CT圖像紋理分析急性缺血性腦梗死的應用價值

張曉祥，張 衡，劉文華（通訊作者）

（江蘇大學附屬人民醫院影像科 江蘇 鎮江 21200）

急性缺血性腦梗死在腦梗死類型中是最常見的，在我國腦梗死類型中比 69.6%～70.8%；并且致死/致殘率高[1-3]；對疑似腦卒中患者《中國急性缺血性腦卒中診治指南2018》[4]推薦診斷流程中盡早盡快完成影像學評估，并且盡可能在到達急診室后60min內完成腦CT等基本評估并開始治療，早期有效的評估病及時進行治療能減少致死/致殘率。本研究探討常規CT平掃紋理分析技術在早期診斷急性缺血性腦梗死的可行性和價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集醫院2014年1月—2018年11月CT、MRI及臨床資料完整的急性缺血性腦梗死病人的資料。病例納入標準：（1）急性缺血性腦梗死初診患者并且未進行任何治療；（2）所有患者均在6小時內進行CT和MRI檢查；（3）對照組區域MRI圖像顯示無器質性病變；（4）急性缺血性腦梗死灶最大直徑大于1cm；（5）圖像完整且無明顯偽影。33例患者納入研究（發生于基底節區9例，小腦5例，腦橋2例，側腦室旁4例，額葉5例，顳葉6例，額顳頂葉2例）；男23例，女10例，年齡28～92歲，平均年齡58.28±15.24歲。

1.2 儀器與方法

采用simens sensation64排螺旋CT機掃描。掃描參數：120kV，200～250mA，矩陣512×512，螺距1.0，層厚及層間距5mm；西門子Avanto型1.5T MR，掃描序列T1WI，T2WI，FLAIR，DWI（b 值 1000），ADC。

1.3 圖像處理

從PACS工作站上以“.Dicom”格式將納入研究的CT平掃圖像導出，并調整所有圖像的窗寬、窗位，使其均保持一致。然后把圖像導入個人計算機內并用Image J（網址：https://imagej.nih.gov/ij/download.html）軟件對圖像進行紋理分析。由2名有經驗的頭頸組醫師共同選出急性缺血性腦梗死（判斷標準：MRI序列DWI上呈現高信號且ADC圖像上表現為低信號區域）的最大層面，如果兩者意見不統一時，通過協商達成共識。

1.4 提取圖像的紋理參數

采用Image J軟件分析急性缺血性腦梗死最大層面的平掃圖像。由1名具有5年頭頸組診斷經驗的醫師手動勾畫ROI研究對象（急性缺血性腦梗死及對稱側），ROI范圍的是根據MRI圖像確定CT圖像同一層面，并計算紋理特征參數（圖1、2、3、4）；紋理分析插件均設置為默認值，像素間距d=1，兩點之間連線與軸的夾角θ=0°，圖像類型選擇8 bit。選擇相應紋理分析插件提取圖像的紋理參數，包括灰度均值、最大強度、最小強度、熵、標準差、對比、偏度、峰態、逆差矩、角二階矩、相關。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖1/2/3/4：患者男性，47歲，左側額葉急性缺血性腦梗死；常規MRI檢查DWI（b值1000）高信號ADC低信號；CT平掃圖像左側額葉發病區及對側健側劃相同區域的ROI（已用image J 勾勒出病灶范圍）及ROI灰度直方圖。

1.5 統計學方法

采用SPSS22.0軟件進行統計分析。將研究對象分成急性缺血性腦梗死組及自身對稱側無器質性病變對照組，以±s表示，采用獨立樣本t檢驗（正態分布且方差齊）比較急性缺血性腦梗死組與對照組CT平掃紋理參數的差異。采用ROC曲線分析有統計學意義的參數預測診斷價值，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 表1顯示兩組間進行獨立樣本t檢驗的比較結果，兩組間提取的紋理參數中灰度均值（t=-2.74）、最大強度（t=-2.81）和最小強度（t=-2.24）的差異均有統計學意義（P均＜0.05），兩者間熵、標準差、對比、偏度、峰態、逆差矩、角二階矩、相關均無統計學意義（P＞0.05）。對有統計學意義的紋理參數灰度均值、最大強度和最小強度分別計算敏感性和特異性，其值分別為 87.9%、57.6%，63.6%、78.8%，57.6%、72.7%；通過ROC分析紋理參數灰度均值、最大強度和最小強度對診斷早期急性缺血性腦梗死有一定的準確性，表2顯示ROC曲線（圖5）下面積（AUC）值分別0.73、0.72和0.67（P均＜0.05）。

