CT图像纹理分析急性缺血性脑梗死的应用价值

张晓祥，张 衡，刘文华（通讯作者）

（江苏大学附属人民医院影像科 江苏 镇江 21200）

急性缺血性脑梗死在脑梗死类型中是最常见的，在我国脑梗死类型中比 69.6%～70.8%；并且致死/致残率高[1-3]；对疑似脑卒中患者《中国急性缺血性脑卒中诊治指南2018》[4]推荐诊断流程中尽早尽快完成影像学评估，并且尽可能在到达急诊室后60min内完成脑CT等基本评估并开始治疗，早期有效的评估病及时进行治疗能减少致死/致残率。本研究探讨常规CT平扫纹理分析技术在早期诊断急性缺血性脑梗死的可行性和价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集医院2014年1月—2018年11月CT、MRI及临床资料完整的急性缺血性脑梗死病人的资料。病例纳入标准：（1）急性缺血性脑梗死初诊患者并且未进行任何治疗；（2）所有患者均在6小时内进行CT和MRI检查；（3）对照组区域MRI图像显示无器质性病变；（4）急性缺血性脑梗死灶最大直径大于1cm；（5）图像完整且无明显伪影。33例患者纳入研究（发生于基底节区9例，小脑5例，脑桥2例，侧脑室旁4例，额叶5例，颞叶6例，额颞顶叶2例）；男23例，女10例，年龄28～92岁，平均年龄58.28±15.24岁。

1.2 仪器与方法

采用simens sensation64排螺旋CT机扫描。扫描参数：120kV，200～250mA，矩阵512×512，螺距1.0，层厚及层间距5mm；西门子Avanto型1.5T MR，扫描序列T1WI，T2WI，FLAIR，DWI（b 值 1000），ADC。

1.3 图像处理

从PACS工作站上以“.Dicom”格式将纳入研究的CT平扫图像导出，并调整所有图像的窗宽、窗位，使其均保持一致。然后把图像导入个人计算机内并用Image J（网址：https://imagej.nih.gov/ij/download.html）软件对图像进行纹理分析。由2名有经验的头颈组医师共同选出急性缺血性脑梗死（判断标准：MRI序列DWI上呈现高信号且ADC图像上表现为低信号区域）的最大层面，如果两者意见不统一时，通过协商达成共识。

1.4 提取图像的纹理参数

采用Image J软件分析急性缺血性脑梗死最大层面的平扫图像。由1名具有5年头颈组诊断经验的医师手动勾画ROI研究对象（急性缺血性脑梗死及对称侧），ROI范围的是根据MRI图像确定CT图像同一层面，并计算纹理特征参数（图1、2、3、4）；纹理分析插件均设置为默认值，像素间距d=1，两点之间连线与轴的夹角θ=0°，图像类型选择8 bit。选择相应纹理分析插件提取图像的纹理参数，包括灰度均值、最大强度、最小强度、熵、标准差、对比、偏度、峰态、逆差矩、角二阶矩、相关。

图1

图2

图3

图4

图1/2/3/4：患者男性，47岁，左侧额叶急性缺血性脑梗死；常规MRI检查DWI（b值1000）高信号ADC低信号；CT平扫图像左侧额叶发病区及对侧健侧划相同区域的ROI（已用image J 勾勒出病灶范围）及ROI灰度直方图。

1.5 统计学方法

采用SPSS22.0软件进行统计分析。将研究对象分成急性缺血性脑梗死组及自身对称侧无器质性病变对照组，以±s表示，采用独立样本t检验（正态分布且方差齐）比较急性缺血性脑梗死组与对照组CT平扫纹理参数的差异。采用ROC曲线分析有统计学意义的参数预测诊断价值，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 表1显示两组间进行独立样本t检验的比较结果，两组间提取的纹理参数中灰度均值（t=-2.74）、最大强度（t=-2.81）和最小强度（t=-2.24）的差异均有统计学意义（P均＜0.05），两者间熵、标准差、对比、偏度、峰态、逆差矩、角二阶矩、相关均无统计学意义（P＞0.05）。对有统计学意义的纹理参数灰度均值、最大强度和最小强度分别计算敏感性和特异性，其值分别为 87.9%、57.6%，63.6%、78.8%，57.6%、72.7%；通过ROC分析纹理参数灰度均值、最大强度和最小强度对诊断早期急性缺血性脑梗死有一定的准确性，表2显示ROC曲线（图5）下面积（AUC）值分别0.73、0.72和0.67（P均＜0.05）。

