MRI紋理分析對鑒別孤立性纖維性腫瘤/血管周細胞瘤與血管瘤型腦膜瘤的臨床價值

張爍， 程敬亮， 王程程， 張勇

顱內孤立性纖維性腫瘤/血管外皮細胞瘤(solitary fibrous tumors/hemangiopericytoma,SFT/HPC)是罕見的中樞神經系統血管源性腫瘤，在所有顱內腫瘤中占比<1%，好發于成年人的幕上硬腦膜，具有一定的侵襲性，易復發[1]。SFT/HPC雖是一種獨特的組織病理學腫瘤，但在影像學上與腦膜瘤具有較高的相似性，尤其是血管瘤型腦膜瘤(angiomatous meningioma，AM)。AM占所有腦膜瘤的2.1%，具有典型的良性腦膜瘤的特征[2]。術前對這兩類腫瘤進行準確鑒別對手術及后期治療計劃的制定具有重要意義。常規MRI對這兩類腫瘤的鑒別能力有限，研究表明，使用紋理分析軟件對圖像上的腫瘤區域進行分割并進行紋理分析，可以提取出圖像中的特征性參數進行差異性對比，量化分析腫瘤影像學異質性，提供了通過肉眼無法識別的客觀信息，不依賴于影像科醫師的經驗和主觀判斷，具有較大的臨床應用價值[3-5]。筆者回顧性分析44例SFT/HPC與AM患者的臨床資料及MRI圖像，分析基于MRI圖像的紋理參數對SFT/HPC與AM的鑒別診斷效能，旨在進一步提高對這兩類病變的診斷水平。

材料與方法

1.臨床資料

回顧性分析2013年3月-2018年8月本院44例SFT/HPC和AM患者的病例資料。其中，SFT/HPC患者24例(HPC 20例，SFT 4例)，男13例(54.2%)，女11例(45.8%)，年齡20～73歲，平均(43.4±12.9)歲；AM患者20例，男11例，女9例，年齡31～64歲，平均(53.1±7.5)歲。入組標準：①術前MRI檢查(包括T2WI、ADC圖、對比增強T1WI)資料完整；②均為首發患者，行MRI掃描前未接受過任何相關治療；③術后病理明確診斷為SFT/HPC或AM。兩組患者的臨床癥狀較相似，主要臨床表現有頭、頭暈、頭面部或肢體麻木、視力下降，其中11例伴惡心嘔吐、耳鳴，5例伴有憶力下降。

2.檢查方法

使用Siemens Skyra 3.0T MR掃描儀和32通道頭顱線圈進行圖像采集。常規MRI掃描序列主要包括矢狀面及橫軸面T1WI(TR 260 ms，TE 2.46 ms)、橫軸面T2WI(TR 3800 ms，TE 93 ms)、橫軸面T2-FLAIR(TR 4500 ms，TE 93 ms)和SE-EPI DWI(b值取0、1000 s/mm2，TR 3500 ms，TE 119 ms，視野230 mm×230 mm，層厚5 mm，層間距1.2 mm，層數20)。增強掃描序列和參數：橫軸面、矢狀面和冠狀面T1WI序列；對比劑采用Gd-DTPA，劑量0.2 mmol/kg，注射流率2.0 mL/s；掃描參數同平掃T1WI。

3.影像學分析

圖像選擇及ROI選?。簩⑺谢颊叩腗RI圖像從PACS工作站上以Dicom格式導出，導出時調整圖像的窗寬、窗位，使所有圖像的窗寬、窗位均保持相同。采用Image J軟件(https://imagej.nih.gov/ij/download.html)進行圖像分割和數據測量，由2位中樞神經系統MRI診斷經驗豐富的醫師在未知病理結果的情況下利用Image J軟件在對比增強(contrast enhanced，CE)T1WI(T1CE)序列中選出腫瘤的最大層面，自動勾畫腫瘤的邊界，并通過人工調整，分割出ROI(圖1a、2a)，注意避開水腫區、大血管、靜脈竇和增強的腦膜等，去除壞死、囊變和出血區等。將T1CE圖像勾畫出的的ROI復制到相同層面的T2WI(圖1b、2b)和ADC(圖1c、2c)圖像上，部分患者的ADC圖像有輕度變形，與T1CE序列的ROI輪廓無法完全貼合時，此時可利用Image J軟件的放大/縮小功能將ROI輪廓適度改變。

