增强T1WI全域直方图鉴别脑原发淋巴瘤和脑单发转移瘤的价值

高 鑫，程敬亮，张 勇，罗乐凯，陈 晨，马 桢

郑州大学第一附属医院磁共振科 郑州450052

脑原发淋巴瘤的治疗通常需要联合高剂量放化疗而无需进行手术治疗。外科干预也仅限于组织病理活检。对于脑原发淋巴瘤，在活检前应用类固醇激素降低颅内高压也尤为重要[1]。而脑转移瘤需要进行系统的临床及影像学检查，来确定原始病灶的位置及其他远处转移病灶。这两种颅内肿瘤的诊断直接影响患者治疗方案的制定和生存结局。脑原发淋巴瘤和脑单发转移瘤有各自的影像学特征，但缺乏更为精确的数据支持。目前已有文献[2]报道可利用直方图鉴别脑原发淋巴瘤和瘤样脱髓鞘样变，本文以增强T1WI图像数据为基础，研究这两种肿瘤的直方图特征，通过提取肉眼无法分辨的图像信息，来分析其对两种肿瘤的鉴别价值。

1 对象与方法

1.1研究对象回顾性分析郑州大学第一附属医院2014年11月至2017年11月收治的58例经手术病理证实的单发脑肿瘤患者，其中脑原发淋巴瘤30例，男17例，女13例，年龄33～81(59.1±11.7)岁，均为弥漫大B性淋巴瘤；脑单发转移瘤28例，男15例，女13例，年龄35～76(60.1±10.3)岁，肺癌22例、乳腺癌2例、胃癌1例、肝癌1例、未知来源2例。临床表现主要为头痛、恶心、呕吐、肢体无力、行走不稳、视物模糊等。纳入标准：①通过手术病理证实为脑原发淋巴瘤或脑单发转移瘤。②术前行常规MRI检查，包括轴位T1WI、T2WI、FLAIR序列、DWI和增强T1WI。③MRI图像无影响进一步图像分析的明显伪影。排除标准：①全身性淋巴瘤。②非实质性脑原发淋巴瘤。③在脑原发淋巴瘤诊断前曾接受过化疗的患者。④已知的HIV阳性检测史。⑤有明确的肿瘤患病史。

1.2MRI成像方法采用SIEMEMS Trio Tim 3.0 T MRI扫描仪，标准头颅线圈。受检者仰卧位，自然放松，闭眼，额面部水平位，鼻根部位于线圈中线。常规MRI扫描包括轴位及矢位T1WI、轴位T2WI、FLAIR及轴位DWI；增强扫描包括轴位、矢位及冠位T1WI。扫描参数如下。T1WI：TR 265.0 ms，TE 2.56 ms；T2WI：TR 3 700 ms，TE 94.0 ms; FLAIR：TR 4 400 ms，TE 96.0 ms。DWI扫描采用SE-EPI序列，取b值为0及1 000 s/mm2，TR 3 600 ms，TE 120 ms；视野24 cm×24 cm，层厚5 mm，层间距0.3 mm，层数20。增强扫描对比剂为Gd-DTPA，剂量0.1 mmol/kg，扫描参数同常规T1WI。

1.3直方图分析将MRI图像从PACS工作站以bmp格式导出，导出时调整窗宽、窗位，使所有图像窗宽、窗位均保持一致，存于硬盘中。由于增强T1WI显示病变范围较清晰，因此，选择矢位增强T1WI图像用于进一步分析。应用MaZda软件分析包含肿瘤实质部分的所有层面图像，手动勾划感兴趣区(ROI)，计算直方图参数，包括平均值、方差、偏度、峰度、百分位数值。直方图特征计算及评估过程如下：由1名医师沿病变强化边缘手动勾划ROI，并用红色填充肿瘤区域，软件可自动生成ROI的灰度直方图(图1、2)。

A：增强T1WI矢位图；B：沿肿瘤边缘手动勾划ROI，以红色填充肿瘤区域；C：获得肿瘤灰度直方图，横坐标表示ROI内不同灰度值，纵坐标表示各灰度值出现的频率

图1脑原发淋巴瘤直方图分析

A：增强T1WI矢位图；B：沿肿瘤边缘手动勾划ROI，以红色填充肿瘤区域；C：获得肿瘤灰度直方图，横坐标表示ROI内不同灰度值，纵坐标表示各灰度值出现的频率

图2脑单发转移瘤直方图分析

1.4统计学处理采用SPSS 20.0进行数据分析。首先对数据进行Kolmogorov-Smirnov检验，若符合正态分布，数据进行两独立样本t检验；若不符合正态分布，数据进行Wilcoxon秩和检验。绘制ROC曲线，计算AUC，预测脑原发淋巴瘤和脑单发转移瘤的最佳临界值。检验水准α=0.05。

2 结果

脑原发淋巴瘤和脑单发转移瘤直方图各参数值见表1。结果显示，两组间平均值，偏度，第1、10、50、90百分位数比较，差异有统计学意义；方差、峰度、第99百分位数比较，差异无统计学意义。

