王汝佳 孫靜華 侯玉微 馬夢華 王海平 董博文 李秀君 朱啟航

唐山市人醫(yī)院磁共振室(河北 唐 063000)

膠質(zhì)瘤是最常見的顱內(nèi)原發(fā)腫瘤，2 0 1 6 年世界衛(wèi)生組織(w o r d h e a l t h organization，WHO)重新對膠質(zhì)瘤進(jìn)行了組織學(xué)分類[1]，將分子基因表型與病理組織學(xué)分類聯(lián)系起來，2021年分類標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)一步強調(diào)了分子診斷學(xué)在顱內(nèi)原發(fā)性腫瘤分類中的重要性[2]。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma，GBM)是顱內(nèi)常見的原發(fā)性惡性腫瘤，預(yù)后極差[3-5]。不同分子表型的GBM磁共振紋理特征及預(yù)后有很大差異，其中以異 檸 檬 酸 脫氫 (isocitrate dehydrogenase 1，IDH1)最值得大家所關(guān)注[6]。IDH1狀態(tài)是GBM分子標(biāo)記物之一，IDH1突變導(dǎo)致了原生物酶活性的丟失，生物酶的變化改變了生物體的表觀遺傳學(xué)[7]。隨著近年來治療手段及方法的改進(jìn)，雖然GBM患者的預(yù)后較以前有所改善，但是因為GBM有較高的惡性程度以及侵襲性，患者預(yù)后較差。相對于GBM患者而言，對不同分子表型的GBM進(jìn)行精準(zhǔn)化的個體治療，是十分必要的。但是因為病理活檢屬于有創(chuàng)檢查技術(shù)以及IDH1狀態(tài)的昂貴檢測費用，很少有患者自愿進(jìn)行基因檢測。本研究主要是在GBM中利用3D slicer軟件提取的磁共振紋理特征，分析IDH1突變型GBM與其磁共振紋理特征的聯(lián)系。

1 資料與方法

1.1 研究對象納入標(biāo)準(zhǔn)：所有納入病例均有詳細(xì)的臨床、病理及影像資料；術(shù)前未進(jìn)行輔助治療，比如放化療等；術(shù)后經(jīng)病理確診為GBM。 排除標(biāo)準(zhǔn)：患者同時患有其他系統(tǒng)的腫瘤；相關(guān)的術(shù)后并發(fā)癥，如顱內(nèi)形成血腫，顱內(nèi)感染等；死于其他疾病的患者。

1.2 一般資料共納入118例GBM，從2015年9月至2018年6月均通過病理確診為GBM。GBM患者都進(jìn)行了術(shù)前的MRI平掃及增強檢查。

1.3 I D H 1 狀態(tài)檢測方法收集符合納入標(biāo)準(zhǔn)的蠟塊，然后采用P C R(n e ste d methylation-specific，PCR)方法對GBM中IDH1狀態(tài)進(jìn)行檢測。判斷標(biāo)準(zhǔn)：將IDH1原始序列與測序結(jié)果序列，兩者進(jìn)行比較，分析特定的堿基位置是否突變[8]。其中，45例IDH1突變型GBM，73例IDH1野生型GBM。

1.4 檢查方法采用飛利浦3.0T磁共振掃描儀，8通道SENSE頭部線圈，所有GBM患者均進(jìn)行了術(shù)前MRI平掃及增強檢查，其中包含以下幾種序列：橫軸位以及矢狀位T1WI、橫軸位T2WI、橫軸位T2-FLAIR、T1WI增強序列。掃描參數(shù)：橫軸位T1WI : TR 2280ms，TE 20ms，F(xiàn)OV 196mm×196mm，矩陣288×190，激勵次數(shù)2，層厚6mm，層間距1mm。橫軸位以及矢狀位T2WI：TR 2400ms，TE 90ms，F(xiàn)OV 230mm×230mm，矩陣420×306，激勵次數(shù)2，層厚6mm，層間距1mm。橫軸位T2-FLAIR：TR 7000ms，TE 120ms，F(xiàn)OV 230mm×230mm，矩陣304×216，激勵次數(shù)2，層厚6mm，層間距1mm。以注射流率3ml/s，劑量0.1ml/kg，經(jīng)靜脈注入釓噴葡胺(gadopentetate dimeglumine，Gd-DTPA)進(jìn)行MRI增強掃描檢查，T1WI增強：TR 200ms，TE 2ms，F(xiàn)OV 230mm×230mm，矩陣256×256，激勵次數(shù)2，層厚6mm，層間距1mm。

1.5 圖像后處理(1)圖像選?。和ㄟ^PACS工作站導(dǎo)出所有患者的MRI圖像，并以DICOM格式進(jìn)行保存，然后利用3D slicer軟件(version 4.4.0; available at: http://slicer.org/)進(jìn)行分析。(2)磁共振紋理分析 利用3D slicer軟件的editor模塊，通過從橫軸位T1WI增強圖像中提取的磁共振紋理特征，由3名具有豐富經(jīng)驗的神經(jīng)影像學(xué)專家進(jìn)行分析，手動勾畫出腫塊的感興趣區(qū)(regions of interest，ROI)，準(zhǔn)確地勾畫出腫塊的邊界，最后3名神經(jīng)影像學(xué)專家得出一致結(jié)論，構(gòu)建出完整的腫塊三維模型(圖1)。通過Hetergeneity CAD擴展模塊，從而來提取腫塊的MRI紋理特征，只有保證3名神經(jīng)影像學(xué)專家勾畫的腫塊的ROI組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)＞0.75，才能進(jìn)行下面的圖像分析。最終得出以下四方面具體內(nèi)容，包括：形態(tài)、形狀；一階統(tǒng)計量；灰度長度矩陣；灰度共生矩陣。

