全容積直方圖分析磁敏感信號強度對評估小兒腦腫瘤病理分級的價值

蔣小俊， 金科， 黃文雅， 高兵， 李君偉

小兒腦腫瘤的發病率僅次于兒童血液系統腫瘤，高居第二位[1-2]，術前明確腫瘤病理分級，對患者治療方案的制定及預后評估有重要意義。MRI在小兒腦腫瘤的定性及分級診斷中有著較為成熟的應用，既往文獻指出磁敏感加權成像(susceptible weighted imaging，SWI)能夠通過瘤內磁敏感信號(intratumoral susceptibility signals，ITSS)直觀反映瘤灶內微小靜脈及微出血灶，從而進一步判斷小兒腦腫瘤的病理級別[3]。目前，現有文獻僅依據ITSS這一半定量參數進行分析，受主觀因素影響較大，可重復性及一致性欠佳。本研究通過直方圖分析瘤內磁敏感信號強度，旨在探討SWI在小兒腦腫瘤定量診斷中的價值。

材料與方法

1.病例資料

搜集湖南省兒童醫院2016年1月-2019年1月間診治的小兒腦腫瘤患者的病例資料。病例納入標準：①均取得手術或穿刺病理結果；②均行常規磁共振及SWI掃描；③影像及臨床病理資料齊全。病例排除標準：①術前行放化療等相關性治療；②合并較大鈣化灶；③合并其他惡病質疾患。經過篩選后，共計納入小兒腦腫瘤患者38例，其中男21例，女17例，年齡5個月～11歲，中位年齡6歲。依據2016年WHO中樞神經系統腫瘤分類標準[4]，低級別(Ⅰ～Ⅱ級)腫瘤15例，其中毛細胞型星形細胞瘤7例為Ⅰ級，毛細胞粘液型星形細胞瘤8例為Ⅱ級；高級別腫瘤(Ⅲ～Ⅳ級)23例，其中室管膜細胞瘤8例為Ⅲ級，髓母細胞瘤10例為Ⅳ級，神經節細胞瘤2例為Ⅲ級，非典型畸胎瘤樣橫紋肌樣瘤(AT/RT)3例為Ⅳ級。

2.檢查方法

MRI檢查采用3.0T超導磁共振掃描儀(Siemens，Syngo)，8通道頭頸聯合線圈。檢查時患者取仰臥位，對不能配合檢查的患兒檢查前以0.5 mg/kg的劑量口服水合氯醛，熟睡后行MRI檢查。掃描序列包括常規橫軸面、冠狀面、矢狀面平掃、增強掃描以及SWI掃描。掃描參數：T1FLAIR，TR 2660 ms，TE 23 ms；T2FLAIR，TR 9005 ms，TE 153.5 ms；層厚6 mm，層間距1 mm，視野24 cm×18 cm，矩陣256×192。SWI序列掃描參數：TR 55.3 ms，TE 5.6 ms,層間距1.2 mm，視野22 cm×22 cm，矩陣320 ×288。

3.圖像及數據處理

掃描完成后，利用SWI后處理軟件自動得到校正的相位圖，并通過最小密度投影得到MinP圖，層厚2 mm。將后處理工作站自動生成的MinP圖全部導出至軟件 image J進行直方圖分析。對照常規及增強掃描確定瘤灶的位置及輪廓，然后在SWI圖像上逐層沿瘤灶邊緣勾畫感興趣區(Region of Interest，ROI)，并最終覆蓋整個病灶的所有層面。測量并計算整個瘤灶的磁敏感直方圖信號強度各參數值，包括最小值、平均值、中位數、最大值、偏度值及峰度值。

4.統計學分析

采用SPSS 17.0軟件進行統計學分析，以K-S法對計量資料進行正態性分布檢驗，若服從正態分布則以(均值±標準差)表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗。使用統計學軟件MedCalc v16.2，以受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析磁敏感直方圖各參數對不同級別小兒腦腫瘤的鑒別診斷效能，并計算曲線下面積(area under curve，AUC)、最佳診斷閾值以及對應的敏感度、特異度。以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.低、高級別小兒腦腫瘤磁敏感直方圖各參數值的比較

低、高級別小兒腦腫瘤的FLAIR、增強掃描、SWI、磁敏感直方圖及病理結果見圖1～2。低、高級別小兒腦腫瘤磁敏感直方圖各參數比較結果顯示，兩組最大值、峰度差異無統計學意義(P值均>0.05)；高級別小兒腦腫瘤的最小值、平均值、中位數均小于低級別小兒腦腫瘤，差異均有統計學意義(P值均<0.05)；高級別小兒腦腫瘤磁敏感直方圖以正偏態分布為主，低級別以負偏態分布為主，兩者偏度值差異有統計學意義(P<0.05，表1)。

