增強T1WI全域直方圖鑒別腦原發(fā)淋巴瘤和腦單發(fā)轉移瘤的價值

高 鑫，程敬亮，張 勇，羅樂凱，陳 晨，馬 楨

鄭州大學第一附屬醫(yī)院磁共振科 鄭州450052

腦原發(fā)淋巴瘤的治療通常需要聯(lián)合高劑量放化療而無需進行手術治療。外科干預也僅限于組織病理活檢。對于腦原發(fā)淋巴瘤，在活檢前應用類固醇激素降低顱內高壓也尤為重要[1]。而腦轉移瘤需要進行系統(tǒng)的臨床及影像學檢查，來確定原始病灶的位置及其他遠處轉移病灶。這兩種顱內腫瘤的診斷直接影響患者治療方案的制定和生存結局。腦原發(fā)淋巴瘤和腦單發(fā)轉移瘤有各自的影像學特征，但缺乏更為精確的數(shù)據(jù)支持。目前已有文獻[2]報道可利用直方圖鑒別腦原發(fā)淋巴瘤和瘤樣脫髓鞘樣變，本文以增強T1WI圖像數(shù)據(jù)為基礎，研究這兩種腫瘤的直方圖特征，通過提取肉眼無法分辨的圖像信息，來分析其對兩種腫瘤的鑒別價值。

1 對象與方法

1.1研究對象回顧性分析鄭州大學第一附屬醫(yī)院2014年11月至2017年11月收治的58例經(jīng)手術病理證實的單發(fā)腦腫瘤患者，其中腦原發(fā)淋巴瘤30例，男17例，女13例，年齡33～81(59.1±11.7)歲，均為彌漫大B性淋巴瘤；腦單發(fā)轉移瘤28例，男15例，女13例，年齡35～76(60.1±10.3)歲，肺癌22例、乳腺癌2例、胃癌1例、肝癌1例、未知來源2例。臨床表現(xiàn)主要為頭痛、惡心、嘔吐、肢體無力、行走不穩(wěn)、視物模糊等。納入標準：①通過手術病理證實為腦原發(fā)淋巴瘤或腦單發(fā)轉移瘤。②術前行常規(guī)MRI檢查，包括軸位T1WI、T2WI、FLAIR序列、DWI和增強T1WI。③MRI圖像無影響進一步圖像分析的明顯偽影。排除標準：①全身性淋巴瘤。②非實質性腦原發(fā)淋巴瘤。③在腦原發(fā)淋巴瘤診斷前曾接受過化療的患者。④已知的HIV陽性檢測史。⑤有明確的腫瘤患病史。

1.2MRI成像方法采用SIEMEMS Trio Tim 3.0 T MRI掃描儀，標準頭顱線圈。受檢者仰臥位，自然放松，閉眼，額面部水平位，鼻根部位于線圈中線。常規(guī)MRI掃描包括軸位及矢位T1WI、軸位T2WI、FLAIR及軸位DWI；增強掃描包括軸位、矢位及冠位T1WI。掃描參數(shù)如下。T1WI：TR 265.0 ms，TE 2.56 ms；T2WI：TR 3 700 ms，TE 94.0 ms; FLAIR：TR 4 400 ms，TE 96.0 ms。DWI掃描采用SE-EPI序列，取b值為0及1 000 s/mm2，TR 3 600 ms，TE 120 ms；視野24 cm×24 cm，層厚5 mm，層間距0.3 mm，層數(shù)20。增強掃描對比劑為Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg，掃描參數(shù)同常規(guī)T1WI。

1.3直方圖分析將MRI圖像從PACS工作站以bmp格式導出，導出時調整窗寬、窗位，使所有圖像窗寬、窗位均保持一致，存于硬盤中。由于增強T1WI顯示病變范圍較清晰，因此，選擇矢位增強T1WI圖像用于進一步分析。應用MaZda軟件分析包含腫瘤實質部分的所有層面圖像，手動勾劃感興趣區(qū)(ROI)，計算直方圖參數(shù)，包括平均值、方差、偏度、峰度、百分位數(shù)值。直方圖特征計算及評估過程如下：由1名醫(yī)師沿病變強化邊緣手動勾劃ROI，并用紅色填充腫瘤區(qū)域，軟件可自動生成ROI的灰度直方圖(圖1、2)。

