馬楨 程敬亮 任琦 張勇 汪衛(wèi)建

多形性膠質(zhì)母細胞瘤（glioblastoma multiform，GBM ）、中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤（primary central nervous system lymphoma，PCNSL） 及 單 發(fā) 轉(zhuǎn) 移 瘤（solitary brain metastasis，SMT)是三種常見的惡性腦腫瘤，在影像表現(xiàn)上有部分重疊現(xiàn)象，如中央壞死周圍呈環(huán)狀強化并伴瘤周水腫[1]，這使得GBM與PCNSL和SMT鑒別時難度較大。且常規(guī)MRI雖已廣泛應(yīng)用于臨床，但對于腫瘤的組織類型及分級等鑒別作用較局限。全域直方圖分析可基于平掃與增強T1WI、T2WI和ADC等圖像進行分析，對提取出的病變圖像感興趣區(qū)的各層像素值灰度的分布情況進行統(tǒng)計分析，從而得到與疾病相關(guān)的鑒別分級等參數(shù)，并為我們提供了進一步鑒別腫瘤所需的具體分類方案。目前已有文獻[2-7]陸續(xù)報道有關(guān)全域直方圖分析法在某些疾病或腫瘤的分級、分類等方面的成功應(yīng)用。我們利用灰度直方圖介紹GBM、PCNSL及SMT三種常見惡性腫瘤的鑒別診斷。

1 對象與方法

1.1 研究對象 回顧分析鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院2013年5月至2017年10月經(jīng)手術(shù)病理證實的95例多形性膠質(zhì)母細胞瘤、中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤及單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①通過手術(shù)病理證實為膠質(zhì)母細胞瘤、中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤及單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤中的一種；②術(shù)前行MRI平掃及增強檢查，具有完善的影像資料包括軸位T1WI、T2WI、FLAIR、DWI和矢狀位增強T1WI；③MRI圖像質(zhì)量清晰。按照標(biāo)準(zhǔn)，多形性膠質(zhì)母細胞瘤29例，男13例，女 16例，年齡 10～69歲，平均（51± 15）歲；中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤38例，男18例，女20例，年齡 33～81 歲，平均（57±13）歲；單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤 28 例，男 15 例，女 13 例，年齡 36～76 歲，平均（60±13）歲。

1.2 資料收集 收集患者MRI圖像，選取出軸位T2WI、DWI及增強矢狀位T1WI三個序列。

1.3 磁共振成像方法 采用德國SIEMEMS skyra 3.0T磁共振成像系統(tǒng)，選取32通道頭顱線圈。受檢者仰臥位，保持自然放松，額面部呈水平位，鼻根部平行于線圈中線。平掃行軸位及矢狀位T1WI、軸位 T2WI、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（FLAIR）序列及 軸 位 DWI。 掃 描 參 數(shù) ：T1WI TR 260.0ms，TE 2.46 ms；T2WI：TR 3800 ms，TE 93.0 ms;FLAIR TR 4500 ms，TE 93.0 ms。 DWI掃描采用 SE-EPI序列， 選取b值為 0及1000 s/mm2，TR 3500 ms，TE 119 ms，視野范圍 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，增強掃描對比劑選用釓噴替酸葡胺（Gd-DTPA），劑量以 0.2 mmol/kg為準(zhǔn)，其掃描參數(shù)與常規(guī)平掃T1WI一致。

1.4 感興趣區(qū)的選取 將所有患者的MR圖像以.BMP格式從PACS工作站導(dǎo)出，導(dǎo)出時調(diào)整窗寬、窗位，并使所有圖像在窗寬、窗位上均保持一致，以T2WI為基礎(chǔ)行全域直方圖分析。