表1 低、高級別小兒腦腫瘤磁敏感直方圖各參數值的比較

圖1 毛細胞型星型膠質細胞瘤(WHO Ⅰ級)患者，女，3歲。a)FLAIR序列圖像示左側小腦半球病灶呈稍高信號；b)增強掃描示病灶呈不均勻顯著強化；c)SWI圖示瘤灶極少條狀或簇狀低信號，出血與微血管的信號不明顯；d)磁敏感直方圖，圖形各參數值分布較窄，呈陡尖分布：e)鏡下可見疏松區，內含多極細胞(×400，HE)。

2.磁敏感直方圖對低、高級別小兒腦腫瘤的鑒別診斷效能

ROC分析結果顯示，最小值鑒別不同級別小兒腦腫瘤的診斷效能最高， 其AUC為0.867，對應的敏感度、特異度分別為100%、73.33%(表2，圖3)。

表2 直方圖信號強度參數鑒別不同級別膠質瘤的診斷效能

討 論

1.SWI在小兒腦腫瘤分級中的應用及成像基礎

SWI成像是以T2*加權梯度回波序列作為基本序列，通過對不同組織間的磁敏感性差異進行圖像對比，在顯示病灶內小血管及出血敏感性方面有著獨到的優勢，優于常規梯度回波序列，對腦內病變的診斷有著較高的臨床實用價值及應用范圍[5-6]。Kim等[7]提出按顱內腫瘤SWI圖上點狀、簇狀或片狀低信號的分布以瘤內磁敏感信號(ITSS)進行半定量分析，繼而進一步判斷病變的性質及分級。張忠陽等[3]通過SWI對小兒腦腫瘤進行研究，結果顯示與低級別小兒腦腫瘤相比，高級別小兒腦腫瘤的ITSS級別更高，原因如下：首先，高級別腦腫瘤的惡性生物學行為更明顯、侵襲性更強，需要的血供更豐富，故而新生小血管更多；其次，由于高級別腦腫瘤基礎代謝率較高，血管內氧合血紅帶白的消耗更明顯，故而血管內多為乏氧血紅蛋白；另外，高級別腦腫瘤過度增殖過程中易伴隨出血壞死，故而表現為磁敏感低信號增多[8-9]。

既往對SWI的研究僅依靠ITSS這一半定量指標進行分析，受主觀因素干擾較大，其可重復性及一致性欠佳。因此，有學者提出以直方圖分析磁敏感信號強度，繼而進一步獲取定量參數值。陳杰等[10]初步證實了磁敏感直方圖在鑒別腎乳頭狀癌與嫌色細胞癌的可行性。然而，磁敏感直方圖在小兒腦腫瘤中的應用鮮有文獻報道。

圖2 髓母細胞瘤(WHO Ⅳ級)患者，女，2歲。a)FLAIR序列圖像示小腦蚓稍高信號；b)增強掃描示病灶呈不均勻顯著強化；c)SWI圖示瘤灶內較多點狀、條狀ITSS；d)磁敏感直方圖，圖形各參數值分布較寬，呈扁平分布；e)鏡下可見致密的瘤細胞，瘤細胞排列成流水狀(×100，HE)。 圖3 磁敏感直方圖各參數鑒別診斷低、高級別小兒腦腫瘤的ROC曲線。

2.磁敏感直方圖在鑒別低、高級別小兒腦腫瘤中的價值

本研究結果顯示，高級別小兒腦腫瘤的最小值、平均值、中位數均小于低級別小兒腦腫瘤，這與高級別腦腫瘤存在更多的磁敏感低信號區是相對應的[5,8-9]，高級別腫瘤瘤內出血及乏氧微血管的增多是造成兩者差異的重要因素。此外，本研究結果還顯示小兒高級別腦腫瘤磁敏感直方圖以正偏態分布為主，而低級別腦腫瘤以負偏態分布為主，該結果提示小兒高級別腦腫瘤與低級別腦腫瘤相比，存在更多相對較小的磁敏感信號值，導致磁敏感信號體素值在直方圖中多集中偏向于曲線左側。進一步的ROC診斷效能分析結果顯示，磁敏感直方圖最小值對低、高級別小兒腦腫瘤的診斷效能最優，這可能是由于最小值最能夠反映瘤內磁敏感低信號等原因所致。

本研究存在一定局限性:首先，本研究入組病例數較少；其次，本研究屬于單中心回顧性研究，可能存在一定程度的選擇偏倚；最后，SWI能夠反映病灶出血及微小血管，表現為SWI低信號。然而，鈣化灶在SWI圖亦呈低信號改變，易與出血灶混淆，尤其是在全容積直方圖分析時顯得更為突出，因此本研究未能對合并較多鈣化的腫瘤進行入組研究。

綜上所述，本研究結果顯示通過直方圖分析磁敏感信號強度，對鑒別小兒低、高級別腦腫瘤具有較高的應用價值,可為SWI在小兒腦腫瘤的分級診斷提供量化的參考依據。