基于MRI增強絕對梯度紋理分析對垂體瘤質地術前評估的可行性分析

張大道，徐 圓

（1.南通大學附屬建湖人民醫院影像科，江蘇 建湖 224700；2.鹽城市第一人民醫院影像科，江蘇 鹽城 224001）

垂體瘤（pituitary adenoma）是一組從垂體前葉、后葉及顱咽管上皮殘余細胞發生的顱內常見良性腫瘤，以前葉的腺瘤居多。垂體瘤的治療多以手術治療為主，常見手術方法有開顱手術、微創手術，鑒于開顱手術的缺點，經蝶竇入路的微創手術已經成為治療的首選方法[1]。研究發現[2]，大多數垂體瘤質地較軟，只有少數垂體瘤的質地較硬。對于質地較硬的垂體瘤，往往難以獲得滿意的切除效果。因此，術前預測垂體瘤瘤體質地對術前風險評估、手術入路選擇、手術療效預測具有重要意義。紋理分析通過評價圖像紋理特征，以獲取一系列相關的量化型參數，可為臨床鑒別診斷提供肉眼無法觀察到的信息，有助于病灶的鑒別、分級以及評估治療反應等[3-6]。本研究應用Mazda 紋理分析軟件，通過研究軟、硬兩種質地腫瘤在MRI 增強圖像上的絕對梯度紋理參數差異，探討絕對梯度紋理分析對垂體瘤術前質地評估的診斷價值，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析南通大學附屬建湖醫院2018 年1 月～2020 年6 月經手術病理證實的55 例垂體瘤患者病例資料，其中男性27 例，女性28 例；年齡18～82 歲，中位年齡48.5 歲；質地較硬20 例，質地較軟35 例；經鼻蝶入路者41 例，開顱手術者14 例；巨大型腺瘤（直徑＞3.0 cm）17 例，大腺瘤（直徑1.0～3.0 cm）27 例，微腺瘤（直徑＜1.0 cm）11 例。納入標準：①術前在本院行MRI 平掃及增強檢查，具有完善的影像資料，包括橫軸面T1WI、T2WI、FLAIR、DWI 和增強T1WI；②術中記錄有垂體瘤的質地評估；③術后病理證實為垂體瘤[7]；④MRI 圖像質量良好；⑤臨床主要表現為內分泌功能異常（如閉經、泌乳肢端肥大和性功能減退等），視力下降、視野缺損，或有無明顯誘因的頭痛頭暈，少數沒有明顯的臨床癥狀。排除標準：①出血及壞死者；②圖像偽影較大者。

1.2 垂體瘤質地判定標準 ①質地軟的腫瘤在切開硬膜后，腫瘤組織自行涌出，比較容易吸除瘤體組織，或瘤體組織可用刮匙刮除；②質地硬的腫瘤用刮匙刮除瘤體組織較困難，用取瘤鑷取瘤時會有較強的牽拉感，有時瘤體需用銳器或電凝才可以逐步切除。

1.3 MRI 檢查方法 行垂體MRI 掃描，來用GE 3.0磁共振掃描儀（Discovery MR750，美國GE 公司）。平掃包括矢狀面及橫軸面T1WI、T2WI、FLAIR 等序列。增強掃描行垂體矢狀面、橫軸面及冠狀面T1WI，增強掃描對比劑采用Gd-DTPA，劑量0.15 mmol/kg，掃描參數同平掃T1WI，掃描參數如下：T1WI，TR 520 ms，TE 13.6 ms，層厚2 mm，層間距0.5 mm，矩陣256×224，視野20 cm×20 cm；T2WI，TR 3000 ms，TE 131.2 ms，層厚2 mm，層間距0.3 mm，矩陣320×320，視野20 cm×20 cm。

1.4 圖像處理 圖像選擇：將所有患者的垂體瘤MR增強圖像從PACS 工作站以.BPM 格式導出，導出時調整窗寬、窗位，使所有圖像窗寬、窗位均保持一致，用于絕對梯度分析。興趣區（regions of interest，ROI）選擇及絕對梯度分析：采用Mazda 軟件沿垂體瘤矢狀位增強T1WI 圖像最大層面的瘤體邊緣手動勾畫ROI，軟件可自動生成ROI 的絕對梯度紋理分析參數：均值、變異度、偏態系數、峰度以及非零梯度百分比。本研究中所有樣本ROI 的勾畫采用雙盲法，由兩位具有10 余年中樞神經系統影像診斷經驗的高年資醫師獨立完成，出現分歧時進行協商解決，分別從兩組質地垂體瘤中選取一個樣本圖像圈出腫瘤區域，并用紅色填充腫瘤區域。

1.5 統計學方法 采用SPSS 22.0 統計軟件進行數據分析，計數資料以（n）進行描述，計量資料以（）表示，符合正態分布的計量資料比較采用獨立樣本t檢驗，不符合正態分布的計量資料比較采用Wilcoxon 秩和檢驗；對差異有統計學意義的參數做二元Logistic 回歸分析，計算聯合預測因子，同時建立受試者工作特征（receiver operating characterist，ROC）曲線并獲得曲線下面積（area under curve，AUC），確定各參數及聯合預測因子最佳臨界值，并計算敏感度、特異度，最終對其診斷效能進行比較分析。以P＜0.05 表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 軟、硬兩種質地垂體瘤絕對梯度參數比較 不同質地垂體瘤梯度均值及變異度比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；不同質地垂體瘤偏度、峰度、非零梯度百分比比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 軟、硬兩組質地的垂體瘤絕對灰度梯度各參數比較（）

