基于T1 增强最大层面直方图分析在胶质肉瘤与胶质母细胞瘤之间的鉴别价值

文萌萌，张 勇，程敬亮，黄荟玉

（郑州大学第一附属医院磁共振科，河南 郑州 450052）

胶质肉瘤[1-2]是由恶性胶质和肉瘤成分组成的中枢神经系统的原发性肿瘤。胶质肉瘤是中枢神经系统罕见的肿瘤，是多形性胶质母细胞瘤的变种，具有胶质细胞和肉瘤的双重分化组织学模式，组织学分化既有胶质细胞又有间质细胞的特征[3-4]。多数学者认为，胶质肉瘤是多形性胶质母细胞瘤的变体，约占胶质母细胞瘤的2%[5]。胶质肉瘤发病年龄在第5个和第6个10年，平均年龄59岁，男性比例略高于女性（男女发病之比约为1.75∶1）[4，6]。最常见的临床症状是平衡和活动问题，其次是头痛和视力问题。肿瘤最有可能累及额叶和顶叶[6]。胶质肉瘤与胶质母细胞瘤之间的发病年龄和MRI表现相似，往往难以鉴别，诊断较为困难，鉴别诊断只能依靠病理学。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析我院2011年2月—2018年1月经手术病理证实的35例胶质母细胞瘤和30例胶质肉瘤患者。患者临床表现为头痛、站立不稳、活动障碍等。纳入标准：①在我院进行过MRI平扫及增强检查，影像资料完善，包括轴位T1WI、T2WI、FLAIR、DWI和增强T1WI；②通过手术后病理进一步确诊为胶质肉瘤和胶质母细胞瘤；③扫描所得到的MRI图像质量清晰。且磁共振检查前未做颅内减压、化疗或者放射治疗。本研究通过医学伦理委员会批准，研究对象均签署知情同意书。

1.2 磁共振成像方法

采用德国Siemens 3.0T磁共振成像系统，标准头颅线圈。平扫行矢状位及轴位T1WI、轴位T2WI及轴位DWI；增强扫描行矢状位、轴位及冠状位T1WI，造影剂采用GD-DTPA，剂量0.1 mmol/kg。轴位扫描，层厚6 mm，间隔1 mm，FOV 24 cm×24 cm，矩阵128×128，成像时间为48 s。

1.3 图像处理

1.3.1 图像选取

从PACS工作站以BMP格式导出所有患者的MR图像，同时调整窗宽、窗位，使所有图像在窗宽、窗位上保持一致性，选择增强T1WI轴状位图像肿瘤的最大层面，进行直方图分析。

1.3.2 感兴趣区选取及直方图分析

过Mazda软件沿病变增强T1WI轴位图像全肿瘤边缘手动勾画每一层感兴趣区（ROC），选出最大层面，ROI的灰度直方图由软件自动生成，通过灰度直方图分析计算得到下列参数：均值、肿瘤变异度、峰度、偏度、第99百分位数、第90百分位数、第50百分位数、第10百分位数、第1百分位数等。两种肿瘤中分别随机选取一个样本作为示例，勾画出最大层面的肿瘤区域，该层肿瘤区域使用红色填充，分别对应的标记前的原始图像（图1，2）。本次研究所有样本选取ROI均由三位影像学专家的指导完成勾画。

1.4 统计分析

2 结果

软件运行出直方图见图3和图4，两组肿瘤最大层面的灰度直方图各参数值统计结果见表1。由灰度直方图分析得到的9个参数中，其中偏度和峰度在两组间的差异有统计学意义（P均<0.05），其余7个参数均值、变异度、第1百分位数、第10百分位数、第50百分位数、第90百分位数及第99百分位数这7个参数没有统计学意义（P均>0.05）。ROC曲线分别分析偏度和峰度这两个参数在胶质肉瘤和胶质母细胞瘤之间的鉴别效能，有统计学差异的参数分别对应图5。依据约登指数选取的最佳临界值以及灵敏度和特异度见表2，偏度的AUC为0.671（AUC>0.5，P<0.05），最佳临界值为0.52，偏度<0.52则为胶质母细胞瘤可能性较高，其敏感度及特异度分别为60.0%、68.2%。峰度的AUC为0.673（AUC>0.5，P<0.05），最佳临界值为-0.31，偏度<-0.31则为胶质母细胞瘤可能性较高，其敏感度及特异度分别为60.0%、60.0%。

图1a 胶质肉瘤轴位原始图像。图1b 胶质肉瘤轴位标记后图像。图2a 胶质母细胞瘤轴位原始图像。图2b 胶质母细胞瘤轴位标记后图像。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.

