許 珂，張 勇，程敬亮，朱晨迪，汪衛(wèi)建

（鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院磁共振科，河南 鄭州 450052）

顱內(nèi)腫瘤占兒童時期中樞神經(jīng)腫瘤的90%以上，4～15歲兒童則以幕下腫瘤更為常見，約50%的兒童顱內(nèi)腫瘤位于后顱窩[1]。最為常見的腫瘤有室管膜瘤、星形細(xì)胞瘤、髓母細(xì)胞瘤。兒童后顱窩腫瘤臨床癥狀多不典型，早期體征不明顯，易互相混淆。常規(guī)MRI對兒童后顱窩腫瘤的范圍、部位、信號特點及與周圍組織的關(guān)系顯示較好[2]，但對鑒別腫瘤組織類型及分級的作用較小。

基于腫瘤的磁共振全域直方圖分析是一種新的基于像素分布的圖像分析方法，基于磁共振圖像提取病變感興趣區(qū)（ROI）每一層面的像素值，通過計算平均值獲得腫瘤實質(zhì)部分的分析數(shù)據(jù)，對腫瘤灰度分布情況進(jìn)行分析，提供與疾病鑒別分級有關(guān)的參數(shù)，可為腫瘤的鑒別或分級提供更多定量信息。直方圖分析在腎上腺皮質(zhì)、膠質(zhì)瘤、神經(jīng)鞘瘤和腦膜瘤等疾病分級或評估預(yù)后的研究中已有報道[3-5]，也有將直方圖分析用于兒童后顱窩腫瘤的研究報道[6]。

1 資料與方法

1.1 研究主體

2014年6月—2017年2月收集我院進(jìn)行腦部磁共振成像檢查經(jīng)病理證實的兒童后顱窩腫瘤患者76例，其中室管膜細(xì)胞瘤25例（男13例，女12例），星形細(xì)胞瘤26例（男12例，女14例），髓母細(xì)胞瘤25例（男19例，女6例），年齡1～14歲，并對影像資料進(jìn)行回顧性分析。該病患的臨床首發(fā)癥狀多以頭暈、頭痛、嘔吐、共濟(jì)失調(diào)等為主。納入標(biāo)準(zhǔn)：①在我院進(jìn)行過MRI平掃及增強(qiáng)檢查被診斷為后顱窩腫瘤，影像資料完整，包括軸位T1WI、T2WI、FLAIR、DWI和增強(qiáng)T1WI；②通過手術(shù)病理進(jìn)一步確診為室管膜瘤、星形細(xì)胞瘤或髓母細(xì)胞瘤；③MRI圖像質(zhì)量清晰。

1.2 磁共振成像方法

采用德國Siemens Skyra 3.0T磁共振掃描儀和32通道頭線圈。常規(guī)MR成像包括：平掃T1WI軸位和矢狀位、T2WI軸位、DWI軸位及液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（FLAIR）序列。掃描參數(shù)如下：T1WI：TR 260.0 ms，TE 2.46 ms；T2WI：TR 3 800 ms，TE 93.0 ms；DWI采用SE-EPI序列，b值取0及1 000 s/mm2兩種，TR 3500ms，TE 119ms；范圍23cm×23cm，層間距0.3mm，層厚5 mm，層數(shù)20。FLAIR序列：TR 4 500 ms，TE 93.0 ms。增強(qiáng)掃描序列包括軸位、矢狀位和冠狀位T1WI，其對比劑均為釓噴替酸葡胺（Gd-DTPA），劑量為0.2 mmol/kg，掃描參數(shù)均與平掃T1WI相同。

1.3 圖像處理

1.3.1 圖像選取

從PACS工作站以BMP格式導(dǎo)出所有患兒的MR圖像，同時調(diào)整窗寬、窗位，使所有圖像在窗寬、窗位上保持一致性，鑒于增強(qiáng)T1WI矢狀位上顯示病變最佳，因此將增強(qiáng)T1WI矢狀位圖像作為首選，進(jìn)行全域直方圖分析。

1.3.2 ROI選取及全域直方圖分析

通過Mazda軟件沿病變增強(qiáng)T1WI矢狀位圖像全腫瘤邊緣手動勾畫每一層ROI，ROI的灰度直方圖由軟件自動生成，通過灰度直方圖分析計算得到下列參數(shù)：均值、腫瘤變異度、峰度、偏度、第99百分位數(shù)、第90百分位數(shù)、第50百分位數(shù)、第10百分位數(shù)、第1百分位數(shù)等。3種腫瘤中分別隨機(jī)選取1個樣本作為示例，隨機(jī)圈出1層腫瘤區(qū)域，該層腫瘤區(qū)域使用紅色填充，分別對應(yīng)的標(biāo)記前的原始圖像如圖1～3所示。本次研究所有樣本選取ROI均由3位影像學(xué)專家的指導(dǎo)完成勾畫。