平均值，偏度，第1、10、50、90百分位数的ROC曲线数据见表2，ROC曲线见图3。平均值，偏度，第1、10、50百分位数在脑原发淋巴瘤和脑单发转移瘤均有较好的诊断效能(AUC均>0.7)，其中偏度诊断效能最佳，AUC为0.869，最佳临界值为-0.354，诊断的敏感度及特异度分别为85.7%和75.8%。AUC随百分位数增大而减小，第90百分位数诊断效能最低，AUC为0.686。

表1 脑原发淋巴瘤与脑单发转移瘤直方图参数值比较

*：非正态分布，用中位数(四分位数间距)表示

表2 平均数值，偏度，第1、10、50、90百分位数的ROC曲线数据

图3 平均值，偏度，第1、10、50、90百分位数鉴别脑原发淋巴瘤和脑单发转移瘤的ROC曲线

3 讨论

脑原发淋巴瘤占原发脑肿瘤的1%～6%，随着HIV感染者和器官移植后免疫抑制剂使用的增多，其发病率也在逐年上升[3]。临床治疗上，脑原发淋巴瘤对激素、放化疗敏感，短期内易复发，预后差，因此术前正确诊断显得尤为重要。脑原发淋巴瘤可发生于中枢神经系统的任何位置，可单发也可多发，免疫正常者多为单发[4-5]。典型脑原发淋巴瘤T1WI呈等或低信号，T2WI呈等或稍高信号，增强呈明显均匀强化，很少发生囊变、坏死。20%～40%颅外恶性肿瘤患者出现脑转移，发病部位以大脑半球脑灰白质交界区为主，常见多发，单发转移瘤相对少见，占颅内转移瘤的25%～30%[6]。其原发肿瘤以肺癌最常见，其次为乳腺癌。转移瘤T1WI呈等或低信号，T2WI呈等或高信号，病变周围多可见大片状水肿区，增强扫描呈环形强化。目前常规MR影像特征结合DWI、灌注成像、氢质子磁共振波谱等可对两种肿瘤进行鉴别，但患者扫描时间延长，费用增加，且主观性强，缺乏精确数据支持。

直方图分析是纹理分析的一种常用方法，在常规MRI检查的基础上，通过提取已有图像ROI的特征值，将影像信息量化，提供更多人眼难以分辨的肿瘤内部异质性信息[7]，且操作简便，可重复性强，在医学影像领域大力发展人工智能的背景下引起了越来越多的关注。目前，已有研究表明ADC直方图可以用于鉴别低度及中高度前列腺癌[8]，胃癌的TN分期[9]，以及局部晚期乳腺癌的新辅助化疗疗效的预测[10]；DCE-MRI直方图可用于脑肿瘤放疗疗效的评价[11]，头颈部鳞状细胞癌根治术后局部肿瘤复发的预测[12]，以及脑原发淋巴瘤和瘤样脱髓鞘样变的鉴别[2]等。目前脑原发淋巴瘤增强扫描主要集中于灌注扫描及动态-时相信号强度曲线研究。常规MRI增强表明血脑屏障的破坏程度，可以从形态学上对脑肿瘤的诊断进行提示，但是无法定量地对结果进行分析，因此忽略了很多隐藏的人眼难以发现的信息。本研究选取常规增强T1WI进行全域直方图分析，既可以对增强图像进行量化分析，又可以避免以往只选择最大层面肿瘤区作为ROI的主观性，可以更全面地反映肿瘤的异质性。

直方图平均值可反映数据的集中趋势和平均水平。本研究结果显示，脑原发淋巴瘤的平均值高于转移瘤，与之前文献[5，13]研究结果类似。这可能与淋巴瘤细胞排列紧密、核浆比例高、细胞器缺乏，血供相对更为贫乏，较少发生囊变、坏死有关。偏度是直方图非对称性的度量，是反映肿瘤内部异质性的生物学指标。正偏度表明分布的主体集中在右侧，不对称尾部趋向于更多较大值；而负偏度表明分布主体位于左侧。偏度的绝对值越大，分布形态偏移程度越大[14-15]。在本研究中，脑原发淋巴瘤的偏度绝对值大于转移瘤，脑原发淋巴瘤多为负偏度，转移瘤多为正偏度，且差异有统计学意义。这表明脑原发淋巴瘤较颅内单发转移瘤直方图的偏移程度更大，符合淋巴瘤的细胞均一性，转移瘤多伴坏死、出血的特征。第n百分位数表示低于该百分位数的观测对象所占的百分比[16]。本研究结果显示，脑原发淋巴瘤的第1、10、50、90百分位数均高于脑转移瘤，且百分位数越高AUC越小，表明两种肿瘤的直方图曲线分布在较低灰度值范围内差异更明显，一定程度上反映了肿瘤细胞灰度值的分布，究其原因可能与肿瘤内组织异质性有关。两种肿瘤间方差和峰度没有差异，可能与所选转移瘤的种类较多有关，转移瘤保持原肿瘤组织的特性，部分肿瘤细胞分布均匀致密，因此与淋巴瘤比较无差异。

综上所述，本研究结果提示增强T1WI全域直方图分析可为鉴别脑原发淋巴瘤和颅内单发转移瘤提供可靠的信息，确保诊断的准确性，对两者鉴别提供可靠的客观依据。