基于常規(guī)MRI成像及紋理分析技術(shù)預(yù)測垂體大腺瘤質(zhì)地的價(jià)值

萬 強(qiáng),陳基明,劉厚軍,顏秀芳,劉 俊,梅光寶

(1.皖南醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院 放射影像科,安徽 蕪湖 241000;2.皖南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 弋磯山醫(yī)院 放射科,安徽 蕪湖 241001)

垂體腺瘤是較為常見的顱內(nèi)腫瘤,發(fā)病率逐年升高[1]。垂體大腺瘤常會壓迫患者視神經(jīng),出現(xiàn)頭暈、視力下降等癥狀,嚴(yán)重者甚至可導(dǎo)致失明[2]。常規(guī)采用手術(shù)切除的方式進(jìn)行治療,且術(shù)后的效果較好[3]。臨床上手術(shù)方式主要包括經(jīng)蝶竇切除及開顱切除,質(zhì)軟腫瘤經(jīng)蝶竇切除的效果較好,而質(zhì)硬腫瘤通常開顱手術(shù)更為合適。因此垂體大腺瘤的質(zhì)地對于手術(shù)方式的選擇至關(guān)重要[4]。有研究指出CT密度、紋理參數(shù)在不同質(zhì)地垂體大腺瘤間存在差異[5]。紋理分析可以揭示腫瘤病灶內(nèi)潛在的病理及生理學(xué)異質(zhì)性[6-7]。目前,已用于多種疾病的診斷、鑒別及分級分期中[8-10],但用于垂體大腺瘤質(zhì)地的研究少有報(bào)道。本研究通過術(shù)前分析大腺瘤MRI不同序列信號特點(diǎn),聯(lián)合紋理分析技術(shù)對垂體腺瘤病灶進(jìn)行測定,并與術(shù)中所見瘤體質(zhì)地進(jìn)行比較,評估MRI信號及紋理分析技術(shù)在垂體大腺瘤質(zhì)地中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析弋磯山醫(yī)院、皖南醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院經(jīng)手術(shù)切除的垂體大腺瘤患者共103例(其中弋磯山醫(yī)院100例,皖南醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院3例),根據(jù)術(shù)中所見分為質(zhì)軟組(n=59)與質(zhì)硬組(n=44),男50例,女53例,平均年齡(52.0±12.4)歲。根據(jù)腫瘤分泌功能分為有功能腺瘤(包括一種或多種分泌功能)79例和無功能腺瘤24例。納入標(biāo)準(zhǔn):①術(shù)前均經(jīng)過MRI平掃及增強(qiáng)檢查,臨床和影像資料齊全;②經(jīng)過術(shù)后病理的明確診斷;③腫瘤直徑≥1 cm。排除標(biāo)準(zhǔn):①腫瘤內(nèi)伴有明顯囊變、壞死;②腫瘤直徑<1 cm;③術(shù)前經(jīng)過激素或者放射治療;④有MRI檢查禁忌證。

1.2 儀器和方法 采用美國GE Signa HDxt 3.0T MR磁共振掃描儀,應(yīng)用8通道頭部線圈。囑患者仰臥位,常規(guī)采用冠狀及矢狀位掃描。掃描序列及參數(shù):所有患者均行矢狀位及冠狀位快速自旋回波T1加權(quán)成像(FSE T1WI):重復(fù)時(shí)間(TR) 560 ms,回波時(shí)間(TE)6.7 ms;T2WI:TR 2 000 ms,TE 112.6 ms;層厚2 mm,層間距0.2 mm,視野(FOV)22 cm×22 cm,矩陣320×256;增強(qiáng)掃描參數(shù)同T1WI,采用雙筒高壓注射器靜脈團(tuán)注對比劑Gd-DTPA,注射流速2.5 mL/s,劑量0.1 mmol/kg。

1.3 圖像處理與特征提取 圖像處理與分析:由2名高年資MRI診斷醫(yī)師(具有15年以上工作經(jīng)驗(yàn))在PACS系統(tǒng)共同閱片,意見不一致時(shí)協(xié)商解決,觀察垂體大腺瘤的大小、形態(tài)、信號特點(diǎn)等。在增強(qiáng)圖像上測量腫瘤各徑線,并記錄其最大徑。分別在冠狀位T1WI、T2WI與T1WI增強(qiáng)序列觀察比較腺瘤與右側(cè)顳葉白質(zhì)間的信號強(qiáng)度差異。

