MRI紋理分析在Ⅱ級和Ⅲ級腦膠質瘤鑒別診斷中的應用價值研究

李夢雙 劉耀賽 董麗娜 羅濤 徐凱

腦膠質瘤是最常見的顱內惡性腫瘤，約占顱內腫瘤的40%～50%，5年病死率僅次于胰腺癌和肺癌，是對人類健康造成極大危害的一類腫瘤。世界衛生組織（WHO）將腦膠質瘤分為Ⅰ～Ⅳ級，Ⅰ～Ⅱ級為低級別腦膠質瘤，Ⅲ～Ⅳ級為高級別腦膠質瘤。高級別腦膠質瘤預后明顯差于低級別腦膠質瘤[1]，且兩者在手術準備、術后評估、放化療時機等治療方法上均有不同[2]。MRI檢查是腦膠質瘤術前診斷最主要的輔助方法，但常規MRI檢查往往難以鑒別Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質瘤，從而無法在術前為制定最優治療方案提供參考，影響腦膠質瘤的治療效果。MRI紋理分析是指通過計算機圖像處理技術提取出MRI圖像的紋理特征參數，從而對圖像灰階分布特征、像素間關系和空間特征進行定量和定性描述，可提供肉眼無法識別的特征信息[3-4]。因此，本研究采用MRI紋理分析的方法，探討其在Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質瘤鑒別診斷中的應用價值，現報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2017至2018年在本院術前行MRI檢查并經手術病理學檢查確診為Ⅱ級或Ⅲ級腦膠質瘤的患者109例。納入標準：術前1個月內接受MRI檢查，且掃描序列齊全；術前未接受放化療；術后病理學檢查診斷為腦膠質瘤，且有分級診斷為Ⅱ級或Ⅲ級（根據2016年WHO中樞神經系統腫瘤最新分類標準）。排除標準：MRI圖像質量差，達不到后期處理要求。Ⅱ級腦膠質瘤患者56例，其中男28例，女28例；年齡30～69（48.1±10.7）歲。Ⅲ級腦膠質瘤患者53例，其中男27例，女 26 例；年齡 32～61（44.6±6.8）歲。Ⅱ級腦膠質瘤與Ⅲ級腦膠質瘤患者性別、年齡比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）。本研究經醫院醫學倫理委員會批準，患者知情同意。

1.2 方法

1.2 MRI檢查設備 采用GE Signal 3.0T或Discovery 750W 3.0T MRI儀，使用16通道頭部線圈。MRI對比劑：釓噴替酸葡甲胺（Gd-DPTA，德國拜耳醫藥有限公司），用量為0.2mmol/kg，注射速率為3.0 ml/s。增強掃描：T1WI軸位、矢位和冠位（TR=2 500ms，TE=24ms），層數 18，層厚 6.0mm，層間距 1.0mm，視野 FOV 240×240，NEX 2.0，矩陣 256×256。

1.3 MRI紋理分析 紋理分析測量遵循盲法原則，由2位頭頸部影像醫師在不知道病理學檢查結果的情況下獨立完成圖像特征提取，紋理分析數據結果取兩者平均值。將MRI以DICOM格式導入紋理分析軟件FireVoxel（http://wp.nyu.edu/FireVoxel）進行腫瘤分割，參照 T1WI、T2WI等序列，在T1增強軸位圖像上，對連續層面整個瘤體邊界進行手動勾畫感興趣區（ROI），包括腫瘤內部的囊變、壞死、出血、鈣化等所有瘤體內部信息，但不包括瘤體周圍的水腫，由紋理分析軟件自動分析得到標準差、偏度、峰度、熵值、一致性、相關性等定量參數。

1.4 統計學處理 采用SPSS 22.0統計軟件。正態分布的計量資料以表示，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。非正態分布的計量資料以M（P25，P75）表示，組間比較采用Wilcoxon秩和檢驗。計數資料組間比較采用χ2檢驗。以分組為因變量，以計算模型的預測值繪制受試者工作特征曲線（receiver operator characteristic curve，ROC），以約登指數（靈敏度+特異度-1）最大時的參數值為閾值，確定紋理分析各定量參數鑒別腦膠質瘤級別的靈敏度、特異度和準確度，以此來評估各定量參數的診斷效能。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

在MRI紋理分析中，Ⅱ級腦膠質瘤患者與Ⅲ級腦膠質瘤患者的標準差、熵值、一致性、相關性和逆差距等比較差異均有統計學意義（均P＜0.05），Ⅱ級腦膠質瘤患者標準差和熵值低于Ⅲ級腦膠質瘤患者，而一致性和逆差矩高于Ⅲ級腦膠質瘤患者，見表1。對標準差、熵值、一致性、相關性和逆差矩參數進行ROC曲線分析，顯示一致性參數的AUC為0.933，明顯優于其他參數，具備良好的診斷效能，在診斷靈敏度、特異度和準確度方面，遠超過其他參數，見表2～3。

