017年6月磁共振檢查及手術(shù)病理證實為胰腺漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤患者44例，男性10例、女性34例，平均年齡(50.7±10.5)歲；其中24例漿液性囊腺瘤，男性5例、女性19例，平均年齡(51.9±14.4)歲，頭頸部12例、體尾部12例；20例黏液性囊腺瘤，男性5例、女性15例，平均年齡(49.1±8.5)歲，頭頸部6例、體尾部14例。

數(shù)據(jù)采集采用GE signa Hdxt 1.5T超導(dǎo)MR掃描機，患者采用仰臥位掃描，均用體部8通道相控陣線圈，并加呼吸門控。橫軸位T2加權(quán)成像脂肪抑制序列成像參數(shù)為：重復(fù)時間6000 ms，回波時間88 ms，矩陣256×256，層厚6 mm，層間距1 mm，視野38 cm×38 cm。橫軸位T1加權(quán)成像參數(shù)為：重復(fù)時間4.0 ms，回波時間2.3 ms，矩陣256×256，層厚5 mm，層間距1 mm，視野38 cm×38 cm。

圖像分析由1位醫(yī)師查找、記錄患者信息及MRI圖像資料，從醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)中導(dǎo)出胰腺漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤橫軸位T2加權(quán)脂肪抑制序列和T1加權(quán)序列圖像，圖片為jpg格式，將圖像導(dǎo)入ImageJ(1.41v)圖像紋理特征分析插件，圖像紋理特征分析插件均設(shè)置為默認值，像素間距d=1，兩點之間連線與軸的夾角θ=0°。由3位5年以上工作經(jīng)驗的影像診斷醫(yī)師對病灶進行圖像分割及紋理特征參數(shù)提取，剔除存在偽影的病變圖像，避免MRI偽影對紋理特征產(chǎn)生干擾。圖像紋理特征參數(shù)包括：角二階矩、對比度、自相關(guān)、逆差距、熵。圖像感興趣區(qū)(region of interest，ROI)提?。簩σ认贊{液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤的最大層面囊性部分進行手動提取分割(圖1)，根據(jù)病灶囊性部分調(diào)整ROI的大小，ROI包含其所有像素，為確保提取數(shù)據(jù)的準確性，手動分割提取3次并取平均值。

統(tǒng)計學(xué)處理計量資料采用均數(shù)±標(biāo)準差表示，并進行正態(tài)分布檢驗，非正態(tài)分布數(shù)據(jù)用中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示。胰腺漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤臨床病理特征及人口統(tǒng)計學(xué)特征計數(shù)資料組間采用卡方檢驗，對胰腺漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤的紋理特征參數(shù)符合正態(tài)分布采用獨立樣本t檢驗，不符合正態(tài)分布采用Mann-WhitneyU檢驗。以漿液性囊腺瘤和黏液性囊腺瘤為因變量，將對比度(T1WI)、逆差距(T1WI)、對比度(T2WI)、自相關(guān)(T2WI)、逆差距(T2WI)5個差異存在統(tǒng)計學(xué)意義的紋理特征參數(shù)為自變量，進行Logistic回歸分析，用向后法進行變量選擇，根據(jù)Waldχ2值確定最終進入回歸模型的變量，按照臨床實際要求取假陽性率R=10%計算診斷點[3]。同時進行受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve，ROC)分析，根據(jù)胰腺囊腺瘤病理診斷結(jié)果為金標(biāo)準，假設(shè)黏液性囊腺瘤為陽性組，漿液性囊腺瘤為陰性組，以敏感性為縱坐標(biāo)、1-特異性為橫坐標(biāo)繪制ROC曲線，并選擇各紋理特征參數(shù)敏感性和特異性之和最大值確定為最佳診斷臨界值，并得到最佳診斷臨界值相對應(yīng)的敏感性、特異性，評估MRI常規(guī)T1、T2加權(quán)圖像的5個紋理特征參數(shù)及Logistic回歸模型在漿液性囊腺與黏液性囊腺瘤鑒別中的預(yù)測性能，統(tǒng)計學(xué)軟件采用SPSS 22.0軟件。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

胰腺MRI24例漿液性囊腺瘤瘤體直徑2.8(1.8)cm，病灶均為長T2信號，長T1信號22例、短T1信號2例，多囊19例、單囊5例；20例黏液性囊腺瘤瘤體直徑3.6(1.7)cm，其中5例直徑超過10 cm，均為長T1長T2信號，多囊14例、單囊6例；兩組之間腫瘤直徑差異存在統(tǒng)計學(xué)意義(U=142.500，P=0.021)，多囊及單囊變量進行卡方檢驗提示兩組之間差異存在統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=0.122，P=0.727)(表1)。

