基于對比增強(qiáng)T1WI直方圖分析預(yù)測多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤IDH1突變狀態(tài)

陳鑫，張國琴，阮秀杭，魏新華

圖1 ROI勾畫方法。a)平掃T1WI，示右側(cè)頂枕葉囊實(shí)性病灶；b)對比增強(qiáng)T1WI，在強(qiáng)化的腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域勾畫ROI。

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)是最常見的顱內(nèi)原發(fā)腫瘤之一，預(yù)后差。即使采用標(biāo)準(zhǔn)治療方案(手術(shù)切除和輔助替莫唑胺化療)，患者的中位生存時(shí)間僅15個(gè)月左右[1]。臨床因素如年齡、KPS、腫瘤切除范圍和治療方法是膠質(zhì)瘤的重要預(yù)后因素[2,3]。最近發(fā)現(xiàn)分子標(biāo)志物如異檸檬酸脫氫酶1(isocitrate dehydrogenase，IDH1)突變、甲基-鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶(MGMT)基因啟動(dòng)子甲基化、1p19q共缺失、腫瘤蛋白P53(TP53)基因、端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(TERT)基因和X連鎖地中海貧血/智力低下綜合征基因(ATRX)與膠質(zhì)瘤預(yù)后密切相關(guān)，其中，IDH1突變是一個(gè)關(guān)鍵的與預(yù)后相關(guān)的分子標(biāo)志物[4-6]。因此，治療前精確預(yù)測IDH1突變有重要的臨床意義。目前IDH1突變狀態(tài)的檢測主要依賴于手術(shù)后病理組織學(xué)檢查，但該方法有創(chuàng)且可能出現(xiàn)標(biāo)本誤差。磁共振成像是GBM患者最常用的檢查方法，有研究表明，利用擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor image，DTI)和氨基質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像可用于預(yù)測高級(jí)別膠質(zhì)瘤的IDH1突變狀態(tài)[7-8]，但DTI和氨基質(zhì)子成像均屬于磁共振功能成像，在臨床中應(yīng)用少且額外增加患者的檢查時(shí)間和費(fèi)用。直方圖分析通過分析不同灰度強(qiáng)度值的分布情況，可挖掘更多的圖像信息，有研究者發(fā)現(xiàn)灰度直方圖分析可用于兒童后顱窩腫瘤的鑒別診斷[9]。因此，本研究旨在探討基于增強(qiáng)后T1WI的直方圖參數(shù)在預(yù)測GBM的IDH1突變狀態(tài)中的價(jià)值。

材料與方法

1.一般資料

搜集我院2010年1月-2018年12月經(jīng)手術(shù)病理確診為GBM的116例患者的MRI和臨床資料。其中IDH1野生型組96例，男57例，女39例，年齡21～77歲，平均(57.1±11.3)歲；突變型組20例，男10例，女10例，年齡24～68歲，平均(39.9±14.2)歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：增強(qiáng)后T1WI上有明顯偽影影響圖像分析者；未做IDH1突變狀態(tài)檢測的患者。

2.檢查方法

使用Siemens Verio 3.0T或Philips Achieva 1.5T MR掃描儀進(jìn)行頭顱MRI掃描，分別使用12通道和8通道的頭顱線圈。采集序列包括橫軸面T1WI、T2WI、FLAIR和對比增強(qiáng)T1WI。Siemens MR機(jī)掃描參數(shù)：T1WI，TR 2000 ms，TE 9 ms；T2WI，TR 6000 ms，TE 95 ms；FLAIR，TR 7000 ms，TE 90 ms，TI 2200 ms。Philips MR機(jī)掃描參數(shù)：T1WI，TR 499 ms，TE 15 ms；T2WI，TR 3551 ms，TE 100 ms；FLAIR，TR 6000 ms，TI 2000 ms，TE 120 ms，層厚6.0 mm，層數(shù)18，視野230 mm×230 mm。對比增強(qiáng)增強(qiáng)T1WI掃描，對比劑為Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg，注射流率2.0 mL/s，掃描參數(shù)同平掃T1WI。

