MRI 灰度游程矩陣對兒童幕下髓母細(xì)胞瘤與室管膜瘤的鑒別診斷價值

馮奇星，邊雪玲，穆新暖，王福倩，閔祥德

（1.濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，腫瘤科，山東 濱州 256600；2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院放射科，湖北 武漢 430030）

髓母細(xì)胞瘤與室管膜瘤是好發(fā)于兒童幕下的腫瘤，兩者預(yù)后相差較大，幕下髓母細(xì)胞瘤屬高度惡性胚胎源性腫瘤，具有較強(qiáng)的侵襲性，預(yù)后較差；而室管膜瘤預(yù)后較幕下髓母細(xì)胞瘤好；術(shù)前明確診斷對兩者治療方式的選擇及手術(shù)規(guī)劃具有良好的指導(dǎo)意義。近年來，有學(xué)者探討MRI 定量特征鑒別2 種腫瘤的效能，但多數(shù)研究中提取的特征為直方圖特征［1-4］，直方圖特征為一階圖像特征；而灰度游程矩陣（graylevel run-length matrix，GLRLM）特征能夠提供病灶空間信息，有助于提高鑒別髓母細(xì)胞瘤與室管膜瘤的效能。本研究探討基于T2FLAIR 的GLRLM 紋理特征鑒別兒童幕下髓母細(xì)胞瘤與室管膜瘤的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2012 年1 月至2020 年12 月濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的22 例兒童幕下髓母細(xì)胞瘤（髓母細(xì)胞瘤組）與14 例室管膜瘤（室管膜瘤組）患兒的MRI 資料。髓母細(xì)胞瘤22 例中，男12 例，女10 例；室管膜瘤14 例中，男6 例，女8 例。臨床癥狀以頭暈、頭痛、惡心、嘔吐等為主。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa 3.0 T MRI 儀，16 通道頭部線圈。掃描序列：軸位自旋回波T1WI，TR/TE 400 ms/9.0 ms，視野220 mm×220 mm，矩陣512×512，層厚5 mm；軸位快速自旋回波T2WI，TR/TE 4 000 ms/103 ms，視野220 mm×220 mm，矩陣512×512，層厚5 mm；軸位快速自旋回波T2FLAIR，TR/TE 8 500 ms/130 ms，視野220 mm×220 mm，矩陣512×512，層厚5 mm。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用ITK-SNAP 軟件（www.itksnap.org）進(jìn)行圖像分割。由2 名放射科醫(yī)師（分別具有3、5 年中樞神經(jīng)系統(tǒng)MRI 診斷經(jīng)驗(yàn)）采用雙盲法，于T2FLAIR 逐層勾畫ROI（圖1，2），并融合保存成三維圖像，獲得總的ROI，范圍包括整個瘤體部分（腫瘤實(shí)性成分、壞死或囊變區(qū)、出血），但避開瘤周腦組織水腫區(qū)。ROI 繪制完成后，采用基于python 的pyradiomics 包（https：//github.com/Radiomics/pyradiomics）提取GLRLM 定量特征參數(shù)，包括16 個紋理特征參數(shù)，即短游程優(yōu)勢（short run emphasis，SRE）、長游程優(yōu)勢（long run emphasis，LRE）、灰度不均勻度（gray level non-uniformity，GLN）、灰度不均勻度標(biāo)準(zhǔn)化（gray level non-uniformity normalized，GLNN）、運(yùn)行長度不均勻度（run length non-uniformity，RLN）、運(yùn)行長度不均勻度標(biāo)準(zhǔn)化（run length non-uniformity normalized，RLNN）、運(yùn)行百分比（run percentage，RP）、灰度值方差（gray level variance，GLV）、運(yùn)行方差（run variance，RV）、運(yùn)行熵（run entropy，RE）、低灰度游程優(yōu)勢（low gray level run emphasis，LGLRE）、高灰度游程優(yōu)勢（high gray level run emphasis，HGLRE）、短游程低灰度游程優(yōu)勢（short run low gray level emphasis，SRLGLE）、短游程高灰度游程優(yōu)勢（short run high gray level emphasis，SRHGLE）、長游程低灰度游程優(yōu)勢（long run low gray level emphasis，LRLGLE）、長游程高灰度游程優(yōu)勢（long run high gray level emphasis，LRHGLE）。

