MRI 灰度游程矩阵对儿童幕下髓母细胞瘤与室管膜瘤的鉴别诊断价值

冯奇星，边雪玲，穆新暖，王福倩，闵祥德

（1.滨州医学院附属医院放射科，肿瘤科，山东 滨州 256600；2.华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科，湖北 武汉 430030）

髓母细胞瘤与室管膜瘤是好发于儿童幕下的肿瘤，两者预后相差较大，幕下髓母细胞瘤属高度恶性胚胎源性肿瘤，具有较强的侵袭性，预后较差；而室管膜瘤预后较幕下髓母细胞瘤好；术前明确诊断对两者治疗方式的选择及手术规划具有良好的指导意义。近年来，有学者探讨MRI 定量特征鉴别2 种肿瘤的效能，但多数研究中提取的特征为直方图特征［1-4］，直方图特征为一阶图像特征；而灰度游程矩阵（graylevel run-length matrix，GLRLM）特征能够提供病灶空间信息，有助于提高鉴别髓母细胞瘤与室管膜瘤的效能。本研究探讨基于T2FLAIR 的GLRLM 纹理特征鉴别儿童幕下髓母细胞瘤与室管膜瘤的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2012 年1 月至2020 年12 月滨州医学院附属医院经手术病理证实的22 例儿童幕下髓母细胞瘤（髓母细胞瘤组）与14 例室管膜瘤（室管膜瘤组）患儿的MRI 资料。髓母细胞瘤22 例中，男12 例，女10 例；室管膜瘤14 例中，男6 例，女8 例。临床症状以头晕、头痛、恶心、呕吐等为主。

1.2 仪器与方法 采用GE Signa 3.0 T MRI 仪，16 通道头部线圈。扫描序列：轴位自旋回波T1WI，TR/TE 400 ms/9.0 ms，视野220 mm×220 mm，矩阵512×512，层厚5 mm；轴位快速自旋回波T2WI，TR/TE 4 000 ms/103 ms，视野220 mm×220 mm，矩阵512×512，层厚5 mm；轴位快速自旋回波T2FLAIR，TR/TE 8 500 ms/130 ms，视野220 mm×220 mm，矩阵512×512，层厚5 mm。

1.3 数据处理 采用ITK-SNAP 软件（www.itksnap.org）进行图像分割。由2 名放射科医师（分别具有3、5 年中枢神经系统MRI 诊断经验）采用双盲法，于T2FLAIR 逐层勾画ROI（图1，2），并融合保存成三维图像，获得总的ROI，范围包括整个瘤体部分（肿瘤实性成分、坏死或囊变区、出血），但避开瘤周脑组织水肿区。ROI 绘制完成后，采用基于python 的pyradiomics 包（https：//github.com/Radiomics/pyradiomics）提取GLRLM 定量特征参数，包括16 个纹理特征参数，即短游程优势（short run emphasis，SRE）、长游程优势（long run emphasis，LRE）、灰度不均匀度（gray level non-uniformity，GLN）、灰度不均匀度标准化（gray level non-uniformity normalized，GLNN）、运行长度不均匀度（run length non-uniformity，RLN）、运行长度不均匀度标准化（run length non-uniformity normalized，RLNN）、运行百分比（run percentage，RP）、灰度值方差（gray level variance，GLV）、运行方差（run variance，RV）、运行熵（run entropy，RE）、低灰度游程优势（low gray level run emphasis，LGLRE）、高灰度游程优势（high gray level run emphasis，HGLRE）、短游程低灰度游程优势（short run low gray level emphasis，SRLGLE）、短游程高灰度游程优势（short run high gray level emphasis，SRHGLE）、长游程低灰度游程优势（long run low gray level emphasis，LRLGLE）、长游程高灰度游程优势（long run high gray level emphasis，LRHGLE）。

图1a，1b 幕下髓母细胞瘤及ROI（红色）示意图图2a，2b 幕下室管膜瘤及ROI（红色）示意图

1.4 统计学分析 采用R 软件包（version 3.3.4；http：//www.Rproject.org）行数据分析。正态性检验采用Shapiro-Wilk 检验。2 组符合正态分布的特征参数采用独立样本t 检验进行比较，不符合正态分布的特征参数采用Mann-Whitney U 检验比较。采用ROC 曲线分析在2 组间差异有统计学意义的参数鉴别幕下髓母细胞瘤与室管膜瘤的效能。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

从T2FLAIR 图像提取的16 个GLRLM 定量特征参数中，SRE、LRE、GLN、RLNN、RP、RV、RE、SRHGLE、LRLGLE、LRHGLE 10 个特征参数在2 组间差异均有统计学意义（均P＜0.05）（表1）。髓母细胞瘤的SRE、RP、SRHGLE 显著低于室管膜瘤，而LRE、GLN、RLNN、RV、RE、LRLGLE、LRHGLE 显著高于室管膜瘤。10 个特征ROC 的AUC 为0.705～0.818，LRE 的AUC 最高，为0.818，相应的敏感度和特异度分别为77.27%、78.57%（表2）。

表1 2 组图像纹理分析差异有统计学意义的参数（）

表1 2 组图像纹理分析差异有统计学意义的参数（）

注：SRE 为短游程优势，LRE 为长游程优势，GLN 为灰度不均匀度，RLNN 为运行长度不均匀度标准化，RP 为运行百分比，RV 为运行方差，RE 为运行熵，SRHGLE 为短游程高灰度游程优势，LRLGLE 为长游程低灰度游程优势，LRHGLE 为长游程高灰度游程优势。

