基于腫瘤全域MRI信號(hào)強(qiáng)度的直方圖分析分級(jí)診斷腦膜瘤

李曉欣，苗延巍*，郭 妍，董俊伊，韓 亮，宋清偉，劉愛連

(1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011；2.通用電氣藥業(yè)生命科學(xué)核心影像部，遼寧 沈陽 110000)

腦膜瘤是常見的顱內(nèi)腦外腫瘤，大部分為良性(WHO Ⅰ級(jí))，約10%為不典型(WHO Ⅱ級(jí))或惡性腦膜瘤(WHO Ⅲ級(jí))[1]，侵襲性且腫瘤致死率及復(fù)發(fā)率均較高，因而腦膜瘤分級(jí)診斷對于確定治療方案及評(píng)估預(yù)后具有重要意義[2-4]。雖然腫瘤呈分葉狀，腫瘤密度、信號(hào)不均勻，發(fā)生出血、壞死、囊變等征象有助于診斷不典型或惡性腦膜瘤，但據(jù)此難以鑒別Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤[5-7]。近年來，隨著影像組學(xué)的發(fā)展，直方圖分析被認(rèn)為是評(píng)估腫瘤異質(zhì)性的有效手段[8-10]。本研究探討常規(guī)MRI直方圖分析對腦膜瘤分級(jí)的價(jià)值，并尋求分級(jí)診斷的最佳影像學(xué)指標(biāo)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2010年1月—2016年12月于我院接受頭部MR掃描的177例腦膜瘤患者，均經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)且獲得WHO標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)[11]；其中Ⅰ級(jí)腦膜瘤139例，男38例，女101例，年齡19～73歲，平均(53.7±11.2)歲；Ⅱ級(jí)腦膜瘤38例，男、女各19例，年齡22～71歲，平均(60.2±11.1)歲。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR掃描儀，8通道頭線圈。掃描序列：矢狀位及軸位SE序列T1W，TR 400 ms，TE 9.0 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，矩陣448×256，層厚6 mm，層間距1 mm；軸位SE序列T2W，TR 4 000 ms，TE 110 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，矩陣448×256，層厚6 mm，層間距1 mm。增強(qiáng)掃描對比劑采用Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg體質(zhì)量，注射流率3.0 ml/s，行軸位、矢狀位及冠狀位T1WI，掃描參數(shù)同平掃。

1.3 圖像處理 將DICOM格式的軸位T1WI、T2WI及增強(qiáng)T1WI導(dǎo)入Omni-Kinetics軟件，由2名放射科醫(yī)師在包含腫瘤實(shí)質(zhì)的每一層圖像上沿腫瘤邊緣手動(dòng)勾畫ROI，不包括腫瘤周圍水腫區(qū)，將所有層面的ROI累加為三維ROI(圖1)，軟件自動(dòng)計(jì)算出基于T1WI、T2WI和增強(qiáng)T1WI的信號(hào)強(qiáng)度直方圖及其參數(shù)，包括最小值，最大值，平均值，第5、10、25、50、75、90、95百分位數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差、方差、平均差、體積、值域、偏度、峰度以及均勻性。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。首先對2名放射科醫(yī)師各自勾畫的ROI所得直方圖參數(shù)值進(jìn)行組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(interclass correlation coefficient， ICC)檢驗(yàn)，其二者測量數(shù)據(jù)的一致性好

圖1 左側(cè)額部腦膜瘤ROI勾畫示意圖 A.沿腫瘤實(shí)質(zhì)邊緣勾畫ROI，不包括腫瘤周圍水腫區(qū)： B.紅色區(qū)域?yàn)镽OI，覆蓋整個(gè)腫瘤實(shí)質(zhì)

(ICC≥0.75)，取平均值。因數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，以中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示，以兩獨(dú)立樣本Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較各參數(shù)在Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)級(jí)腦膜瘤間的差異；對有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的直方圖參數(shù)繪制ROC曲線，計(jì)算AUC，評(píng)估其對腦膜瘤分級(jí)診斷的效能。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基于T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖參數(shù) Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的直方圖參數(shù)見表1、圖2。ROC曲線分析顯示，以均勻性=0.36為閾值，診斷Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤的效能最佳，AUC=0.678(P<0.05)，其敏感度和特異度分別為62.6%和73.7%。