圖1SFT/HPC患者ROC提取示意圖，利用Image J軟件在T1CE序列中腫瘤最大層面沿腫瘤的邊界自動勾畫ROI，并將此ROI復制到對應層面的T2WI和ADC圖上。a) T1CE圖像； b) T2WI圖像； c) ADC圖。圖2AM患者ROC提取示意圖，利用Image J軟件在T1CE序列中腫瘤最大層面沿腫瘤的邊界自動勾畫ROI，并將此ROI復制到對應層面的T2WI和ADC圖上。a) T1CE圖像； b) T2WI圖像； c) ADC圖。

圖像紋理分析：ROI勾畫完成后，Image J軟件即可計算出各ROI的紋理參數值。對病灶的紋理特征的主要分析方法包括直方圖和灰度共生矩陣(grey-level co-occurrence matrix，GLCM)。①直方圖參數：最大值(maximum value，Max)、最小值(minimum value，Min)、均值(mean)、中位數(median，Med)、標準差(standard deviation，SD)、峰度(kurtosis，Kur)、偏度(skewness，Ske)；②GLCM參數：角二階矩(angular second moment，ASM)、對比度(contrast，Con)、逆差矩(inversedifferent moment，IDM)、熵(entropy，Ent)和自相關性(correlation，Cor)。GLCM是常用的二階紋理分類方法，反映灰度的空間相關特性。

4.統計學方法

使用SPSS 21.0統計學軟件進行數據分析。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗和Levene檢驗對各參數的測量數據分別進行正態性和方差齊性檢驗，滿足正態性分布的資料采用均數±標準差的形式表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；不滿足正態性的資料采用Mann-Whitney U秩和檢驗，數據采用中位數和上、下四分位數(P25，P75)的形式表示。比較SFT/HPC和AM兩組腫瘤的各項紋理參數值的差異。對于有統計學意義的紋理參數，繪制受試者工作特征(receiver operation characteristic，ROC)曲線,確定鑒別SFT/HPC和AM的最佳臨界值，并計算曲線下面積(area under curve，AUC)、敏感度和特異度等診斷效能參數。以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.直方圖參數的組間比較

三個序列圖像上SFT/HPC和AM的各項直方圖參數測量結果及組間比較見表1。①在三個序列圖像上SFT/HPC組中病灶的最大值、最小值、均值和中位數均小于AM組，其中除MaxADC之外，其它11項紋理參數值在兩組間的差異均有統計學意義(P<0.05)。②標準差的比較：SFT/HPC組的SDT1CE大于AM組，兩組間差異有統計學意義(P=0.031)，而T2WI和ADC圖像上的標準差(SDT2WI、SDADC)在兩組間的差異無統計學意義(P>0.05)。③峰度和偏度值的比較：SFT/HPC組中病灶在T2WI和T1CE圖像上的峰度值和偏度值均大于AM組，兩組間差異有統計學意義(P<0.05)；而在ADC圖上兩組病灶的峰度值和偏度值(KurtADC、SkeADC)的差異均無統計學意義(P>0.05)。

2.GLCM參數的組間比較

兩組腫瘤病灶在3個序列上的GLCM參數值及組間比較結果見表2。①角二階矩的比較：SFT/HPC在ADC圖像上的角二階矩值(ASMADC)小于AM，兩組間差異有統計學意義(P=0.013)；而在T2WI和T1CE圖像上的角二階矩值(ASMT2WI、ASMT1CE)在兩組間的差異無統計學意義(P>0.05)。②對比度的比較：SFT/HPC在T2WI和T1CE圖像上的對比度值(ConT2WI、ConT1CE)小于AM，兩組間差異有統計學意義(P<0.05)；而在ADC圖像上的對比度值(ConADC)在兩組間的差異無統計學意義(P>0.05)。③逆差矩、自相關值的比較：3個序列圖像上的逆差矩值(IDM)在兩組間的差異均有統計學意義(P<0.05)；T1CE序列上的自相關值(CorT1CE)在兩組間的差異有統計學意義(P=0.000)，而T2WI和ADC序列上的自相關值(CorT2WI、CorADC)在兩組間的差異無統計學意義(P>0.05)。④熵值的比較：SFT/HPC在ADC序列上的熵值(EntADC)大于AM，兩者間差異有統計學意義(P=0.003)；而在T2WI和T1CE序列上兩組間熵值(EntT2WI、EntT1CE)的差異無統計學意義(P>0.05)。

