表觀彌散系數(shù)全域直方圖在鑒別彌漫性中線膠質(zhì)瘤和顱內(nèi)非典型部位生殖細(xì)胞瘤中的應(yīng)用價(jià)值

薛玉富 張新宇 李欣益 張力強(qiáng) 秦媛

腦中線區(qū)域主要包括基底節(jié)、丘腦、中腦、橋腦、延髓等結(jié)構(gòu)，發(fā)生于這些部位的腫瘤因位置特殊、穿刺活檢難度大、影像表現(xiàn)類似等原因，導(dǎo)致其術(shù)前診斷難度加大，而不同病理類型的中線區(qū)域腫瘤，其治療方式、預(yù)后、生存率、復(fù)發(fā)率均不同，因此提高術(shù)前診斷準(zhǔn)確度對(duì)臨床管理與決策具有重要指導(dǎo)意義。

本研究通過對(duì)39例彌漫性中線膠質(zhì)瘤和43例中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤的彌散加權(quán)成像的表觀彌散系數(shù)（ADC）圖像進(jìn)行直方圖分析并評(píng)估其鑒別診斷效能，擬提供一種新的無創(chuàng)性方法對(duì)這2種腫瘤進(jìn)行術(shù)前無創(chuàng)性鑒別診斷。

方 法

1.一般資料

收集我院2016年9月—2020年5月經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的腦中線腫瘤患者的臨床影像資料進(jìn)行回顧性分析。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)手術(shù)或活檢病理證實(shí)的彌漫性中線膠質(zhì)瘤和生殖細(xì)胞瘤；②僅發(fā)生于丘腦、基底節(jié)、中腦、腦橋、延髓等中線部位的生殖細(xì)胞瘤；③MRI圖像質(zhì)量清晰，序列齊全，ADC圖像清晰符合后處理要求；④患者臨床資料齊全；⑤檢查前未進(jìn)行過化療、放療、手術(shù)及其他治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：①圖像質(zhì)量不佳，不能用于定量分析及感興趣區(qū)（ROI）勾畫；②發(fā)生于松果體、鞍區(qū)的生殖細(xì)胞瘤（發(fā)生于該區(qū)域的生殖細(xì)胞瘤無須與彌漫中線膠質(zhì)瘤鑒別，不在本研究范圍之內(nèi)）。

納入的研究對(duì)象分為2組（彌漫性中線膠質(zhì)瘤組和中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤組）。彌漫性中線膠質(zhì)瘤組共39例，男20例，女19例，年齡10～31歲，平均（14.5±5.7）歲，其中14例位于腦橋，8例位于基底節(jié)（左側(cè)基底節(jié)5例，右側(cè)基底節(jié)3例），7例位于丘腦（左側(cè)丘腦3例，右側(cè)丘腦4例），6例位于中腦（左側(cè)中腦4例，右側(cè)中腦2例），4例位于延髓；中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤共43例，男23例，女20例，年齡8～23歲，平均（15.4±6.9）歲，其中18例位于基底節(jié)（左側(cè)基底節(jié)10例，右側(cè)基底節(jié)8例），15例位于丘腦（左側(cè)丘腦6例，右側(cè)丘腦9例），7例位于中腦（左側(cè)中腦4例，右側(cè)中腦3例），3例位于延髓。臨床均表現(xiàn)頭痛，嘔吐，行走不穩(wěn)。

2.儀器與檢查方法

采用Siemens Amira 1.5 T MR掃描儀，頭頸聯(lián)合線圈。MRI掃描參數(shù)如下：采用快速自旋回波（TSE）T2加權(quán)成像（WI）序列，重復(fù)時(shí)間（TR）為3 300 ms，回波時(shí)間（TE）為54 ms，視野（FOV）240 mm×240 mm，層厚4 mm，層間距1.2mm。

3.圖像處理與分析

從圖像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)（picture archiving and communication system，PACS）后處理工作站導(dǎo)出MRI圖像，由2名具有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師于橫斷面ADC圖像包含所有腫瘤層面共同、手動(dòng)勾畫ROI。ROI的選取參考T1WI增強(qiáng)或液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（FLAIR）序列確定瘤體邊緣，將腫瘤、內(nèi)部囊變壞死及瘤周水腫在內(nèi)的所有成分全部包含在內(nèi)，以綠色填充腫瘤區(qū)域，直方圖由軟件自動(dòng)生成（圖1、2），計(jì)算參數(shù)包括平均值、最小值、ADC5%、ADC10%、ADC25%、ADC50%、ADC75%、ADC90%、ADC95%、最大值、眾數(shù)、峰度、偏度、方差、不均一性、極差、熵值。

圖1 腦橋彌漫性中線膠質(zhì)瘤患者（男，19歲）ADC直方圖分析

圖2 腦橋非典型生殖細(xì)胞瘤患者（男，21歲）ADC直方圖分析

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，不符合正態(tài)分布者以中位數(shù)（四分位間距）表示。分別采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（正態(tài)分布）或Mann-WhitneyU檢驗(yàn)（偏態(tài)分布）進(jìn)行比較。對(duì)于有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的參數(shù)，繪制受試者操作特征（ROC）曲線并分析Youden指數(shù)，比較2組各直方圖參數(shù)的診斷效能。