特征提取:將所有患者M(jìn)RI圖像從PACS系統(tǒng)以DICOM格式導(dǎo)入ITK-SNAP(Version3.6)軟件,由2名醫(yī)師分別在冠狀位T1WI、T2WI和T1WI增強(qiáng)圖像上沿病灶邊緣逐層手動勾畫ROI,并進(jìn)行三維融合(圖1),然后導(dǎo)入AK(GE Healthcare Analysis Kit)軟件提取紋理特征。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)評價(jià)2名醫(yī)師提取特征的一致性。

A.在冠狀位沿垂體腺瘤病灶邊緣勾畫ROI;B.在矢狀位沿垂體腺瘤病灶邊緣勾畫ROI;C.ROI三維融合示意圖。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用R軟件(版本3.5.2)和SPSS 26.0軟件。連續(xù)性變量采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(正態(tài)分布且方差齊)或Mann-WhitneyU檢驗(yàn)(偏態(tài)分布或方差不齊)比較;采用單因素Logistic回歸分析MRI特征和紋理特征,進(jìn)一步進(jìn)行多因素Logistic回歸分析并建模,繪制受試者工作特征(ROC)曲線評估MRI特征、紋理特征和模型的鑒別診斷效能。模型間曲線下面積(AUC)的比較采用DeLong檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 患者一般臨床資料 垂體大腺瘤的質(zhì)地與性別、年齡、分泌功能相關(guān)性無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),而與腫瘤的最大直徑有關(guān)(P<0.01),見表1。

表1 質(zhì)軟組與質(zhì)硬組患者一般臨床資料

2.2 一致性評估 2名醫(yī)師對MRI圖像紋理特征獲取的一致性較好,ICC值為0.874(95%CI:0.819～0.913)。2名醫(yī)師對MRI圖像信號強(qiáng)度獲取的一致性較好,ICC值為0.863(95%CI:0.804～0.905)。

2.3 磁共振信號與垂體腺瘤質(zhì)地的相關(guān)性 質(zhì)軟組與質(zhì)硬組垂體大腺瘤在磁共振T2WI加權(quán)信號間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),T2WI加權(quán)信號高的質(zhì)地較軟,T2WI加權(quán)信號低的質(zhì)地較硬,見表2。

表2 質(zhì)軟組和質(zhì)硬組MRI信號比較

2.4 紋理參數(shù)及模型分析 AK軟件共提取3 132個(gè)紋理特征,經(jīng)Sperman相關(guān)分析篩選獲得260個(gè),再經(jīng)最小絕對收縮和選擇算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)回歸模型降維后得到價(jià)值最大的9個(gè)特征(表3),其中T1WI圖像1個(gè)特征,T2WI圖像3個(gè)特征,增強(qiáng)圖像5個(gè)特征。質(zhì)硬組大腺瘤的紋理特征參數(shù)值均大于質(zhì)軟組(表3)。

表3 質(zhì)軟組和質(zhì)硬組的各期紋理參數(shù)比較

單因素回歸分析顯示,T1C_ShortRunHighGreyLevelEmphasis_AllDirection_offset4鑒別垂體大腺瘤質(zhì)地的AUC值較高(0.843)(表4);多因素Logistic回歸分析顯示聯(lián)合模型鑒別2種質(zhì)地腫瘤的AUC最高(0.995)(表4～5、圖2)。

