基于常規MRI成像及紋理分析技術預測垂體大腺瘤質地的價值

萬 強,陳基明,劉厚軍,顏秀芳,劉 俊,梅光寶

(1.皖南醫學院第二附屬醫院 放射影像科,安徽 蕪湖 241000;2.皖南醫學院第一附屬醫院 弋磯山醫院 放射科,安徽 蕪湖 241001)

垂體腺瘤是較為常見的顱內腫瘤,發病率逐年升高[1]。垂體大腺瘤常會壓迫患者視神經,出現頭暈、視力下降等癥狀,嚴重者甚至可導致失明[2]。常規采用手術切除的方式進行治療,且術后的效果較好[3]。臨床上手術方式主要包括經蝶竇切除及開顱切除,質軟腫瘤經蝶竇切除的效果較好,而質硬腫瘤通常開顱手術更為合適。因此垂體大腺瘤的質地對于手術方式的選擇至關重要[4]。有研究指出CT密度、紋理參數在不同質地垂體大腺瘤間存在差異[5]。紋理分析可以揭示腫瘤病灶內潛在的病理及生理學異質性[6-7]。目前,已用于多種疾病的診斷、鑒別及分級分期中[8-10],但用于垂體大腺瘤質地的研究少有報道。本研究通過術前分析大腺瘤MRI不同序列信號特點,聯合紋理分析技術對垂體腺瘤病灶進行測定,并與術中所見瘤體質地進行比較,評估MRI信號及紋理分析技術在垂體大腺瘤質地中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析弋磯山醫院、皖南醫學院第二附屬醫院經手術切除的垂體大腺瘤患者共103例(其中弋磯山醫院100例,皖南醫學院第二附屬醫院3例),根據術中所見分為質軟組(n=59)與質硬組(n=44),男50例,女53例,平均年齡(52.0±12.4)歲。根據腫瘤分泌功能分為有功能腺瘤(包括一種或多種分泌功能)79例和無功能腺瘤24例。納入標準:①術前均經過MRI平掃及增強檢查,臨床和影像資料齊全;②經過術后病理的明確診斷;③腫瘤直徑≥1 cm。排除標準:①腫瘤內伴有明顯囊變、壞死;②腫瘤直徑<1 cm;③術前經過激素或者放射治療;④有MRI檢查禁忌證。

1.2 儀器和方法 采用美國GE Signa HDxt 3.0T MR磁共振掃描儀,應用8通道頭部線圈。囑患者仰臥位,常規采用冠狀及矢狀位掃描。掃描序列及參數:所有患者均行矢狀位及冠狀位快速自旋回波T1加權成像(FSE T1WI):重復時間(TR) 560 ms,回波時間(TE)6.7 ms;T2WI:TR 2 000 ms,TE 112.6 ms;層厚2 mm,層間距0.2 mm,視野(FOV)22 cm×22 cm,矩陣320×256;增強掃描參數同T1WI,采用雙筒高壓注射器靜脈團注對比劑Gd-DTPA,注射流速2.5 mL/s,劑量0.1 mmol/kg。

1.3 圖像處理與特征提取 圖像處理與分析:由2名高年資MRI診斷醫師(具有15年以上工作經驗)在PACS系統共同閱片,意見不一致時協商解決,觀察垂體大腺瘤的大小、形態、信號特點等。在增強圖像上測量腫瘤各徑線,并記錄其最大徑。分別在冠狀位T1WI、T2WI與T1WI增強序列觀察比較腺瘤與右側顳葉白質間的信號強度差異。

特征提取:將所有患者MRI圖像從PACS系統以DICOM格式導入ITK-SNAP(Version3.6)軟件,由2名醫師分別在冠狀位T1WI、T2WI和T1WI增強圖像上沿病灶邊緣逐層手動勾畫ROI,并進行三維融合(圖1),然后導入AK(GE Healthcare Analysis Kit)軟件提取紋理特征。采用組內相關系數(ICC)評價2名醫師提取特征的一致性。

A.在冠狀位沿垂體腺瘤病灶邊緣勾畫ROI;B.在矢狀位沿垂體腺瘤病灶邊緣勾畫ROI;C.ROI三維融合示意圖。

1.4 統計學方法 采用R軟件(版本3.5.2)和SPSS 26.0軟件。連續性變量采用兩獨立樣本t檢驗(正態分布且方差齊)或Mann-WhitneyU檢驗(偏態分布或方差不齊)比較;采用單因素Logistic回歸分析MRI特征和紋理特征,進一步進行多因素Logistic回歸分析并建模,繪制受試者工作特征(ROC)曲線評估MRI特征、紋理特征和模型的鑒別診斷效能。模型間曲線下面積(AUC)的比較采用DeLong檢驗。

2 結果

2.1 患者一般臨床資料 垂體大腺瘤的質地與性別、年齡、分泌功能相關性無統計學意義(P>0.05),而與腫瘤的最大直徑有關(P<0.01),見表1。

表1 質軟組與質硬組患者一般臨床資料

2.2 一致性評估 2名醫師對MRI圖像紋理特征獲取的一致性較好,ICC值為0.874(95%CI:0.819～0.913)。2名醫師對MRI圖像信號強度獲取的一致性較好,ICC值為0.863(95%CI:0.804～0.905)。

