基于腫瘤全域MRI信號強度的直方圖分析分級診斷腦膜瘤

李曉欣，苗延巍*，郭 妍，董俊伊，韓 亮，宋清偉，劉愛連

(1.大連醫科大學附屬第一醫院放射科，遼寧 大連 116011；2.通用電氣藥業生命科學核心影像部，遼寧 沈陽 110000)

腦膜瘤是常見的顱內腦外腫瘤，大部分為良性(WHO Ⅰ級)，約10%為不典型(WHO Ⅱ級)或惡性腦膜瘤(WHO Ⅲ級)[1]，侵襲性且腫瘤致死率及復發率均較高，因而腦膜瘤分級診斷對于確定治療方案及評估預后具有重要意義[2-4]。雖然腫瘤呈分葉狀，腫瘤密度、信號不均勻，發生出血、壞死、囊變等征象有助于診斷不典型或惡性腦膜瘤，但據此難以鑒別Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤[5-7]。近年來，隨著影像組學的發展，直方圖分析被認為是評估腫瘤異質性的有效手段[8-10]。本研究探討常規MRI直方圖分析對腦膜瘤分級的價值，并尋求分級診斷的最佳影像學指標。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2010年1月—2016年12月于我院接受頭部MR掃描的177例腦膜瘤患者，均經手術病理證實且獲得WHO標準分級[11]；其中Ⅰ級腦膜瘤139例，男38例，女101例，年齡19～73歲，平均(53.7±11.2)歲；Ⅱ級腦膜瘤38例，男、女各19例，年齡22～71歲，平均(60.2±11.1)歲。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR掃描儀，8通道頭線圈。掃描序列：矢狀位及軸位SE序列T1W，TR 400 ms，TE 9.0 ms，FOV 220 mm×220 mm，矩陣448×256，層厚6 mm，層間距1 mm；軸位SE序列T2W，TR 4 000 ms，TE 110 ms，FOV 220 mm×220 mm，矩陣448×256，層厚6 mm，層間距1 mm。增強掃描對比劑采用Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg體質量，注射流率3.0 ml/s，行軸位、矢狀位及冠狀位T1WI，掃描參數同平掃。

1.3 圖像處理 將DICOM格式的軸位T1WI、T2WI及增強T1WI導入Omni-Kinetics軟件，由2名放射科醫師在包含腫瘤實質的每一層圖像上沿腫瘤邊緣手動勾畫ROI，不包括腫瘤周圍水腫區，將所有層面的ROI累加為三維ROI(圖1)，軟件自動計算出基于T1WI、T2WI和增強T1WI的信號強度直方圖及其參數，包括最小值，最大值，平均值，第5、10、25、50、75、90、95百分位數及標準差、方差、平均差、體積、值域、偏度、峰度以及均勻性。

1.4 統計學分析 采用SPSS 18.0統計分析軟件。首先對2名放射科醫師各自勾畫的ROI所得直方圖參數值進行組內相關系數(interclass correlation coefficient， ICC)檢驗，其二者測量數據的一致性好

圖1 左側額部腦膜瘤ROI勾畫示意圖 A.沿腫瘤實質邊緣勾畫ROI，不包括腫瘤周圍水腫區： B.紅色區域為ROI，覆蓋整個腫瘤實質

(ICC≥0.75)，取平均值。因數據不符合正態分布，以中位數(四分位數間距)表示，以兩獨立樣本Mann-WhitneyU檢驗比較各參數在Ⅰ級與Ⅱ級級腦膜瘤間的差異；對有統計學差異的直方圖參數繪制ROC曲線，計算AUC，評估其對腦膜瘤分級診斷的效能。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基于T1WI信號強度直方圖參數 Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤間有統計學差異的直方圖參數見表1、圖2。ROC曲線分析顯示，以均勻性=0.36為閾值，診斷Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤的效能最佳，AUC=0.678(P<0.05)，其敏感度和特異度分別為62.6%和73.7%。

2.2 基于T2WI信號強度直方圖參數 Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤間有統計學差異的直方圖參數見表2、圖3。以均勻性=0.40為閾值，診斷Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤的效能最佳，AUC=0.702(P<0.05)，敏感度和特異度分別為56.1%和84.2%。

2.3 基于增強T1WI信號強度直方圖參數 Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤間有統計學差異的直方圖參數見表3、圖4。以均勻性=0.38為閾值，診斷Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤的效能最佳，AUC=0.708(P<0.05)，敏感度和特異度分別為64.7%和73.7%。

3 討論

3.1 腫瘤全域測量的依據 Ⅱ級腦膜瘤病理學主要表現為瘤組織結構紊亂，瘤細胞較幼稚，排列密集，瘤細胞核呈中度異型性、多形性，部分胞核見明顯大核仁，核分裂象易見，瘤巨細胞散在分布，并可見局部小灶性壞死和腦組織微小浸潤[11]。這些病理學表現提示Ⅱ級腦膜瘤的異質性大于Ⅰ級，部分Ⅱ級腦膜瘤所出現的出血、壞死、囊變區正是其不均質性的組成部分。局部腫瘤實質不能全面反映腫瘤整體的異質性，而基于腫瘤全域的信號值可能更加準確、可靠地反映腫瘤的異質性，并最大程度地避免局部區域勾畫ROI導致的抽樣誤差。Wang等[2]提出常規MRI直方圖分析有助于腦膜瘤的分級診斷，本研究結果與其一致，T1WI、T2WI和增強T1WI直方圖參數在Ⅰ、Ⅱ級腦膜瘤間差異有統計學意義，有助于鑒別二者。