表1 急性缺血性脑梗死及对照组常规CT平扫纹理参数t检验结果

表2 灰度均值、最大强度和最小强度AUC值

图5 灰度均值、最大强度和最小强度的ROC曲线图

3 讨论

脑卒中是威胁人类生命健康的常见脑血管疾病，具有“五高”特点，即高发病率、高复发率、高致残率和高死亡率；提高缺血性脑梗死的早期诊断率，并进行积极治疗可以降低死亡和致残率。

《中国急性缺血性脑卒中诊治指南2018》[4]推荐急诊CT是疑似脑卒中病人首选影像学检查方法，主要是因为CT检查操作简单、快速、方便、价格低廉，禁忌症比磁共振检查少；常规MRI检查在早期诊断急性缺血性脑梗死方面明显优于CT平扫，但其费用较高 、检查时间比较长而且检查过程存在禁忌证（如患者本身有幽闭恐怖症、金属植入物或心脏起搏器）等局限。

图像纹理分析是近年来研究和应用较新的一种图像处理技术，提取图像中的像素分布进行数学分析；纹理分析技术能通过定量提取肉眼根本无法识别的纹理特征，来反映感兴趣区内像素灰度值分布模式及变化规律新的技术手段，有助于进一步揭示病灶的异质性。影像学纹理分析最常用一阶（单体素）和二阶（双体素）来描述体素、像素间灰度强度关系或其在图像中位置关系的数学算法，其突出的优点在于可发现超出肉眼观察范围的图像细节信息；客观定量测量灰度的分布，并且不受主观分析、专业水平以传统医学影像解释固有限制的影响，在肿瘤病灶提取、定性、疗效评估及预后预测方面具有较高价值[5-11]；但其在普通病变领域研究较少，利用CT纹理分析技术发现超出肉眼观察范围的图像细节信息及异质性，研究急性缺血性脑梗死早期的CT平时图像。本研究选取33例以MRI序列DWI（b值1000）上呈现高信号且ADC图像上表现为低信号诊断为急性缺血性脑梗死的病例（DWI序列对水分子的运动的敏感性决定 ，弥散速度快的结构其信号衰减大，表现为低信号，弥散速度慢的结构其信号衰减小表现为高信号。急性缺血性脑梗死发生时，因为脑组织缺血缺氧引起细胞膜钠一钾离子泵ATP能量代谢异常，水和钠离子向细胞内进行转移，产生细胞毒性脑水肿，使局部水分子的弥散运动受到限制，所以在DWI上急性缺血性脑梗死区表现为高信号，而ADC减低，在ADC图像上表现为低信号。），以自身对称侧无器质性病变区域为对照组进行CT平扫图像纹理分析；提取了33例急性缺血性脑梗死组及对照组的CT平扫图像的11个纹理特征参数进行独立样本t检验分析；结果灰度直方图纹理参数（一阶）和GLCM纹理参数（二阶）中包括熵、标准差、对比、偏度、峰态、逆差矩、角二阶矩、相关在早期诊断急性缺血性脑梗死无统计学意义（P均＞0.05）；而灰度均值、最大强度和最小强度在早期诊断急性缺血性脑梗死有统计学意义（P均＜0.05）。本研究对有统计学意义的3个纹理参数值绘制ROC曲线，结果显示灰度均值、最大强度和最小强度的AUC分别为0.73、0.72和0.67，表明灰度均值、最大强度和最小强度能够早期诊断急性缺血性脑梗死，有临床应用价值。

本研究的局限性：（1）本研究样本量小；（2）选取研究对象只勾画二维单张图像进行纹理分析，没有进行三维纹理分析，而且对照组的ROI勾画会有误差。