全容積直方圖分析磁敏感信號(hào)強(qiáng)度對(duì)評(píng)估小兒腦腫瘤病理分級(jí)的價(jià)值

蔣小俊， 金科， 黃文雅， 高兵， 李君偉

小兒腦腫瘤的發(fā)病率僅次于兒童血液系統(tǒng)腫瘤，高居第二位[1-2]，術(shù)前明確腫瘤病理分級(jí)，對(duì)患者治療方案的制定及預(yù)后評(píng)估有重要意義。MRI在小兒腦腫瘤的定性及分級(jí)診斷中有著較為成熟的應(yīng)用，既往文獻(xiàn)指出磁敏感加權(quán)成像(susceptible weighted imaging，SWI)能夠通過(guò)瘤內(nèi)磁敏感信號(hào)(intratumoral susceptibility signals，ITSS)直觀反映瘤灶內(nèi)微小靜脈及微出血灶，從而進(jìn)一步判斷小兒腦腫瘤的病理級(jí)別[3]。目前，現(xiàn)有文獻(xiàn)僅依據(jù)ITSS這一半定量參數(shù)進(jìn)行分析，受主觀因素影響較大，可重復(fù)性及一致性欠佳。本研究通過(guò)直方圖分析瘤內(nèi)磁敏感信號(hào)強(qiáng)度，旨在探討SWI在小兒腦腫瘤定量診斷中的價(jià)值。

材料與方法

1.病例資料

搜集湖南省兒童醫(yī)院2016年1月-2019年1月間診治的小兒腦腫瘤患者的病例資料。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①均取得手術(shù)或穿刺病理結(jié)果；②均行常規(guī)磁共振及SWI掃描；③影像及臨床病理資料齊全。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前行放化療等相關(guān)性治療；②合并較大鈣化灶；③合并其他惡病質(zhì)疾患。經(jīng)過(guò)篩選后，共計(jì)納入小兒腦腫瘤患者38例，其中男21例，女17例，年齡5個(gè)月～11歲，中位年齡6歲。依據(jù)2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)[4]，低級(jí)別(Ⅰ～Ⅱ級(jí))腫瘤15例，其中毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤7例為Ⅰ級(jí)，毛細(xì)胞粘液型星形細(xì)胞瘤8例為Ⅱ級(jí)；高級(jí)別腫瘤(Ⅲ～Ⅳ級(jí))23例，其中室管膜細(xì)胞瘤8例為Ⅲ級(jí)，髓母細(xì)胞瘤10例為Ⅳ級(jí)，神經(jīng)節(jié)細(xì)胞瘤2例為Ⅲ級(jí)，非典型畸胎瘤樣橫紋肌樣瘤(AT/RT)3例為Ⅳ級(jí)。

2.檢查方法

MRI檢查采用3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀(Siemens，Syngo)，8通道頭頸聯(lián)合線圈。檢查時(shí)患者取仰臥位，對(duì)不能配合檢查的患兒檢查前以0.5 mg/kg的劑量口服水合氯醛，熟睡后行MRI檢查。掃描序列包括常規(guī)橫軸面、冠狀面、矢狀面平掃、增強(qiáng)掃描以及SWI掃描。掃描參數(shù)：T1FLAIR，TR 2660 ms，TE 23 ms；T2FLAIR，TR 9005 ms，TE 153.5 ms；層厚6 mm，層間距1 mm，視野24 cm×18 cm，矩陣256×192。SWI序列掃描參數(shù)：TR 55.3 ms，TE 5.6 ms,層間距1.2 mm，視野22 cm×22 cm，矩陣320 ×288。

