CT值聯(lián)合紋理特征建模對(duì)腦膜瘤質(zhì)地的評(píng)估價(jià)值

李 穎，陳基明，高 靜，張愛娟

(皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心,安徽 蕪湖 241001)

腦膜瘤是最常見的原發(fā)性顱腦腫瘤，占所有原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的36.6%[1]。手術(shù)切除腦膜瘤是目前最有效的治療手段，根據(jù)腫瘤的生長(zhǎng)部位、腫瘤分級(jí)及瘤體質(zhì)地不同，來(lái)選擇不同的手術(shù)方式[2-3]。瘤體質(zhì)地對(duì)選擇手術(shù)方式十分重要[4]，質(zhì)地較軟的腦膜瘤可利用抽吸或超聲外科吸引器(Cavitron Ultrasonic Surgical Aspirator，CUSA)較易完全切除，而質(zhì)韌的腫瘤難以從血管、神經(jīng)等細(xì)微結(jié)構(gòu)中分離，質(zhì)地越韌剝離越困難，手術(shù)難度越大。計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography，CT)及磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)現(xiàn)是診斷腦膜瘤的常用方法，但預(yù)判腫瘤質(zhì)地的能力十分有限。紋理分析是對(duì)圖像的空間分布特點(diǎn)及像素強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，通過(guò)客觀數(shù)據(jù)來(lái)提供肉眼無(wú)法觀察到的圖像信息，目前已廣泛運(yùn)用于腫瘤的分級(jí)、鑒別診斷及預(yù)測(cè)預(yù)后等方面[5-7]。本研究旨在探討CT平掃圖像的CT值聯(lián)合紋理特征參數(shù)在術(shù)前評(píng)估腦膜瘤質(zhì)地中的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析我院醫(yī)學(xué)影像中心2013年1月至2019年7月間經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的55例腦膜瘤患者的完整資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)所有患者術(shù)前均行CT平掃檢查，CT檢查與手術(shù)間隔時(shí)間≤2周；(2)均為顱內(nèi)單發(fā)腦膜瘤。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)術(shù)后復(fù)發(fā)或合并其它顱內(nèi)腫瘤者；(2)腫瘤內(nèi)含巨大囊變、壞死、鈣化；(3)圖像質(zhì)量不佳無(wú)法準(zhǔn)確提取紋理參數(shù)者。最終55例患者納入研究，男性16例，女性39例，年齡26～78歲，平均(59.1±10.4)歲。幕上者：大腦凸面17例、鐮旁17例、側(cè)腦室內(nèi)2例；顱底：鞍區(qū)4例、前中顱窩底及跨中后顱窩者8例、后顱窩7例。根據(jù)WHO分級(jí)Ⅰ級(jí)腦膜瘤51例，Ⅱ級(jí)腦膜瘤4例。所有患者均知悉并同意進(jìn)行該項(xiàng)檢查。

1.2 CT檢查采用Siemens Somatom Emotion 16層螺旋CT掃描儀。囑患者去除頭部金屬異物，取仰臥位，以聽眥線為掃描基線做橫軸位掃描。掃描范圍為聽眥線向上連續(xù)掃至頭頂。掃描參數(shù)：管電壓為120 kV，管電流為260 mA，矩陣為512×512，層厚及層間距均為10 mm。

1.3 腦膜瘤質(zhì)地判定根據(jù)術(shù)中對(duì)腫瘤質(zhì)地的評(píng)估，質(zhì)軟組：術(shù)中可用吸引器和刮匙較易剔除；質(zhì)韌組：不能或很難吸出或刮除，需要以銳器切割分離，逐步減容切除。

1.4 圖像的選取及紋理特征參數(shù)的篩選由兩名診斷經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師(具有5年和15年工作經(jīng)驗(yàn))選取腫瘤實(shí)性部分最大層面圖像手動(dòng)勾畫ROI，分別測(cè)量其平均CT值。將所有患者CT圖像資料以.dicom格式從圖像儲(chǔ)存與傳輸(Picture archiving and communication system，PACS)系統(tǒng)導(dǎo)出，運(yùn)用ITK-SNAP(Version 3.6)軟件，沿腫瘤實(shí)性部分最大層面邊界手動(dòng)勾畫感興趣區(qū)(Region of interest，ROI)(圖1)，而后將圖像導(dǎo)入AK(GE Healthcare Analysis Kit)軟件自動(dòng)提取ROI的各項(xiàng)紋理特征參數(shù)，最終獲得直方圖特征、形態(tài)特征、灰度共生矩陣特征、游程矩陣特征和哈塔里克特征5大類，共1044個(gè)紋理特征參數(shù)。利用最小冗余最大相關(guān)(minimum redundancy and maximum redundancy，mRMR)算法去除冗余和不相干特征，進(jìn)一步采用最小絕對(duì)收縮和選擇算子(least absolute shrinkage and selection operator，LASSO)回歸方法對(duì)特征降維。勾畫ROI時(shí)盡量避開囊變、壞死和出血。

