基于T1 增強最大層面直方圖分析在膠質肉瘤與膠質母細胞瘤之間的鑒別價值

文萌萌，張 勇，程敬亮，黃薈玉

（鄭州大學第一附屬醫院磁共振科，河南 鄭州 450052）

膠質肉瘤[1-2]是由惡性膠質和肉瘤成分組成的中樞神經系統的原發性腫瘤。膠質肉瘤是中樞神經系統罕見的腫瘤，是多形性膠質母細胞瘤的變種，具有膠質細胞和肉瘤的雙重分化組織學模式，組織學分化既有膠質細胞又有間質細胞的特征[3-4]。多數學者認為，膠質肉瘤是多形性膠質母細胞瘤的變體，約占膠質母細胞瘤的2%[5]。膠質肉瘤發病年齡在第5個和第6個10年，平均年齡59歲，男性比例略高于女性（男女發病之比約為1.75∶1）[4，6]。最常見的臨床癥狀是平衡和活動問題，其次是頭痛和視力問題。腫瘤最有可能累及額葉和頂葉[6]。膠質肉瘤與膠質母細胞瘤之間的發病年齡和MRI表現相似，往往難以鑒別，診斷較為困難，鑒別診斷只能依靠病理學。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析我院2011年2月—2018年1月經手術病理證實的35例膠質母細胞瘤和30例膠質肉瘤患者。患者臨床表現為頭痛、站立不穩、活動障礙等。納入標準：①在我院進行過MRI平掃及增強檢查，影像資料完善，包括軸位T1WI、T2WI、FLAIR、DWI和增強T1WI；②通過手術后病理進一步確診為膠質肉瘤和膠質母細胞瘤；③掃描所得到的MRI圖像質量清晰。且磁共振檢查前未做顱內減壓、化療或者放射治療。本研究通過醫學倫理委員會批準，研究對象均簽署知情同意書。

1.2 磁共振成像方法

采用德國Siemens 3.0T磁共振成像系統，標準頭顱線圈。平掃行矢狀位及軸位T1WI、軸位T2WI及軸位DWI；增強掃描行矢狀位、軸位及冠狀位T1WI，造影劑采用GD-DTPA，劑量0.1 mmol/kg。軸位掃描，層厚6 mm，間隔1 mm，FOV 24 cm×24 cm，矩陣128×128，成像時間為48 s。

1.3 圖像處理

1.3.1 圖像選取

從PACS工作站以BMP格式導出所有患者的MR圖像，同時調整窗寬、窗位，使所有圖像在窗寬、窗位上保持一致性，選擇增強T1WI軸狀位圖像腫瘤的最大層面，進行直方圖分析。

1.3.2 感興趣區選取及直方圖分析

過Mazda軟件沿病變增強T1WI軸位圖像全腫瘤邊緣手動勾畫每一層感興趣區（ROC），選出最大層面，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：均值、腫瘤變異度、峰度、偏度、第99百分位數、第90百分位數、第50百分位數、第10百分位數、第1百分位數等。兩種腫瘤中分別隨機選取一個樣本作為示例，勾畫出最大層面的腫瘤區域，該層腫瘤區域使用紅色填充，分別對應的標記前的原始圖像（圖1，2）。本次研究所有樣本選取ROI均由三位影像學專家的指導完成勾畫。

1.4 統計分析

2 結果

軟件運行出直方圖見圖3和圖4，兩組腫瘤最大層面的灰度直方圖各參數值統計結果見表1。由灰度直方圖分析得到的9個參數中，其中偏度和峰度在兩組間的差異有統計學意義（P均<0.05），其余7個參數均值、變異度、第1百分位數、第10百分位數、第50百分位數、第90百分位數及第99百分位數這7個參數沒有統計學意義（P均>0.05）。ROC曲線分別分析偏度和峰度這兩個參數在膠質肉瘤和膠質母細胞瘤之間的鑒別效能，有統計學差異的參數分別對應圖5。依據約登指數選取的最佳臨界值以及靈敏度和特異度見表2，偏度的AUC為0.671（AUC>0.5，P<0.05），最佳臨界值為0.52，偏度<0.52則為膠質母細胞瘤可能性較高，其敏感度及特異度分別為60.0%、68.2%。峰度的AUC為0.673（AUC>0.5，P<0.05），最佳臨界值為-0.31，偏度<-0.31則為膠質母細胞瘤可能性較高，其敏感度及特異度分別為60.0%、60.0%。

圖1a 膠質肉瘤軸位原始圖像。圖1b 膠質肉瘤軸位標記后圖像。圖2a 膠質母細胞瘤軸位原始圖像。圖2b 膠質母細胞瘤軸位標記后圖像。Figure 1a.Original axial image of gliosarcoma.Figure 1b.Tagged image of gliosarcoma.Figure 2a.Original axial image of glioblastoma.Figure 2b.Tagged image of glioblastoma.