紋理特征對漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤T1加權(quán)圖像進行紋理特征分析顯示，對比度(U=115.000，P=0.003)、逆差距(t=3.025，P=0.004)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(表2)。ROC曲線分析顯示對比度、逆差距曲線下面積分別為0.760、0.736，其最佳診斷臨界值分別為13.578、0.317(表3)。

T2WI：T2加權(quán)圖像；T1WI：T1加權(quán)圖像

T2WI：T2-weighted image；T1WI：T1-weighted image

圖1在T2WI(A)及T1WI(B)圖像上放置感興趣區(qū)測量胰腺囊腺瘤的紋理特征

Fig1The region of interest was placed to measure the texture parameters on the T2WI(A) and T1WI(B)

表 1 24例漿液性囊腺瘤及20例黏液性囊腺瘤患者臨床病理特征及人口統(tǒng)計學(xué)比較Table 1 Comparisons of demographic and clinicopathological features between 24 patients with serous cystadenoma and 20 patients with mucinous cystadenoma

a卡方檢驗；b曼-惠特尼秩和檢驗

aChi-square test；bMann-WhitneyUtest

表 2 24例漿液性囊腺瘤及20例黏液性囊腺瘤T1WI序列5個紋理特征參數(shù)比較Table 2 Comparisons of five texture parameters of T1WI between 24 patients with serous cystadenoma and 20 patients with mucinous cystadenoma

a曼-惠特尼秩和檢驗

aMann-WhitneyUtext

對漿液性囊腺瘤和黏液性囊腺瘤T2加權(quán)圖像紋理特征分析顯示，對比度(U=74.000，P=0.000)、自相關(guān)(U=86.000，P=0.000)、逆差距(t=2.345，P=0.024) 差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(表4)。ROC曲線分析顯示對比度、自相關(guān)、逆差距曲線下面積分別為0.846、0.821、0.746，其最佳診斷臨界值分別為40.891、0.008、0.248(表3)。

將對比度(T1WI)、逆差距(T1WI)、對比度(T2WI)、自相關(guān)(T2WI)、逆差距(T2WI)5個差異存在統(tǒng)計學(xué)意義的紋理特征參數(shù)為自變量，進行二元Logistic回歸分析并得到最終回歸模型，p=1/1+e-[2.418-0.019對比度(T2WI)-0.040對比度(T1WI)][對比度(T2WI)∶T2加權(quán)圖像紋理特征參數(shù)對比度；對比度(T1WI)∶T1加權(quán)圖像紋理特征參數(shù)對比度]，44例漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤鑒別中預(yù)測的準確率為79.5%。按照臨床實際要求取假陽性率R=10%后求得診斷點為0.538，如果P> 0.538診斷黏液性囊腺瘤，P<0.538診斷漿液性囊腺瘤。進入Logistic回歸模型變量的ROC曲線下面積為0.879(表4、5)。

表 3 受試者工作特征曲線中漿液性囊腺瘤與黏液性囊腺瘤對比度、自相關(guān)、逆差距及Logistic回歸模型的分析結(jié)果Table 3 Receiver operating characteristic curve analysis of the texture contrast，correlation，inverse difference moment，

表 4 24例漿液性囊腺瘤及20例黏液性囊腺瘤T2WI序列5個紋理特征參數(shù)比較Table 4 Comparisons of five texture parameters of T2WI between 24 patients with serous cystadenoma and 20 patients with mucinous cystadenoma

a曼-惠特尼秩和檢驗

aMann-WhitneyUtext

表 5 漿液性囊腺瘤與黏液性囊腺瘤Logistic回歸分析結(jié)果Table 5 Binary Logistic regression analysis between serous and mucinous cystadenoma

