动脉自旋标记衍生的脑血流量全域直方图预测弥漫性中线胶质瘤H3K27M突变状态的价值

秦媛，阚豫波，曹旭，薛玉富*

1.重庆大学附属三峡医院放射科，重庆 404100；2.重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016；3.成都中医药大学医学与生命科学学院，四川 成都 610032；*通信作者 薛玉富 943223057@qq.com

特定基因的改变与胶质瘤的生物学行为、诊断及预后评估有非常密切的关系。2016年，世界卫生组织将H3K27M突变的弥漫性中线胶质瘤定义为一种新的独立肿瘤[1]。弥漫性中线胶质瘤是主要发生于脑中线结构区的侵袭性恶性肿瘤，WHO分级为4级[2]，最常见的发病部位是从脑桥三脑室到下丘脑等人体中线部位，发病人群以儿童和青壮年居多[3]。无论年龄、肿瘤部位或组织病理学分级如何，H3K27M突变是总生存率的独立预测因子[4-5]。与H3K27M野生型胶质瘤相比，H3K27M突变型胶质瘤的中位生存率显著降低，预后较差[4,6-7]。尽管以往研究表明弥漫性中线胶质瘤有明显的组织学改变和影像学特征[8-9]。然而，传统MRI识别H3K27M状态仍然具有挑战性[10-11]。目前关于脑血流量（cerebral blood flow，CBF）全域直方图技术应用于脑胶质瘤分子亚型预测方面的研究国内鲜有报道。本研究拟通过对26例弥漫性中线胶质瘤H3K27M突变型和28例弥漫性中线胶质瘤H3K27M野生型的CBF图像进行直方图分析，旨在提供一种全新方法对弥漫性中线胶质瘤的H3K27M突变状态进行术前无创性预测。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性选取重庆大学附属三峡医院、成都中医药大学附属医院、重庆医科大学附属医院2016年1月—2021年3月经穿刺活检或手术病理证实的54例弥漫性中线胶质瘤，根据H3K27M突变状态分为H3K27M突变型组26例和H3K27M野生型组28例。纳入标准：①经手术或穿刺活检病理证实为弥漫性中线胶质瘤；②所有病例均完成基因检测，且明确H3K27M基因状态；③MRI图像质量清晰，序列齐全，动脉自旋标记脑血流量图像清晰；④患者临床资料齐全；⑤检查前未进行化疗、放疗、手术及其他治疗。排除标准：①图像质量不佳，不能用于定量分析及感兴趣区（ROI）勾画；②MRI序列不全，缺乏动脉自旋标记序列，无法重建CBF图。本研究经重庆大学附属三峡医院伦理委员会批准（2021年科研第100号），所有研究对象均签署知情同意书。两组患者临床特征见表1。

表1 弥漫性中线胶质瘤H3K27M突变型组和H3K27M野生型组患者临床特征比较

1.2 仪器 采用GE 3.0T（Signa HDxt）MR扫描仪，8通道头部线圈。扫描参数：3D伪连续动脉自旋标记主要参数：TR 4 632 ms，TE 10.5 ms；矩阵大小512×8；视野240 mm×240 mm；层厚5 mm；PLD 2.0 ms。

1.3 图像处理与分析 从影像归档和通信系统后处理工作站导出所有患者MRI图像，由2名具有10年以上工作经验的放射科医师（副主任医师和主治医师各1名）采用盲法参考增强T1WI于轴位CBF图上逐层手动勾画肿瘤ROI，包含肿瘤内部囊变、坏死或出血区，以黄色填充肿瘤区域，意见不一致时讨论决定，软件自动生成直方图，计算直方图参数：中位数、第10百分位、偏度、极差、方差、不均一性、最大值、最小值、四分位间距、众数、峰度、熵值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 22.0软件，首先使用Kolmogorov-Smirnov检验对数据进行正态性检验，符合正态分布的计量资料以±s表示，偏态分布者以M（Q1，Q3）表示。正态分布数据采用独立样本t检验，偏态分布数据采用Mann-WhitneyU检验进行比较。计数资料以例数表示，组间比较采用χ2检验。将有统计学差异的变量进行二元Logistic回归分析，绘制受试者工作特征（ROC）曲线并分析约登指数，比较两组各直方图参数的诊断效能。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各直方图参数分析 弥漫性中线胶质瘤H3K27M突变型组CBF的中位数、第10百分位、偏度和极差均高于H3K27M野生型组，方差和不均一性低于H3K27M野生型组，差异有统计学意义（P<0.05）。最大值、最小值、四分位间距、众数、峰度、熵值差异无统计学意义（P>0.05）。对有统计学差异的变量进行二元Logistic回归分析，结果见表2、3和图1、2。