3.圖像及數(shù)據(jù)處理

掃描完成后，利用SWI后處理軟件自動(dòng)得到校正的相位圖，并通過(guò)最小密度投影得到MinP圖，層厚2 mm。將后處理工作站自動(dòng)生成的MinP圖全部導(dǎo)出至軟件 image J進(jìn)行直方圖分析。對(duì)照常規(guī)及增強(qiáng)掃描確定瘤灶的位置及輪廓，然后在SWI圖像上逐層沿瘤灶邊緣勾畫感興趣區(qū)(Region of Interest，ROI)，并最終覆蓋整個(gè)病灶的所有層面。測(cè)量并計(jì)算整個(gè)瘤灶的磁敏感直方圖信號(hào)強(qiáng)度各參數(shù)值，包括最小值、平均值、中位數(shù)、最大值、偏度值及峰度值。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以K-S法對(duì)計(jì)量資料進(jìn)行正態(tài)性分布檢驗(yàn)，若服從正態(tài)分布則以(均值±標(biāo)準(zhǔn)差)表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。使用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件MedCalc v16.2，以受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析磁敏感直方圖各參數(shù)對(duì)不同級(jí)別小兒腦腫瘤的鑒別診斷效能，并計(jì)算曲線下面積(area under curve，AUC)、最佳診斷閾值以及對(duì)應(yīng)的敏感度、特異度。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.低、高級(jí)別小兒腦腫瘤磁敏感直方圖各參數(shù)值的比較

低、高級(jí)別小兒腦腫瘤的FLAIR、增強(qiáng)掃描、SWI、磁敏感直方圖及病理結(jié)果見(jiàn)圖1～2。低、高級(jí)別小兒腦腫瘤磁敏感直方圖各參數(shù)比較結(jié)果顯示，兩組最大值、峰度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)；高級(jí)別小兒腦腫瘤的最小值、平均值、中位數(shù)均小于低級(jí)別小兒腦腫瘤，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)；高級(jí)別小兒腦腫瘤磁敏感直方圖以正偏態(tài)分布為主，低級(jí)別以負(fù)偏態(tài)分布為主，兩者偏度值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表1)。

表1 低、高級(jí)別小兒腦腫瘤磁敏感直方圖各參數(shù)值的比較

圖1 毛細(xì)胞型星型膠質(zhì)細(xì)胞瘤(WHO Ⅰ級(jí))患者，女，3歲。a)FLAIR序列圖像示左側(cè)小腦半球病灶呈稍高信號(hào)；b)增強(qiáng)掃描示病灶呈不均勻顯著強(qiáng)化；c)SWI圖示瘤灶極少條狀或簇狀低信號(hào)，出血與微血管的信號(hào)不明顯；d)磁敏感直方圖，圖形各參數(shù)值分布較窄，呈陡尖分布：e)鏡下可見(jiàn)疏松區(qū)，內(nèi)含多極細(xì)胞(×400，HE)。

2.磁敏感直方圖對(duì)低、高級(jí)別小兒腦腫瘤的鑒別診斷效能

ROC分析結(jié)果顯示，最小值鑒別不同級(jí)別小兒腦腫瘤的診斷效能最高， 其AUC為0.867，對(duì)應(yīng)的敏感度、特異度分別為100%、73.33%(表2，圖3)。

表2 直方圖信號(hào)強(qiáng)度參數(shù)鑒別不同級(jí)別膠質(zhì)瘤的診斷效能

討 論

1.SWI在小兒腦腫瘤分級(jí)中的應(yīng)用及成像基礎(chǔ)

SWI成像是以T2*加權(quán)梯度回波序列作為基本序列，通過(guò)對(duì)不同組織間的磁敏感性差異進(jìn)行圖像對(duì)比，在顯示病灶內(nèi)小血管及出血敏感性方面有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)于常規(guī)梯度回波序列，對(duì)腦內(nèi)病變的診斷有著較高的臨床實(shí)用價(jià)值及應(yīng)用范圍[5-6]。Kim等[7]提出按顱內(nèi)腫瘤SWI圖上點(diǎn)狀、簇狀或片狀低信號(hào)的分布以瘤內(nèi)磁敏感信號(hào)(ITSS)進(jìn)行半定量分析，繼而進(jìn)一步判斷病變的性質(zhì)及分級(jí)。張忠陽(yáng)等[3]通過(guò)SWI對(duì)小兒腦腫瘤進(jìn)行研究，結(jié)果顯示與低級(jí)別小兒腦腫瘤相比，高級(jí)別小兒腦腫瘤的ITSS級(jí)別更高，原因如下：首先，高級(jí)別腦腫瘤的惡性生物學(xué)行為更明顯、侵襲性更強(qiáng)，需要的血供更豐富，故而新生小血管更多；其次，由于高級(jí)別腦腫瘤基礎(chǔ)代謝率較高，血管內(nèi)氧合血紅帶白的消耗更明顯，故而血管內(nèi)多為乏氧血紅蛋白；另外，高級(jí)別腦腫瘤過(guò)度增殖過(guò)程中易伴隨出血壞死，故而表現(xiàn)為磁敏感低信號(hào)增多[8-9]。

