基于T1 增強(qiáng)最大層面直方圖分析在膠質(zhì)肉瘤與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤之間的鑒別價(jià)值

文萌萌，張 勇，程敬亮，黃薈玉

（鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院磁共振科，河南 鄭州 450052）

膠質(zhì)肉瘤[1-2]是由惡性膠質(zhì)和肉瘤成分組成的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原發(fā)性腫瘤。膠質(zhì)肉瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)罕見(jiàn)的腫瘤，是多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的變種，具有膠質(zhì)細(xì)胞和肉瘤的雙重分化組織學(xué)模式，組織學(xué)分化既有膠質(zhì)細(xì)胞又有間質(zhì)細(xì)胞的特征[3-4]。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，膠質(zhì)肉瘤是多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的變體，約占膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的2%[5]。膠質(zhì)肉瘤發(fā)病年齡在第5個(gè)和第6個(gè)10年，平均年齡59歲，男性比例略高于女性（男女發(fā)病之比約為1.75∶1）[4，6]。最常見(jiàn)的臨床癥狀是平衡和活動(dòng)問(wèn)題，其次是頭痛和視力問(wèn)題。腫瘤最有可能累及額葉和頂葉[6]。膠質(zhì)肉瘤與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤之間的發(fā)病年齡和MRI表現(xiàn)相似，往往難以鑒別，診斷較為困難，鑒別診斷只能依靠病理學(xué)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析我院2011年2月—2018年1月經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的35例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和30例膠質(zhì)肉瘤患者。患者臨床表現(xiàn)為頭痛、站立不穩(wěn)、活動(dòng)障礙等。納入標(biāo)準(zhǔn)：①在我院進(jìn)行過(guò)MRI平掃及增強(qiáng)檢查，影像資料完善，包括軸位T1WI、T2WI、FLAIR、DWI和增強(qiáng)T1WI；②通過(guò)手術(shù)后病理進(jìn)一步確診為膠質(zhì)肉瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤；③掃描所得到的MRI圖像質(zhì)量清晰。且磁共振檢查前未做顱內(nèi)減壓、化療或者放射治療。本研究通過(guò)醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，研究對(duì)象均簽署知情同意書(shū)。

1.2 磁共振成像方法

采用德國(guó)Siemens 3.0T磁共振成像系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)頭顱線圈。平掃行矢狀位及軸位T1WI、軸位T2WI及軸位DWI；增強(qiáng)掃描行矢狀位、軸位及冠狀位T1WI，造影劑采用GD-DTPA，劑量0.1 mmol/kg。軸位掃描，層厚6 mm，間隔1 mm，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣128×128，成像時(shí)間為48 s。

1.3 圖像處理

1.3.1 圖像選取

從PACS工作站以BMP格式導(dǎo)出所有患者的MR圖像，同時(shí)調(diào)整窗寬、窗位，使所有圖像在窗寬、窗位上保持一致性，選擇增強(qiáng)T1WI軸狀位圖像腫瘤的最大層面，進(jìn)行直方圖分析。

1.3.2 感興趣區(qū)選取及直方圖分析

過(guò)Mazda軟件沿病變?cè)鰪?qiáng)T1WI軸位圖像全腫瘤邊緣手動(dòng)勾畫(huà)每一層感興趣區(qū)（ROC），選出最大層面，ROI的灰度直方圖由軟件自動(dòng)生成，通過(guò)灰度直方圖分析計(jì)算得到下列參數(shù)：均值、腫瘤變異度、峰度、偏度、第99百分位數(shù)、第90百分位數(shù)、第50百分位數(shù)、第10百分位數(shù)、第1百分位數(shù)等。兩種腫瘤中分別隨機(jī)選取一個(gè)樣本作為示例，勾畫(huà)出最大層面的腫瘤區(qū)域，該層腫瘤區(qū)域使用紅色填充，分別對(duì)應(yīng)的標(biāo)記前的原始圖像（圖1，2）。本次研究所有樣本選取ROI均由三位影像學(xué)專家的指導(dǎo)完成勾畫(huà)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果

軟件運(yùn)行出直方圖見(jiàn)圖3和圖4，兩組腫瘤最大層面的灰度直方圖各參數(shù)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。由灰度直方圖分析得到的9個(gè)參數(shù)中，其中偏度和峰度在兩組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均<0.05），其余7個(gè)參數(shù)均值、變異度、第1百分位數(shù)、第10百分位數(shù)、第50百分位數(shù)、第90百分位數(shù)及第99百分位數(shù)這7個(gè)參數(shù)沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均>0.05）。ROC曲線分別分析偏度和峰度這兩個(gè)參數(shù)在膠質(zhì)肉瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤之間的鑒別效能，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的參數(shù)分別對(duì)應(yīng)圖5。依據(jù)約登指數(shù)選取的最佳臨界值以及靈敏度和特異度見(jiàn)表2，偏度的AUC為0.671（AUC>0.5，P<0.05），最佳臨界值為0.52，偏度<0.52則為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤可能性較高，其敏感度及特異度分別為60.0%、68.2%。峰度的AUC為0.673（AUC>0.5，P<0.05），最佳臨界值為-0.31，偏度<-0.31則為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤可能性較高，其敏感度及特異度分別為60.0%、60.0%。

圖1a 膠質(zhì)肉瘤軸位原始圖像。圖1b 膠質(zhì)肉瘤軸位標(biāo)記后圖像。圖2a 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤軸位原始圖像。圖2b 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤軸位標(biāo)記后圖像。Figure 1a.Original axial image of gliosarcoma.Figure 1b.Tagged image of gliosarcoma.Figure 2a.Original axial image of glioblastoma.Figure 2b.Tagged image of glioblastoma.