3.圖像分析

從PACS中導(dǎo)出DICOM格式的頭顱常規(guī)MR圖像，并采用白條紋法[10]對圖像對比度做標(biāo)準(zhǔn)化處理。以平掃T1WI為參考，由兩位分別具有5年和15年神經(jīng)影像診斷經(jīng)驗(yàn)的初級(jí)和高級(jí)醫(yī)生使用Image J軟件，在強(qiáng)化的腫瘤實(shí)質(zhì)部分手動(dòng)勾畫ROI(圖1)，獲得ROI的直方圖參數(shù)，包括均值(mean)、標(biāo)準(zhǔn)差(standard divided，SD)、最小值(minimum)、最大值(maximum)、中位數(shù)(median)、峰度(kurtosis)和偏度(skewness)。

4.IDH1突變檢測

使用免疫組織化學(xué)分析和肽核酸阻斷聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)檢測IDH1-R132H突變。采用單克隆抗體H09用于免疫組化分析，上述兩種檢測方法中有一項(xiàng)為陽性，即認(rèn)為IDH1-R132H染色陽性，當(dāng)患者IDH1-R132H免疫組化結(jié)果為陰性時(shí)，通過肽核酸阻斷PCR方法來確定IDH1和IDH2狀態(tài)，包括有無除IDH1-R132以外的罕見突變類型。

圖2 四個(gè)直方圖參數(shù)的ROC曲線。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

兩位測量者測量的各項(xiàng)直方圖參數(shù)值的一致性評(píng)估使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficients，ICC)方法，當(dāng)ICC>0.75時(shí)，認(rèn)為測量者間一致性好。采用Kolmogorov-Smirnov方法檢驗(yàn)各個(gè)直方圖參數(shù)值是否符合正態(tài)分布，若符合正態(tài)分布，數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，IDH1突變組和野生型組的直方圖參數(shù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；如不符合正態(tài)性分布，則采用中位數(shù)(上、下四分位數(shù))表示。使用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較兩組間直方圖參數(shù)值的差異。另外，對差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的直方圖參數(shù)，繪制其受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，并計(jì)算其診斷敏感度和特異度。所有統(tǒng)計(jì)學(xué)分析均使用SPSS 20.0軟件。當(dāng)P<0.05時(shí)認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.測量者間的一致性評(píng)估

IDH1突變組中，均數(shù)、SD、最小值、最大值、中位數(shù)、峰度和偏度在兩位測量者間的一致性均較好，ICC分別為0.88、0.79、0.91、0.85、0.89、0.87和0.76；IDH1野生型組中，上述直方圖參數(shù)在兩位測量者間的一致性均較好，ICC分別為0.93、0.83、0.89、0.81、0.88、0.85和0.90。所有參數(shù)的測量者間ICC值均大于0.75，表明一致性均較好。在后續(xù)數(shù)據(jù)分析中均使用第二位測量者的數(shù)據(jù)。

2.ADC直方圖參數(shù)比較

兩組中各項(xiàng)直方圖參數(shù)的測量值均不符合正態(tài)分布(P<0.001)，故各項(xiàng)直方圖參數(shù)的組間比較均使用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)，具體測量結(jié)果及組間比較見表1。

表1 IDH1基因突變組與野生型組直方圖參數(shù)的比較

IDH1突變組的均數(shù)、最小值、最大值和中位數(shù)均大于野生型組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組間SD、峰度和偏度值的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

3.診斷效能

均數(shù)、最小值、最大值和中位數(shù)鑒別IDH1突變狀態(tài)的ROC曲線下面積分別為0.758、0.729、0.684和0.764(圖2)，其中以均數(shù)和中位數(shù)的診斷效能較好，分別以118.69和120.5為界值時(shí)，敏感度均為0.700，特異度均為0.677。