表2 不同纹理参数对幕下髓母细胞瘤和幕下室管膜瘤的鉴别诊断效能

3 讨论

儿童髓母细胞瘤与室管膜瘤是幕下常见肿瘤，其临床及影像表现具有一定共性：好发于第四脑室，肿瘤均可出现囊变、坏死及出血。目前手术切除是两者最主要的治疗方法，但手术方式有较大差别，因此，术前准确诊断对临床手术切除具有重要的指导价值［5］。DWI 对两者的鉴别诊断有很大帮助［6-9］，但部分肿瘤ADC 值会重合，给鉴别诊断造成困难。常规MRI 信号对两者的鉴别仍有一定的局限性，而纹理分析可从医学图像中提取不同维度的特征信息，在肿瘤的诊断、分级、治疗及预后判断等方面具有重要价值，同时这些特征信息可客观地反映肿瘤影像图像的灰度分布特征、像素及空间特征之间的关系等，有助于揭示肿瘤内潜在的病学理微观异质性程度，间接地为肿瘤异质性分析提供相关信息［10］。

图3 灰度游程矩阵的诊断效能，不同纹理参数的ROC 曲线（RP 为运行百分比，GLN 为灰度不均匀度，LRE 为长游程优势，LRLGLE 为长游程低灰度游程优势，RE 为运行熵，RV 为运行方差，SRE 为短游程优势，LRHGLE 为长游程高灰度游程优势，RLNN 为运行长度不均匀度标准化，SRHGLE 为短游程高灰度游程优势）

目前可提取的纹理特征类型很多，如直方图特征、形状特征、灰度共生矩阵、GLRLM。有研究显示，纹理分析在儿童幕下肿瘤的鉴别方面具有良好的价值［11-12］。本研究基于GLRLM 在图像分割中采用三维感兴趣区容积，可更全面反映肿瘤内部异质性，减少ROI 勾画导致的抽样误差，提高诊断准确性［11］。之前选择ROI，大多避开坏死或囊变［2-4］，然而坏死及囊变亦是肿瘤异质性的一部分，因此难以全面反映肿瘤的异质性。本研究基于T2FLAIR 勾画整体肿瘤的ROI，减小坏死及囊变对灰度值的影响。游程长度是在一个游程中重复像素的数目，其能反映图像的纹理变化，即反映图像的结构大小和纹理复杂程度。本研究中髓母细胞瘤与室管膜瘤对比，LRE 高于室管膜瘤，而SRE 低于室管膜瘤，说明髓母细胞瘤由较长的运行长度及粗糙的纹理结构组成，而室管膜瘤纹理由较短的运行长度及精细的纹理结构组成；RP 低于室管膜瘤，说明髓母细胞瘤由较长的运行长度组成；RV 高于室管膜瘤，说明髓母细胞瘤运行长度的随机变量较大；GLN 高于室管膜瘤，说明髓母细胞瘤图像灰度更不均匀；RLNN 高于室管膜瘤，说明髓母细胞瘤图像运行长度的异质性较大；RE 高于室管膜瘤，说明髓母细胞瘤图像运行长度的差异性较大；SRHGLE 低于室管膜瘤，说明髓母细胞瘤高灰度短游程低，图像不均匀；LRLGLE、LRHGLE 高于室管膜瘤，说明髓母细胞瘤长游程灰度不均匀度高，纹理粗。ROC 曲线分析显示，LRE 诊断效能最佳，敏感度77.27%，特异度78.57%，说明两者较长运行长度的差异及粗糙纹理结构的不同，展现了良好的鉴别两者的方法。

组织病理学上，儿童髓母细胞瘤多起源于小脑上蚓部（第四脑室顶部），属高度恶性，WHO 分级为Ⅳ级；髓母细胞瘤在组织学上分为经典型、多纤维性/结节增生、伴广泛小结节型、大细胞型/间变型；2016 年其遗传学分类为Wnt 激活、SHH 激活伴TP53突变型/野生型、非Wnt/非SHH（group3、group4）［13-15］。有学者运用影像组学对髓母细胞瘤分子亚型进行研究［14-15］，其中Yan 等［15］结合性别和年龄研究Wnt组、SHH 组AUC 分别为0.909 7、0.865 4，对group3、group4预测效果有待于提高。室管膜瘤起源于室管膜细胞，WHO 分级为Ⅱ～Ⅲ级，室管膜瘤在病理学上分为室管膜瘤、RELA 融合-阳性、间变性室管膜瘤［13］。两者GLRLM 纹理特征的差异，可能与其病理组织学有关。髓母细胞瘤细胞排列紧密、分裂象明显，纹理结构粗糙，且由较长的运行长度组成，而室管膜瘤细胞排列不一、形态相似、核分裂象少见，纹理更精细，由较短的运行长度组成。目前，2 种肿瘤纹理特征与病理学的相关性仍需更多的研究来证实。

本研究存在的不足之处：①由于儿童幕下肿瘤发病率低，本研究纳入的样本量较小，可能存在一定的选择偏倚。②未对2 种肿瘤病理分型进行分类分析，前瞻性、大样本与病理对照分析是后续的研究重点。③仅提取最常见的T2FLAIR 序列的纹理特征，而未提取DWI 和增强扫描图像的纹理特征，后续应纳入更多序列进行研究。

综上所述，基于T2FLAIR 图像的GLRLM 参数分析，可有效鉴别幕下髓母细胞瘤及室管膜瘤，具有一定的临床价值。