基于磁共振甲狀腺平掃紋理特征預(yù)測BRAFV600E 基因突變的可行性研究

李春香，李顯彬，李春艷，王小東，王恒陽

（1 齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 黑龍江 齊齊哈爾 161041）（2 齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院檢驗科 黑龍江 齊齊哈爾 161041）（3 齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院超聲診斷科 黑龍江 齊齊哈爾 161041）

近年來我國甲狀腺癌的發(fā)病率不斷上升，其中甲狀腺乳頭狀癌占比最高，達到甲狀腺癌的80%[1]。目前我國體檢中甲狀腺超聲逐漸普遍，因此檢出率增高，同時會利用磁共振（magnetic resonance imaging, MRI）進一步檢查，然而，目前多停留在結(jié)節(jié)的形態(tài)、是否具有血管侵犯、血管供血等情況，對于結(jié)節(jié)的BRAFV600E基因突變無法評估[2]。具有BRAFV600E基因突變的甲狀腺癌具有更強的侵襲性，對于手術(shù)的制定方案起到重要意義，目前主要以手術(shù)后病理進行BRAFV600E基因突變檢測明確患者突變情況，因此，如何在術(shù)前明確BRAFV600E基因突變對制定手術(shù)方案與后續(xù)康復(fù)治療具有重要意義。圖像紋理特征分析可將肉眼無法區(qū)分的細小圖像差別可視化，可區(qū)分甲狀腺內(nèi)結(jié)節(jié)內(nèi)細小像素變化情況[3]。因此本研究擬引入圖像紋理特征進行MRI 圖像分析，客觀的顯示甲狀腺結(jié)節(jié)的紋理特征。進行甲狀腺結(jié)節(jié)BRAFV600E基因突變的預(yù)測，為臨床診斷、治療提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究為回顧性研究，收集2022年10月—2023年2月在齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院診斷為甲狀腺結(jié)節(jié)患者的磁共振圖像。納入標準：①進行甲狀腺結(jié)節(jié)切除術(shù)、甲狀腺腺體部分切除術(shù)等的甲狀腺結(jié)節(jié)患者；②患者術(shù)后取得病理結(jié)果。排除標準：①非首次進行甲狀腺結(jié)節(jié)手術(shù)的患者；②在甲狀腺結(jié)節(jié)手術(shù)前進行過其他藥物、消融、穿刺等非手術(shù)治療的患者。所有患者簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 分組方法

將患者術(shù)后病理BRAFV600E基因突變結(jié)果作為標準進行分組，BRAFV600E基因突變陽性定義為A 組，BRAFV600E基因突變陰性定義為B 組，記錄患者性別、年齡、甲狀腺球蛋白。

1.2.2 設(shè)備

采用飛利浦3.0TRMI（Ingenia Achieva 3.0T）掃描，采用16 通道頭顱線圈，T1WI：TR 650 ms，TE 10 ms，層厚 3 mm，層間距3 mm，F(xiàn)OV：20×20，矩陣：256×256，掃描范圍包括整個甲狀腺。

1.3 紋理特征提取

以甲狀腺MRI 平掃T1WI 圖像原始數(shù)據(jù)進行勾畫甲狀腺結(jié)節(jié)所有層面，采用Omni-Kinetics 軟件進行ROI 勾畫，將所有層面融合成三維容積ROI,利用軟件內(nèi)置功能提取三維融合后ROI 中67 個圖像紋理特征[4]。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，符合正態(tài)分布的計量資料采用t檢驗，以均數(shù)與標準差（±s）表示；不符合正態(tài)分布的計量資料采用秩和檢驗，以中位數(shù)與四分位間距表示[M（Q1，Q3）]。兩組患者性別較采用卡方檢驗，P＜0.05 為紋理特征參數(shù)具有相關(guān)性，單因素分析具有差異特進行Lasso 回歸特征降維，降維特征納入二元Logistics 回歸分析，篩選預(yù)測甲狀腺結(jié)節(jié)BRAFV600E基因突變的獨立風(fēng)險因素并建立預(yù)測模型。對降維特征與Logistics 預(yù)測模型進行受試者工作特征（ROC）曲線分析診斷效能。

2 結(jié)果

2.1 臨床、檢驗資料比較

兩組共111 例患者年齡、性別、甲狀腺球蛋白差異均不具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

表1 兩組患者臨床、檢驗資料比較

2.2 紋理特征與模型建立

MRI 甲狀腺平掃T1WI 圖像提取的67 個紋理特征中，10 個紋理特征值差異顯著（P＜0.05），見表2。57 個紋理特征值無顯著差異（P＞0.05）。進行Lasso回歸特征降維后篩選出5 個紋理特征（Homogeneity、MPP、InterquartileRange、TotalEnergy、Sphericity）。降維特征納入二元Logistics 回歸方程結(jié)果顯示InterquartileRange、TotalEnergy、Sphericity 為預(yù)測甲狀腺結(jié)節(jié)BRAFV600E基因突變的獨立風(fēng)險因素，見表3，模型為：Logit（P）=3.235+InterquartileRange×0.235+TotalEnergy×3.123+Sphericity×8.634。

