全容积直方图分析磁敏感信号强度对评估小儿脑肿瘤病理分级的价值

蒋小俊， 金科， 黄文雅， 高兵， 李君伟

小儿脑肿瘤的发病率仅次于儿童血液系统肿瘤，高居第二位[1-2]，术前明确肿瘤病理分级，对患者治疗方案的制定及预后评估有重要意义。MRI在小儿脑肿瘤的定性及分级诊断中有着较为成熟的应用，既往文献指出磁敏感加权成像(susceptible weighted imaging，SWI)能够通过瘤内磁敏感信号(intratumoral susceptibility signals，ITSS)直观反映瘤灶内微小静脉及微出血灶，从而进一步判断小儿脑肿瘤的病理级别[3]。目前，现有文献仅依据ITSS这一半定量参数进行分析，受主观因素影响较大，可重复性及一致性欠佳。本研究通过直方图分析瘤内磁敏感信号强度，旨在探讨SWI在小儿脑肿瘤定量诊断中的价值。

材料与方法

1.病例资料

搜集湖南省儿童医院2016年1月-2019年1月间诊治的小儿脑肿瘤患者的病例资料。病例纳入标准：①均取得手术或穿刺病理结果；②均行常规磁共振及SWI扫描；③影像及临床病理资料齐全。病例排除标准：①术前行放化疗等相关性治疗；②合并较大钙化灶；③合并其他恶病质疾患。经过筛选后，共计纳入小儿脑肿瘤患者38例，其中男21例，女17例，年龄5个月～11岁，中位年龄6岁。依据2016年WHO中枢神经系统肿瘤分类标准[4]，低级别(Ⅰ～Ⅱ级)肿瘤15例，其中毛细胞型星形细胞瘤7例为Ⅰ级，毛细胞粘液型星形细胞瘤8例为Ⅱ级；高级别肿瘤(Ⅲ～Ⅳ级)23例，其中室管膜细胞瘤8例为Ⅲ级，髓母细胞瘤10例为Ⅳ级，神经节细胞瘤2例为Ⅲ级，非典型畸胎瘤样横纹肌样瘤(AT/RT)3例为Ⅳ级。

2.检查方法

MRI检查采用3.0T超导磁共振扫描仪(Siemens，Syngo)，8通道头颈联合线圈。检查时患者取仰卧位，对不能配合检查的患儿检查前以0.5 mg/kg的剂量口服水合氯醛，熟睡后行MRI检查。扫描序列包括常规横轴面、冠状面、矢状面平扫、增强扫描以及SWI扫描。扫描参数：T1FLAIR，TR 2660 ms，TE 23 ms；T2FLAIR，TR 9005 ms，TE 153.5 ms；层厚6 mm，层间距1 mm，视野24 cm×18 cm，矩阵256×192。SWI序列扫描参数：TR 55.3 ms，TE 5.6 ms,层间距1.2 mm，视野22 cm×22 cm，矩阵320 ×288。

3.图像及数据处理

扫描完成后，利用SWI后处理软件自动得到校正的相位图，并通过最小密度投影得到MinP图，层厚2 mm。将后处理工作站自动生成的MinP图全部导出至软件 image J进行直方图分析。对照常规及增强扫描确定瘤灶的位置及轮廓，然后在SWI图像上逐层沿瘤灶边缘勾画感兴趣区(Region of Interest，ROI)，并最终覆盖整个病灶的所有层面。测量并计算整个瘤灶的磁敏感直方图信号强度各参数值，包括最小值、平均值、中位数、最大值、偏度值及峰度值。

4.统计学分析

采用SPSS 17.0软件进行统计学分析，以K-S法对计量资料进行正态性分布检验，若服从正态分布则以(均值±标准差)表示，组间比较采用独立样本t检验。使用统计学软件MedCalc v16.2，以受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析磁敏感直方图各参数对不同级别小儿脑肿瘤的鉴别诊断效能，并计算曲线下面积(area under curve，AUC)、最佳诊断阈值以及对应的敏感度、特异度。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.低、高级别小儿脑肿瘤磁敏感直方图各参数值的比较

低、高级别小儿脑肿瘤的FLAIR、增强扫描、SWI、磁敏感直方图及病理结果见图1～2。低、高级别小儿脑肿瘤磁敏感直方图各参数比较结果显示，两组最大值、峰度差异无统计学意义(P值均>0.05)；高级别小儿脑肿瘤的最小值、平均值、中位数均小于低级别小儿脑肿瘤，差异均有统计学意义(P值均<0.05)；高级别小儿脑肿瘤磁敏感直方图以正偏态分布为主，低级别以负偏态分布为主，两者偏度值差异有统计学意义(P<0.05，表1)。

