IDH1突变型胶质母细胞瘤磁共振纹理特征的研究＊

王汝佳 孙静华 侯玉微 马梦华 王海平 董博文 李秀君 朱启航

唐山市人医院磁共振室(河北 唐 063000)

胶质瘤是最常见的颅内原发肿瘤，2 0 1 6 年世界卫生组织(w o r d h e a l t h organization，WHO)重新对胶质瘤进行了组织学分类[1]，将分子基因表型与病理组织学分类联系起来，2021年分类标准中进一步强调了分子诊断学在颅内原发性肿瘤分类中的重要性[2]。胶质母细胞瘤(glioblastoma，GBM)是颅内常见的原发性恶性肿瘤，预后极差[3-5]。不同分子表型的GBM磁共振纹理特征及预后有很大差异，其中以异 柠 檬 酸 脱氢 (isocitrate dehydrogenase 1，IDH1)最值得大家所关注[6]。IDH1状态是GBM分子标记物之一，IDH1突变导致了原生物酶活性的丢失，生物酶的变化改变了生物体的表观遗传学[7]。随着近年来治疗手段及方法的改进，虽然GBM患者的预后较以前有所改善，但是因为GBM有较高的恶性程度以及侵袭性，患者预后较差。相对于GBM患者而言，对不同分子表型的GBM进行精准化的个体治疗，是十分必要的。但是因为病理活检属于有创检查技术以及IDH1状态的昂贵检测费用，很少有患者自愿进行基因检测。本研究主要是在GBM中利用3D slicer软件提取的磁共振纹理特征，分析IDH1突变型GBM与其磁共振纹理特征的联系。

1 资料与方法

1.1 研究对象纳入标准：所有纳入病例均有详细的临床、病理及影像资料；术前未进行辅助治疗，比如放化疗等；术后经病理确诊为GBM。 排除标准：患者同时患有其他系统的肿瘤；相关的术后并发症，如颅内形成血肿，颅内感染等；死于其他疾病的患者。

1.2 一般资料共纳入118例GBM，从2015年9月至2018年6月均通过病理确诊为GBM。GBM患者都进行了术前的MRI平扫及增强检查。

1.3 I D H 1 状态检测方法收集符合纳入标准的蜡块，然后采用P C R(n e ste d methylation-specific，PCR)方法对GBM中IDH1状态进行检测。判断标准：将IDH1原始序列与测序结果序列，两者进行比较，分析特定的碱基位置是否突变[8]。其中，45例IDH1突变型GBM，73例IDH1野生型GBM。

1.4 检查方法采用飞利浦3.0T磁共振扫描仪，8通道SENSE头部线圈，所有GBM患者均进行了术前MRI平扫及增强检查，其中包含以下几种序列：横轴位以及矢状位T1WI、横轴位T2WI、横轴位T2-FLAIR、T1WI增强序列。扫描参数：横轴位T1WI : TR 2280ms，TE 20ms，FOV 196mm×196mm，矩阵288×190，激励次数2，层厚6mm，层间距1mm。横轴位以及矢状位T2WI：TR 2400ms，TE 90ms，FOV 230mm×230mm，矩阵420×306，激励次数2，层厚6mm，层间距1mm。横轴位T2-FLAIR：TR 7000ms，TE 120ms，FOV 230mm×230mm，矩阵304×216，激励次数2，层厚6mm，层间距1mm。以注射流率3ml/s，剂量0.1ml/kg，经静脉注入钆喷葡胺(gadopentetate dimeglumine，Gd-DTPA)进行MRI增强扫描检查，T1WI增强：TR 200ms，TE 2ms，FOV 230mm×230mm，矩阵256×256，激励次数2，层厚6mm，层间距1mm。

1.5 图像后处理(1)图像选取：通过PACS工作站导出所有患者的MRI图像，并以DICOM格式进行保存，然后利用3D slicer软件(version 4.4.0; available at: http://slicer.org/)进行分析。(2)磁共振纹理分析 利用3D slicer软件的editor模块，通过从横轴位T1WI增强图像中提取的磁共振纹理特征，由3名具有丰富经验的神经影像学专家进行分析，手动勾画出肿块的感兴趣区(regions of interest，ROI)，准确地勾画出肿块的边界，最后3名神经影像学专家得出一致结论，构建出完整的肿块三维模型(图1)。通过Hetergeneity CAD扩展模块，从而来提取肿块的MRI纹理特征，只有保证3名神经影像学专家勾画的肿块的ROI组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)＞0.75，才能进行下面的图像分析。最终得出以下四方面具体内容，包括：形态、形状；一阶统计量；灰度长度矩阵；灰度共生矩阵。