2.3 磁共振信號與垂體腺瘤質地的相關性 質軟組與質硬組垂體大腺瘤在磁共振T2WI加權信號間差異有統計學意義(P<0.05),T2WI加權信號高的質地較軟,T2WI加權信號低的質地較硬,見表2。

表2 質軟組和質硬組MRI信號比較

2.4 紋理參數及模型分析 AK軟件共提取3 132個紋理特征,經Sperman相關分析篩選獲得260個,再經最小絕對收縮和選擇算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)回歸模型降維后得到價值最大的9個特征(表3),其中T1WI圖像1個特征,T2WI圖像3個特征,增強圖像5個特征。質硬組大腺瘤的紋理特征參數值均大于質軟組(表3)。

表3 質軟組和質硬組的各期紋理參數比較

單因素回歸分析顯示,T1C_ShortRunHighGreyLevelEmphasis_AllDirection_offset4鑒別垂體大腺瘤質地的AUC值較高(0.843)(表4);多因素Logistic回歸分析顯示聯合模型鑒別2種質地腫瘤的AUC最高(0.995)(表4～5、圖2)。

表4 MRI特征、紋理參數及模型鑒別垂體大腺瘤質地的效能

表5 聯合模型鑒別垂體大腺瘤質地的多因素Logistic回歸分析方程

圖2 MRI信號、紋理參數及其模型鑒別垂體大腺瘤質地的ROC曲線

3 討論

本研究納入多種與垂體大腺瘤質地相關的臨床特征,結果顯示垂體大腺瘤的質地與年齡、性別及激素分泌功能的相關性無統計學意義,與郭強等的研究結果一致[11]。本研究發現大腺瘤的最大徑與腺瘤本身的質地有關,其中質硬組的垂體大腺瘤直徑明顯大于質軟組,分析可能是由于質硬組垂體大腺瘤多無明顯的癥狀,腫瘤發現較晚所致,但武春雪等[12]研究認為大腺瘤直徑沒有統計學意義,這可能與樣本量有關。既往研究表明T1WI加權信號在垂體大腺瘤質地間的差異無統計學意義,本研究的結果與之一致[13]。T2WI加權信號能更好地反映腫瘤的質地,T2WI加權低信號的大腺瘤質地偏硬,分析可能是由于質硬腫瘤內部纖維化程度過高,自由水和結合水的比例下降,促使腫瘤T2WI加權信號降低[14]。本研究發現質硬大腺瘤的T2WI加權信號偏低,這與既往的研究相似[15]。研究指出大腺瘤的質地與T1WI增強信號無關,本研究得出的結論與之類似。目前MRI信號預測垂體大腺瘤質地尚無統一的標準,有待更進一步的研究。

雖然MRI信號在鑒別垂體大腺瘤質地中具有一定的作用,但單純依據影像特征做鑒別診斷主觀性較強,且與醫師的經驗有關。MRI紋理特征分析能客觀反映腫瘤內部的生理生化信息,反映腫瘤的異質性。本研究最終共篩選出9個紋理參數在鑒別垂體大腺瘤質地中有統計學意義,包括1個一階灰度直方圖和8個二階共生矩陣類GLCM和游程長度矩陣類RLM紋理參數。提取的9個紋理特征中RLM的短期高灰度級的重點(ShortRunHighGreyLevelEmphasis_AllDirection)最多,分析可能是由于ShortRunHighGreyLevelEmphasis_AllDirection反映灰度分布的混亂程度,而質硬的垂體大腺瘤內部纖維化程度不斷增加,使質硬的垂體大腺瘤內部結構更加復雜和不均質性。本研究中9個紋理參數值在質硬組中均高于質軟組,其中T1C_ShortRunHighGreyLevelEmphasis_AllDirection_offset4鑒別垂體大腺瘤質地的AUC最高(0.843)。紋理參數構建的模型鑒別2種質地腺瘤能力明顯提高(AUC=0.990)。這是因為單參數單序列只能反映腫瘤某一部分的異質性,多序列多參數能更為全面地了解腫瘤的異質性。而MRI特征結合紋理參數構建的聯合模型則進一步提高了鑒別診斷效能(AUC=0.995),這可能與紋理參數僅僅反映病灶特征,而MRI特征包括了病灶周圍特征有關。

本研究不足之處在于:樣本量較少,質硬腫瘤更少;術中對腫瘤質地的判斷主觀性較強,缺乏術后病理膠原成分的對照分析;紋理特征提取過程中,手動勾畫ROI受個人經驗影響較大。

總之,依據MRI信號判斷垂體大腺瘤質地具有一定局限性,而MRI特征結合紋理參數構建的模型對于垂體大腺瘤質地的鑒別診斷效能最高,可為擬行垂體大腺瘤手術的患者術前入路的選擇提供客觀依據。