圖1a，1b 幕下髓母細(xì)胞瘤及ROI（紅色）示意圖圖2a，2b 幕下室管膜瘤及ROI（紅色）示意圖

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用R 軟件包（version 3.3.4；http：//www.Rproject.org）行數(shù)據(jù)分析。正態(tài)性檢驗(yàn)采用Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)。2 組符合正態(tài)分布的特征參數(shù)采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)進(jìn)行比較，不符合正態(tài)分布的特征參數(shù)采用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)比較。采用ROC 曲線分析在2 組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)鑒別幕下髓母細(xì)胞瘤與室管膜瘤的效能。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

從T2FLAIR 圖像提取的16 個GLRLM 定量特征參數(shù)中，SRE、LRE、GLN、RLNN、RP、RV、RE、SRHGLE、LRLGLE、LRHGLE 10 個特征參數(shù)在2 組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05）（表1）。髓母細(xì)胞瘤的SRE、RP、SRHGLE 顯著低于室管膜瘤，而LRE、GLN、RLNN、RV、RE、LRLGLE、LRHGLE 顯著高于室管膜瘤。10 個特征ROC 的AUC 為0.705～0.818，LRE 的AUC 最高，為0.818，相應(yīng)的敏感度和特異度分別為77.27%、78.57%（表2）。

表1 2 組圖像紋理分析差異有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)（）

表1 2 組圖像紋理分析差異有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)（）

注：SRE 為短游程優(yōu)勢，LRE 為長游程優(yōu)勢，GLN 為灰度不均勻度，RLNN 為運(yùn)行長度不均勻度標(biāo)準(zhǔn)化，RP 為運(yùn)行百分比，RV 為運(yùn)行方差，RE 為運(yùn)行熵，SRHGLE 為短游程高灰度游程優(yōu)勢，LRLGLE 為長游程低灰度游程優(yōu)勢，LRHGLE 為長游程高灰度游程優(yōu)勢。

表2 不同紋理參數(shù)對幕下髓母細(xì)胞瘤和幕下室管膜瘤的鑒別診斷效能

3 討論

兒童髓母細(xì)胞瘤與室管膜瘤是幕下常見腫瘤，其臨床及影像表現(xiàn)具有一定共性：好發(fā)于第四腦室，腫瘤均可出現(xiàn)囊變、壞死及出血。目前手術(shù)切除是兩者最主要的治療方法，但手術(shù)方式有較大差別，因此，術(shù)前準(zhǔn)確診斷對臨床手術(shù)切除具有重要的指導(dǎo)價值［5］。DWI 對兩者的鑒別診斷有很大幫助［6-9］，但部分腫瘤ADC 值會重合，給鑒別診斷造成困難。常規(guī)MRI 信號對兩者的鑒別仍有一定的局限性，而紋理分析可從醫(yī)學(xué)圖像中提取不同維度的特征信息，在腫瘤的診斷、分級、治療及預(yù)后判斷等方面具有重要價值，同時這些特征信息可客觀地反映腫瘤影像圖像的灰度分布特征、像素及空間特征之間的關(guān)系等，有助于揭示腫瘤內(nèi)潛在的病學(xué)理微觀異質(zhì)性程度，間接地為腫瘤異質(zhì)性分析提供相關(guān)信息［10］。

圖3 灰度游程矩陣的診斷效能，不同紋理參數(shù)的ROC 曲線（RP 為運(yùn)行百分比，GLN 為灰度不均勻度，LRE 為長游程優(yōu)勢，LRLGLE 為長游程低灰度游程優(yōu)勢，RE 為運(yùn)行熵，RV 為運(yùn)行方差，SRE 為短游程優(yōu)勢，LRHGLE 為長游程高灰度游程優(yōu)勢，RLNN 為運(yùn)行長度不均勻度標(biāo)準(zhǔn)化，SRHGLE 為短游程高灰度游程優(yōu)勢）