1.4 統(tǒng)計分析

2 結(jié)果

2.1 3種腫瘤的直方圖參數(shù)比較

軟件運(yùn)行出的直方圖如圖4～6所示。3組腫瘤灰度直方圖各參數(shù)值統(tǒng)計結(jié)果見表1。由灰度直方圖分析得到的9個參數(shù)中，均值、變異度、偏度、第10百分位數(shù)、第50百分位數(shù)及第99百分位數(shù)這6個參數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05），其中均值、偏度、第10百分位數(shù)及第50百分位數(shù)在室管膜瘤與星形細(xì)胞瘤兩組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，均值、變異度、偏度、第10百分位數(shù)及第99百分位數(shù)在星形細(xì)胞瘤與髓母細(xì)胞瘤兩組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，變異度、第99百分位數(shù)在室管膜瘤與髓母細(xì)胞瘤兩組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。其余3個參數(shù)峰度、第1百分位數(shù)、第90百分位數(shù)在3組間無顯著性差異（P均＞0.05）。

圖4 軟件運(yùn)行出的室管膜瘤直方圖。Figure 4.Histogram of ependymoma.

圖5 軟件運(yùn)行出的星形細(xì)胞瘤直方圖。Figure 5.Histogram of astrocytoma.

圖6 軟件運(yùn)行出的髓母細(xì)胞瘤直方圖。Figure 6.Histogram of medulloblastoma.

表1 3組兒童后顱窩腫瘤全域灰度直方圖參數(shù)統(tǒng)計分析（）

表1 3組兒童后顱窩腫瘤全域灰度直方圖參數(shù)統(tǒng)計分析（）

注：1：與室管膜瘤比較，P＜0.05；2：與星型細(xì)胞瘤比較，P＜0.05。

2.2 直方圖參數(shù)的ROC曲線分析

ROC曲線分別分析均值、變異度、偏度、第10百分位數(shù)、第50百分位數(shù)及第99百分位數(shù)等6個參數(shù)在3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)分別在對應(yīng)的兩組腫瘤之間的AUC見圖7，兼顧靈敏度和特異度選取的最佳臨界值見表2～4。在室管膜瘤與星形細(xì)胞瘤兩組的鑒別中第50百分位數(shù)的靈敏度為81.3%，特異度為80.5%，AUC為0.808，最佳臨界值68.04；星形細(xì)胞瘤與髓母細(xì)胞瘤兩組的鑒別中變異度的靈敏度為87.5%，特異度為81.7%，AUC為0.838，最佳臨界值408.32；室管膜瘤與髓母細(xì)胞瘤兩組的鑒別中變異度的靈敏度為83.3%，特異度為80.0%，AUC為0.813，最佳臨界值198.10。

3 討論

3.1 增強(qiáng)全域灰度直方圖的臨床應(yīng)用

圖7a 室管膜瘤與星形細(xì)胞瘤之間均值、第10百分位數(shù)、第50百分位數(shù)的ROC曲線，AUC分別為0.796、0.758、0.808。Figure 7a.The ROC curves of mean,Perc.10%,Perc.50%between ependymoma and astrocytoma,the AUC were 0.796,0.758,0.808.

圖7b 室管膜瘤與星形細(xì)胞瘤之間偏度的ROC曲線，AUC為0.642。Figure 7b.The ROC curves of skewness between ependymoma and astrocytoma,the AUC was 0.642.

圖7c 星形細(xì)胞瘤與髓母細(xì)胞瘤之間變異度、偏度、第99百分位數(shù)的ROC曲線，AUC分別為0.838、0.567、0.735。Figure 7c.The ROC curves of variance,skewness,Perc.99%between astrocytoma and medulloblastoma,the AUC were 0.838,0.567,0.735.

表2 均值、偏度、第10百分位數(shù)及第50百分位數(shù)對室管膜瘤與星形細(xì)胞瘤的鑒別效能

表3 均值、變異度、偏度、第10百分位數(shù)及第99百分位數(shù)對星形細(xì)胞瘤與髓母細(xì)胞瘤的鑒別效能

圖7d 星形細(xì)胞瘤與髓母細(xì)胞瘤之間均值、第10百分位數(shù)的ROC曲線，AUC分別為0.563、0.763。Figure 7d.The ROC curves of mean,Perc.10%between astrocytoma and medulloblastoma,the AUC were 0.563,0.763.