A：增強T1WI矢位圖；B：沿腫瘤邊緣手動勾劃ROI，以紅色填充腫瘤區(qū)域；C：獲得腫瘤灰度直方圖，橫坐標表示ROI內不同灰度值，縱坐標表示各灰度值出現(xiàn)的頻率

圖1腦原發(fā)淋巴瘤直方圖分析

A：增強T1WI矢位圖；B：沿腫瘤邊緣手動勾劃ROI，以紅色填充腫瘤區(qū)域；C：獲得腫瘤灰度直方圖，橫坐標表示ROI內不同灰度值，縱坐標表示各灰度值出現(xiàn)的頻率

圖2腦單發(fā)轉移瘤直方圖分析

1.4統(tǒng)計學處理采用SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)分析。首先對數(shù)據(jù)進行Kolmogorov-Smirnov檢驗，若符合正態(tài)分布，數(shù)據(jù)進行兩獨立樣本t檢驗；若不符合正態(tài)分布，數(shù)據(jù)進行Wilcoxon秩和檢驗。繪制ROC曲線，計算AUC，預測腦原發(fā)淋巴瘤和腦單發(fā)轉移瘤的最佳臨界值。檢驗水準α=0.05。

2 結果

腦原發(fā)淋巴瘤和腦單發(fā)轉移瘤直方圖各參數(shù)值見表1。結果顯示，兩組間平均值，偏度，第1、10、50、90百分位數(shù)比較，差異有統(tǒng)計學意義；方差、峰度、第99百分位數(shù)比較，差異無統(tǒng)計學意義。

平均值，偏度，第1、10、50、90百分位數(shù)的ROC曲線數(shù)據(jù)見表2，ROC曲線見圖3。平均值，偏度，第1、10、50百分位數(shù)在腦原發(fā)淋巴瘤和腦單發(fā)轉移瘤均有較好的診斷效能(AUC均>0.7)，其中偏度診斷效能最佳，AUC為0.869，最佳臨界值為-0.354，診斷的敏感度及特異度分別為85.7%和75.8%。AUC隨百分位數(shù)增大而減小，第90百分位數(shù)診斷效能最低，AUC為0.686。

表1 腦原發(fā)淋巴瘤與腦單發(fā)轉移瘤直方圖參數(shù)值比較

*：非正態(tài)分布，用中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示

表2 平均數(shù)值，偏度，第1、10、50、90百分位數(shù)的ROC曲線數(shù)據(jù)

圖3 平均值，偏度，第1、10、50、90百分位數(shù)鑒別腦原發(fā)淋巴瘤和腦單發(fā)轉移瘤的ROC曲線

3 討論

腦原發(fā)淋巴瘤占原發(fā)腦腫瘤的1%～6%，隨著HIV感染者和器官移植后免疫抑制劑使用的增多，其發(fā)病率也在逐年上升[3]。臨床治療上，腦原發(fā)淋巴瘤對激素、放化療敏感，短期內易復發(fā)，預后差，因此術前正確診斷顯得尤為重要。腦原發(fā)淋巴瘤可發(fā)生于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的任何位置，可單發(fā)也可多發(fā)，免疫正常者多為單發(fā)[4-5]。典型腦原發(fā)淋巴瘤T1WI呈等或低信號，T2WI呈等或稍高信號，增強呈明顯均勻強化，很少發(fā)生囊變、壞死。20%～40%顱外惡性腫瘤患者出現(xiàn)腦轉移，發(fā)病部位以大腦半球腦灰白質交界區(qū)為主，常見多發(fā)，單發(fā)轉移瘤相對少見，占顱內轉移瘤的25%～30%[6]。其原發(fā)腫瘤以肺癌最常見，其次為乳腺癌。轉移瘤T1WI呈等或低信號，T2WI呈等或高信號，病變周圍多可見大片狀水腫區(qū)，增強掃描呈環(huán)形強化。目前常規(guī)MR影像特征結合DWI、灌注成像、氫質子磁共振波譜等可對兩種腫瘤進行鑒別，但患者掃描時間延長，費用增加，且主觀性強，缺乏精確數(shù)據(jù)支持。