圖1 選取腦膜瘤最大層面沿病灶邊緣勾畫ROI

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 22.0軟件和R語(yǔ)言(Version 3.6.1)統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，對(duì)符合正態(tài)分布的計(jì)量資料用“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布的用中位數(shù)(上、下四分位數(shù))表示，采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)；多因素Logistic回歸構(gòu)建預(yù)測(cè)模型。通過(guò)繪制ROC曲線來(lái)評(píng)估各參數(shù)及模型預(yù)測(cè)效能；Hosmer-Lemeshow檢驗(yàn)評(píng)價(jià)模型的擬合度(P>0.05為擬合度較好)。以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intracclass correlation coefficients，ICC)評(píng)估2名醫(yī)師測(cè)量CT值和提取紋理特征參數(shù)的一致性，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者一般資料質(zhì)軟組17例：男性3例，女性14例，年齡26～78歲，平均(56.4±14.0)歲；質(zhì)韌組38例：男性13例，女性25例，年齡42～75歲，平均(60.3±8.3)歲。

2.2 單因素分析結(jié)果兩名醫(yī)師測(cè)量CT值和提取紋理特征參數(shù)的一致性較好，ICC值分別為0.876，95%CI(0.751，0.941)和0.883，95%CI(0.764，0.944)。質(zhì)軟組與質(zhì)韌組間的CT值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.017)。AK軟件提取的1044個(gè)紋理參數(shù)，利用mRMR和LASSO回歸分析進(jìn)行紋理參數(shù)降維、篩選，偏度、45度慣性_步長(zhǎng)8和全角高灰度游程優(yōu)勢(shì)_步長(zhǎng)8_標(biāo)準(zhǔn)差在兩組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)，見表1。

表1 質(zhì)軟組與質(zhì)韌組腦膜瘤CT值與紋理特征參數(shù)比較

2.3 多因素Logistic回歸分析對(duì)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的3個(gè)紋理特征參數(shù)行多因素Logistic回歸分析建立紋理特征模型：Y=-3.542×偏度-0.002×(45度慣性_步長(zhǎng)8)+0.001×(全角高灰度游程優(yōu)勢(shì)_步長(zhǎng)8_標(biāo)準(zhǔn)差)；將CT值與3個(gè)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的紋理特征參數(shù)共同行多因素Logistic回歸，得到CT值聯(lián)合紋理特征模型如下：Y=-12.169×偏度-0.027×CT值+0.368×10-3×(45度慣性_步長(zhǎng)8)+0.279×10-3×(全角高灰度游程優(yōu)勢(shì)_步長(zhǎng)8_標(biāo)準(zhǔn)差)。ROC曲線分析顯示紋理特征模型(AUC 0.825)和CT值(AUC 0.813)均具有較高預(yù)測(cè)腦膜瘤質(zhì)地的效能，CT值聯(lián)合紋理特征模型可進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)效能(AUC 0.928)，見表2、圖2。經(jīng)Hosmer-Lemeshow檢驗(yàn)，CT值聯(lián)合紋理特征模型擬合度較好(P=0.285)。

