MRI紋理分析在Ⅱ級和Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤鑒別診斷中的應(yīng)用價(jià)值研究

李夢雙 劉耀賽 董麗娜 羅濤 徐凱

腦膠質(zhì)瘤是最常見的顱內(nèi)惡性腫瘤，約占顱內(nèi)腫瘤的40%～50%，5年病死率僅次于胰腺癌和肺癌，是對人類健康造成極大危害的一類腫瘤。世界衛(wèi)生組織（WHO）將腦膠質(zhì)瘤分為Ⅰ～Ⅳ級，Ⅰ～Ⅱ級為低級別腦膠質(zhì)瘤，Ⅲ～Ⅳ級為高級別腦膠質(zhì)瘤。高級別腦膠質(zhì)瘤預(yù)后明顯差于低級別腦膠質(zhì)瘤[1]，且兩者在手術(shù)準(zhǔn)備、術(shù)后評估、放化療時(shí)機(jī)等治療方法上均有不同[2]。MRI檢查是腦膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷最主要的輔助方法，但常規(guī)MRI檢查往往難以鑒別Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤，從而無法在術(shù)前為制定最優(yōu)治療方案提供參考，影響腦膠質(zhì)瘤的治療效果。MRI紋理分析是指通過計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)提取出MRI圖像的紋理特征參數(shù)，從而對圖像灰階分布特征、像素間關(guān)系和空間特征進(jìn)行定量和定性描述，可提供肉眼無法識別的特征信息[3-4]。因此，本研究采用MRI紋理分析的方法，探討其在Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤鑒別診斷中的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2017至2018年在本院術(shù)前行MRI檢查并經(jīng)手術(shù)病理學(xué)檢查確診為Ⅱ級或Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤的患者109例。納入標(biāo)準(zhǔn)：術(shù)前1個(gè)月內(nèi)接受MRI檢查，且掃描序列齊全；術(shù)前未接受放化療；術(shù)后病理學(xué)檢查診斷為腦膠質(zhì)瘤，且有分級診斷為Ⅱ級或Ⅲ級（根據(jù)2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤最新分類標(biāo)準(zhǔn)）。排除標(biāo)準(zhǔn)：MRI圖像質(zhì)量差，達(dá)不到后期處理要求。Ⅱ級腦膠質(zhì)瘤患者56例，其中男28例，女28例；年齡30～69（48.1±10.7）歲。Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤患者53例，其中男27例，女 26 例；年齡 32～61（44.6±6.8）歲。Ⅱ級腦膠質(zhì)瘤與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤患者性別、年齡比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，患者知情同意。

1.2 方法

1.2 MRI檢查設(shè)備 采用GE Signal 3.0T或Discovery 750W 3.0T MRI儀，使用16通道頭部線圈。MRI對比劑：釓噴替酸葡甲胺（Gd-DPTA，德國拜耳醫(yī)藥有限公司），用量為0.2mmol/kg，注射速率為3.0 ml/s。增強(qiáng)掃描：T1WI軸位、矢位和冠位（TR=2 500ms，TE=24ms），層數(shù) 18，層厚 6.0mm，層間距 1.0mm，視野 FOV 240×240，NEX 2.0，矩陣 256×256。

1.3 MRI紋理分析 紋理分析測量遵循盲法原則，由2位頭頸部影像醫(yī)師在不知道病理學(xué)檢查結(jié)果的情況下獨(dú)立完成圖像特征提取，紋理分析數(shù)據(jù)結(jié)果取兩者平均值。將MRI以DICOM格式導(dǎo)入紋理分析軟件FireVoxel（http://wp.nyu.edu/FireVoxel）進(jìn)行腫瘤分割，參照 T1WI、T2WI等序列，在T1增強(qiáng)軸位圖像上，對連續(xù)層面整個(gè)瘤體邊界進(jìn)行手動勾畫感興趣區(qū)（ROI），包括腫瘤內(nèi)部的囊變、壞死、出血、鈣化等所有瘤體內(nèi)部信息，但不包括瘤體周圍的水腫，由紋理分析軟件自動分析得到標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、峰度、熵值、一致性、相關(guān)性等定量參數(shù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件。正態(tài)分布的計(jì)量資料以表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。非正態(tài)分布的計(jì)量資料以M（P25，P75）表示，組間比較采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料組間比較采用χ2檢驗(yàn)。以分組為因變量，以計(jì)算模型的預(yù)測值繪制受試者工作特征曲線（receiver operator characteristic curve，ROC），以約登指數(shù)（靈敏度+特異度-1）最大時(shí)的參數(shù)值為閾值，確定紋理分析各定量參數(shù)鑒別腦膠質(zhì)瘤級別的靈敏度、特異度和準(zhǔn)確度，以此來評估各定量參數(shù)的診斷效能。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

在MRI紋理分析中，Ⅱ級腦膠質(zhì)瘤患者與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤患者的標(biāo)準(zhǔn)差、熵值、一致性、相關(guān)性和逆差距等比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），Ⅱ級腦膠質(zhì)瘤患者標(biāo)準(zhǔn)差和熵值低于Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤患者，而一致性和逆差矩高于Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤患者，見表1。對標(biāo)準(zhǔn)差、熵值、一致性、相關(guān)性和逆差矩參數(shù)進(jìn)行ROC曲線分析，顯示一致性參數(shù)的AUC為0.933，明顯優(yōu)于其他參數(shù)，具備良好的診斷效能，在診斷靈敏度、特異度和準(zhǔn)確度方面，遠(yuǎn)超過其他參數(shù)，見表2～3。