表1 SFT/HPC與AM的直方圖參數比較

表2 SFT/HPC與AM的灰度共生矩陣參數比較

3.紋理參數對SFT/HPC和AM的診斷效能

對兩組間差異有統計學意義的參數進一步行ROC曲線分析，結果見表3。

在3個序列的各項參數中AUC>0.7的參數有18個(圖2)，以TICE圖像上最多(8個)，T2WI和ADC圖各5個。其中AUC最大的前4個參數為MinT1CE、MedT1CE、MeanT1CE和SkeT1CE，均為TICE圖像上提取的直方圖參數。

圖3 三個序列圖像上有統計學意義的紋理參數鑒別SFT/HPC與AM的ROC曲線。a)T2WI上提取的紋理參數；b)T1CE圖上提取的直方圖參數；c)T1CE圖上提取的灰度共生矩陣參數；d)ADC圖上提取的參數。

參數AUC臨界值敏感度(%)特異度(%)95%置信區間P值MinT2WI0.8668195.870.00.729～0.950<0.0001MeanT2WI0.86913683.380.00.733～0.951<0.0001MedT2WI0.87413483.380.00.739～0.955<0.0001KurtT2WI0.7630.87679.270.00.610～0.8780.0004SkeT2WI0.781-0.05687.560.00.631～0.8920.0001MaxT1CE0.75119566.775.00.598～0.8690.0007MinT1CE0.9707995.890.00.868～0.998<0.0001MeanT1CE0.96013591.795.00.854～0.996<0.0001MedT1CE0.96413591.795.00.859～0.997<0.0001KurtT1CE0.7620.17691.760.00.610～0.8780.0004SkeT1CE0.8930.02499.070.00.762～0.966<0.0001IDMT1CE0.7090.33079.270.00.553～0.8360.0189CorT1CE0.8250.000866.790.00.681～0.923<0.0001MinADC0.8427083.380.00.700～0.934<0.0001MeanADC0.72710362.580.00.572～0.8500.0033MedADC0.7319962.580.00.576～0.8540.0025ASMADC0.7140.00145.890.00.557～0.8400.0051EntADC0.7656.88366.785.00.613～0.8790.0004

對各序列AUC>0.7的參數進行聯合分析(留一交叉驗證法)，直方圖參數中，T1CE序列的6個參數鑒別SFT/HPC與AM的陽性預測值為91.7%，陰性預測值為90.0%，診斷符合率達90.9%；T2WI序列的5個參數的陽性預測值為87.5%，陰性預測值為75.0%，診斷符合率達81.8%；ADC序列的3個參數的陽性預測值為83.3%，陰性預測值為80.0%，診斷符合率達81.8%；GLCM參數中，ADC序列上熵的敏感度為66.7%，陽性預測值為62.5%，陰性預測值為85.0%，診斷符合率達72.7%；聯合T1CE序列的2個參數(IDM、Cor)，陽性預測值為70.8%，陰性預測值為70.0%，診斷符合率達70.5%。

討 論

中樞神經系統SFT/HPC起源于腦膜毛細血管周細胞，是一種來源于腦膜間質的少見腫瘤，而腦膜瘤來源于腦膜上皮細胞，二者的生物學行為不同，SFT/HPC侵襲性和惡性程度更高，復發和遠處轉移的傾向也更大[6]。SFT/HPC和AM患者的臨床特征也存在一定差異。有研究表明，SFT/HPC多見于男性，平均年齡低于AM患者[2]。本研究中SFT/HPC患者54%為男性，平均年齡(43.4±12.9)歲，略高于AM患者的(53.1±7.5)歲，結果與文獻報道基本相符。

SFT/HPC與AM的影像學表現非常相似，均表現為等T1、長T2混雜信號，瘤體內可見粗大的血管流空影，多伴有囊變、壞死，增強掃描腫瘤呈明顯強化，且與鄰近硬腦膜的關系密切。其中，SFT/HPC瘤體內壞死、囊變較AM多見，增強掃描AM多見“腦膜尾征”，而SFT/HPC少見[7]。SFT/HPC因具有較高的侵襲性，或具有一些特征性的MRI征象，如形態不規則或呈多邊形，伴有周圍組織侵犯等。既往研究中曾嘗試采用ADC值(均值、最小值)和MRS等方法對SFT/HPC與AM進行鑒別，結果表明MRI檢查對于兩種腫瘤的術前鑒別有一定臨床意義[8-10]。但是目前關于圖像紋理分析技術對兩種腫瘤鑒別診斷價值的文獻報道比較少見。本研究聯合MRI多序列紋理分析對SFT/HPC與AM進行對比分析，通過量化圖像的微觀差異來客觀評估腫瘤的異質性，顯著提高了對SFT/HPC與AM的鑒別診斷效能，為臨床診斷及后期治療(如手術切除方式的選擇等)提供參考依據。