病例分析患者一，女性，36歲，陣發(fā)性腹痛3 d，MRI平掃胰腺體尾部類圓形長T1長T2信號病灶，對病灶ROI進行手動分割并提取5個紋理特征參數(shù)值，差異有統(tǒng)計學(xué)意義的對比度(T2WI)=13.812、自相關(guān)(T2WI)=0.003、逆差距(T2WI)=0.638，對比度(T1WI)=13.032、逆差距(T1WI)=0.566，將對比度(T1WI)、對比度(T2WI)帶入Logistic回歸模型，P=0.836(>0.538)，對應(yīng)結(jié)果診斷黏液性囊腺瘤，與本病例手術(shù)病理結(jié)果一致(圖2A、2B)。患者二，女性，48歲，發(fā)現(xiàn)胰腺體部病變伴腹脹6年，MRI平掃胰腺體部見類圓形長T1長T2信號病灶，對病灶ROI進行手動分割并提取5個紋理特征參數(shù)值，其中差異有統(tǒng)計學(xué)意義的對比度(T2WI)=114.911、自相關(guān)(T2WI)=0.002、逆差距(T2WI)=0.071，對比度(T1WI)=31.478、逆差距(T1WI)=0.246，將對比度(T1WI)、對比度(T2WI)帶入Logistic回歸模型，P=0.264(<0.538)，本例結(jié)果診斷漿液性囊腺瘤，與手術(shù)病理結(jié)果一致(圖2C、2D)。

討 論

胰腺囊性腫瘤中，漿液性囊腺瘤最常見，屬胰腺良性腫瘤，極少數(shù)報道為惡性，臨床定期復(fù)查即可；而黏液性囊腺瘤具有高度潛在惡變可能，需積極采取手術(shù)治療，因此兩者的鑒別有較高的臨床價值[4]。黏液性囊腺瘤內(nèi)壁為分泌黏液的柱狀上皮細胞，因此囊內(nèi)含黏液樣物質(zhì)，而漿液性囊腺瘤囊液呈清亮液體，內(nèi)鏡下分穿刺進行囊液分析有助于鑒別，但臨床上難以常規(guī)應(yīng)用[5]。紋理特征是圖像內(nèi)在的屬性特征，盡管不同的疾病因具有相同的影像表現(xiàn)而難以鑒別，但其圖像的紋理特征可能存在差異[6- 7]。本研究根據(jù)兩者囊內(nèi)容物的不同，通過紋理特征分析技術(shù)將腫瘤囊性部分T1WI和T2WI圖像的灰度值轉(zhuǎn)化為紋理信息，進而達到漿液性囊腺瘤與黏液性囊腺瘤相鑒別的目的。

圖像紋理特征是對圖像中的像素空間分布信息進行定量描述，將醫(yī)學(xué)圖像的灰度轉(zhuǎn)換成紋理信息進行表達，有助于發(fā)現(xiàn)更多肉眼無法識別的潛在信息，為臨床疾病的診斷提供參考[8]。目前圖像紋理分析已部分應(yīng)用于臨床疾病的診斷，各系統(tǒng)疾病均有相關(guān)研究報道[9- 12]。灰度共生矩陣是常用的紋理特征提取方法，它反映的是圖像兩點灰度之間在方向、間隔及變化幅度的相關(guān)性，更直觀表達圖像區(qū)域紋理的統(tǒng)計及空間屬性[13]。本研究主要選取的參數(shù)有能量、對比度、自相關(guān)、逆差矩、熵及d=1、θ=0一個參數(shù)，薄華等[14]研究表明對于灰度共生矩陣不需要選取所有參數(shù)同樣可以完整地表達圖像的紋理特征。

圖2兩病變均為胰腺體部T1WI低信號T2WI高信號病變(A、C為T2WI圖像，B、D為T1WI圖像)，經(jīng)紋理分析代入Logistic回歸模型，第1個病變(A、B)提示為黏液性囊腺瘤，第2個病變(C、D)提示為漿液性囊腺瘤，均與病理診斷相符合

Fig2Two lesions on the pancreatic body presented hypointensity on T1WI and hyperintensity on T2WI(A and C，T2WI；B and D，T1WI)；the texture parameters were placed into the model of Logistic regression，and the result suggested that the first lesion(A，B) could be considered as mucious cystadenoma and the second lesion(C，D) as serous cystadenoma，which were consistent with the pathologic diagnoses

本研究在對44例漿液性囊腺瘤和黏液性囊腺瘤患者MRI圖像形態(tài)學(xué)對比觀察發(fā)現(xiàn)，兩者瘤體直徑差異存在統(tǒng)計學(xué)意義，黏液性囊腺瘤瘤體直徑較大，部分直徑超過10 cm，與既往文獻報道相一致[15]。漿液性囊腺瘤多囊型多呈蜂窩狀小囊，而黏液性囊腺瘤多為大囊，分隔清晰，而單囊型病例兩者形態(tài)學(xué)觀察無差異，卡方檢驗提示多囊及單囊變量在兩組之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義，因此，本組病例形態(tài)學(xué)的觀察難以區(qū)分漿液性囊腺瘤和黏液性囊腺瘤。紋理特征分析技術(shù)的臨床應(yīng)用為兩者的鑒別診斷提供了契機。

