張 媛 李彥龍 劉連鋒 張 濤 張 飛 馬旭陽 唐敏麗 呂 琳

作為臨床常見的一種非神經(jīng)上皮來源的顱腦腫瘤，腦膜瘤在全部顱腦腫瘤中的占比約為30%[1]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織提出的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)，將腦膜瘤分為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級[2]。在病理學(xué)分級上，多數(shù)腦膜瘤為Ⅰ級，即低級別，屬于良性，但仍有6%～10%的腦膜瘤患者為Ⅱ～Ⅲ級，即高級別，屬于惡性，此類患者術(shù)后腫瘤易復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移，對患者的生命安全造成極大的威脅[3]。

紋理分析是采用科學(xué)的圖像處理技術(shù)對紋理特征參數(shù)進(jìn)行提取，并采用數(shù)學(xué)方法對圖像的像素強(qiáng)度與空間分布特點(diǎn)進(jìn)行分析，可提高更多的定量信息[4-6]。紋理分析應(yīng)用于鑒別和診斷腫瘤患者的病理分級及預(yù)后狀況的評估，但目前有關(guān)其應(yīng)用于鑒別腦膜瘤患者術(shù)前病理分級的相關(guān)研究報道并不多見[7-8]。為此，本研究回顧性分析探討磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)圖像紋理分析在高級別和低級別腦膜瘤鑒別診斷中的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性收集2015年1月至2018年9月延安大學(xué)咸陽醫(yī)院收治的均經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的90例術(shù)前行常規(guī)MRI檢查的腦膜瘤患者的臨床資料，根據(jù)病理分級情況將其分為低級別組(73例)和高級別組(17例)。低級別組病理分級為Ⅰ級，其中男性32例，女性41例；年齡31～82歲，平均年齡(55.98±10.03)歲；腫瘤直徑10～72 mm，平均直徑(48.09±9.85)mm；腫瘤部位處于額部27例、頂部16例、枕部2例、顳部9例、小腦幕區(qū)5例、鞍區(qū)2例、橋小腦角區(qū)3例、蝶骨嵴5例以及巖斜區(qū)4例。高級別組病理分級為Ⅱ～Ⅲ級(包括Ⅱ級16例，Ⅲ級1例)。其中男性6例，女性11例；年齡29～80歲，平均年齡(54.36±9.78)歲；腫瘤直徑12～70 mm，平均直徑(49.97±10.35)mm；腫瘤部位處于頂部5例、顳部2例、枕部3例、額部4例、小腦幕區(qū)1例、鞍區(qū)1例以及蝶骨嵴1例。兩組患者在性別、年齡、腫瘤直徑及腫瘤部位的比較無明顯差異，具有可比性。

1.2 儀器設(shè)備

采用Verio 3.0T型超導(dǎo)型MRI掃描儀(德國Siemens公司)。

1.3 檢查方法

取正交頭顱線圈，先行常規(guī)MRI掃描，各序列包括T1加權(quán)像(T1-weighted image，T1WI)、T2加權(quán)像(T2-weighted image，T2WI)、彌散加權(quán)成像、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid-attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR)序列。對掃描參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：①T1WI，重復(fù)時間200 ms，回波時間2.50 ms，層厚5 mm，層間距1 mm，視野240 mm×240 mm；②T2WI，重復(fù)時間4000 ms，回波時間93 ms；③DWI，重復(fù)時間2800 ms，回波時間90 ms；④FLAIR序列，重復(fù)時間9000 ms，回波時間93 ms，b值取0、1000 s/mm2。隨后行增強(qiáng)掃描，分別行冠狀位、矢狀位及軸位T1WI掃描，掃描參數(shù)設(shè)置為重復(fù)時間450 ms，回波時間9 ms，層厚5 mm，層間距1 mm，視野250 mm×250 mm。以釓噴替酸葡甲胺為造影劑，經(jīng)肘靜脈注入0.10 mmol/kg。

1.4 圖像處理

于MRI圖像上，通過Image J軟件對腫瘤最大徑層面的感興趣區(qū)進(jìn)行勾畫，注意避開水腫區(qū)，去除增強(qiáng)、靜脈竇、大血管及偽影的腦膜，并將出血、囊變及壞死區(qū)去除。由2名醫(yī)學(xué)影像科醫(yī)師在不知患者病理結(jié)果的情況下進(jìn)行圖像處理和分析。

