基于MRI 弥散成像的直方图纹理分析鉴别肝脏局灶性结节性增生和少脂型肝脏血管平滑肌脂肪瘤

张加辉 郑新成 崔 杰

肝局灶性结节性增生（focal nodular hyperplasia，FNH）是一种较少见的良性富血供肿瘤样病变，是肝细胞对局部血管异常产生的一种反应性增生，而非真正意义上的肿瘤[1]。肝脏血管平滑肌脂肪瘤是肝脏内少见的肿瘤，由增生的厚壁血管、平滑肌及成熟的脂肪组织构成，且三种成分构成比例、分布各不相同，具有潜在的恶性转化和自发破裂的危险，应该积极手术治疗[2]。肝脏血管平滑肌脂肪瘤可分为四种类型：脂瘤型（脂肪含量≥70%）、肌样型（脂肪含量≤10%，上皮样型及梭形细胞型）、血管型（以多发粗大、扭曲的畸形血管为主）及混合型（三种组成成分比例相近）[3]。肌样型及血管型是含微量成熟脂肪的少脂型血管平滑肌脂肪瘤（low-fat hepatic angiomyolipoma，LF-HAML），与肝癌、肝腺瘤及FNH 等肝脏富血供病变鉴别困难，术前FNH和LF-HAML 在临床和影像表现存在较多的重叠[4]。因此，准确诊断并鉴别对确定治疗方案和改善患者预后至关重要。笔者旨在探讨基于直方图的MRI-DWI 纹理特征方法鉴别两种病变的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2014 年2 月—2019 年10 月杭州市第三人民医院放射科行磁共振DN1 序列扫描的FNH 或LF-HAML患者66例。其中FNH 39例，男27例，女12例，年龄18～77 岁，平均32.8 岁，病灶平均直径4.92cm。LF-HAML 27例，男8例，女19例，年龄27～64 岁，平均49.9 岁，病灶平均直径3.98cm。本研究经医院伦理委员会审核通过，伦理号（No.2021KA031）。

1.2 纳入及排除标准 纳入标准：（1）经手术病理证实的FNH 或LF-HAML；（2）在同一台磁共振上完成DWI 序列扫描。排除标准：（1）未获得明确的病灶病理结果；（2）图像质量较差，影响病灶勾画。

1.3 MRI 检查方法 本研究采用GE signa HDxt 1.5T 超导MR 成像仪对患者MRI 成像采集。扫描序列如下：（1）肝脏轴位常规DWI 扫描参数：TR 2000ms，TE 68.5ms，FOV 42cm×28.5cm，矩阵128×128，层厚6mm，取b 值分别为0和800s/mm2。（2）肝脏 轴 位 常 规T2WI 扫 描 参 数：TR 9000ms，TE 87.5ms，FOV 42cm×28.5cm，矩阵288×224，层厚6mm。（3）肝脏轴位MRI 常规增强扫描：采用屏气T1WI 压脂肝脏容积快速采集（LAVA）扫描序列，TR/TE（3.2ms/1.5ms），矩阵256×166，层厚5mm，FOV 40cm×32cm，采用高压注射器（Optitar LE）以2.5mL/s的流率肘静脉内团注0.1mmol/kg 的对比剂钆喷酸葡胺（Gd-DTPA），之后同样流率注射15mL 生理盐水，对比剂注射20、60和150s 后分别采集动脉期、门脉期和平衡期肝脏图像。

1.4 图像纹理特征分析 选取b 值为800s/mm2的DWI 序列的图像，将显示肝脏病灶所有层面的DWI图像（DICOM 格式）导入AI（德尚韵兴）软件，由1 名10 年工作经验的放射科医师沿肿瘤最大直径截面边缘手动勾画感兴趣区（ROI），再由1 名15 年工作经验的放射科副主任医师审核勾画的病灶，对有疑问的病灶勾画，经双方讨论后再确定病灶勾画边界，计算出ROI 内的定量纹理特征参数并进行直方图分析，包括5 组直方图模型，分别是ADC 直方图，局部二值模式（local binary patterns，LBP）直方图（窗宽窗位、原始像素），Sobel 直方图（窗宽窗位、原始像素），每组直方图模型都包括最大值、最小值、均值、标准差、偏度及峰度等纹理特征参数见图1。

图1 采用德尚韵兴软件沿肿瘤最大截面边缘手动勾画感兴趣区（ROI），软件自动生成直方图纹理特征参数，并对FNH和LF-HAML 的诊断效能进行比较分析

1.4 统计学方法 应用SPSS 21.0 统计软件，计量资料以均数±标准差（）表示，行t 检验，计数资料以例表示，行χ2检验。对两组病变的定量纹理特征参数及临床特征进行综合评估，P＜0.05 为差异有统计学意义，再采用ROC 曲线分析每种模型的效能。

2 结果

2.1 临床特征 FNH和LF-HAML 两组病变临床特征中，性别和年龄差异有统计学意义（P＜0.05），而病灶大小及肿瘤指标铁蛋白、甲胎蛋白（AFP）、癌胚抗原（CEA）、糖类抗原19-9（CA19-9）则无统计学差异（P＞0.05），见表1。