討 論

IDH1突變在膠質(zhì)瘤的發(fā)生和進(jìn)展過程中有重要作用，有望成為未來治療方法中的一個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)[11]。2016年WHO將IDH1突變狀態(tài)納入到中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類中，IDH1突變的膠質(zhì)瘤患者的臨床預(yù)后較好。IDH1基因編碼的酶催化異檸檬酸氧化脫羧成α-酮戊二酸，產(chǎn)生還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)，其在機(jī)體抗氧化損傷的防御機(jī)制中有重要作用，而IDH1突變導(dǎo)致α-酮戊二酸轉(zhuǎn)化為D-2-羥基戊二酸，同時(shí)消耗NADPH，因此，IDH1突變的腫瘤細(xì)胞對放療和/或化療治療期間的氧化損傷具有易感性，從而可被有效殺死，使得治療效果較好，患者生存時(shí)間延長[4,12,13]。因此，確定膠質(zhì)瘤的IDH1分子分型對臨床決策有重要意義。本研究中利用增強(qiáng)后T1WI直方圖參數(shù)來預(yù)測膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的IDH1突變狀態(tài)，結(jié)果顯示IDH1突變組和野生型組之間均數(shù)、最小值、最大值和中位數(shù)的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，其中均數(shù)和中位數(shù)有較好的預(yù)測價(jià)值。

圖像灰度直方圖分析反映了圖像中某種灰度值出現(xiàn)的頻率。本研究結(jié)果顯示，IDH1突變組中增強(qiáng)后T1WI上病灶的直方圖參數(shù)中均數(shù)、中位數(shù)、最小值和最大值的測量值均大于野生型組，說明野生型組中腫瘤的灰度值總體較突變組小，反映了IDH1突變型的腫瘤強(qiáng)化程度明顯高于野生型腫瘤，也進(jìn)一步說明IDH1野生型的腫瘤較突變型不均質(zhì)。這與之前報(bào)道的IDH1突變型膠質(zhì)瘤的病理生理學(xué)特征基本一致[14-15]，包括腫瘤的DNA超甲基化，腫瘤增殖、代謝活躍以及血管生成和血管化，腫瘤內(nèi)壞死和微血栓減少。同時(shí)，Brendle等[16]發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈自旋標(biāo)記成像參數(shù)中腦血流量(CBF)可預(yù)測腫瘤的IDH1突變狀態(tài)。Kickingereder等[17]在一項(xiàng)對73例不同病理分級(jí)膠質(zhì)瘤患者的研究中發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像參數(shù)中的腦血容量可鑒別IDH1突變型和野生型。上述研究結(jié)果表明，MR灌注成像技術(shù)具有預(yù)測腦腫瘤IDH1突變狀態(tài)的潛力。

峰度和偏度是反映圖像上瘤體灰度分布情況的2個(gè)特征值，峰度代表灰度值在中心的聚集程度，反映的是病變所有灰度值分布形態(tài)的陡緩程度，其值越大，表示灰度值越集中，也間接提示腫瘤較均質(zhì)；偏度則用來描述特征值分布曲線的偏斜度，反映病變灰度值分布的對稱性，其絕對值越大，表明腫瘤灰度值分布形態(tài)偏移程度越大[18]。已有研究表明這兩個(gè)參數(shù)可用于評(píng)估宮頸癌放化療的療效和術(shù)前預(yù)測膠質(zhì)瘤的分級(jí)[18-19]。但本研究中并未發(fā)現(xiàn)兩者在預(yù)測GBM的IDH1突變狀態(tài)中的價(jià)值，這可能由于GBM中IDH1突變的發(fā)生率較低，同時(shí)本研究的樣本量小，有待擴(kuò)大樣本量進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

本研究有以下幾點(diǎn)局限性：第一，本研究為回顧性研究，由于不同的設(shè)備和場強(qiáng)，MR成像參數(shù)不完全一致，本研究中采用白條紋法對圖像對比度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以減小圖像采集參數(shù)不一致對分析結(jié)果的影響；第二，本研究中僅分析了增強(qiáng)后T1WI序列，在以后的研究中可前瞻性的搜集病例，探討聯(lián)合常規(guī)序列和功能成像序列在預(yù)測膠質(zhì)瘤的分子分型中的價(jià)值；第三，本研究的樣本量較小，檢驗(yàn)效能有限，以后可進(jìn)一步增加樣本量以提高統(tǒng)計(jì)結(jié)果的可靠性；第四，本研究中僅分析了腫瘤最大層面的二維直方圖參數(shù)，未對腫瘤整體特征進(jìn)行分析，以后研究可進(jìn)一步探討三維直方圖特征對IDH1突變狀態(tài)的預(yù)測價(jià)值。