图3 胶质肉瘤直方图。图4 胶质母细胞瘤直方图。Figure 3.Histogram analysis images of gliosarcoma.Figure 4. Histogram analysis images of glioblastoma.

表1 两种肿瘤全域灰度直方图参数统计分析

表2 偏度和峰度对胶质肉瘤和胶质母细胞瘤的鉴别效能

图5a 胶质母细胞瘤与胶质肉瘤的ROC曲线（SKewness）。Figure 5a.ROC curve of glioblastoma and gliosarcoma(Skewness).

图5b 胶质母细胞瘤与胶质肉瘤的ROC曲线（Kurtosis）。Figure 5b.ROC curve of gliosarcoma and glioblastoma(Kurtosis).

3 讨论

胶质肉瘤是WHO Ⅳ级的中枢神经系统的恶性肿瘤，具有侵袭性，根据先前的报道[1]，颅外转移是罕见的，但胶质肉瘤的转移不像胶质母细胞瘤中所见的那样，最常见的转移部位是颅骨、肺、肝脏和淋巴结。Kevin等[6]和Ulyte等[8]的研究中报道，胶质肉瘤的生存率至少和胶质母细胞瘤观察到的一样糟糕。胶质肉瘤患者的中位生存期为9月。且这两种疾病的发病机制仍然未明确。临床工作中对于这两种肿瘤的鉴别比较困难，其临床症状与体征及影像学表现极其相似。在常规MRI图像上两种肿瘤的水肿、大小、定位及肿瘤周围水肿相似[9]，所以对于这两种肿瘤并没有鉴别意义[10]。帮助临床医生在术前对这两种疾病进行鉴别，有助于其治疗方案的改进与探索。

超声在中枢神经系统应用受限，CT提供的信息较MRI相比较少。MRI成像的序列与参数较多，可以提供定量或半定量数据。中枢神经系统肿瘤的DWI序列可以测出ADC值有助于肿瘤的分析，多数学者对于胶质肉瘤做了ADC的全域直方分析，该研究对于胶质肉瘤的增强扫描进行了灰度直方图分析，直方分析在其他方面已经进行了研究，Gihr等[11]的脑膜瘤生物学行为研究及Ulyte等[8]和刘扬等[12]的高级别胶质瘤的研究。

直方图是一种用于量化分析肿瘤内部异质性的新方法，为肿瘤的鉴别诊断和分级及预后提供了更多的信息[12]，直方图分析[8，11]提供了一阶特征，通过简单的方法来描述统计特定特征的表现如均值、中位数、最小值、最大值和百分位数。此外，还提供了二阶特征如偏态、峰度和熵。这三个维度反映了被调查体积的信号强度分布的形状，从而为被调查病灶的成像结构提供了更详细的洞察，且该方法具有很好的重复性。

本研究分析肿瘤最大层面得到的9个参数中，其中偏度和峰度在两组间有差异有统计学意义（P均<0.05），其余7个参数均值、变异度、第1百分位数、第10百分位数、第50百分位数、第90百分位数及第99百分位数这7个参数没有有统计学意义（P均>0.05）。偏度可以反应病变的组织学特征，胶质肉瘤与胶质母细胞瘤相比其信号分布较均匀，其集中分布稍偏左侧，胶质母细胞瘤是最具侵袭性的[5]，这可能导致组织信号偏离总体均数，同时也可能和肿瘤组织内部坏死、囊变、出血以及向周围组织浸润等复杂情况有关。峰度是衡量该直方图的峰值，正峰值表示比正态分布尖锐的峰值，负偏锋表示比正态分布平坦的分布，胶质肉瘤的分布形态较为尖锐，而胶质母细胞瘤的分布相对较为平坦。偏度和峰度对于胶质肉瘤和胶质母细胞瘤具有鉴别诊断价值，且偏度对胶质肉瘤和胶质母细胞瘤的鉴别效能明显高于峰度。因此T1WI增强MRI最大层面直方分析对于胶质肉瘤和胶质母细胞瘤具有一定的鉴别价值，可以作为术前鉴别诊断的辅助方法，有助于临床医生决定最佳治疗方案。

组织病理学与分子亚型分析是确诊这两种疾病的金标准，但是直方图分析也可通过影像学资料获取的一系列参数来量化肿瘤内部异质性。与病理和分子生物学手段相比，影像学具有无创性，可在活体多次重复进行，分析具有可重复性，这种优势使得基于图像分析肿瘤微观环境的临床应用越来越受到重视。