表1 急性缺血性腦梗死及對照組常規CT平掃紋理參數t檢驗結果

表2 灰度均值、最大強度和最小強度AUC值

圖5 灰度均值、最大強度和最小強度的ROC曲線圖

3 討論

腦卒中是威脅人類生命健康的常見腦血管疾病，具有“五高”特點，即高發病率、高復發率、高致殘率和高死亡率；提高缺血性腦梗死的早期診斷率，并進行積極治療可以降低死亡和致殘率。

《中國急性缺血性腦卒中診治指南2018》[4]推薦急診CT是疑似腦卒中病人首選影像學檢查方法，主要是因為CT檢查操作簡單、快速、方便、價格低廉，禁忌癥比磁共振檢查少；常規MRI檢查在早期診斷急性缺血性腦梗死方面明顯優于CT平掃，但其費用較高 、檢查時間比較長而且檢查過程存在禁忌證（如患者本身有幽閉恐怖癥、金屬植入物或心臟起搏器）等局限。

圖像紋理分析是近年來研究和應用較新的一種圖像處理技術，提取圖像中的像素分布進行數學分析；紋理分析技術能通過定量提取肉眼根本無法識別的紋理特征，來反映感興趣區內像素灰度值分布模式及變化規律新的技術手段，有助于進一步揭示病灶的異質性。影像學紋理分析最常用一階（單體素）和二階（雙體素）來描述體素、像素間灰度強度關系或其在圖像中位置關系的數學算法，其突出的優點在于可發現超出肉眼觀察范圍的圖像細節信息；客觀定量測量灰度的分布，并且不受主觀分析、專業水平以傳統醫學影像解釋固有限制的影響，在腫瘤病灶提取、定性、療效評估及預后預測方面具有較高價值[5-11]；但其在普通病變領域研究較少，利用CT紋理分析技術發現超出肉眼觀察范圍的圖像細節信息及異質性，研究急性缺血性腦梗死早期的CT平時圖像。本研究選取33例以MRI序列DWI（b值1000）上呈現高信號且ADC圖像上表現為低信號診斷為急性缺血性腦梗死的病例（DWI序列對水分子的運動的敏感性決定 ，彌散速度快的結構其信號衰減大，表現為低信號，彌散速度慢的結構其信號衰減小表現為高信號。急性缺血性腦梗死發生時，因為腦組織缺血缺氧引起細胞膜鈉一鉀離子泵ATP能量代謝異常，水和鈉離子向細胞內進行轉移，產生細胞毒性腦水腫，使局部水分子的彌散運動受到限制，所以在DWI上急性缺血性腦梗死區表現為高信號，而ADC減低，在ADC圖像上表現為低信號。），以自身對稱側無器質性病變區域為對照組進行CT平掃圖像紋理分析；提取了33例急性缺血性腦梗死組及對照組的CT平掃圖像的11個紋理特征參數進行獨立樣本t檢驗分析；結果灰度直方圖紋理參數（一階）和GLCM紋理參數（二階）中包括熵、標準差、對比、偏度、峰態、逆差矩、角二階矩、相關在早期診斷急性缺血性腦梗死無統計學意義（P均＞0.05）；而灰度均值、最大強度和最小強度在早期診斷急性缺血性腦梗死有統計學意義（P均＜0.05）。本研究對有統計學意義的3個紋理參數值繪制ROC曲線，結果顯示灰度均值、最大強度和最小強度的AUC分別為0.73、0.72和0.67，表明灰度均值、最大強度和最小強度能夠早期診斷急性缺血性腦梗死，有臨床應用價值。

本研究的局限性：（1）本研究樣本量小；（2）選取研究對象只勾畫二維單張圖像進行紋理分析，沒有進行三維紋理分析，而且對照組的ROI勾畫會有誤差。