基于T2WI灰度共生矩阵在鉴别高低级别胶质瘤中的应用

李 烨 盛伟华 阮娇妮 蔡华亮 黄 松 宋黎涛

胶质瘤是脑内最常见的原发肿瘤病变，侵袭性较强，世界卫生组织将胶质瘤分为Ⅰ～Ⅳ级，其中Ⅰ、Ⅱ级为低级别胶质瘤，Ⅲ、Ⅳ级为高级别胶质瘤，不同级别胶质瘤的治疗方案及预后不同，因此术前精确判断胶质瘤对临床治疗决策有重要的指导意义[1-4]。较多研究表明MR功能成像如DWI，DCE在鉴别高低级别胶质瘤中有一定的价值[5-8]，但其不作为临床常规使用，同时也需要较长时间，临床实践不方便。灰度共生矩阵是基于形态学研究，通过对图像像素灰度值的局部特征、灰度变化规律及分布进行研究，反映了肉眼无法看到的病变病理改变[9-11]。本研究拟探讨常规磁共振T2WI序列灰度共生矩阵鉴别高低级别胶质瘤的价值。

方 法

1．临床资料

2013年1月至2016年12月收集我院经病理证实为脑胶质瘤患者91例，纳入标准：①术前行磁共振检查；②磁共振检查前患者未接受化疗和或放疗；③无外伤史或手术史。最后纳入58例，其中高级别胶质瘤31例（13例间变性星形细胞瘤，18例为胶质母细胞瘤），低级别胶质瘤27例（均为Ⅱ级星性细胞瘤）。

2．MR检查方法

所有患者术前均行Siemens 3．0T（德国西门子公司）磁共振扫描，采用头线圈，患者仰卧位。扫描序列及参数如下：SE轴位T1WI，TR450ms，TE 15ms； 轴 位 T2WI，TR4500ms，TE100ms，层厚 5．0mm，层距2．0mm，矩阵512×512，视野（FOV）210mm×240mm；轴位液体衰减反转恢复序 列（FLAIR）TR8500ms，TE105ms，TI2500ms。增强扫描T1WI，经肘静脉团注钆对比剂，剂量为0．2mmol/kg。

3．图像分析

将患者的磁共振DICOM图片从PACS系统导入硬盘，在T2WI中选择肿瘤最大层面，两名分别具有17年和7年神经影像诊断经验的医生均采用Image J软件在肿瘤最大层面手动勾画ROI(如图1)，再用基于Matlab编写的软件提取ROI范围的纹理特征参数，包括相关、能量、逆差距和熵。

4．统计学方法

纹理分析特征参数采用均数±标准差，采用Kolmogorov-Smirnov检验正态性。两名医生的一致性采用组内相关系数（ICC）评估，ICC大于0．75认为一致性较好。独立样本t检验（当数据满足正态分布）或非参数检验（当不满足正态分布）比较高低级别胶质瘤的各纹理特征值差异，P＜0．05为差异有统计学意义，对于有统计学意义的参数，绘制受试者工作曲线（ROC），计算鉴别高低级别胶质瘤的最佳界值及相应的敏感性和特异性。所有统计学方法都使用 SPSS17．0 软件（SPSS， Chicago，II，USA）。

结 果

1．一般临床结果

本研究共58例胶质瘤，高级别胶质瘤31例（13例间变性星形细胞瘤，18例为胶质母细胞瘤），男17例，女14例，平均年龄±标准差为47．0±10．7岁；低级别胶质瘤27例（均为Ⅱ级星性细胞瘤），男16例，女11例，平均年龄±标准差为44．7±12．7岁。高低级别胶质瘤的年龄和性别无统计学差异（P=0．452 ～ 0．795）。

2．测量者间的一致性评估

高级别胶质瘤的相关性、能量、逆差距和熵的ICC为0．84，0．89，0．91，0．86，低级别胶质瘤的相关、能量、逆差距和熵的ICC为0．86，0．87，0．89，0．78，各参数的ICC均大于0．75。