圖1 3D slicer軟件中感興趣區(qū)測量示意圖(膠質(zhì)母細(xì)胞瘤)

1.6 統(tǒng)計分析使用SPSS 26.0版本進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，凡是屬于方差齊、正態(tài)分布的變量，均進(jìn)行獨立樣本T檢驗；凡是屬于方差不齊、非正態(tài)分布的變量，均進(jìn)行Mann-Whitney檢驗，分析IDH1突變型GBM與其磁共振紋理特征、預(yù)后的聯(lián)系，以P＜0.05有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 GBM中IDH1狀態(tài)與其磁共振紋理特征的聯(lián)系IDH1突變型GBM與IDH1野生型GBM相比較，在利用3D slicer提取的31種紋理特征中(表1-2)，其中有18種磁共振紋理特征差異顯著，分別是運行百分比(run percentage，RP)、表面∶體積比(surface: volume ratio) 、能量(energy)、熵(entropy)、統(tǒng)一性(uniformity)、自相關(guān)(autocorrelation)、集群突出(cluster prominence)、聚類趨勢(cluster tendency)、差值熵(difference entropy)、能量(energy)：灰度共生矩陣(gray level co occurrence matrix，GLCM)、熵(entropy):灰度共生矩陣(gray level co occurrence matrix，GLCM)、同質(zhì)性1(homogeneity 1)、平均總和(sum average)、熵和(sum entropy)、方差和(sum variance)、方差(variance)：灰度共生矩陣(gray level co occurrence matrix，GLCM)、GLN、集群陰影(cluster Shade)。

表1 ID1突變型與ID1野生型GBM磁共振紋理特征的差異性(均值±標(biāo)準(zhǔn)差，獨立樣本T檢驗)

表1 ID1突變型與ID1野生型GBM磁共振紋理特征的差異性(均值±標(biāo)準(zhǔn)差，獨立樣本T檢驗)

磁共振紋理特征 突變型(n=45) 野生型(n=73) P F1 sphericity 0.378±0.063 0.381±0.115 0.943 F2 SRE 0.214±0.087 0.283±0.099 0.066 F3 RP 0.11±0.028 0.171±0.050 0.001 F4 SRLGLE 0.214±0.087 0.283±0.099 0.066 F5 surface area mm2 15528.118±7005.771 12962.068±8910.516 0.368 F6 surface:volume ratio 0.405±0.118 0.528±0.242 0.030 F7 compactness 1 37.155±13.515 29.384±15.583 0.650 F8 maximum 3D diameter 79.534±35.255 69.386±33.845 0.430

表2 IDH1突變型與ID1野生型GBM紋理特征的差異性(均值，Mann-Whitney U檢驗)

3 討 論

GBM是常見的惡性顱內(nèi)腫瘤，5年生存率不超過5%，患者預(yù)后較差[8-9]。磁共振紋理特征分析通過研究影像中的像素的分布和聯(lián)系，能夠打破人們?nèi)庋蹍^(qū)別GBM異質(zhì)性的局限，屬于一種特殊分析影像的算法[10]；而且利用計算機技術(shù)從而定量地提取與腫塊密切相關(guān)的信息參數(shù)，量化了紋理分析的結(jié)果[11-15]。到目前為止，探討GBM中磁共振紋理特征的研究稀少，所采用的計算機軟件標(biāo)準(zhǔn)不一，比如一些常見的計算機軟件，其中包括MaZda、OsiriX、3D slicer等計算機軟件。3D slicer屬于一個免費開源軟件，主要是用來研究醫(yī)學(xué)影像資料。同時，3D slicer可擴展很多插件，用于不同領(lǐng)域的研究。通過3D slicer不但能夠完整地重建出腫塊的體積，而且涵蓋了腫塊的全部細(xì)節(jié)信息。

在本研究中，通過3D slicer中的其中一個擴展模塊，稱之為Hetergeneity CAD，總共提取到了31種磁共振紋理特征，在IDH1突變型GBM與IDH1野生型GBM之間有18種磁共振紋理特征差異顯著，包括運行百分比、表面:體積比、能量、熵、一致性、自相關(guān)、集群突出、聚類趨勢、差值熵、能量：灰度共生矩陣、熵：灰度共生矩陣、同質(zhì)性1、平均總和、熵和、方差和、方差、GLN、群集陰影，以上磁共振紋理特征能夠為判斷在GBM中IDH1的狀態(tài)提供可靠的依據(jù)。

由于本研究是單中心研究，樣本例數(shù)偏少，不可避免地出現(xiàn)選擇偏倚，因此在以后的研究中需要納入多中心數(shù)據(jù)來支持。在今后的研究中，會繼續(xù)納入更多的GBM病例，避免出現(xiàn)選擇偏倚。