表1 低、高级别小儿脑肿瘤磁敏感直方图各参数值的比较

图1 毛细胞型星型胶质细胞瘤(WHO Ⅰ级)患者，女，3岁。a)FLAIR序列图像示左侧小脑半球病灶呈稍高信号；b)增强扫描示病灶呈不均匀显著强化；c)SWI图示瘤灶极少条状或簇状低信号，出血与微血管的信号不明显；d)磁敏感直方图，图形各参数值分布较窄，呈陡尖分布：e)镜下可见疏松区，内含多极细胞(×400，HE)。

2.磁敏感直方图对低、高级别小儿脑肿瘤的鉴别诊断效能

ROC分析结果显示，最小值鉴别不同级别小儿脑肿瘤的诊断效能最高， 其AUC为0.867，对应的敏感度、特异度分别为100%、73.33%(表2，图3)。

表2 直方图信号强度参数鉴别不同级别胶质瘤的诊断效能

讨 论

1.SWI在小儿脑肿瘤分级中的应用及成像基础

SWI成像是以T2*加权梯度回波序列作为基本序列，通过对不同组织间的磁敏感性差异进行图像对比，在显示病灶内小血管及出血敏感性方面有着独到的优势，优于常规梯度回波序列，对脑内病变的诊断有着较高的临床实用价值及应用范围[5-6]。Kim等[7]提出按颅内肿瘤SWI图上点状、簇状或片状低信号的分布以瘤内磁敏感信号(ITSS)进行半定量分析，继而进一步判断病变的性质及分级。张忠阳等[3]通过SWI对小儿脑肿瘤进行研究，结果显示与低级别小儿脑肿瘤相比，高级别小儿脑肿瘤的ITSS级别更高，原因如下：首先，高级别脑肿瘤的恶性生物学行为更明显、侵袭性更强，需要的血供更丰富，故而新生小血管更多；其次，由于高级别脑肿瘤基础代谢率较高，血管内氧合血红带白的消耗更明显，故而血管内多为乏氧血红蛋白；另外，高级别脑肿瘤过度增殖过程中易伴随出血坏死，故而表现为磁敏感低信号增多[8-9]。

既往对SWI的研究仅依靠ITSS这一半定量指标进行分析，受主观因素干扰较大，其可重复性及一致性欠佳。因此，有学者提出以直方图分析磁敏感信号强度，继而进一步获取定量参数值。陈杰等[10]初步证实了磁敏感直方图在鉴别肾乳头状癌与嫌色细胞癌的可行性。然而，磁敏感直方图在小儿脑肿瘤中的应用鲜有文献报道。

图2 髓母细胞瘤(WHO Ⅳ级)患者，女，2岁。a)FLAIR序列图像示小脑蚓稍高信号；b)增强扫描示病灶呈不均匀显著强化；c)SWI图示瘤灶内较多点状、条状ITSS；d)磁敏感直方图，图形各参数值分布较宽，呈扁平分布；e)镜下可见致密的瘤细胞，瘤细胞排列成流水状(×100，HE)。 图3 磁敏感直方图各参数鉴别诊断低、高级别小儿脑肿瘤的ROC曲线。

2.磁敏感直方图在鉴别低、高级别小儿脑肿瘤中的价值

本研究结果显示，高级别小儿脑肿瘤的最小值、平均值、中位数均小于低级别小儿脑肿瘤，这与高级别脑肿瘤存在更多的磁敏感低信号区是相对应的[5,8-9]，高级别肿瘤瘤内出血及乏氧微血管的增多是造成两者差异的重要因素。此外，本研究结果还显示小儿高级别脑肿瘤磁敏感直方图以正偏态分布为主，而低级别脑肿瘤以负偏态分布为主，该结果提示小儿高级别脑肿瘤与低级别脑肿瘤相比，存在更多相对较小的磁敏感信号值，导致磁敏感信号体素值在直方图中多集中偏向于曲线左侧。进一步的ROC诊断效能分析结果显示，磁敏感直方图最小值对低、高级别小儿脑肿瘤的诊断效能最优，这可能是由于最小值最能够反映瘤内磁敏感低信号等原因所致。

本研究存在一定局限性:首先，本研究入组病例数较少；其次，本研究属于单中心回顾性研究，可能存在一定程度的选择偏倚；最后，SWI能够反映病灶出血及微小血管，表现为SWI低信号。然而，钙化灶在SWI图亦呈低信号改变，易与出血灶混淆，尤其是在全容积直方图分析时显得更为突出，因此本研究未能对合并较多钙化的肿瘤进行入组研究。

综上所述，本研究结果显示通过直方图分析磁敏感信号强度，对鉴别小儿低、高级别脑肿瘤具有较高的应用价值,可为SWI在小儿脑肿瘤的分级诊断提供量化的参考依据。