表2 兩組紋理特征值比較[M（Q1，Q3）]

表3 降維后特征二元Logistics 回歸分析

2.3 降維后特征與Logistics 模型ROC 曲線分析

所有降維特征AUC 均低于二元Logistics 回歸方程Logit（P），Logit（P）AUC 為0.938，當(dāng)閾值取181 時，靈敏度=83.9%，特異度=96.5%，見表4、圖1。

圖1 模型Logit(P)與單變量特征ROC 曲線圖

表4 降維后特征與二元Logistics 的ROC 曲線分析

3 討論

目前診斷甲狀腺結(jié)節(jié)性質(zhì)是否具有BRAFV600E基因突變只能通過術(shù)后病理基因檢測確定，沒有一種準確的術(shù)前生物學(xué)標志物、影像學(xué)特征用于判斷BRAFV600E基因突變，如何進行BRAFV600E基因突變高風(fēng)險甲狀腺結(jié)節(jié)篩選是目前急需解決的問題。前期相關(guān)研究表明影像學(xué)的甲狀腺結(jié)節(jié)邊界、包膜、縱橫比能進行判斷BRAFV600E基因突變，但診斷效能較低[5]。臨床上一般影像學(xué)檢查（超聲、CT、MRI）判斷甲狀腺結(jié)節(jié)是否具有BRAFV600E基因突變并不準確，上述研究征象多用于判斷甲狀腺良惡性，對于判斷微觀結(jié)構(gòu)中的基因突變診斷準確率不高[6]。人眼進行影像圖像的微小結(jié)節(jié)診斷具主觀性，無法確定結(jié)節(jié)中基因變化，因此，是否能夠利用MRI 圖像紋理特征提取，通過數(shù)學(xué)算法聚類分析解決這一臨床問題是本文的研究重點。因此本研究基于MRI 平掃T1WI 圖像紋理特征進行結(jié)節(jié)內(nèi)微小變化、供血、液化等圖像信息，提取紋理相關(guān)特性進行預(yù)測甲狀腺結(jié)節(jié)BRAFV600E基因突變。本研究結(jié)果顯示：兩組甲狀腺球蛋白不具有統(tǒng)計學(xué)意義，表明在甲狀腺結(jié)節(jié)中利用一般腫瘤標志物無法反映結(jié)節(jié)BRAFV600E基因信息情況。本研究兩組共10 個紋理特征值差異有統(tǒng)計學(xué)意義，Lasso 回歸進行特征降維篩選后獲得5 個紋理特征。二元Logistics 回歸方程結(jié)果顯示InterquartileRange、TotalEnergy、Sphericity 為預(yù)測甲狀腺結(jié)節(jié)BRAFV600E基因突變的獨立風(fēng)險因素，預(yù)測模型Logit（P）AUC 為0.938，當(dāng)閾值取181 時，靈敏度=83.9%，特異度=96.5%。

本研究以病理結(jié)果為分組進行預(yù)測模型建立，分析基于MRI 平掃T1WI 甲狀腺內(nèi)結(jié)節(jié)的紋理數(shù)據(jù)對于甲狀腺結(jié)節(jié)BRAFV600E基因突變的效能。本研究發(fā)現(xiàn)T1WI 甲狀腺結(jié)節(jié)紋理特征建立聯(lián)合模型優(yōu)于單指標預(yù)測，其中紋理特征TotalEnergy 代表灰度共生矩陣各元素值的平方和，是對圖像紋理的灰度變化穩(wěn)定程度的度量，反映了圖像灰度分布均勻程度和紋理粗細度[7-8]。能量值大表明當(dāng)前紋理是一種規(guī)則變化較為穩(wěn)定的紋理，本研究中A 組TotalEnergy 明顯低于B 組，表明在甲狀腺結(jié)節(jié)BRAFV600E基因突變時結(jié)節(jié)中的紋理變得異常不規(guī)則、不穩(wěn)定，BRAFV600E基因突變導(dǎo)致圖像灰度分布不均勻、紋理變粗。Sphericity 特征代表結(jié)節(jié)區(qū)域?qū)τ谇蝮w形狀圓的量度，數(shù)值越大表明越接近完美三維球體的弧度[9-10]，本研究中A 組Sphericity 明顯低于B 組，表明BRAFV600E基因突變時結(jié)節(jié)遠離完美三維球體的弧度，這與BRAFV600E基因突變惡性結(jié)節(jié)破壞正常組織張力導(dǎo)致弧度不規(guī)則有關(guān)。

綜上所述，MRI 甲狀腺平掃圖像紋理特征能有效預(yù)測患者甲狀腺結(jié)節(jié)BRAFV600E基因突變，可為臨床診斷、治療提供依據(jù)。