目前可提取的紋理特征類型很多，如直方圖特征、形狀特征、灰度共生矩陣、GLRLM。有研究顯示，紋理分析在兒童幕下腫瘤的鑒別方面具有良好的價值［11-12］。本研究基于GLRLM 在圖像分割中采用三維感興趣區(qū)容積，可更全面反映腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性，減少ROI 勾畫導(dǎo)致的抽樣誤差，提高診斷準(zhǔn)確性［11］。之前選擇ROI，大多避開壞死或囊變［2-4］，然而壞死及囊變亦是腫瘤異質(zhì)性的一部分，因此難以全面反映腫瘤的異質(zhì)性。本研究基于T2FLAIR 勾畫整體腫瘤的ROI，減小壞死及囊變對灰度值的影響。游程長度是在一個游程中重復(fù)像素的數(shù)目，其能反映圖像的紋理變化，即反映圖像的結(jié)構(gòu)大小和紋理復(fù)雜程度。本研究中髓母細(xì)胞瘤與室管膜瘤對比，LRE 高于室管膜瘤，而SRE 低于室管膜瘤，說明髓母細(xì)胞瘤由較長的運(yùn)行長度及粗糙的紋理結(jié)構(gòu)組成，而室管膜瘤紋理由較短的運(yùn)行長度及精細(xì)的紋理結(jié)構(gòu)組成；RP 低于室管膜瘤，說明髓母細(xì)胞瘤由較長的運(yùn)行長度組成；RV 高于室管膜瘤，說明髓母細(xì)胞瘤運(yùn)行長度的隨機(jī)變量較大；GLN 高于室管膜瘤，說明髓母細(xì)胞瘤圖像灰度更不均勻；RLNN 高于室管膜瘤，說明髓母細(xì)胞瘤圖像運(yùn)行長度的異質(zhì)性較大；RE 高于室管膜瘤，說明髓母細(xì)胞瘤圖像運(yùn)行長度的差異性較大；SRHGLE 低于室管膜瘤，說明髓母細(xì)胞瘤高灰度短游程低，圖像不均勻；LRLGLE、LRHGLE 高于室管膜瘤，說明髓母細(xì)胞瘤長游程灰度不均勻度高，紋理粗。ROC 曲線分析顯示，LRE 診斷效能最佳，敏感度77.27%，特異度78.57%，說明兩者較長運(yùn)行長度的差異及粗糙紋理結(jié)構(gòu)的不同，展現(xiàn)了良好的鑒別兩者的方法。

組織病理學(xué)上，兒童髓母細(xì)胞瘤多起源于小腦上蚓部（第四腦室頂部），屬高度惡性，WHO 分級為Ⅳ級；髓母細(xì)胞瘤在組織學(xué)上分為經(jīng)典型、多纖維性/結(jié)節(jié)增生、伴廣泛小結(jié)節(jié)型、大細(xì)胞型/間變型；2016 年其遺傳學(xué)分類為Wnt 激活、SHH 激活伴TP53突變型/野生型、非Wnt/非SHH（group3、group4）［13-15］。有學(xué)者運(yùn)用影像組學(xué)對髓母細(xì)胞瘤分子亞型進(jìn)行研究［14-15］，其中Yan 等［15］結(jié)合性別和年齡研究Wnt組、SHH 組AUC 分別為0.909 7、0.865 4，對group3、group4預(yù)測效果有待于提高。室管膜瘤起源于室管膜細(xì)胞，WHO 分級為Ⅱ～Ⅲ級，室管膜瘤在病理學(xué)上分為室管膜瘤、RELA 融合-陽性、間變性室管膜瘤［13］。兩者GLRLM 紋理特征的差異，可能與其病理組織學(xué)有關(guān)。髓母細(xì)胞瘤細(xì)胞排列緊密、分裂象明顯，紋理結(jié)構(gòu)粗糙，且由較長的運(yùn)行長度組成，而室管膜瘤細(xì)胞排列不一、形態(tài)相似、核分裂象少見，紋理更精細(xì)，由較短的運(yùn)行長度組成。目前，2 種腫瘤紋理特征與病理學(xué)的相關(guān)性仍需更多的研究來證實(shí)。

本研究存在的不足之處：①由于兒童幕下腫瘤發(fā)病率低，本研究納入的樣本量較小，可能存在一定的選擇偏倚。②未對2 種腫瘤病理分型進(jìn)行分類分析，前瞻性、大樣本與病理對照分析是后續(xù)的研究重點(diǎn)。③僅提取最常見的T2FLAIR 序列的紋理特征，而未提取DWI 和增強(qiáng)掃描圖像的紋理特征，后續(xù)應(yīng)納入更多序列進(jìn)行研究。

綜上所述，基于T2FLAIR 圖像的GLRLM 參數(shù)分析，可有效鑒別幕下髓母細(xì)胞瘤及室管膜瘤，具有一定的臨床價值。