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(Department of MRI, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou 450052, China)

Application of MRI histogram analysis in assessment risk of medulloblastoma recurrence

ZHUChendi,ZHANGYong*,CHENGJingliang,LIYa,DONGAnke,ZHENGRuiping

(DepartmentofMRI,theFirstAffiliatedHospitalofZhengzhouUniversity,Zhengzhou450052,China)

Objective To explore the value of MRI histogram analysis in the risk assessment of medulloblastoma recurrence. Methods The data of 28 patients pathologically confirmed of medulloblastoma was analyzed retrospectively. All patients were divided into recurrent group and the non recurrent group (eachn=14). The ROIs were drawn on the maximum level of enhanced MR sagittal images, and the histogram analysis were performed using the software named Mazda. The statistical analysis was performed on the histogram parameters to find out the different characteristics between the two groups, and the ROC curve was drawn to evaluate its diagnostic efficacy for recurrence of medulloblastoma. Results In all of the 9 parameters which are extracted from histogram, kurtosis had statistical significance between the 2 groups (P=0.018). The area under the ROC curve was 0.776 (P=0.018), and the sensitivity and specificity of kurtosis in the risk assessment of medulloblastoma recurrence were 64.3% and 71.4%, respectively. Conclusion MRI histogram analysis can be an important method to assess the risk of medulloblastoma recurrence.

Medulloblastoma; Recurrence; Histogram analysis; Magnetic resonance imaging

髓母細胞瘤(medulloblastoma, MB)約占后顱窩腫瘤的40%，好發(fā)于兒童[1]，惡性程度高，目前標準治療方案以手術為主，輔以放療和化療等綜合治療，術后易復發(fā)或隨腦脊液沿蛛網(wǎng)膜下腔播散，預后較差，患者5年生存率為50%～70%[2]。復發(fā)是影響MB預后的獨立危險因素[3]，因此術前采用有效手段對MB患者進行復發(fā)風險評估，制定更具針對性的個體化治療方案對MB患者的預后有重要的影響。近年來，將醫(yī)學圖像紋理分析作為影像特征提取的重要方法，在疾病分析中的應用逐漸增多[4]。紋理分析法分為統(tǒng)計法、模型法、頻譜法和結構法等。本研究采用統(tǒng)計法中常用的灰度直方圖分析法，探討該方法在MB復發(fā)風險評估中的應用價值。

1 資料與方法

1.1一般資料 回顧性分析2009年6月—2016年5月間我院收治并經(jīng)手術病理證實為MB的28例患者資料，男19例，女9例，年齡4～38歲，平均(12.1±8.6)歲；腫瘤均位于后顱窩，所有患者均于術前及術后接受MR檢查(術后MRI隨訪≥2次)。入組標準：①經(jīng)手術病理證實為MB且術前無轉移證據(jù)；②術前及術后均在我院行MR平掃及增強檢查，均有矢狀位增強圖像，且術前及術后MR檢查掃描參數(shù)一致；③均行手術治療且于術后進行放化療。根據(jù)術后隨訪3年內是否復發(fā)將患者分為復發(fā)組和無復發(fā)組。其中復發(fā)組14例，男7例，女7例，平均年齡(10.4±6.9)歲，隨訪4～34個月，平均(14.0±10.3)個月，隨訪期限內發(fā)生原發(fā)部位強化或強化范圍擴大，或顱內其他部位或脊髓內多發(fā)異常強化區(qū)域；無復發(fā)組14例，男12例，女2例，平均年齡(13.9±10.1)歲，隨訪36～56個月，平均(38.0±8.1)個月，隨訪期間未發(fā)現(xiàn)復發(fā)。本研究經(jīng)我院醫(yī)學倫理委員會批準，受檢者均簽署知情同意書。

1.2儀器與方法 采用Siemems Skyra 3.0T磁共振成像系統(tǒng)，標準頭顱線圈。平掃行矢狀位及軸位T1WI、軸位T2WI、液體衰減反轉恢復(FLAIR)序列及軸位DWI。掃描參數(shù)：T1WI，TR 260 ms，TE 2.46 ms；T2WI，TR 3 800 ms，TE 93 ms；FLAIR，TR 4 500 ms，TE 93 ms。DWI掃描采用SE-EPI序列，b值為0、1 000 s/mm2，TR 3 500 ms，TE 119 ms；FOV 23 cm×23 cm，層厚5 mm，層間距0.3 mm，層數(shù)20。增強掃描行矢狀位、軸位及冠狀位T1WI，對比劑為Gd-DTPA，0.2 mmol/kg體質量，掃描參數(shù)同平掃T1WI。