2.2 基于T2WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖參數(shù) Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的直方圖參數(shù)見表2、圖3。以均勻性=0.40為閾值，診斷Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤的效能最佳，AUC=0.702(P<0.05)，敏感度和特異度分別為56.1%和84.2%。

2.3 基于增強(qiáng)T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖參數(shù) Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的直方圖參數(shù)見表3、圖4。以均勻性=0.38為閾值，診斷Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤的效能最佳，AUC=0.708(P<0.05)，敏感度和特異度分別為64.7%和73.7%。

3 討論

3.1 腫瘤全域測量的依據(jù) Ⅱ級(jí)腦膜瘤病理學(xué)主要表現(xiàn)為瘤組織結(jié)構(gòu)紊亂，瘤細(xì)胞較幼稚，排列密集，瘤細(xì)胞核呈中度異型性、多形性，部分胞核見明顯大核仁，核分裂象易見，瘤巨細(xì)胞散在分布，并可見局部小灶性壞死和腦組織微小浸潤[11]。這些病理學(xué)表現(xiàn)提示Ⅱ級(jí)腦膜瘤的異質(zhì)性大于Ⅰ級(jí)，部分Ⅱ級(jí)腦膜瘤所出現(xiàn)的出血、壞死、囊變區(qū)正是其不均質(zhì)性的組成部分。局部腫瘤實(shí)質(zhì)不能全面反映腫瘤整體的異質(zhì)性，而基于腫瘤全域的信號(hào)值可能更加準(zhǔn)確、可靠地反映腫瘤的異質(zhì)性，并最大程度地避免局部區(qū)域勾畫ROI導(dǎo)致的抽樣誤差。Wang等[2]提出常規(guī)MRI直方圖分析有助于腦膜瘤的分級(jí)診斷，本研究結(jié)果與其一致，T1WI、T2WI和增強(qiáng)T1WI直方圖參數(shù)在Ⅰ、Ⅱ級(jí)腦膜瘤間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，有助于鑒別二者。

表1 Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤間T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖參數(shù)比較[中位數(shù)(四分位數(shù)間距)]

表2 Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤間T2WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖參數(shù)比較[中位數(shù)(四分位數(shù)間距)]

表3 Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤的增強(qiáng)T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖參數(shù)比較[中位數(shù)(四分位數(shù)間距)]

圖2 基于T1WI信號(hào)強(qiáng)度的直方圖 A.Ⅰ級(jí)腦膜瘤T1WI； B.Ⅰ級(jí)腦膜瘤T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖，示圖像中心輕度右偏，擬合曲線高而尖，偏度為3.28，峰度為23.39； C.Ⅱ級(jí)腦膜瘤T1WI； D.Ⅱ級(jí)腦膜瘤T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖，示圖像中心輕度左偏，擬合曲線高而尖，偏度為-1.19，峰度為5.02 圖3 基于T2WI信號(hào)強(qiáng)度的直方圖 A.Ⅰ級(jí)腦膜瘤T2WI； B.Ⅰ級(jí)腦膜瘤T2WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖，示圖像中心輕度右偏，擬合曲線高而尖，偏度為0.23，峰度為5.05； C.Ⅱ級(jí)腦膜瘤T2WI； D.Ⅱ級(jí)腦膜瘤T2WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖，示圖像中心輕度右偏，擬合曲線較圖3B寬且低平，偏度為1.18，峰度為5.28 圖4 基于增強(qiáng)T1WI信號(hào)強(qiáng)度的直方圖 A.Ⅰ級(jí)腦膜瘤增強(qiáng)T1WI； B.Ⅰ級(jí)腦膜瘤增強(qiáng)T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖，示圖像中心輕度左偏，擬合曲線高而尖，偏度為-0.80，峰度為4.59； C.Ⅱ級(jí)腦膜瘤增強(qiáng)T1WI； D.Ⅱ級(jí)腦膜瘤增強(qiáng)T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖，示圖像中心輕度左偏，擬合曲線較圖4B寬且低平，偏度為-0.01，峰度為3.19