表1 高低级别胶质瘤的灰度共生矩阵参数比较

图1 T2WI轴位ROI示意图。71岁，男，病理诊断为星形细胞瘤。

3．比较高低级别胶质瘤各灰度共生矩阵参数

表1为高低级别胶质瘤的各灰度共生矩阵参数比较结果。高级别胶质瘤的逆差距有意义较低级别低（P＜0．001），而二者的相关性，能量和熵无统计学差异（P=0．261-0．849）。

4．ROC分析结果

分析逆差距的ROC，显示其的曲线下面积为0．895，95%CI为 0．783 ～ 1．000，以界值为 0．972 鉴别高低级别胶质瘤的敏感性和特异性分别为93．8%和75．0%（图 2）。

讨 论

胶质瘤是颅内最常见的神经上皮源性肿瘤，世界卫生组织（WHO）将神经系统肿瘤分为I～IV级，不同级别的肿瘤，治疗方案和预后差异较大，因此术前精确评估肿瘤的级别对临床治疗决策具有十分重要的价值[4，8，12，13]。本研究探讨 T2WI纹理分析在鉴别胶质瘤级别中的价值，结果发现基于T2WI纹理特征逆差距可用于鉴别高低级别胶质瘤，其鉴别高低级别胶质瘤的敏感性和特异性分别为93．8%和75．0%。

灰度共生矩阵是基于估计图像二阶组合概率密度函数，分析图像的纹理特征，通过计算一定距离和方向的两点灰度的相关性，精确描述图像纹理的重复方向及粗糙度。逆差距是纹理参数中最客观的特征之一，反映纹理的局部的变化程度，其值越大，说明图像越均匀[10-11]。本研究发现逆差距在鉴别高低级别胶质瘤间存在有意义的差异，这与既往研究报道在其他肿瘤纹理研究的结果一致[14]。高级别胶质瘤的逆差距值较低级别胶质瘤有意义低，说明高级别胶质瘤异质性明显较低级别胶质瘤大，虽然尚未有报道灰度共生矩阵在鉴别胶质瘤级别的价值，但本研究与以往胶质瘤不同级别的定性及病理研究一致，即高级别胶质瘤常较多坏死囊变及少许出血而导致图像不均匀，低级别胶质瘤坏死囊变少，图像相对均匀一致[1，12]。

图2 逆差距鉴别高低级别胶质瘤的ROC曲线。

能量反映图像分布均匀性和纹理的粗细程度，其值越大，说明图像较均一。相关特征度量像素在空间行或列分布的相似度，即图像的细致程度，其值越大，说明图像纹理细致。熵反映图像纹理的复杂程度，熵值越大，反映图像纹理的非均匀性越大[15-16]。本研究中高低级别胶质瘤的这三个特征均无统计学差异，但都反映了高级别胶质瘤较低级别胶质瘤欠均匀的趋势，这可能由于参数值较小，样本量小，不足以反映出其鉴别高低级别胶质瘤的有意义信息。

除了本研究属于回顾性分析的局限性以外，本研究还存在以下几点局限性。首先，研究样本量较小，在以后的研究中需进一步扩大样本量以验证结果。其次，本研究仅利用二维的灰度共生矩阵特征鉴别高低级别胶质瘤，未能行体积测量，对肿瘤特征提取不全面，在今后的研究中需进一步完善。最后本研究仅分析了常规序列T2WI的灰度共生矩阵特征在鉴别胶质瘤级别中的价值，将来可以试图分析其他序列如T1WI、FLAIR或DWI的定量影像特征的鉴别价值。

总而言之，本研究提示基于磁共振T2WI肿瘤最大层面灰度共生矩阵分析，可用于鉴别高低级别胶质瘤，其中逆差距是鉴别二者的良好影像指标。