表4 MRI特征、紋理參數(shù)及模型鑒別垂體大腺瘤質(zhì)地的效能

表5 聯(lián)合模型鑒別垂體大腺瘤質(zhì)地的多因素Logistic回歸分析方程

圖2 MRI信號、紋理參數(shù)及其模型鑒別垂體大腺瘤質(zhì)地的ROC曲線

3 討論

本研究納入多種與垂體大腺瘤質(zhì)地相關(guān)的臨床特征,結(jié)果顯示垂體大腺瘤的質(zhì)地與年齡、性別及激素分泌功能的相關(guān)性無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,與郭強(qiáng)等的研究結(jié)果一致[11]。本研究發(fā)現(xiàn)大腺瘤的最大徑與腺瘤本身的質(zhì)地有關(guān),其中質(zhì)硬組的垂體大腺瘤直徑明顯大于質(zhì)軟組,分析可能是由于質(zhì)硬組垂體大腺瘤多無明顯的癥狀,腫瘤發(fā)現(xiàn)較晚所致,但武春雪等[12]研究認(rèn)為大腺瘤直徑?jīng)]有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,這可能與樣本量有關(guān)。既往研究表明T1WI加權(quán)信號在垂體大腺瘤質(zhì)地間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,本研究的結(jié)果與之一致[13]。T2WI加權(quán)信號能更好地反映腫瘤的質(zhì)地,T2WI加權(quán)低信號的大腺瘤質(zhì)地偏硬,分析可能是由于質(zhì)硬腫瘤內(nèi)部纖維化程度過高,自由水和結(jié)合水的比例下降,促使腫瘤T2WI加權(quán)信號降低[14]。本研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)硬大腺瘤的T2WI加權(quán)信號偏低,這與既往的研究相似[15]。研究指出大腺瘤的質(zhì)地與T1WI增強(qiáng)信號無關(guān),本研究得出的結(jié)論與之類似。目前MRI信號預(yù)測垂體大腺瘤質(zhì)地尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),有待更進(jìn)一步的研究。

雖然MRI信號在鑒別垂體大腺瘤質(zhì)地中具有一定的作用,但單純依據(jù)影像特征做鑒別診斷主觀性較強(qiáng),且與醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。MRI紋理特征分析能客觀反映腫瘤內(nèi)部的生理生化信息,反映腫瘤的異質(zhì)性。本研究最終共篩選出9個(gè)紋理參數(shù)在鑒別垂體大腺瘤質(zhì)地中有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,包括1個(gè)一階灰度直方圖和8個(gè)二階共生矩陣類GLCM和游程長度矩陣類RLM紋理參數(shù)。提取的9個(gè)紋理特征中RLM的短期高灰度級的重點(diǎn)(ShortRunHighGreyLevelEmphasis_AllDirection)最多,分析可能是由于ShortRunHighGreyLevelEmphasis_AllDirection反映灰度分布的混亂程度,而質(zhì)硬的垂體大腺瘤內(nèi)部纖維化程度不斷增加,使質(zhì)硬的垂體大腺瘤內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜和不均質(zhì)性。本研究中9個(gè)紋理參數(shù)值在質(zhì)硬組中均高于質(zhì)軟組,其中T1C_ShortRunHighGreyLevelEmphasis_AllDirection_offset4鑒別垂體大腺瘤質(zhì)地的AUC最高(0.843)。紋理參數(shù)構(gòu)建的模型鑒別2種質(zhì)地腺瘤能力明顯提高(AUC=0.990)。這是因?yàn)閱螀?shù)單序列只能反映腫瘤某一部分的異質(zhì)性,多序列多參數(shù)能更為全面地了解腫瘤的異質(zhì)性。而MRI特征結(jié)合紋理參數(shù)構(gòu)建的聯(lián)合模型則進(jìn)一步提高了鑒別診斷效能(AUC=0.995),這可能與紋理參數(shù)僅僅反映病灶特征,而MRI特征包括了病灶周圍特征有關(guān)。

本研究不足之處在于:樣本量較少,質(zhì)硬腫瘤更少;術(shù)中對腫瘤質(zhì)地的判斷主觀性較強(qiáng),缺乏術(shù)后病理膠原成分的對照分析;紋理特征提取過程中,手動勾畫ROI受個(gè)人經(jīng)驗(yàn)影響較大。

總之,依據(jù)MRI信號判斷垂體大腺瘤質(zhì)地具有一定局限性,而MRI特征結(jié)合紋理參數(shù)構(gòu)建的模型對于垂體大腺瘤質(zhì)地的鑒別診斷效能最高,可為擬行垂體大腺瘤手術(shù)的患者術(shù)前入路的選擇提供客觀依據(jù)。