既往對(duì)SWI的研究?jī)H依靠ITSS這一半定量指標(biāo)進(jìn)行分析，受主觀因素干擾較大，其可重復(fù)性及一致性欠佳。因此，有學(xué)者提出以直方圖分析磁敏感信號(hào)強(qiáng)度，繼而進(jìn)一步獲取定量參數(shù)值。陳杰等[10]初步證實(shí)了磁敏感直方圖在鑒別腎乳頭狀癌與嫌色細(xì)胞癌的可行性。然而，磁敏感直方圖在小兒腦腫瘤中的應(yīng)用鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。

圖2 髓母細(xì)胞瘤(WHO Ⅳ級(jí))患者，女，2歲。a)FLAIR序列圖像示小腦蚓稍高信號(hào)；b)增強(qiáng)掃描示病灶呈不均勻顯著強(qiáng)化；c)SWI圖示瘤灶內(nèi)較多點(diǎn)狀、條狀I(lǐng)TSS；d)磁敏感直方圖，圖形各參數(shù)值分布較寬，呈扁平分布；e)鏡下可見(jiàn)致密的瘤細(xì)胞，瘤細(xì)胞排列成流水狀(×100，HE)。 圖3 磁敏感直方圖各參數(shù)鑒別診斷低、高級(jí)別小兒腦腫瘤的ROC曲線。

2.磁敏感直方圖在鑒別低、高級(jí)別小兒腦腫瘤中的價(jià)值

本研究結(jié)果顯示，高級(jí)別小兒腦腫瘤的最小值、平均值、中位數(shù)均小于低級(jí)別小兒腦腫瘤，這與高級(jí)別腦腫瘤存在更多的磁敏感低信號(hào)區(qū)是相對(duì)應(yīng)的[5,8-9]，高級(jí)別腫瘤瘤內(nèi)出血及乏氧微血管的增多是造成兩者差異的重要因素。此外，本研究結(jié)果還顯示小兒高級(jí)別腦腫瘤磁敏感直方圖以正偏態(tài)分布為主，而低級(jí)別腦腫瘤以負(fù)偏態(tài)分布為主，該結(jié)果提示小兒高級(jí)別腦腫瘤與低級(jí)別腦腫瘤相比，存在更多相對(duì)較小的磁敏感信號(hào)值，導(dǎo)致磁敏感信號(hào)體素值在直方圖中多集中偏向于曲線左側(cè)。進(jìn)一步的ROC診斷效能分析結(jié)果顯示，磁敏感直方圖最小值對(duì)低、高級(jí)別小兒腦腫瘤的診斷效能最優(yōu)，這可能是由于最小值最能夠反映瘤內(nèi)磁敏感低信號(hào)等原因所致。

本研究存在一定局限性:首先，本研究入組病例數(shù)較少；其次，本研究屬于單中心回顧性研究，可能存在一定程度的選擇偏倚；最后，SWI能夠反映病灶出血及微小血管，表現(xiàn)為SWI低信號(hào)。然而，鈣化灶在SWI圖亦呈低信號(hào)改變，易與出血灶混淆，尤其是在全容積直方圖分析時(shí)顯得更為突出，因此本研究未能對(duì)合并較多鈣化的腫瘤進(jìn)行入組研究。

綜上所述，本研究結(jié)果顯示通過(guò)直方圖分析磁敏感信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)鑒別小兒低、高級(jí)別腦腫瘤具有較高的應(yīng)用價(jià)值,可為SWI在小兒腦腫瘤的分級(jí)診斷提供量化的參考依據(jù)。