本研究結果顯示，SFT/HPC在3個序列上的最大值、最小值、均值和中位數均小于AM，在T2WI和T1CE序列上的偏度值大于AM，上述參數的組間差異均具有統計學意義(P<0.05)，與Kanazawa等[11]的研究結果一致。通過繪制ROC曲線對有統計學意義的參數進行鑒別效能的評估，發現直方圖參數中，T2WI上的5個參數(最小值、均值、中位數、峰度和偏度)、T1CE序列上的6個參數(最大值、最小值、均值、中位數、峰度、偏度)和ADC序列上的3個參數(最小值、均值、中位數)的AUC均大于0.7，敏感度和特異度較高，對SFT/HPC與AM有著較高的鑒別效能。分別對各序列中AUC大于0.7的參數進行聯合分析，T2WI(5個參數同上)鑒別SFT/HPC與AM的陽性預測值為87.5%，陰性預測值為75.0%，符合率達81.8%；T1CE序列(6個參數同上)的陽性預測值為91.7%，陰性預測值為90.0%，符合率達90.9%；ADC圖(3個參數同上)的陽性預測值為83.3%，陰性預測值為80.0%，符合率達81.8%。

峰度和偏度是反映腫瘤空間異質性總體特征的兩個重要指標。峰度反映了像素信號強度分布形態的陡峭程度，峰度越大表示其分布的坡度越大；偏度是描述像素信號強度分布形態的對稱性的一項統計量，偏度的絕對值越大表示其分布形態的偏斜程度越大[5,12]。本研究中勾畫ROI時選取的是腫瘤的實體部分并盡量避開了囊變、壞死和出血區，但兩種腫瘤的實性部分的病理表現存在差異，其內可能存在顯微鏡下才可見的細小甚至微小的囊變、壞死(較多出現于SFT/HPC)，僅通過MRI圖像無法識別，但這種微小差異可通過偏度值的差異而分辨。本研究結果顯示，兩種腫瘤在T2WI和T1CE圖像上的偏度值差異具有統計學意義(P<0.05)。

本研究結果顯示，在GLCM參數中，SFT/HPC在T1CE序列上的逆差矩和自相關值均大于AM，在ADC圖像上的熵值大于AM，與Kanazawa等[11]的研究結果一致。T1CE序列上的逆差矩、自相關性和ADC序列上的ASM、熵值的AUC均大于0.7。逆差矩表示圖像中像素信號強度的均勻性，自相關參數表示圖像中的毗鄰像素信號強度的線性相關性，二者均能夠反映腫瘤組織的異質性[13]。聯合T1CE序列的逆差矩和自相關2個參數，鑒別SFT/HPC與AM的陽性預測值為70.8%，陰性預測值為70.0%，符合率達70.5%。熵是度量圖像所具有的信息量的參數，它反映的是圖像上紋理的非均勻程度或復雜程度。有研究表明，熵值大小與腫瘤異質性有一定的關系，熵值越大代表腫瘤異質性越高[14-15]，本研究中ADC序列上熵鑒別兩種腫瘤的AUC為0.765，敏感度66.7%，特異度85.0%，陽性預測值為62.5%，陰性預測值為85.0%，符合率達72.7%，具有較高的鑒別效能。

本研究尚存在幾點局限性：首先、這是一項回顧性研究，由于SFT/HPC和AM是相對罕見的腫瘤，納入的樣本量相對較?。黄浯危狙芯恐袃H選取了腫瘤的實質部分來進行紋理分析，未對兩種腫瘤的瘤周水腫區進行分析，并進一步將MRI征象與紋理參數結合，以進一步提高鑒別效能；最后，紋理分析各項參數的意義與腫瘤生物學機制的相關性研究尚不充分，有待今后進行更深入的研究。

綜上所述，基于MRI圖像的紋理分析可以為SFT/HPC與AM的鑒別提供可靠的量化信息，提高影像診斷準確性，為臨床治療上選擇合適的術式及輔助治療方案提供幫助，最終降低腫瘤的復發率和遠處轉移的風險，具有重要的臨床應用價值。