使用MaZda軟件在軸位T2WI圖像中沿全腫瘤邊緣手動勾畫出每一層的感興趣區(qū) (regions of interest，ROI)，軟件自動生成ROI的灰度直方圖，通過灰度直方圖分析計算得到以下參數(shù)：方差（Variance）、均 值 （Mean）、偏 度 （Skewness）、峰 度（Kurtosis）、第 1 百分位數(shù)（1st Perc.）、第 10 百分位數(shù)（10th Perc.）、第 50 百分位數(shù)（50th Perc.）、第90百分位數(shù) （90th Perc.）及第99百分位數(shù)99th Perc.）等[8]。該研究中所有勾畫的ROI均由兩位影像學(xué)專家指導(dǎo)完成。分別從三種腫瘤中隨機選取一個樣本并圈出腫瘤范圍，腫瘤區(qū)域用紅色填充，其對應(yīng)的標(biāo)記前后的圖像及計算出的直方圖可參考文獻[8]。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 21.0進行分析。計量資料通過x±s進行統(tǒng)計描述，檢測是否符合正態(tài)分布，數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布、方差齊的多組間比較采用單因素方差分析（ANOVA），組間兩兩比較進行LSD-t檢驗；數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)分布或方差不齊的多組間比較采用Kruskal-Wallis檢驗，組間兩兩比較進行Bonferroni法檢驗。檢驗水準(zhǔn)α=0.05。利用Medcalc軟件建立受試者工作特征曲線 （ROC曲線），以確定最佳的區(qū)分三組腫瘤之間診斷的臨界值，其中在進行ROC曲線分析的時候?qū)⒛易?、壞死面積大的腫瘤作為混雜因素剔除。計算曲線下面積（AUC），通過ROC曲線分析有統(tǒng)計學(xué)差異的參數(shù)在三組腫瘤之間的診斷效能，有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)在相應(yīng)兩組腫瘤之間的ROC曲線下面積即為具有最高的靈敏度和特異度。

2 結(jié)果

2.1 灰度直方圖統(tǒng)計學(xué)差異分析 由灰度直方圖分析得到的 9 個參數(shù)中，Mean （χ2=11.623）、Variance（χ2=32.389）、Skewness （χ2=17.214）、Kurtosis （F=13.496）、1st Perc.（χ2=4.843）、10th Perc.（χ2=4.87）、50th Perc.（χ2=12.661）、90th Perc.（χ2=15.399） 及99th Perc.（χ2=11.925）這 9 個參數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P 均＜0.05）（表 1），其中 Mean、Variance、Skewness、Kurtosis、50th Perc.、90th Perc.及 99th Perc.在膠質(zhì)母細胞瘤與中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤兩組之間差異 有 統(tǒng) 計 學(xué) 意 義 。 Mean、Skewness、Kurtosis、1st Perc.、10th Perc.、50th Perc.、90th Perc.及 99th Perc.在膠質(zhì)母細胞瘤與單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤兩組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。Variance、1st Perc.在中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤與單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤兩組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.2 鑒別效能分析 ROC曲線分別分析Mean、Variance、Skewness、Kurtosis、1st Perc.、10th Perc.、50th Perc.、90th Perc.及 99th Perc.這 9 個參數(shù)在三組腫瘤兩兩之間的鑒別診斷效能，有統(tǒng)計學(xué)差異的參數(shù)在分別對應(yīng)的兩組腫瘤之間的AUC見圖1～3，根據(jù)ROC曲線得出約登指數(shù)，選取了60%為最優(yōu)的靈敏度與特異度閾值，所以其中有＞60%的參數(shù)為效能較優(yōu)，＜60%的參數(shù)為效能較差；兼顧靈敏度和特異性選取的最佳臨界值見表2-4。其中在膠質(zhì)母細胞瘤與中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤兩組的鑒別之間方差的靈敏度為89.47%，特異度為68.97%，曲線下面積為0.88；膠質(zhì)母細胞瘤與單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤兩組的鑒別之間50th Perc.的靈敏度為85.71%，特異度為68.97%，曲線下面積為0.83；中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤與單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤兩組的鑒別之間1st Perc.的靈敏度為75%，特異度為60.53%，曲線下面積為0.70，具有較高的鑒別效能。

圖1 常規(guī)MRI直方圖參數(shù)鑒別膠質(zhì)母細胞瘤與中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤的ROC，選取最有意義的6個參數(shù)畫ROC曲線，均值、方差、峰度、50th Perc.、90th Perc.及 99th Perc.的 ROC 下面積分別為0.77、0.88、0.77、0.78、0.83、0.82

3 討論

在MRI的紋理特點中，全域灰度直方圖中中位數(shù)及灰度的不均一性、百分位數(shù)等特點有助于區(qū)分診斷過程中不易鑒別的疾病[8]。本研究所探討的即紋理分析中灰度直方圖的分析方法來鑒別膠質(zhì)母細胞瘤、中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤及單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤。

圖2 常規(guī)MRI直方圖參數(shù)鑒別膠質(zhì)母細胞瘤與轉(zhuǎn)移瘤的ROC，選取有意義的6個參數(shù)畫ROC曲線，均值、10th Perc.、50th Perc.、90th Perc.及 99th Perc.的 ROC下面積分別為 0.80、0.75、0.83、0.78及0.71