圖3 膠質肉瘤直方圖。圖4 膠質母細胞瘤直方圖。Figure 3.Histogram analysis images of gliosarcoma.Figure 4. Histogram analysis images of glioblastoma.

表1 兩種腫瘤全域灰度直方圖參數統計分析

表2 偏度和峰度對膠質肉瘤和膠質母細胞瘤的鑒別效能

圖5a 膠質母細胞瘤與膠質肉瘤的ROC曲線（SKewness）。Figure 5a.ROC curve of glioblastoma and gliosarcoma(Skewness).

圖5b 膠質母細胞瘤與膠質肉瘤的ROC曲線（Kurtosis）。Figure 5b.ROC curve of gliosarcoma and glioblastoma(Kurtosis).

3 討論

膠質肉瘤是WHO Ⅳ級的中樞神經系統的惡性腫瘤，具有侵襲性，根據先前的報道[1]，顱外轉移是罕見的，但膠質肉瘤的轉移不像膠質母細胞瘤中所見的那樣，最常見的轉移部位是顱骨、肺、肝臟和淋巴結。Kevin等[6]和Ulyte等[8]的研究中報道，膠質肉瘤的生存率至少和膠質母細胞瘤觀察到的一樣糟糕。膠質肉瘤患者的中位生存期為9月。且這兩種疾病的發病機制仍然未明確。臨床工作中對于這兩種腫瘤的鑒別比較困難，其臨床癥狀與體征及影像學表現極其相似。在常規MRI圖像上兩種腫瘤的水腫、大小、定位及腫瘤周圍水腫相似[9]，所以對于這兩種腫瘤并沒有鑒別意義[10]。幫助臨床醫生在術前對這兩種疾病進行鑒別，有助于其治療方案的改進與探索。

超聲在中樞神經系統應用受限，CT提供的信息較MRI相比較少。MRI成像的序列與參數較多，可以提供定量或半定量數據。中樞神經系統腫瘤的DWI序列可以測出ADC值有助于腫瘤的分析，多數學者對于膠質肉瘤做了ADC的全域直方分析，該研究對于膠質肉瘤的增強掃描進行了灰度直方圖分析，直方分析在其他方面已經進行了研究，Gihr等[11]的腦膜瘤生物學行為研究及Ulyte等[8]和劉揚等[12]的高級別膠質瘤的研究。

直方圖是一種用于量化分析腫瘤內部異質性的新方法，為腫瘤的鑒別診斷和分級及預后提供了更多的信息[12]，直方圖分析[8，11]提供了一階特征，通過簡單的方法來描述統計特定特征的表現如均值、中位數、最小值、最大值和百分位數。此外，還提供了二階特征如偏態、峰度和熵。這三個維度反映了被調查體積的信號強度分布的形狀，從而為被調查病灶的成像結構提供了更詳細的洞察，且該方法具有很好的重復性。

本研究分析腫瘤最大層面得到的9個參數中，其中偏度和峰度在兩組間有差異有統計學意義（P均<0.05），其余7個參數均值、變異度、第1百分位數、第10百分位數、第50百分位數、第90百分位數及第99百分位數這7個參數沒有有統計學意義（P均>0.05）。偏度可以反應病變的組織學特征，膠質肉瘤與膠質母細胞瘤相比其信號分布較均勻，其集中分布稍偏左側，膠質母細胞瘤是最具侵襲性的[5]，這可能導致組織信號偏離總體均數，同時也可能和腫瘤組織內部壞死、囊變、出血以及向周圍組織浸潤等復雜情況有關。峰度是衡量該直方圖的峰值，正峰值表示比正態分布尖銳的峰值，負偏鋒表示比正態分布平坦的分布，膠質肉瘤的分布形態較為尖銳，而膠質母細胞瘤的分布相對較為平坦。偏度和峰度對于膠質肉瘤和膠質母細胞瘤具有鑒別診斷價值，且偏度對膠質肉瘤和膠質母細胞瘤的鑒別效能明顯高于峰度。因此T1WI增強MRI最大層面直方分析對于膠質肉瘤和膠質母細胞瘤具有一定的鑒別價值，可以作為術前鑒別診斷的輔助方法，有助于臨床醫生決定最佳治療方案。

組織病理學與分子亞型分析是確診這兩種疾病的金標準，但是直方圖分析也可通過影像學資料獲取的一系列參數來量化腫瘤內部異質性。與病理和分子生物學手段相比，影像學具有無創性，可在活體多次重復進行，分析具有可重復性，這種優勢使得基于圖像分析腫瘤微觀環境的臨床應用越來越受到重視。