結(jié) 果

1.各直方圖參數(shù)分析

彌漫性中線膠質(zhì)瘤組的ADC50%、ADC75%、ADC90%、最小值、方差、不均一性和極差均高于中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤組，而最大值和偏度則低于中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤組（P＜0.05），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。平均值、ADC5%、ADC10%、ADC25%、ADC95%、眾數(shù)、峰度、熵值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。詳見表1。

表1 彌漫性中線膠質(zhì)瘤和中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤直方圖參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

2.具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的各直方圖參數(shù)的ROC曲線分析

對(duì)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的ADC直方圖參數(shù)，繪制ROC曲線并分析其診斷效能，計(jì)算曲線下面積（AUC），以最大Youden指數(shù)的臨界點(diǎn)作為鑒別2種腫瘤的截?cái)嘀?。分析的結(jié)果顯示，相較于其他參數(shù)，ADC50%、ADC75%具有較高的鑒別診斷效能，其中ADC50%的AUC為0.826，以109.46×10-6mm2/s為截?cái)嘀担湓\斷的靈敏度、特異度及準(zhǔn)確度分別為79.5%、70.5%、85.9%；ADC75%的AUC為0.811，以139.58×10-6mm2/s為截?cái)嘀?，其診斷的靈敏度、特異度及準(zhǔn)確度分別為80.9%、73.7%、81.9%，二者的AUC差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=2.912，P=0.03）。詳見圖3、表2。

圖3 各ADC直方圖參數(shù)鑒別彌漫性中線膠質(zhì)瘤和中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤的ROC曲線

表2 ADC各直方圖參數(shù)對(duì)彌漫性中線膠質(zhì)瘤和中線生殖細(xì)胞瘤鑒別診斷效能

討 論

2016版WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)新分類中［1］，“彌漫性中線膠質(zhì)瘤，H3K27M突變型”被定義為一類全新、獨(dú)立彌漫性星形細(xì)胞瘤亞型，WHO分級(jí)Ⅳ級(jí)，呈彌漫性中線浸潤生長為特點(diǎn)，以星形膠質(zhì)細(xì)胞分化和組蛋白H3基因H3F3A或HIST1H3B/CK27M突變?yōu)橹饕攸c(diǎn)。本病好發(fā)人群為兒童和青少年，主要發(fā)病部位為丘腦、基底節(jié)及腦橋、延髓等，臨床表現(xiàn)主要包括頭痛、頭暈、顱壓增高、視覺障礙、意識(shí)障礙、步態(tài)紊亂、肢體無力等，與文獻(xiàn)報(bào)道相符［2-4］。生殖細(xì)胞瘤占所有中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的1%~2%［5］，WHO分級(jí)Ⅳ級(jí)，多發(fā)生于青少年，20歲以下占90%，發(fā)病高峰為10~20歲，男性多于女性。80%~90%生殖細(xì)胞瘤位于中線靠近第三腦室，最常好發(fā)部位為松果體，其次為鞍上區(qū)，發(fā)生于丘腦和基底節(jié)僅占5%~10%［6］，極少數(shù)發(fā)生于腦干及大腦半球［7］。不同于發(fā)生于鞍區(qū)或松果體區(qū)等典型部位的生殖細(xì)胞瘤，非典型部位生殖細(xì)胞瘤臨床癥狀并無明顯特異性，主要包括頭暈、頭痛、嘔吐及偏側(cè)肢體乏力等［7］。由此可見，發(fā)生于丘腦、基底節(jié)及少數(shù)腦干等非典型部位生殖細(xì)胞瘤與彌漫性中線膠質(zhì)瘤無論是發(fā)病部位還是發(fā)病人群年齡均有一定程度重疊，因此需與彌漫性中線膠質(zhì)瘤進(jìn)行鑒別，目前國內(nèi)還沒有研究采用ADC全域直方圖對(duì)此2種腫瘤進(jìn)行鑒別診斷。

ADC值是反映病灶區(qū)域內(nèi)水分子彌散和毛細(xì)血管微循環(huán)的定量參數(shù)［8-9］，但受到內(nèi)外環(huán)境因素的干擾，比如腫瘤內(nèi)部壞死、囊變及出血等成分都會(huì)影響ADC測(cè)值準(zhǔn)確性。彌漫性中線膠質(zhì)瘤和非典型部位的生殖細(xì)胞瘤均容易出現(xiàn)囊變、壞死，避開囊變、壞死區(qū)域選取特定區(qū)域勾畫ROI獲取ADC值的方法并不能完全反映腫瘤內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化及異質(zhì)性，且可重復(fù)性不高，人為因素也不容忽視［10-11］。目前，全域ADC直方圖技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的腫瘤診斷及鑒別診斷，膠質(zhì)瘤分子亞型鑒別，腫瘤術(shù)前分級(jí)及預(yù)后評(píng)估等領(lǐng)域［10-11］，因此本研究采取ADC全域直方圖的方法對(duì)整個(gè)腫瘤進(jìn)行測(cè)量，ROI勾畫范圍包括囊變、壞死等區(qū)域，該方法不僅可重復(fù)性好，也更加真實(shí)地反映腫瘤內(nèi)部復(fù)雜的組織構(gòu)成及病理生理變化。