表2 54例弥漫性中线胶质瘤患者CBF直方图参数分析

表3 弥漫性中线胶质瘤患者CBF直方图参数多因素分析

2.2 具有统计学差异的各直方图参数的ROC曲线分析 对具有统计学差异的CBF直方图参数绘制ROC曲线并分析其诊断效能，计算曲线下面积（AUC），以最大约登指数的临界点作为鉴别两组肿瘤的截断值。结果分析显示，单个参数中第10百分位的鉴别诊断效能最高，AUC为0.769，以18.43为截断值，敏感度、特异度及准确度分别为79.9%、76.7%、89.7%。联合中位数、第10百分位、偏度、极差、方差和不均一性等6个直方图参数预测弥漫性中线胶质瘤H3K27M突变状态的AUC、敏感度、特异度及准确度分别是0.813、81.4%、79.3%、91.7%，见表4、图3。

表4 CBF各直方图参数对弥漫性中线胶质瘤H3K27M突变型组和H3K27M野生型组的鉴别诊断效能

3 讨论

弥漫性中线胶质瘤的H3K27M突变状态与肿瘤的生物学行为以及患者生存、预后密切相关。有研究[12]认为，高级别胶质瘤的CBF与遗传标记物，如表皮生长因子受体过表达等有关，并与无进展生存时间存在相关性。因此本研究采用基于动脉自旋标记CBF全域直方图预测弥漫性中线胶质瘤的H3K27M突变状态。

3.1 动脉自旋标记CBF全域直方图预测弥漫性中线胶质瘤H3K27M突变状态的价值H3K27M突变型组CBF的中位数、第10百分位、偏度和极差均高于野生型组，方差和不均一性低于野生型组，差异有统计学意义。H3K27M突变型组的CBF中位数、第10百分位高于H3K27M野生型，表明H3K27M野生型相对于突变型具有较低的灌注分布。此外，两组肿瘤存在明显的灌注异质性和离散度差异。结果显示，所选特征均具有良好的预测效能，单个参数中第10百分位数对预测弥漫性中线胶质瘤的H3K27M突变状态的诊断效能最高，联合多个直方图参数分析可进一步提高预测效能，表明机器学习的训练模型是预测弥漫性中线胶质瘤H3K27M突变状态的有效工具。以往研究[13-15]也采用过直方图分析方法预测胶质瘤的基因亚型，但这些研究大多是基于表观扩散系数，预测的目标基因主要是异柠檬酸脱氢酶，而本研究基于动脉自旋标记CBF的全域直方图分析方法预测弥漫性中线胶质瘤的H3K27M突变状态，目前运用此类方法进行胶质瘤基因亚型预测的研究较少。

3.2 本研究的局限性 ①样本量较少。②动脉自旋标记受诸多因素影响，如磁化转移可导致生物组织的偏共振射频，进而引起信号和T值降低，使灌注效应被高估，信噪比降低；CBF是反映肿瘤内部毛细血管微灌注的定量参数[16-20]，但肿瘤内部坏死、钙化、囊变及出血等成分干扰及主观人为因素也可能会影响CBF测量。③肿瘤基因突变状态预测不能仅依据单个或某几个因素进行分析，应该从多方面、多因素综合分析。④本研究仅基于CBF进行直方图参数分析可能导致在提取肿瘤内部纹理信息方面不够全面，未来将结合其他结构或功能序列进行更全面、深入的分析。

总之，采用动脉自旋标记CBF全域直方图的方法预测弥漫性中线胶质瘤的H3K27M突变状态具有较高价值，单个参数中第10百分位的诊断效能最高。联合多个直方图参数能够进一步提高诊断效能。