表2 CT值、紋理特征參數(shù)及其模型預(yù)測(cè)腦膜瘤質(zhì)地ROC曲線分析結(jié)果

圖2 CT值、紋理特征參數(shù)及其模型預(yù)測(cè)腦膜瘤質(zhì)地ROC曲線

3 討論

臨床對(duì)腦膜瘤多采用手術(shù)治療的方式，研究發(fā)現(xiàn)第一次手術(shù)是否徹底切除腫瘤對(duì)患者的預(yù)后至關(guān)重要，腫瘤的切除程度低，復(fù)發(fā)率升高明顯[8-9]。相關(guān)研究表明[4，10，15]，腦膜瘤的質(zhì)地對(duì)腫瘤切除程度的影響具有重要意義，腫瘤質(zhì)軟，吸引器易吸除，較易完成全切，而腫瘤質(zhì)韌，對(duì)其進(jìn)行切除時(shí)容易損傷周圍血管、神經(jīng)等精細(xì)結(jié)構(gòu)，故完成全切較困難；若勉強(qiáng)追求全切，則可能造成嚴(yán)重的并發(fā)癥或致患者死亡，此時(shí)放療則是一種更好的選擇。因此，在術(shù)前通過(guò)無(wú)創(chuàng)方法準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)腦膜瘤的質(zhì)地，對(duì)臨床醫(yī)生選擇術(shù)式和患者預(yù)后均十分重要。腦膜瘤的質(zhì)地與其病理學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)[11]，如纖維母細(xì)胞型腦膜瘤和砂粒體型細(xì)胞瘤，分別因其內(nèi)富含纖維和鈣化成分質(zhì)地較為堅(jiān)韌，而富含細(xì)胞成分的上皮型腦膜瘤質(zhì)地相對(duì)較軟。目前臨床上常采用常規(guī)MRI圖像對(duì)腦膜瘤的質(zhì)地進(jìn)行評(píng)估，但通過(guò)T2WI序列來(lái)評(píng)估腫瘤質(zhì)地的準(zhǔn)確性有較大爭(zhēng)議[12-15]。CT是診斷腦膜瘤的常用檢查方法，其密度分辨率高，CT值能直接反映體素的密度，能較好的反映病灶內(nèi)囊變、壞死、鈣化等信息。CT紋理分析是一種先進(jìn)的圖像后處理技術(shù)，它是對(duì)選定區(qū)域內(nèi)像素灰度值的結(jié)構(gòu)特征、變化規(guī)律及分布模式進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)、定量測(cè)量，能得到量化病灶異質(zhì)性的參數(shù)，揭示腫瘤與組織病理學(xué)之間潛在的聯(lián)系[16-18]，現(xiàn)已有利用CT紋理分析研究垂體瘤質(zhì)地的相關(guān)報(bào)道[19]。

本研究采用CT紋理分析預(yù)測(cè)腦膜瘤質(zhì)地，偏度、45度慣性_步長(zhǎng)8和全角高灰度游程優(yōu)勢(shì)_步長(zhǎng)8_標(biāo)準(zhǔn)差在質(zhì)韌組與質(zhì)軟組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.733、-2.492、-2.283；P=0.009、0.016、0.026)。有研究發(fā)現(xiàn)，病變像素灰度值分布的偏斜程度越大，圖像紋理越細(xì)致、光滑[20]，本研究中質(zhì)韌組的偏度、45度慣性_步長(zhǎng)8和全角高灰度游程優(yōu)勢(shì)_步長(zhǎng)8_標(biāo)準(zhǔn)差均大于質(zhì)軟組，表示質(zhì)地較硬的腫瘤內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)更加致密，可能與腫瘤內(nèi)部含有較多成分致密的纖維或鈣化有關(guān)。偏度、45度慣性_步長(zhǎng)8和全角高灰度游程優(yōu)勢(shì)_步長(zhǎng)8_標(biāo)準(zhǔn)差這三個(gè)紋理特征參數(shù)作為獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，其預(yù)測(cè)效能均不高，但聯(lián)合三個(gè)參數(shù)共同建立的紋理特征模型預(yù)測(cè)效能較高，這可能與多個(gè)紋理特征參數(shù)能更為全面地反映腫瘤的特點(diǎn)有關(guān)。本研究質(zhì)軟組與質(zhì)韌組腦膜瘤之間的CT值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.558、P=0.017)，預(yù)測(cè)腦膜瘤質(zhì)地的效能較高；CT值聯(lián)合紋理特征模型預(yù)測(cè)腦膜瘤質(zhì)地的AUC最高(0.928)，偏度和CT值均為聯(lián)合紋理特征模型的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。CT值雖然反映的是病灶平均密度，但對(duì)體素的密度分辨率高；紋理特征可以綜合地、客觀地反映組織內(nèi)部的不均質(zhì)性及密度分布情況，可以獲取更全面的反映病灶異質(zhì)性的信息，CT值和紋理特征多因素聯(lián)合可更全面揭示病灶的特征，具有更高預(yù)測(cè)能力。

本研究尚存在幾點(diǎn)不足：(1)采用回顧性研究，納入樣本量不足，質(zhì)軟組腦膜瘤數(shù)量相對(duì)較少；(2)本研究選取腫瘤最大層面勾畫ROI不能獲得腫瘤的全部信息；(3)醫(yī)師術(shù)中判斷腫瘤質(zhì)地具有一定的主觀性。

綜上所述，常規(guī)CT平掃圖像密度聯(lián)合部分紋理參數(shù)能有效地評(píng)估腦膜瘤的質(zhì)地，有助于臨床術(shù)式的選擇。