表1 FNH 与LF-HAML患者临床特征比较

2.2 直方图纹理参数比较 FNH和LF-HAML 两组病变5 组直方图模型纹理参数中，ADC 直方图的最大值和标准差差异均有统计学意义（P＜0.05），最小值、均值、偏度及峰度差异均无统计学意义；LBP 直方图（窗宽窗位）的均值和偏度差异均有统计学意义（P＜0.001 或P＜0.05），而最大值、最小值、标准差及峰度差异均无统计学意义（P＞0.05）；Sobel 直方图（窗宽窗位）的标准差差异有统计学意义（P＜0.05），而最大值、最小值、均值、偏度及峰度差异均无统计学意义（P＞0.05）；Sobel 直方图（原始像素）的均值、标准差、偏度及峰度差异均有统计学意义（P＜0.05 或P＜0.01），而最大值及最小值差异均无统计学意义（P＞0.05）；LBP 直方图（原始像素）中的最大值、最小值、均值、标准差、偏度及峰度差异均无统计学意义（P＞0.05），见表2。

2.3 直方图纹理参数ROC 曲线分析 比较各组直方图模型，其中LBP 直方图（窗宽窗位）的均值和偏度在鉴别两种病变的诊断效能最好，AUC 值（均值）为0.825，当阈值为0.547 时，约登指数最大，灵敏度和特异度分别76.9%、77.8%；AUC 值（偏度）为0.827，当阈值为0.544 时，约登指数（Youden’s index）最大，灵敏度和特异度分别85.2%、69.2%，见表2、图2。

图2 LBP 直方图（窗宽窗位）均值和偏度FNH 与LF-HAML的ROC 曲线

表2 FNH 与LF-HAML 直方图纹理特征参数分析（）

表2 FNH 与LF-HAML 直方图纹理特征参数分析（）

注：ADC 为表观弥散系数；LBP 为局部二值模式；Sobel 为索贝尔算子；FNH 为肝局灶性结节性增生；LF-HAML 为少脂型肝脏血管平滑肌脂肪瘤

3 讨论

LF-HAML 与FNH 都是肝脏少见的富血供病变，LF-HAML 中的上皮样血管平滑肌脂肪瘤是被视为有恶性潜能的肿瘤，所有有症状的患者均应考虑手术切除。纹理分析是影像组学研究的基础，在肿瘤病灶提取、定性、疗效评估及预后预测方面具有较高的价值[5-6]。

MRI-DWI 是利用磁共振观察活体组织内水分子弥散运动的成像技术，技术成熟且应用广泛，有学者认为，DWI 对肝脏病灶的鉴别诊断及肿瘤疗效评价有重要的价值，ADC 值定量分析可用于鉴别肝脏良恶性病变[7-9]。本研究ADC 直方图中的LF-HAML组病灶最大值和标准差均大于FNH 组，且两者差异有统计学意义，而ADC 值的大小与病变细胞密度呈负相关，即细胞密度越高，ADC 值越低。LF-HAML 病灶细胞密度较为稀疏，可能与LF-HAML 含有三种不同比例的细胞成分排列及构成相关。标准差则反映病变ROI 中ADC 平均值测量的偏差，当ADC 值变化较大时，标准差则较大，LF-HAML 病灶因含有不同比例的血管、脂肪及平滑肌成分，所以ADC 值差异较大。

局部二值模式（LBP）是广泛用于图像分类的一种图像特征。本研究中LBP 直方图中的纹理参数均值、偏度在鉴别LF-HAML和FNH 有统计学差异。FNH 均值大于LF-FAML，均值反映纹理的规则程度，纹理杂乱无序，则值较小，纹理规律有序，则值较大。说明LF-HAML 病变呈现的纹理特征较为杂乱，可能间接反映了LF-HAML 病变组成成分的多样性。偏度反映病变特征值分布相对于平均值的不对称程度，如果对称分布，其值较小，LF-HAML 偏度大于FNH，表明LF-HAML 纹理特征值不对称分布较FNH 病变明显，可能与其构成成分多样性有关。由于LBP 直方图在纹理分类上性能强度且稳定，其均值和偏度AUC 值分别为0.825、0.827，较其他模型性能更为优越。

Sobel 直方图是度量病灶边缘图像的灰度变化。本研究中Sobel 直方图有4 个纹理特征在鉴别LFHAML 与FNH 差异有统计学意义（P＜0.05）。其中LF-HAML 组病灶的均值和标准差均大于FNH 组，说明HAML 病灶图像的灰度变化较大，纹理较杂乱无章，而LF-HAML 组病灶的偏度和峰度则均小于FNH 组。偏度值用来描述病变特征值相对于平均值分布的不对称程度，说明FNH 病变灰度特征性分布不对称较为明显。峰度是描述总体中所有取值分布形态陡缓程度的统计量，峰度值越大，表明病灶信号强度越集中，病变内信号越均一，呈现的灰度值也越高，FNH 由肝细胞、纤维基质组成，而LF-HAML 有不同比例的血管、平滑肌及脂肪构成，FNH 病变信号强度更集中、信号更均一分布。Sobel 直方图各纹理参数ROC 曲线下面积（AUC）值均低于LBP 直方图，可能与LF-HAML 及FNH 病变图像灰度渐变和噪声较小有关[10]。

临床特征参数中的性别和年龄在鉴别LFHAML和FNH 存在较大的价值，且差异有统计学意义（P＜0.05），其中LF-HAML 组患者中有8例男性和19例女性，FNH 组患者中有27例男性和12例女性，表明LF-HAML 好发于女性患者，FNH 好发于男性患者。

临床特征中的性别、年龄及直方图纹理特征对LF-HAML和FNH 有较大的鉴别诊断价值，其中LBP 窗宽窗位直方图模型对两种病变的鉴别诊断效能最佳。