图1 3D slicer软件中感兴趣区测量示意图(胶质母细胞瘤)

1.6 统计分析使用SPSS 26.0版本进行数据分析，凡是属于方差齐、正态分布的变量，均进行独立样本T检验；凡是属于方差不齐、非正态分布的变量，均进行Mann-Whitney检验，分析IDH1突变型GBM与其磁共振纹理特征、预后的联系，以P＜0.05有统计学意义。

2 结 果

2.1 GBM中IDH1状态与其磁共振纹理特征的联系IDH1突变型GBM与IDH1野生型GBM相比较，在利用3D slicer提取的31种纹理特征中(表1-2)，其中有18种磁共振纹理特征差异显著，分别是运行百分比(run percentage，RP)、表面∶体积比(surface: volume ratio) 、能量(energy)、熵(entropy)、统一性(uniformity)、自相关(autocorrelation)、集群突出(cluster prominence)、聚类趋势(cluster tendency)、差值熵(difference entropy)、能量(energy)：灰度共生矩阵(gray level co occurrence matrix，GLCM)、熵(entropy):灰度共生矩阵(gray level co occurrence matrix，GLCM)、同质性1(homogeneity 1)、平均总和(sum average)、熵和(sum entropy)、方差和(sum variance)、方差(variance)：灰度共生矩阵(gray level co occurrence matrix，GLCM)、GLN、集群阴影(cluster Shade)。

表1 ID1突变型与ID1野生型GBM磁共振纹理特征的差异性(均值±标准差，独立样本T检验)

表1 ID1突变型与ID1野生型GBM磁共振纹理特征的差异性(均值±标准差，独立样本T检验)

磁共振纹理特征 突变型(n=45) 野生型(n=73) P F1 sphericity 0.378±0.063 0.381±0.115 0.943 F2 SRE 0.214±0.087 0.283±0.099 0.066 F3 RP 0.11±0.028 0.171±0.050 0.001 F4 SRLGLE 0.214±0.087 0.283±0.099 0.066 F5 surface area mm2 15528.118±7005.771 12962.068±8910.516 0.368 F6 surface:volume ratio 0.405±0.118 0.528±0.242 0.030 F7 compactness 1 37.155±13.515 29.384±15.583 0.650 F8 maximum 3D diameter 79.534±35.255 69.386±33.845 0.430

表2 IDH1突变型与ID1野生型GBM纹理特征的差异性(均值，Mann-Whitney U检验)

3 讨 论

GBM是常见的恶性颅内肿瘤，5年生存率不超过5%，患者预后较差[8-9]。磁共振纹理特征分析通过研究影像中的像素的分布和联系，能够打破人们肉眼区别GBM异质性的局限，属于一种特殊分析影像的算法[10]；而且利用计算机技术从而定量地提取与肿块密切相关的信息参数，量化了纹理分析的结果[11-15]。到目前为止，探讨GBM中磁共振纹理特征的研究稀少，所采用的计算机软件标准不一，比如一些常见的计算机软件，其中包括MaZda、OsiriX、3D slicer等计算机软件。3D slicer属于一个免费开源软件，主要是用来研究医学影像资料。同时，3D slicer可扩展很多插件，用于不同领域的研究。通过3D slicer不但能够完整地重建出肿块的体积，而且涵盖了肿块的全部细节信息。

在本研究中，通过3D slicer中的其中一个扩展模块，称之为Hetergeneity CAD，总共提取到了31种磁共振纹理特征，在IDH1突变型GBM与IDH1野生型GBM之间有18种磁共振纹理特征差异显著，包括运行百分比、表面:体积比、能量、熵、一致性、自相关、集群突出、聚类趋势、差值熵、能量：灰度共生矩阵、熵：灰度共生矩阵、同质性1、平均总和、熵和、方差和、方差、GLN、群集阴影，以上磁共振纹理特征能够为判断在GBM中IDH1的状态提供可靠的依据。

由于本研究是单中心研究，样本例数偏少，不可避免地出现选择偏倚，因此在以后的研究中需要纳入多中心数据来支持。在今后的研究中，会继续纳入更多的GBM病例，避免出现选择偏倚。