表1 Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤間T1WI信號強度直方圖參數比較[中位數(四分位數間距)]

表2 Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤間T2WI信號強度直方圖參數比較[中位數(四分位數間距)]

表3 Ⅰ級與Ⅱ級腦膜瘤的增強T1WI信號強度直方圖參數比較[中位數(四分位數間距)]

圖2 基于T1WI信號強度的直方圖 A.Ⅰ級腦膜瘤T1WI； B.Ⅰ級腦膜瘤T1WI信號強度直方圖，示圖像中心輕度右偏，擬合曲線高而尖，偏度為3.28，峰度為23.39； C.Ⅱ級腦膜瘤T1WI； D.Ⅱ級腦膜瘤T1WI信號強度直方圖，示圖像中心輕度左偏，擬合曲線高而尖，偏度為-1.19，峰度為5.02 圖3 基于T2WI信號強度的直方圖 A.Ⅰ級腦膜瘤T2WI； B.Ⅰ級腦膜瘤T2WI信號強度直方圖，示圖像中心輕度右偏，擬合曲線高而尖，偏度為0.23，峰度為5.05； C.Ⅱ級腦膜瘤T2WI； D.Ⅱ級腦膜瘤T2WI信號強度直方圖，示圖像中心輕度右偏，擬合曲線較圖3B寬且低平，偏度為1.18，峰度為5.28 圖4 基于增強T1WI信號強度的直方圖 A.Ⅰ級腦膜瘤增強T1WI； B.Ⅰ級腦膜瘤增強T1WI信號強度直方圖，示圖像中心輕度左偏，擬合曲線高而尖，偏度為-0.80，峰度為4.59； C.Ⅱ級腦膜瘤增強T1WI； D.Ⅱ級腦膜瘤增強T1WI信號強度直方圖，示圖像中心輕度左偏，擬合曲線較圖4B寬且低平，偏度為-0.01，峰度為3.19

3.2 T1WI信號強度直方圖分析 本研究發現Ⅱ級腦膜瘤的值域及標準差大于Ⅰ級，提示Ⅱ級腦膜瘤內部成分較復雜，異質性較明顯，瘤內出血、囊變、壞死區更多[12]；Ⅱ級腦膜瘤的體積數大于Ⅰ級，提示Ⅱ級腦膜瘤生長速度更快、更具有侵襲性。偏度是描述直方圖曲線分布的參數，是反映腫瘤異質性的較好指標。偏度值的大小和正負往往與腫瘤的惡性程度具有一定的相關性，甚至可作為評估腫瘤預后的獨立因素[13]。本研究中基于T1WI信號直方圖中Ⅱ級腦膜瘤的偏度為負值，直方圖曲線中心向左偏移，而Ⅰ級腦膜瘤的偏度為正值，直方圖曲線中心向右偏移，表明Ⅰ、Ⅱ級腦膜瘤均存在異質性[14]。均勻性是反映腫瘤全域圖像信號值均勻性的參數，Ⅱ級腦膜瘤的均勻性小于Ⅰ級，提示Ⅱ級腦膜瘤內部成分更復雜，出血、囊變、壞死區相對較多。

3.3 T2WI信號強度直方圖分析 本研究結果顯示Ⅱ級腦膜瘤的第90、95百分位數、標準差及方差均大于Ⅰ級腦膜瘤，提示Ⅱ級腦膜瘤內部囊變、壞死區較多，T2WI信號強度較高且不均勻；峰度越大，表示數值分布越集中，反之則越分散。本研究中Ⅰ級腦膜瘤的峰度值大于Ⅱ級腦膜瘤，提示Ⅰ級腦膜瘤的直方圖曲線更加高尖，數據相對集中，腫瘤內部成分的一致性相對較高。

3.4 增強T1WI信號強度直方圖分析 本研究中，Ⅱ級腦膜瘤的最小值、第5、10、25百分位數均小于Ⅰ級腦膜瘤，表明低值區的增強T1WI信號值對于鑒別診斷Ⅰ、Ⅱ級腦膜瘤更有意義。腦膜瘤屬于顱內腦外腫瘤，增強掃描的強化程度主要取決于腫瘤的血供情況，Ⅰ級腦膜瘤低值區的信號值大于Ⅱ級，提示Ⅰ級腦膜瘤的血供不如Ⅱ級腦膜瘤豐富。

本研究的局限性：本組病例中無Ⅲ級腦膜瘤患者，未對Ⅲ級腦膜瘤進行直方圖分析；未對腦膜瘤進行病理學亞型分型，而同一級別不同亞型腦膜瘤的直方圖參數可能會存在差異，需要在后續研究中進一步分析。

總之，基于腫瘤全域的T1WI、T2WI及增強T1WI信號強度直方圖分析有助于分級診斷腦膜瘤，腫瘤均勻性是最佳影像學分級診斷指標。