本研究在胰腺漿液性囊腺瘤與黏液性囊腺瘤的囊性部分在T1WI圖像中所提取的5個圖像紋理參數(shù)中，僅對比度、逆差距差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。對比度反映圖像清晰度和紋理溝紋深淺程度，對比度越大其紋理溝紋越深；逆差距度量圖像紋理的規(guī)則程度，其值大則紋理規(guī)律性強，分布規(guī)則。本研究黏液性囊腺瘤對比度值小于漿液性囊腺瘤，逆差距值大于漿液性囊腺瘤，推測此結(jié)果可能與其病變組織構(gòu)成有關(guān)，前期部分研究已證實人體內(nèi)部的圖像紋理特征會因其發(fā)生病理變化而相應(yīng)改變，黏液性囊腺瘤囊內(nèi)含黏液樣物質(zhì)較漿液性囊腺瘤的清亮液體黏稠，其紋理特征較漿液性囊腺瘤呈視覺效果欠清晰、紋理溝紋淺、區(qū)域間紋理缺少變化、紋理規(guī)律性強的特點[16]。

在T2WI圖像中所提取的5個圖像紋理參數(shù)中，對比度、自相關(guān)、逆差距差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)合T1加權(quán)成像紋理特征分析提示黏液性囊腺瘤在T1WI、T2WI圖像上提取的紋理特征參數(shù)對比度值均小于漿液性囊腺瘤，逆差距均大于漿液性囊腺瘤，其紋理特征參數(shù)差異的一致性可能與其病變組織內(nèi)在結(jié)構(gòu)有關(guān)，不會因MRI序列不同而產(chǎn)生差異。同時黏液性囊腺瘤T2WI中差異存在統(tǒng)計學(xué)意義的自相關(guān)值大于漿液性囊腺瘤，自相關(guān)反映圖像紋理相似度及圖像中局部灰度相關(guān)性，表明與漿液性囊腺瘤相比，黏液性囊腺瘤還具有紋理波動程度小、相似度高的特點。

為了評估對比度(T1WI)、逆差距(T1WI)、對比度(T2WI)、自相關(guān)(T2WI)、逆差距(T2WI)5個紋理特征參數(shù)在囊腺瘤鑒別中的診斷價值，筆者進行ROC曲線分析，根據(jù)曲線的形狀和曲線下面積作定量評估。ROC曲線上每一個操作點代表了特定截點值敏感性和特異性的組合，最靠近左上角的點即為最佳診斷臨界值，該診斷點的漏診率和誤診率之和最小，通過敏感性和特異性之和最大可以確定最佳診斷臨界值[17]。本研究顯示基于T2WI圖像的紋理特征參數(shù)的曲線下面積、敏感性及特異性大于T1WI，表明T2WI圖像提取的紋理特征參數(shù)診斷效能優(yōu)于T1WI圖像，尤其T2WI圖像的紋理特征參數(shù)對比度及自相關(guān)曲線下面積分別為0.846、0.821，明顯大于其他紋理特征參數(shù)，ROC曲線下面積值在0.5～1.0，當(dāng)曲線下面積越接近1.0其診斷準確性越高，表明這兩個紋理特征參數(shù)在鑒別中有較高的診斷價值，同時通過計算得到的最佳診斷臨界值，可以對漿液性囊腺瘤和黏液性囊腺瘤進行預(yù)判。

將差異有統(tǒng)計學(xué)意義的紋理特征參數(shù)進行Logistic回歸分析，所得到的最終回歸模型在44例漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤鑒別中預(yù)測的準確率為79.5%，表明該Logistic回歸模型在對照組中具有較高準確性。ROC分析顯示曲線下面積為0.879，大于其他單因素曲線下面積，其敏感性為0.900、特異度為0.792，表明Logistic回歸模型的診斷效能明顯優(yōu)于其他單因素的紋理分析，可以用于漿液性囊腺瘤和黏液性囊腺瘤的鑒別診斷。

本研究存在一定的不足之處：(1)樣本量偏??；(2)僅納入常規(guī)T1加權(quán)及T2加權(quán)圖像進行紋理特征分析，在后期的研究可以納入其他序列圖像進行綜合分析。

綜上，基于磁共振T1加權(quán)和T2加權(quán)圖像的紋理特征分析可以有效鑒別胰腺漿液性囊腺瘤及黏液性囊腺瘤。

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