表4 變異度、第99百分位數(shù)對室管膜瘤與髓母細(xì)胞瘤的鑒別效能

全域灰度直方圖分析可基于ADC、平掃與增強(qiáng)T1WI和T2WI圖像進(jìn)行分析，提取病變圖像ROI的每一層像素值的灰度分布情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而獲得大量與疾病鑒別分級有關(guān)的參數(shù)，為進(jìn)一步鑒別腫瘤提供了具體的優(yōu)化分類方法。目前已有文獻(xiàn)報道腫瘤全域直方圖分析法在疾病或腫瘤的分級、分類等方面得到了成功應(yīng)用。Xu等[7]曾采用全腫瘤直方圖分析鑒別神經(jīng)鞘瘤和腦膜瘤，Ryu等[8]曾應(yīng)用磁共振彌散加權(quán)成像全腫瘤直方圖分析在腫瘤異質(zhì)性方面進(jìn)行評價。

圖7e 室管膜瘤與髓母細(xì)胞瘤之間變異度、第99百分位數(shù)的ROC曲線，AUC分別為0.813、0.800。Figure 7e.The ROC curves of variance,Perc.99%between ependymoma and medulloblastoma,the AUC were 0.813,0.800.

3.2 增強(qiáng)全域灰度直方圖與傳統(tǒng)磁共振分析方法的對比

基于臨床MRI的圖像特征可以鑒別主要兒童后顱窩腫瘤類型，已成為兒童后顱窩腫瘤術(shù)前診斷的首選方法[9]。但室管膜瘤、星形細(xì)胞瘤、髓母細(xì)胞瘤這3種腫瘤的MRI表現(xiàn)具有部分相似性，如：發(fā)病部位及年齡相似，均易發(fā)生囊變，均有明顯強(qiáng)化。而近年來較多文獻(xiàn)報道了腫瘤的MRI定量分析在腫瘤鑒別中具有更高的診斷價值，大量文獻(xiàn)報道星形細(xì)胞瘤平均ADC值要明顯高于髓母細(xì)胞瘤和室管膜瘤，但髓母細(xì)胞瘤和室管膜瘤之間的ADC值有大量重疊現(xiàn)象[10]。

以往報道的直方圖分析通常在ROI取一層或幾層圖像，然后計算平均值，這樣得到的數(shù)據(jù)只反映了腫瘤的局部數(shù)據(jù)，不能完全代表所選ROI區(qū)域腫瘤的整體[11]，代表性較差。全域直方圖分析反映了病變ROI每一層面的整體數(shù)據(jù)，對后顱窩腫瘤的鑒別可能會更加可靠和準(zhǔn)確，并且可以較好避免由于勾畫局部區(qū)域ROI而導(dǎo)致的抽樣誤差[12]。全域直方圖分析的方法提供了一個更全面的評估鑒別方法，避免了根據(jù)MRI圖像特征鑒別3種腫瘤所帶來的局限性。且全域直方圖分析與以往報道的提取一層或幾層ROI腫瘤圖像的直方圖分析方法相比，得到的數(shù)據(jù)是腫瘤的整體數(shù)據(jù)，反映所選ROI區(qū)域腫瘤的整體，代表性較好，可能有更高的準(zhǔn)確性。

3.3 研究結(jié)果及意義

目前應(yīng)用全腫瘤直方圖分析鑒別兒童后顱窩常見腫瘤的研究較少，本研究通過分析均值、變異度、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)等9個直方圖參數(shù)在3種常見兒童后顱窩腫瘤中的統(tǒng)計學(xué)意義，得出結(jié)果如下：均值、變異度、偏度、第10百分位數(shù)、第50百分位數(shù)及第99百分位數(shù)這6個參數(shù)在3種腫瘤之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義。直方圖形狀和不對稱性的變化反映了腫瘤組成的微觀結(jié)構(gòu)和功能差異，其中方差描述病變特征值的平均值分散程度，方差越大，數(shù)據(jù)越偏離平均值，表示病變不均勻[13]。峰度衡量一個直方圖的峰值，反映與正態(tài)分布相比某一分布的相對尖銳度或平坦度，正峰值表示比正態(tài)分布尖銳的分布，負(fù)峰值表示比正態(tài)分布平坦的分布。偏度是衡量直方圖不對稱性的值，正偏度表明分布的不對稱尾部趨向于更多較大值，分布的主體集中在右側(cè)，即絕大多數(shù)的值（包括中位數(shù)在內(nèi)）位于平均值的左側(cè)。負(fù)偏度則相反，表明分布的不對稱尾部趨向于更多較小值。偏度的絕對值越大，分布形態(tài)偏移程度越大。n位數(shù)代表形成直方圖的體素值[14]。其中在室管膜瘤與星形細(xì)胞瘤兩組的鑒別之間第50百分位數(shù)、星形細(xì)胞瘤與髓母細(xì)胞瘤兩組的鑒別之間變異度、室管膜瘤與髓母細(xì)胞瘤兩組的鑒別之間變異度這3個參數(shù)的靈敏度與特異度較高，具有較高的鑒別效能，可能是對3種腫瘤兩兩鑒別較好的診斷參數(shù)。本研究的全域直方圖分析結(jié)果與Wagner等[15]的研究結(jié)果類似，進(jìn)一步證實灰度全域直方圖分析對兒童常見的3種后顱窩腫瘤的鑒別診斷存在一定價值，可作為一種診斷3種兒童后顱窩腫瘤的新的輔助方法。