表1 軟、硬兩組質地的垂體瘤絕對灰度梯度各參數比較（）

2.2 絕對梯度參數對軟、硬兩種質地垂體瘤的鑒別效能 二元Logistic 回歸分析顯示，聯合預測因子取值0.810 時，其對應的敏感度和特異度分別為100.00%、80.00%。梯度均值、變異度及聯合預測因子的AUC 值均大于0.7，同時聯合預測因子的AUC值達到0.920，見表2、圖1。

圖1 ROC 曲線分析絕對灰度梯度參數對軟、硬兩種質地垂體瘤的鑒別效能

表2 絕對灰度梯度參數對軟、硬兩種質地垂體瘤的鑒別效能

2.3 軟、硬兩種質地影像學特征 質地軟、硬垂體大腺瘤均可見蝶鞍擴大，鞍底下陷，鞍區見突向鞍上不規則腫塊影，增強可見明顯不均質強化，垂體柄及視交叉顯示欠清，見圖2、圖3。

圖2 質地硬的垂體瘤影像圖

圖3 質地軟的垂體瘤影像圖

3 討論

垂體瘤是神經外科常見的良性腫瘤之一，約占顱內腫瘤的10%。目前，垂體瘤的治療方法主要有藥物治療、手術治療和放射治療[8]。除泌乳素瘤外，其他類型的垂體瘤仍以手術切除為主。隨著微創技術的發展，經單鼻孔蝶竇入路切除已成為首選手術方案。因為腫瘤的切除效果與腫瘤的質地關系密切[9]，在臨床中小部分腫瘤質地較硬韌，當伴有明顯視交叉神經和視神經壓迫時，經蝶竇手術入路很難將腫瘤徹底清除干凈。因此，術前評估腫瘤質地對手術入路的選擇至關重要。垂體瘤質地主要取決于腫瘤間質細胞的膠原蛋白的含量，膠原含量高的腫瘤質地硬[10]。張永超等[7]對MRI 中T2WI 序列上瘤體/周圍白質的信號比值進行研究，發現信號比與組織膠原蛋白含量呈負相關。組織膠原蛋白含量高的垂體瘤在T2WI上表現為較低信號，即質地硬的垂體瘤一般在T2WI上信號較低[11]，瘤體/周圍白質的信號比較低。因此，可通過T2WI 上垂體瘤的信號亮度以及瘤體/周圍白質的信號比值來對垂體瘤質地進行術前評估，但由于診斷指標的單一化，因此缺乏足夠的數據支持。也有研究指出[12]，T1增強可評估垂體腺瘤質地。

絕對梯度紋理分析是Mazda 三大特征計算方法中統計學法的一種，通過圖像灰度層次間分布和關系的非確定性屬性間接地表示紋理特征，其可對醫學圖像中像素的分布情況進行統計學分析，以獲取一系列相關的量化型參數，用于腫瘤的鑒別、分級以及評估治療反應等[4-6]。絕對梯度是從圖像的梯度幅圖中提取特征，基于梯度圖的直方圖，計算出與直方圖參數相似的圖像強度分布特征集。本研究利用Mazda 絕對梯度紋理分析技術對垂體瘤的質地進行術前統計分析，結果發現軟、硬兩種質地垂體瘤梯度均值及變異度比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；二元Logistic 回歸分析顯示，聯合預測因子取值0.810時，其對應的敏感度和特異度分別為100.00%、80.00%；梯度均值、變異度及聯合預測因子的AUC值均大于0.7，同時聯合預測因子的AUC 值達到0.920，具有較高的診斷價值，提示利用紋理分析技術對垂體瘤質地進行術前量化評估確實具備一定的可行性。均值可反映腫瘤區像素點灰度值的平均水平，因質地硬的垂體瘤細胞及組織成分較為密集，較少發生大片囊變壞死，灰度值分布相對均勻集中，因此其紋理參數梯度均值較質地軟的垂體瘤的值大。同時，變異度可反應灰度值的離散程度，質地硬的腫瘤由于組織金屬蛋白酶抑制劑1 過度表達，Ⅰ、Ⅲ型膠原的沉積、組織纖維化，部分內部含有砂礫樣結晶，從而導致其病理組織成分較質地軟的垂體瘤更加復雜化，進而導致質地硬的垂體瘤梯度變異度值比質地軟的垂體瘤值更大。這種微觀的病理組織的變化過程是很難于術前觀測到的，只能于術后通過病理檢測才可以證實。本研究通過Mazda 軟件的絕對梯度紋理分析實現了對垂體瘤質地軟、硬程度的術前量化型數據評估，一定程度上彌補了影像方面對于垂體瘤質地的術前評估以及指導臨床手術治療方案的缺陷。但本研究存在以下不足：由于本研究的樣本量有限，有一定的選擇偏倚；僅采取了一種紋理分析參數，未結合Mazda 其他紋理分析方法，如灰度直方圖、灰度共生矩陣、自回歸模型及小波變換等，待后續研究補足樣本量，結合幾種紋理分析方法進行綜合分析。

綜上所述，基于垂體瘤增強MRI 圖像的絕對梯度紋理分析技術可為垂體瘤質地的判斷提供可靠信息，其中梯度均值、變異度具有較高的診斷價值，可用于垂體瘤質地的術前的量化型評估。