1.3圖像分析 因增強T1WI顯示病變范圍較清晰，因此選取腫瘤最大層面矢狀位增強T1WI圖像，采用Mazda軟件沿腫瘤邊緣手動勾畫ROI，以紅色填充腫瘤區(qū)域，軟件可自動生成ROI的灰度直方圖(圖1)，獲得灰度平均值、方差、偏度、峰度、第1百分位數(shù)、第10百分位數(shù)、第50百分位數(shù)、第90百分位數(shù)、第99百分位數(shù)。

1.4統(tǒng)計學分析 采用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件。符合正態(tài)分布的計量資料以±s，2組間比較采用兩獨立樣本t檢驗；不符合正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)表示，2組間比較采用Wilcoxon秩和檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。對差異有統(tǒng)計學意義的參數(shù)建立ROC曲線并獲得曲線下面積(area under curve, AUC)，確定最佳臨界值，并計算敏感度、特異度。

2 結果

復發(fā)組與無復發(fā)組灰度直方圖各參數(shù)值見表1。復發(fā)組的峰度值大于無復發(fā)組，差異有統(tǒng)計學意義 (P=0.018，圖2)，其余參數(shù)2組間差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。

表1 復發(fā)組與無復發(fā)組灰度直方圖參數(shù)值比較(±s/中位數(shù))

表1 復發(fā)組與無復發(fā)組灰度直方圖參數(shù)值比較(±s/中位數(shù))

組別峰度灰度平均值方差偏度第1百分位數(shù)第10百分位數(shù)第50百分位數(shù)第90百分位數(shù)第99百分位數(shù)復發(fā)組1．78105．51±27．87525．050．28±1．5346．14±18．5278．50±21．17106．43±32．58131．00±29．46166．43±34．81無復發(fā)組0．78112．03±27．95559．80-0．18±0．6753．57±20．4979．00±23．55112．71±30．30141．29±35．98164．71±31．65t/Z值149．00-0．618194．001．038-1．006-0．059-0．529-0．8280．136P值0．0180．5420．5280．2000．3230．6680．6020．4150．893

圖1 髓母細胞瘤直方圖分析 A.MR增強矢狀位圖像; B.沿腫瘤邊緣手動勾畫ROI，以紅色填充腫瘤區(qū)域; C.獲得腫瘤灰度直方圖，橫坐標表示ROI內不同灰度值，縱坐標表示各灰度值出現(xiàn)的頻率

圖2 復發(fā)組與無復發(fā)組峰度值箱式圖 圖3 復發(fā)組峰度值ROC曲線

峰度的ROC曲線的AUC為0.776(P=0.018，圖3)，最佳臨界值為1.268，峰度>1.268則復發(fā)風險較高，峰度在評估MB治療后復發(fā)風險的敏感度及特異度分別為64.3%、71.4%。

3 討論

MB為高度惡性的胚胎源性腫瘤，5～7歲為其高發(fā)年齡[5]，起源于髓帆，生長迅速，手術切除仍是目前最主要的治療方法。MB患者術后治療方案較多，術后放療的療效已肯定，但進行放療的起始時間(尤其對于<3歲的兒童)、放療劑量以及是否需要聯(lián)合化療仍存在較多爭議。制定治療方案時，應綜合分析影響MB預后的因素，將MB患者進行危險度分級，從而對MB患者進行差異化治療，改善預后。腫瘤復發(fā)是影響MB預后的獨立危險因素，72%的患者復發(fā)于首次治療后的2年內[6]，術后復發(fā)的患者盡管均采取了積極地手術和放化療治療，但預后仍較差，因此術前評估MB患者的復發(fā)風險有助于制定更為有效的治療方案。

CT、MRI及超聲等醫(yī)學圖像中含有大量未提取的與臨床相關的影像特征，紋理分析作為一種新興技術，在醫(yī)學圖像影像特征提取中的應用越來越廣泛，對醫(yī)學圖像進行紋理分析可以提供量化依據(jù)，用于腫瘤的鑒別診斷、分期、分級以及預測治療反應等[7]。灰度直方圖是其中一種重要的圖像定量分析技術。灰度直方圖分析利用獲得的影像數(shù)據(jù)，通過數(shù)學方法評價ROI內灰階強度分布進而量化腫瘤內部異質性。Jirák等[8]對肝臟T2WI圖像進行分析，以區(qū)分肝硬化和正常肝組織；Nomori等[9]研究報道了CT直方圖有助于鑒別磨玻璃結節(jié)的病變，且可應用于轉移性卵巢癌或原發(fā)性腹膜癌化療療效的預測、腦腫瘤鑒別、乳腺癌療效評估及鑒別腦膠質瘤的真性進展與治療有關的變化[4,10-12]等。