本研究利用ADC全域直方圖的方法對(duì)彌漫性中線膠質(zhì)瘤和非典型部位生殖細(xì)胞瘤進(jìn)行術(shù)前無創(chuàng)性預(yù)測(cè)，研究結(jié)果顯示彌漫性中線膠質(zhì)瘤組的ADC50%、ADC75%、ADC90%、最小值、方差、不均一性和極差均高于中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤組，而最大值和偏度則低于中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；平均值、ADC5%、ADC10%、ADC25%、ADC95%、眾數(shù)、峰度、熵值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。ADCn%被定義為腫瘤全域ADC灰度直方圖中位于第n個(gè)百分位的ADC值，比如本研究中彌漫性中線膠質(zhì)瘤組的ADC50%為（182.34±21.03）×10-6mm2/s，可理解為ADC灰度直方圖中位于第50個(gè)百分位的ADC值為182.34×10-6mm2/s。2組腫瘤間ADC50%、ADC75%、ADC90%的差異提示2組不同腫瘤的腫瘤組織成分差異及腫瘤內(nèi)部構(gòu)成或分布不同。直方圖參數(shù)ROC曲線圖顯示，ADC50%的AUC為0.826，以109.46×10-6mm2/s為截?cái)嘀?，其診斷靈敏度、特異度及準(zhǔn)確度分別為79.5%、70.5%、85.9%；ADC75%的AUC為0.811，以139.58×10-6mm2/s為截?cái)嘀?，其診斷靈敏度、特異度及準(zhǔn)確度分別為80.9%、73.7%、81.9%。由此可見，ADC50%、ADC75%均具有較高的鑒別診斷效能，其中ADC50%診斷效能更高。方差代表隨機(jī)變量和均值之間的偏離程度；不均一性是用于描述腫瘤信號(hào)值分布均勻程度的參數(shù)，值越大，代表信號(hào)分布越不均勻；極差（最大值－最小值）常用于評(píng)價(jià)樣本數(shù)據(jù)的離散度。彌漫中線膠質(zhì)瘤比非典型部位生殖細(xì)胞瘤更容易出現(xiàn)壞死、囊變，ADC值離散程度可以將2組腫瘤異質(zhì)性差異量化，因此方差、不均一性和極差等反映腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性的參數(shù)均高于中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤組。偏度是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分布偏斜方向和程度的度量，是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分布非對(duì)稱程度的數(shù)字特征，主要用于衡量數(shù)據(jù)分布不對(duì)稱性，偏度為負(fù)值稱分布具有負(fù)偏離，此時(shí)數(shù)據(jù)位于均值左邊的比位于右邊的少，直觀表現(xiàn)為左邊的尾部相對(duì)于與右邊的尾部要長，偏度為正值稱分布具有正偏離，此時(shí)數(shù)據(jù)位于均值右邊的比位于左邊的少，直觀表現(xiàn)為右邊的尾部相對(duì)于與左邊的尾部要長，偏度的絕對(duì)值越大，分布形態(tài)偏移程度越大。彌漫性中線膠質(zhì)瘤組的偏度低于非典型部位生殖細(xì)胞瘤組，兩組的偏度均為負(fù)值，彌漫性中線膠質(zhì)瘤偏度為-0.46，非典型部位生殖細(xì)胞瘤組偏度為-0.78，彌漫性中線膠質(zhì)瘤偏度絕對(duì)值更小，可能與腫瘤細(xì)胞更密集、核質(zhì)比更大和內(nèi)部信號(hào)更混雜等因素有關(guān)［12-13］。

本研究仍存在以下局限性：首先，納入樣本數(shù)量相對(duì)較少，后期需要擴(kuò)大數(shù)量增加樣本代表性；其次，觀察者以T1WI增強(qiáng)或FLAIR序列為參考在ADC圖上手動(dòng)勾畫腫瘤邊界，人工操作難以避免出現(xiàn)偏倚和誤差；最后，本研究僅采用單指數(shù)模型DWI圖像重建獲得ADC圖，未使用雙指數(shù)模型重建方法，下一步研究可采用雙指數(shù)模型重建方法進(jìn)一步評(píng)估腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性及生物學(xué)特性［14-15］。

綜上所述，ADC全域直方圖在鑒別彌漫性中線膠質(zhì)瘤和中線區(qū)域生殖細(xì)胞瘤方面具有較高價(jià)值，ADC50%、ADC75%均具有較高的鑒別診斷效能，其中ADC50%是具有最佳鑒別效能的診斷指標(biāo)。