3.2 T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖分析 本研究發(fā)現(xiàn)Ⅱ級(jí)腦膜瘤的值域及標(biāo)準(zhǔn)差大于Ⅰ級(jí)，提示Ⅱ級(jí)腦膜瘤內(nèi)部成分較復(fù)雜，異質(zhì)性較明顯，瘤內(nèi)出血、囊變、壞死區(qū)更多[12]；Ⅱ級(jí)腦膜瘤的體積數(shù)大于Ⅰ級(jí)，提示Ⅱ級(jí)腦膜瘤生長速度更快、更具有侵襲性。偏度是描述直方圖曲線分布的參數(shù)，是反映腫瘤異質(zhì)性的較好指標(biāo)。偏度值的大小和正負(fù)往往與腫瘤的惡性程度具有一定的相關(guān)性，甚至可作為評(píng)估腫瘤預(yù)后的獨(dú)立因素[13]。本研究中基于T1WI信號(hào)直方圖中Ⅱ級(jí)腦膜瘤的偏度為負(fù)值，直方圖曲線中心向左偏移，而Ⅰ級(jí)腦膜瘤的偏度為正值，直方圖曲線中心向右偏移，表明Ⅰ、Ⅱ級(jí)腦膜瘤均存在異質(zhì)性[14]。均勻性是反映腫瘤全域圖像信號(hào)值均勻性的參數(shù)，Ⅱ級(jí)腦膜瘤的均勻性小于Ⅰ級(jí)，提示Ⅱ級(jí)腦膜瘤內(nèi)部成分更復(fù)雜，出血、囊變、壞死區(qū)相對較多。

3.3 T2WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖分析 本研究結(jié)果顯示Ⅱ級(jí)腦膜瘤的第90、95百分位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差及方差均大于Ⅰ級(jí)腦膜瘤，提示Ⅱ級(jí)腦膜瘤內(nèi)部囊變、壞死區(qū)較多，T2WI信號(hào)強(qiáng)度較高且不均勻；峰度越大，表示數(shù)值分布越集中，反之則越分散。本研究中Ⅰ級(jí)腦膜瘤的峰度值大于Ⅱ級(jí)腦膜瘤，提示Ⅰ級(jí)腦膜瘤的直方圖曲線更加高尖，數(shù)據(jù)相對集中，腫瘤內(nèi)部成分的一致性相對較高。

3.4 增強(qiáng)T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖分析 本研究中，Ⅱ級(jí)腦膜瘤的最小值、第5、10、25百分位數(shù)均小于Ⅰ級(jí)腦膜瘤，表明低值區(qū)的增強(qiáng)T1WI信號(hào)值對于鑒別診斷Ⅰ、Ⅱ級(jí)腦膜瘤更有意義。腦膜瘤屬于顱內(nèi)腦外腫瘤，增強(qiáng)掃描的強(qiáng)化程度主要取決于腫瘤的血供情況，Ⅰ級(jí)腦膜瘤低值區(qū)的信號(hào)值大于Ⅱ級(jí)，提示Ⅰ級(jí)腦膜瘤的血供不如Ⅱ級(jí)腦膜瘤豐富。

本研究的局限性：本組病例中無Ⅲ級(jí)腦膜瘤患者，未對Ⅲ級(jí)腦膜瘤進(jìn)行直方圖分析；未對腦膜瘤進(jìn)行病理學(xué)亞型分型，而同一級(jí)別不同亞型腦膜瘤的直方圖參數(shù)可能會(huì)存在差異，需要在后續(xù)研究中進(jìn)一步分析。

總之，基于腫瘤全域的T1WI、T2WI及增強(qiáng)T1WI信號(hào)強(qiáng)度直方圖分析有助于分級(jí)診斷腦膜瘤，腫瘤均勻性是最佳影像學(xué)分級(jí)診斷指標(biāo)。