直方圖分析是紋理分析的一種常用方法，在常規(guī)MRI檢查的基礎上，通過提取已有圖像ROI的特征值，將影像信息量化，提供更多人眼難以分辨的腫瘤內部異質性信息[7]，且操作簡便，可重復性強，在醫(yī)學影像領域大力發(fā)展人工智能的背景下引起了越來越多的關注。目前，已有研究表明ADC直方圖可以用于鑒別低度及中高度前列腺癌[8]，胃癌的TN分期[9]，以及局部晚期乳腺癌的新輔助化療療效的預測[10]；DCE-MRI直方圖可用于腦腫瘤放療療效的評價[11]，頭頸部鱗狀細胞癌根治術后局部腫瘤復發(fā)的預測[12]，以及腦原發(fā)淋巴瘤和瘤樣脫髓鞘樣變的鑒別[2]等。目前腦原發(fā)淋巴瘤增強掃描主要集中于灌注掃描及動態(tài)-時相信號強度曲線研究。常規(guī)MRI增強表明血腦屏障的破壞程度，可以從形態(tài)學上對腦腫瘤的診斷進行提示，但是無法定量地對結果進行分析，因此忽略了很多隱藏的人眼難以發(fā)現(xiàn)的信息。本研究選取常規(guī)增強T1WI進行全域直方圖分析，既可以對增強圖像進行量化分析，又可以避免以往只選擇最大層面腫瘤區(qū)作為ROI的主觀性，可以更全面地反映腫瘤的異質性。

直方圖平均值可反映數(shù)據(jù)的集中趨勢和平均水平。本研究結果顯示，腦原發(fā)淋巴瘤的平均值高于轉移瘤，與之前文獻[5，13]研究結果類似。這可能與淋巴瘤細胞排列緊密、核漿比例高、細胞器缺乏，血供相對更為貧乏，較少發(fā)生囊變、壞死有關。偏度是直方圖非對稱性的度量，是反映腫瘤內部異質性的生物學指標。正偏度表明分布的主體集中在右側，不對稱尾部趨向于更多較大值；而負偏度表明分布主體位于左側。偏度的絕對值越大，分布形態(tài)偏移程度越大[14-15]。在本研究中，腦原發(fā)淋巴瘤的偏度絕對值大于轉移瘤，腦原發(fā)淋巴瘤多為負偏度，轉移瘤多為正偏度，且差異有統(tǒng)計學意義。這表明腦原發(fā)淋巴瘤較顱內單發(fā)轉移瘤直方圖的偏移程度更大，符合淋巴瘤的細胞均一性，轉移瘤多伴壞死、出血的特征。第n百分位數(shù)表示低于該百分位數(shù)的觀測對象所占的百分比[16]。本研究結果顯示，腦原發(fā)淋巴瘤的第1、10、50、90百分位數(shù)均高于腦轉移瘤，且百分位數(shù)越高AUC越小，表明兩種腫瘤的直方圖曲線分布在較低灰度值范圍內差異更明顯，一定程度上反映了腫瘤細胞灰度值的分布，究其原因可能與腫瘤內組織異質性有關。兩種腫瘤間方差和峰度沒有差異，可能與所選轉移瘤的種類較多有關，轉移瘤保持原腫瘤組織的特性，部分腫瘤細胞分布均勻致密，因此與淋巴瘤比較無差異。

綜上所述，本研究結果提示增強T1WI全域直方圖分析可為鑒別腦原發(fā)淋巴瘤和顱內單發(fā)轉移瘤提供可靠的信息，確保診斷的準確性，對兩者鑒別提供可靠的客觀依據(jù)。