1.5 圖像紋理分析

采用Image J軟件，對增強(qiáng)T1WI、T2WI、表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)、FLAIR序列圖像感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)中的直方圖與灰度共生矩陣的參數(shù)進(jìn)行測量。各ROI均測量3次，取其均值為最終所測值。直方圖參數(shù)包括最小值、最大值、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度值及峰度值；灰度共生矩陣參數(shù)包括熵值、對比度及灰度共生矩陣的角秒矩(angular second moment，ASM)能量。

取具有統(tǒng)計學(xué)意義的指標(biāo)繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，分析ROC曲線下面積(area under curve，AUC)各參數(shù)對腦膜瘤術(shù)前病理分級的診斷價值，計算各參數(shù)診斷腦膜瘤術(shù)前病理分級的靈敏度和特異度。

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法

將相關(guān)數(shù)據(jù)錄入SPSS23.0版統(tǒng)計學(xué)軟件，符合正態(tài)分布的計量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，符合非正態(tài)分布的計量資料采用中位數(shù)進(jìn)行表示，組間比較采用秩和檢驗(yàn)；計數(shù)資料的比較則用x2檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

表1-1 兩組患者M(jìn)RI圖像中直方圖參數(shù)的比較

表1-2 兩組患者M(jìn)RI圖像中直方圖參數(shù)的比較

表1-3 兩組患者M(jìn)RI圖像中直方圖參數(shù)的比較

2 結(jié)果

2.1 兩組患者M(jìn)RI圖像中直方圖參數(shù)的比較

高級別組T2WI和FLAIR序列的最大值明顯高于低級別組，兩組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=2.45，t=3.38；P＜0.05)；T2WI、ADC和FLAIR序列的標(biāo)準(zhǔn)差明顯高于低級別組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=2.89，t=2.29，t=4.98；P＜0.05)；ADC和FLAIR序列的偏度值明顯高于低級別組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=9.96，t=24.53；P＜0.05)，而其他直方圖參數(shù)的比較無明顯差異(P＞0.05)，見表1。

2.2 兩組患者M(jìn)RI圖像中灰度共生矩陣參數(shù)的比較

相比低級別組，高級別組T1WI、T2WI、ADC及FLAIR序列的熵值明顯升高(t=4.62，t=3.00，t=3.42，t=2.93；P＜0.05)，T2WI序列的ASM能量值明顯下降(P＜0.05)，而其他序列灰度共生矩陣參數(shù)的比較并無明顯差異，見表2。

表2-1 兩組患者M(jìn)RI圖像中灰度共生矩陣參數(shù)的比較

表2-2 兩組患者M(jìn)RI圖像中灰度共生矩陣參數(shù)的比較

2.3 MRI圖像參數(shù)對鑒別腦膜瘤術(shù)前分級的診斷效能

對表1和表2中具有統(tǒng)計學(xué)意義的指標(biāo)行ROC曲線分析，其AUC值高于0.70的參數(shù)包括ADC序列的偏度值、T2WI及ADC序列的熵值，三者聯(lián)合檢測的AUC值為0.84，此時鑒別和診斷不同級別腦膜瘤的靈敏度為75.34%，特異度為88.24%。見表3和圖1。

表3 MRI圖像直方圖與灰度共生矩陣參數(shù)對鑒別腦膜瘤術(shù)前分級的診斷效能

圖1 MRI圖像參數(shù)對鑒別腦膜瘤術(shù)前分級的ROC曲線

3 討論

因腦膜瘤發(fā)生部位的不同，與腦膜和腦組織緊密程度亦有差異，并非全部腦膜瘤均可被完全切除。臨床醫(yī)師在術(shù)前難以有效評估不同腦膜瘤的病理分級，且術(shù)前常規(guī)MRI的形態(tài)學(xué)改變對腦膜瘤分級的評估作用并不明顯。與常規(guī)影像相比，紋理分析受影像科醫(yī)師的個人經(jīng)驗(yàn)和主觀因素的干擾較小，可為臨床提供影像科醫(yī)師經(jīng)肉眼不易觀察到的病變圖像客觀信息，因此具有潛在的臨床應(yīng)用前景。