表1 Ⅱ級腦膠質瘤患者與Ⅲ級腦膠質瘤患者MRI紋理分析定量參數比較

表2 標準差、熵值、一致性、相關性和逆差矩參數的ROC曲線AUC

表3 MRI紋理分析定量參數對Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質瘤的鑒別診斷效能

3 討論

低、高級別腦膠質瘤的準確分級對臨床治療方案選擇意義重大。腦膠質瘤的治療方案差異明顯，低級別腦膠質瘤一般采取單純性手術切除治療即可，而高級別腦膠質瘤需要在手術切除后予以放療或化療等輔助治療。盡管MRI常規序列所表現的瘤周水腫、占位效應、出血、壞死等特征有助于臨床診斷分級，但有時Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質瘤影像表現相似，誤診情況時有發生[4]。因此，尋找一種更為準確、有效的診斷方法對腦膠質瘤分級診斷尤為重要。

紋理分析是通過分析醫學圖像的灰階信息，不受影像醫師主觀判斷因素及臨床經驗的影響，客觀提供MRI圖像的各種信息，尤其對常規MRI檢查不易鑒別診斷的病變，紋理分析優勢更大[5]。本研究結果顯示，利用MRI紋理分析鑒別Ⅱ級和Ⅲ級腦膠質瘤具有一定的臨床價值，且一致性參數的鑒別診斷效能明顯優于其它參數值，有更高的靈敏度、特異度和準確度。熵值、一致性與圖像紋理的復雜度和不均質度有關，腫瘤內部結構越復雜、越不均勻，熵值就越大、一致性就越小；反之，熵值就越小、一致性就越大[6]。高級別腦膠質瘤內有更多不成熟血管，越高級別腦膠質瘤分化越差，復雜度和不均質度就越高[7]。Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質瘤在常規MRI上可表現為相似的影像學特點，但腫瘤不同復雜程度的病理學特點使其具有肉眼不能識別的圖像紋理差異。與Ⅲ級腦膠質瘤相比，Ⅱ級腦膠質瘤MRI圖像像素值總體分布趨勢相對集中，離散程度相對較小，直方圖形態相對陡峭，紋理更規則、更均勻，熵值較小、一致性參數相對較大；而Ⅲ級腦膠質瘤MRI圖像像素值總體分布趨勢相對較分散，離散程度相對較大，直方圖形態相對平緩，熵值較大、一致性參數相對較小。本研究結果顯示，Ⅱ級腦膠質瘤的熵值低于Ⅲ級腦膠質瘤，一致性高于Ⅲ級腦膠質瘤，差異具有統計學意義，表明Ⅲ級腦膠質瘤具有更大的異質性和復雜性，與其惡性程度高、預后差的生物學行為特點相符合。

目前，國內外有許多關于MRI紋理分析在輔助顱內腫瘤診斷、鑒別診斷方面的研究。Soni等[8]的研究認為熵值可以有效區分低級別腦膠質瘤和高級別腦膠質瘤。Xie等[9]研究結果表明基于動態增強的MRI成像，熵值（AUC 0.885）和逆差矩（AUC 0.901）能夠區分腦膠質瘤的分級，熵值反映了圖像中紋理的復雜程度，逆差矩值直接衡量局部圖像的均勻性。這與本研究結果相符合。孫振國等[10]研究發現，增強T1WI紋理分析的熵值與異質性參數可以提高對原發性腦淋巴瘤與高級別腦膠質瘤的鑒別能力。但以上諸研究中，或選擇腫瘤強化最大層面為ROI，所得到的紋理圖像不能完全顯示腫瘤內部信息；或選取方法較復雜，不利于臨床醫生觀察與使用。本研究選取了腫瘤所有層面作為ROI，通過簡單的紋理分析軟件，由2位頭頸部影像醫師審查，因此更能體現MRI紋理分析的優勢和特點。

本研究除了為回顧性研究外，尚存在一定的局限性，僅分析常規MRI序列紋理來鑒別Ⅱ級腦膠質瘤與Ⅲ級腦膠質瘤，未能分析功能成像。總之，常規MRI紋理分析通過軟件提取圖像紋理特征，能客觀、定量、多方位地分析腫瘤生物學行為及固有異質性。常規MRI紋理分析的部分參數（標準差、熵值、一致性、相關性和逆差距）可以為Ⅱ、Ⅲ級腦膠質瘤的術前鑒別診斷提供有效信息，其中一致性參數具有更高的診斷效能，在診斷靈敏度、特異度和準確度方面表現最好，可以為腦膠質瘤術前評估、術后放化療提供客觀依據。