圖3 常規(guī)MRI直方圖參數(shù)鑒別中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤與轉(zhuǎn)移瘤的ROC，選取有意義的1個參數(shù)畫ROC曲線，1st Perc.的ROC下面積分別為0.70

膠質(zhì)母細胞瘤、中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤及單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤是顱內(nèi)較常見的三種惡性腫瘤，常規(guī)MRI可用于三者鑒別，但由于各腫瘤之間的影像學(xué)表現(xiàn)多有重疊，如增強MRI表現(xiàn)呈不規(guī)則的、均勻或不均勻的環(huán)形強化，中央壞死區(qū)部分可呈相對低強化，因此，常規(guī) MRI對 GBM、PCNSL和 MET的鑒別具有局限性[9]。近年來已有腫瘤定量分析等相關(guān)報道刊出，其對腫瘤的鑒別診斷具有更高的準(zhǔn)確性，可在術(shù)前作為一種非侵入性手段為腫瘤分級及分類提供更有臨床價值的信息，并為其提供腫瘤的手術(shù)切除范圍、臨床治療方案[10]。

表1 GBM、PCNSL、MET的MRI全域灰度直方圖參數(shù)結(jié)果

表2 常規(guī)MRI全域灰度直方圖參數(shù)鑒別GBM和PCNSL的ROC分析結(jié)果

表3 常規(guī)MRI全域灰度直方圖參數(shù)鑒別GBM和MET的ROC分析結(jié)果

表4 T2全域灰度直方圖參數(shù)鑒別PCNSL和MET的ROC分析結(jié)果

常規(guī)MRI全域灰度直方圖的分析方法為腫瘤鑒別提供了一個更全面的評估方法，降低了根據(jù)常規(guī)MRI圖像特征鑒別腫瘤所產(chǎn)生的局限性。以往關(guān)于直方圖分析的報道常常僅在感興趣區(qū)取一層或幾層圖像，其得出的數(shù)據(jù)僅反映腫瘤的局部數(shù)據(jù)，不能完全代表所選取的感興趣區(qū)域腫瘤感興趣的整體意義[11]，代表性較全域灰度直方圖差。全域灰度直方圖分析方法反映了病變區(qū)域每一層面的整體數(shù)據(jù)，可以較好地避免由于勾畫局部區(qū)域ROI而導(dǎo)致的抽樣誤差[12]，并且對該三種腫瘤的鑒別會更加可靠。

目前應(yīng)用全域直方圖分析方法鑒別顱內(nèi)該三種常見惡性腫瘤的研究還較少，本研究通過對峰度、偏度、均值、標(biāo)準(zhǔn)差、百分位數(shù)等9個灰度直方圖參數(shù)來評價其在3種常見惡性腫瘤中的統(tǒng)計學(xué)意義， 結(jié)果顯示 Mean、Variance、Skewness、Kurtosis、1st Perc.、10th Perc.、50th Perc.、90th Perc.及99th Perc.九個參數(shù)在三者之間差異存在統(tǒng)計學(xué)意義，提示灰度直方圖分析對該三種腫瘤鑒別診斷存在一定價值，其中在膠質(zhì)母細胞瘤與中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤兩組的鑒別之間 90th Perc.、99th Perc.，膠質(zhì)母細胞瘤與單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤兩組的鑒別之間90th Perc.、Mean，中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤與單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤兩組的鑒別之間1st Perc.這些參數(shù)的靈敏度與特異性較高，具有較高的鑒別效能，可能是對三種腫瘤兩兩鑒別較好的診斷參數(shù)。因此常規(guī)MRI全域直方圖分析方法對顱內(nèi)惡性腫瘤的鑒別診斷具有一定臨床意義，通過每種鑒別效能最高的參數(shù)診斷出這幾種常見的惡性腫瘤，更有助于臨床治療的選擇和預(yù)后。

本研究作為一個回顧性研究，在臨床病例中可能存在選擇性偏倚；受GBM、PCNSL和SMT發(fā)病率較低影響，本研究樣本量有限，后續(xù)的研究可增加樣本量，探索直方圖分析對腫瘤的不同病理類型之間是否有關(guān)聯(lián)。本研究顯示常規(guī)MRI全域灰度直方圖分析可為膠質(zhì)母細胞瘤、中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤與單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤提供信息，對三者鑒別提供客觀依據(jù)。