本研究通過圖像紋理分析的角度定量分析腦膜瘤患者術(shù)前常規(guī)MRI圖像，對腫瘤異質(zhì)性進(jìn)行評估，旨在提高鑒別和診斷腦膜瘤病理分級的能力，從而為臨床鑒別、診斷及治療，特別是手術(shù)切除方案的選擇提供重要的影像學(xué)信息。本研究中相比低級別組，高級別組T2WI、ADC和FLAIR序列的標(biāo)準(zhǔn)差明顯升高，究其原因可能因腦膜瘤級別越低，其實(shí)質(zhì)成分較均勻，從而其所測的標(biāo)準(zhǔn)差值較?。欢X膜瘤級別越高，其實(shí)質(zhì)成分越復(fù)雜，越不均勻，且異質(zhì)性越大，因此其實(shí)質(zhì)部分所測的MRI圖像標(biāo)準(zhǔn)差值越大。國外研究表明，標(biāo)準(zhǔn)差值越大，表明腫瘤的異質(zhì)性越大，這與本研究結(jié)果相符[9]。

近期國內(nèi)研究表明，ADC全域直方圖參數(shù)中的偏度值在鑒別腦轉(zhuǎn)移瘤與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤方面的ROC曲線下面積為0.66，靈敏度為60.7%，特異度為60.0%[10]。本研究發(fā)現(xiàn)，相比低級別組，高級別組ADC和FLAIR序列的偏度值明顯升高；經(jīng)ROC曲線分析結(jié)果顯示，偏度值對腦膜瘤患者術(shù)前分級的評估具有一定的診斷效能，其臨界值為1.97，此時對應(yīng)的靈敏度為71.23%，特異度為70.59%。偏度的絕對值越大，表明其分布形態(tài)的偏斜程度越大[11]。大多數(shù)腦膜瘤為實(shí)質(zhì)性腫塊，包膜完整，經(jīng)頸外動脈單獨(dú)或參與供血，具有豐富的血供，部分腫瘤可伴有囊變、出血、壞死以及多發(fā)鈣化[12]。盡管本研究在感興趣區(qū)的選取上為腦膜瘤的實(shí)性部分，且避開常規(guī)MRI圖像上可見的出血、壞死及囊變區(qū)，但需要指出的是，在病理切片上，高級別的腦膜瘤實(shí)性部分可能存在極其微小的壞死和囊變區(qū)，而這些微小壞死和囊變在常規(guī)MRI圖像上并不能經(jīng)肉眼所區(qū)分。因此，根據(jù)體素的ADC偏度值可反映且放大腦膜瘤不同病理級別之間的差異性。直至目前，有關(guān)偏度值在鑒別腦膜瘤術(shù)前分級方面的研究報道較為少見，但有國外研究表明，相比低級別的膠質(zhì)瘤患者，高級別患者偏度值明顯增大[13]，這與本研究結(jié)果有相似之處。

除偏度值外，本研究發(fā)現(xiàn)熵值亦是鑒別腦膜瘤術(shù)前分級的重要MRI影像學(xué)參數(shù)。本研究結(jié)果顯示，相比低級別組，高級別組T1WI、T2WI、ADC及FLAIR序列的熵值明顯升高；本研究經(jīng)ROC曲線分析結(jié)果顯示，T2WI和ADC序列的熵值在鑒別高級別與低級別腦膜瘤方面的診斷效能較高，其AUC值分別為0.78和0.71，靈敏度分別為86.30%和60.27%，特異度分別為64.71%和82.35%。Park等[14]和Dercle等[15]研究認(rèn)為，熵值大小與腫瘤異質(zhì)性密切相關(guān)，熵值越大表明腫瘤異質(zhì)性越高，這與本研究結(jié)果相符。

本研究將ADC序列的偏度值、T2WI和ADC序列的熵值進(jìn)行聯(lián)合分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三者聯(lián)合檢測的AUC值為0.84，此時鑒別和診斷不同級別腦膜瘤的診斷效能明顯升高，其靈敏度為75.34%，特異度為88.24%，表明ADC序列的偏度值、T2WI和ADC序列的熵值在鑒別腦膜瘤術(shù)前分級方面具有較高的診斷效能，且三者聯(lián)合檢測可有效提高對鑒別高級別與低級別腦膜瘤的診斷價值，可克服單序列、單參數(shù)分析對腫瘤全面評估的局限性，而多序列、多參數(shù)可更為準(zhǔn)確、全面地評估腫瘤特點(diǎn)，提高鑒別腫瘤分級的診斷效能，因此建議臨床中采取多序列和參數(shù)紋理分析的方法。

MRI圖像紋理分析可為臨床應(yīng)用提供更多定量信息[16]。直方圖中的偏度值和灰度共生矩陣中的熵值可用于鑒別和診斷腦膜瘤的病理分級，且多序列、多參數(shù)聯(lián)合檢測具有較高的診斷效能。