本研究通過分析MRI灰度直方圖峰度、偏度、灰度平均值、方差、百分位數(shù)等9個參數(shù)，評價MRI灰度直方圖在MB復發(fā)風險評估中的應用價值；結果顯示，復發(fā)組的峰度值大于無復發(fā)組，峰度在MB復發(fā)風險評估中具有一定價值，AUC為0.776，以峰度值1.268為最佳臨界值診斷的敏感度為64.3%，特異度為71.4%，提示如術前分析腫瘤峰度值高于該閾值時，該MB患者術后復發(fā)風險較高，制定治療方案時需考慮其高復發(fā)風險采取相應措施。直方圖的峰度值為描述病變總體中所有灰度值分布形態(tài)的陡緩程度的統(tǒng)計量，反映與正態(tài)分布相比某一分布的相對尖銳或平坦度，正峰度值表示較正態(tài)分布尖銳的分布，負值代表較正態(tài)分布平坦的分布。由于復發(fā)組MB惡性程度相對更高，細胞致密，灰度值分布不均質，而未復發(fā)組MB分布相對均質[10]，故復發(fā)組峰度值更高。

不同MB亞型患者預后及復發(fā)風險不同，組織病理學與分子亞型分析是體現(xiàn)腫瘤異質性的金標準，直方圖分析也可通過獲取的一系列參數(shù)量化腫瘤內部異質性。與病理和分子生物學手段相比，影像學具有無創(chuàng)性，可在活體實時進行，有可重復性，使得基于圖像分析腫瘤微觀環(huán)境的臨床應用越來越受到重視。由于本研究樣本量有限，未進行不同MB亞型的分層研究，直方圖參數(shù)是否與病理及分子亞型之間存在關聯(lián)有待進一步研究。

總之，MRI增強圖像灰度直方圖分析的峰度值可用于評估MB復發(fā)風險，可為腫瘤治療方案的制定提供重要依據(jù)。

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5 英文題目 應簡明扼要，便于檢索，與中文題名內容上應一致，以不超過10個實詞為宜。除已得到整個科技界或本行業(yè)科技人員公認的縮略詞語外，不宜使用縮略詞語。

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7 英文單位 應與中文單位對應，按查閱本單位官方網(wǎng)站或咨詢相關職能部門，規(guī)范英文單位名稱。

朱晨迪(1990—)，女，河南汝州人，在讀碩士，醫(yī)師。研究方向：中樞神經(jīng)系統(tǒng)影像學診斷。E-mail: 1349722572@qq.com

張勇，鄭州大學第一附屬醫(yī)院磁共振科，450052。

2017-03-23

2017-06-25

MRI灰度直方圖分析在髓母細胞瘤復發(fā)風險評估中的應用

朱晨迪，張 勇*，程敬亮，李 婭，董安珂，鄭瑞平

(鄭州大學第一附屬醫(yī)院磁共振科，河南 鄭州 450052)

目的 探討MRI灰度直方圖分析在髓母細胞瘤復發(fā)風險評估中的應用價值。方法 回顧性分析我院經(jīng)手術病理證實的28例后顱窩髓母細胞瘤患者資料，根據(jù)術后隨訪3年內腫瘤是否復發(fā)將其分為復發(fā)組及未復發(fā)組，各14例。選取腫瘤MR增強矢狀位圖像最大層面，采用Mazda軟件勾畫ROI并進行灰度直方圖分析，對2組腫瘤直方圖參數(shù)特征進行統(tǒng)計學分析，獲得2組腫瘤間差異有統(tǒng)計學意義的參數(shù)特征，并繪制ROC曲線，評價其對髓母細胞瘤復發(fā)的診斷效能。結果 利用直方圖提取出的9個參數(shù)特征中，2組間峰度的差異有統(tǒng)計學意義(P=0.018)，其ROC曲線下面積為0.776(P=0.018)，最佳臨界值為1.268，峰度鑒別腫瘤復發(fā)風險的敏感度、特異度分別為64.3%、71.4%。結論 MRI灰度直方圖分析可作為評估髓母細胞瘤復發(fā)風險的重要輔助手段。

髓母細胞瘤；復發(fā)；直方圖分析；磁共振成像

R739.41; R445.2

A

1672-8475(2017)08-0480-04

E-mail: zhy6290@163.com

10.13929/j.1672-8475.201703036