表1 Ⅱ級腦膠質(zhì)瘤患者與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤患者M(jìn)RI紋理分析定量參數(shù)比較

表2 標(biāo)準(zhǔn)差、熵值、一致性、相關(guān)性和逆差矩參數(shù)的ROC曲線AUC

表3 MRI紋理分析定量參數(shù)對Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤的鑒別診斷效能

3 討論

低、高級別腦膠質(zhì)瘤的準(zhǔn)確分級對臨床治療方案選擇意義重大。腦膠質(zhì)瘤的治療方案差異明顯，低級別腦膠質(zhì)瘤一般采取單純性手術(shù)切除治療即可，而高級別腦膠質(zhì)瘤需要在手術(shù)切除后予以放療或化療等輔助治療。盡管MRI常規(guī)序列所表現(xiàn)的瘤周水腫、占位效應(yīng)、出血、壞死等特征有助于臨床診斷分級，但有時(shí)Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤影像表現(xiàn)相似，誤診情況時(shí)有發(fā)生[4]。因此，尋找一種更為準(zhǔn)確、有效的診斷方法對腦膠質(zhì)瘤分級診斷尤為重要。

紋理分析是通過分析醫(yī)學(xué)圖像的灰階信息，不受影像醫(yī)師主觀判斷因素及臨床經(jīng)驗(yàn)的影響，客觀提供MRI圖像的各種信息，尤其對常規(guī)MRI檢查不易鑒別診斷的病變，紋理分析優(yōu)勢更大[5]。本研究結(jié)果顯示，利用MRI紋理分析鑒別Ⅱ級和Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤具有一定的臨床價(jià)值，且一致性參數(shù)的鑒別診斷效能明顯優(yōu)于其它參數(shù)值，有更高的靈敏度、特異度和準(zhǔn)確度。熵值、一致性與圖像紋理的復(fù)雜度和不均質(zhì)度有關(guān)，腫瘤內(nèi)部結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、越不均勻，熵值就越大、一致性就越??；反之，熵值就越小、一致性就越大[6]。高級別腦膠質(zhì)瘤內(nèi)有更多不成熟血管，越高級別腦膠質(zhì)瘤分化越差，復(fù)雜度和不均質(zhì)度就越高[7]。Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤在常規(guī)MRI上可表現(xiàn)為相似的影像學(xué)特點(diǎn)，但腫瘤不同復(fù)雜程度的病理學(xué)特點(diǎn)使其具有肉眼不能識別的圖像紋理差異。與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤相比，Ⅱ級腦膠質(zhì)瘤MRI圖像像素值總體分布趨勢相對集中，離散程度相對較小，直方圖形態(tài)相對陡峭，紋理更規(guī)則、更均勻，熵值較小、一致性參數(shù)相對較大；而Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤MRI圖像像素值總體分布趨勢相對較分散，離散程度相對較大，直方圖形態(tài)相對平緩，熵值較大、一致性參數(shù)相對較小。本研究結(jié)果顯示，Ⅱ級腦膠質(zhì)瘤的熵值低于Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤，一致性高于Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤具有更大的異質(zhì)性和復(fù)雜性，與其惡性程度高、預(yù)后差的生物學(xué)行為特點(diǎn)相符合。

目前，國內(nèi)外有許多關(guān)于MRI紋理分析在輔助顱內(nèi)腫瘤診斷、鑒別診斷方面的研究。Soni等[8]的研究認(rèn)為熵值可以有效區(qū)分低級別腦膠質(zhì)瘤和高級別腦膠質(zhì)瘤。Xie等[9]研究結(jié)果表明基于動態(tài)增強(qiáng)的MRI成像，熵值（AUC 0.885）和逆差矩（AUC 0.901）能夠區(qū)分腦膠質(zhì)瘤的分級，熵值反映了圖像中紋理的復(fù)雜程度，逆差矩值直接衡量局部圖像的均勻性。這與本研究結(jié)果相符合。孫振國等[10]研究發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)T1WI紋理分析的熵值與異質(zhì)性參數(shù)可以提高對原發(fā)性腦淋巴瘤與高級別腦膠質(zhì)瘤的鑒別能力。但以上諸研究中，或選擇腫瘤強(qiáng)化最大層面為ROI，所得到的紋理圖像不能完全顯示腫瘤內(nèi)部信息；或選取方法較復(fù)雜，不利于臨床醫(yī)生觀察與使用。本研究選取了腫瘤所有層面作為ROI，通過簡單的紋理分析軟件，由2位頭頸部影像醫(yī)師審查，因此更能體現(xiàn)MRI紋理分析的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

本研究除了為回顧性研究外，尚存在一定的局限性，僅分析常規(guī)MRI序列紋理來鑒別Ⅱ級腦膠質(zhì)瘤與Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤，未能分析功能成像?？傊Ｒ?guī)MRI紋理分析通過軟件提取圖像紋理特征，能客觀、定量、多方位地分析腫瘤生物學(xué)行為及固有異質(zhì)性。常規(guī)MRI紋理分析的部分參數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)差、熵值、一致性、相關(guān)性和逆差距）可以為Ⅱ、Ⅲ級腦膠質(zhì)瘤的術(shù)前鑒別診斷提供有效信息，其中一致性參數(shù)具有更高的診斷效能，在診斷靈敏度、特異度和準(zhǔn)確度方面表現(xiàn)最好，可以為腦膠質(zhì)瘤術(shù)前評估、術(shù)后放化療提供客觀依據(jù)。