圖3 膠質(zhì)肉瘤直方圖。圖4 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤直方圖。Figure 3.Histogram analysis images of gliosarcoma.Figure 4. Histogram analysis images of glioblastoma.

表1 兩種腫瘤全域灰度直方圖參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

表2 偏度和峰度對(duì)膠質(zhì)肉瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的鑒別效能

圖5a 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與膠質(zhì)肉瘤的ROC曲線（SKewness）。Figure 5a.ROC curve of glioblastoma and gliosarcoma(Skewness).

圖5b 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與膠質(zhì)肉瘤的ROC曲線（Kurtosis）。Figure 5b.ROC curve of gliosarcoma and glioblastoma(Kurtosis).

3 討論

膠質(zhì)肉瘤是WHO Ⅳ級(jí)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的惡性腫瘤，具有侵襲性，根據(jù)先前的報(bào)道[1]，顱外轉(zhuǎn)移是罕見(jiàn)的，但膠質(zhì)肉瘤的轉(zhuǎn)移不像膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中所見(jiàn)的那樣，最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移部位是顱骨、肺、肝臟和淋巴結(jié)。Kevin等[6]和Ulyte等[8]的研究中報(bào)道，膠質(zhì)肉瘤的生存率至少和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤觀察到的一樣糟糕。膠質(zhì)肉瘤患者的中位生存期為9月。且這兩種疾病的發(fā)病機(jī)制仍然未明確。臨床工作中對(duì)于這兩種腫瘤的鑒別比較困難，其臨床癥狀與體征及影像學(xué)表現(xiàn)極其相似。在常規(guī)MRI圖像上兩種腫瘤的水腫、大小、定位及腫瘤周圍水腫相似[9]，所以對(duì)于這兩種腫瘤并沒(méi)有鑒別意義[10]。幫助臨床醫(yī)生在術(shù)前對(duì)這兩種疾病進(jìn)行鑒別，有助于其治療方案的改進(jìn)與探索。

超聲在中樞神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)用受限，CT提供的信息較MRI相比較少。MRI成像的序列與參數(shù)較多，可以提供定量或半定量數(shù)據(jù)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的DWI序列可以測(cè)出ADC值有助于腫瘤的分析，多數(shù)學(xué)者對(duì)于膠質(zhì)肉瘤做了ADC的全域直方分析，該研究對(duì)于膠質(zhì)肉瘤的增強(qiáng)掃描進(jìn)行了灰度直方圖分析，直方分析在其他方面已經(jīng)進(jìn)行了研究，Gihr等[11]的腦膜瘤生物學(xué)行為研究及Ulyte等[8]和劉揚(yáng)等[12]的高級(jí)別膠質(zhì)瘤的研究。

直方圖是一種用于量化分析腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性的新方法，為腫瘤的鑒別診斷和分級(jí)及預(yù)后提供了更多的信息[12]，直方圖分析[8，11]提供了一階特征，通過(guò)簡(jiǎn)單的方法來(lái)描述統(tǒng)計(jì)特定特征的表現(xiàn)如均值、中位數(shù)、最小值、最大值和百分位數(shù)。此外，還提供了二階特征如偏態(tài)、峰度和熵。這三個(gè)維度反映了被調(diào)查體積的信號(hào)強(qiáng)度分布的形狀，從而為被調(diào)查病灶的成像結(jié)構(gòu)提供了更詳細(xì)的洞察，且該方法具有很好的重復(fù)性。

本研究分析腫瘤最大層面得到的9個(gè)參數(shù)中，其中偏度和峰度在兩組間有差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均<0.05），其余7個(gè)參數(shù)均值、變異度、第1百分位數(shù)、第10百分位數(shù)、第50百分位數(shù)、第90百分位數(shù)及第99百分位數(shù)這7個(gè)參數(shù)沒(méi)有有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均>0.05）。偏度可以反應(yīng)病變的組織學(xué)特征，膠質(zhì)肉瘤與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤相比其信號(hào)分布較均勻，其集中分布稍偏左側(cè)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是最具侵襲性的[5]，這可能導(dǎo)致組織信號(hào)偏離總體均數(shù)，同時(shí)也可能和腫瘤組織內(nèi)部壞死、囊變、出血以及向周圍組織浸潤(rùn)等復(fù)雜情況有關(guān)。峰度是衡量該直方圖的峰值，正峰值表示比正態(tài)分布尖銳的峰值，負(fù)偏鋒表示比正態(tài)分布平坦的分布，膠質(zhì)肉瘤的分布形態(tài)較為尖銳，而膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的分布相對(duì)較為平坦。偏度和峰度對(duì)于膠質(zhì)肉瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤具有鑒別診斷價(jià)值，且偏度對(duì)膠質(zhì)肉瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的鑒別效能明顯高于峰度。因此T1WI增強(qiáng)MRI最大層面直方分析對(duì)于膠質(zhì)肉瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤具有一定的鑒別價(jià)值，可以作為術(shù)前鑒別診斷的輔助方法，有助于臨床醫(yī)生決定最佳治療方案。

組織病理學(xué)與分子亞型分析是確診這兩種疾病的金標(biāo)準(zhǔn)，但是直方圖分析也可通過(guò)影像學(xué)資料獲取的一系列參數(shù)來(lái)量化腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性。與病理和分子生物學(xué)手段相比，影像學(xué)具有無(wú)創(chuàng)性，可在活體多次重復(fù)進(jìn)行，分析具有可重復(fù)性，這種優(yōu)勢(shì)使得基于圖像分析腫瘤微觀環(huán)境的臨床應(yīng)用越來(lái)越受到重視。