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临床研究
基于磁共振表观扩散系数及对比增强T1WI直方图分析鉴别诊断非典型性畸胎样/横纹肌样肿瘤与髓母细胞瘤
牛俊霞 冉云彩 陈锐 齐金博 王潇 白洁 张勇 程敬亮 张焱

Cite this article as: Niu JX, Ran YC, Chen R, et al. Differential diagnosis of atypical teratoid/rhabdoid tumor from medulloblastoma based on apparent diffusion coefficient and contrast-enhanced T1 weighted imaging histogram analysis[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(10): 98-102, 120.本文引用格式:牛俊霞, 冉云彩, 陈锐, 等. 基于磁共振表观扩散系数及对比增强T1WI直方图分析鉴别诊断非典型性畸胎样/横纹肌样肿瘤与髓母细胞瘤[J]. 磁共振成像, 2022, 13(10): 98-102, 120. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.10.014.


[摘要] 目的 探讨基于表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)及对比增强T1WI(contrast-enhanced T1 weighted imaging, CE-T1WI)直方图分析鉴别非典型性畸胎样/横纹肌样肿瘤(atypical teratoid/rhabdoid tumor, AT/RT)与髓母细胞瘤(medulloblastoma, MB)的价值。材料与方法 回顾性分析2013年11月至2021年5月就诊于郑州大学第一附属医院经手术组织病理证实的15例AT/RT及20例MB患者资料。记录两组病例的性别、年龄、肿瘤部位、最大径、瘤内囊变、瘤内出血、实质明显强化及最小ADC值情况。采用MaZda软件于ADC及CE-T1WI肿瘤最大层面勾画感兴趣区(region of interest, ROI),行灰度直方图分析,获取9个特征参数。两组间计量资料的比较采用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验,分类资料的比较采用Fisher精确检验。通过logistic回归分析对差异有统计学意义的直方图参数进行变量筛选构建综合模型,绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic curve, ROC)曲线并计算曲线下面积(area under the curve, AUC)评价各参数及综合模型的鉴别诊断效能。结果 两组肿瘤患者在发病年龄及瘤内出血方面存在一定的差异性;在ADC直方图参数中,偏度及第1、10百分位数的差异有统计学意义(P<0.05),AUC分别为0.701、0.778、0.642;在CE-T1WI直方图参数中,方差的差异有统计学意义(P<0.05),AUC为0.743;经logistic回归构建的综合模型,AUC为0.854,敏感度为68.8%,特异度为88.9%。结论 基于ADC及CE-T1WI肿瘤最大层面直方图分析获得的定量参数对AT/RT和MB的术前鉴别诊断有一定的价值,为临床治疗方案的选择提供参考依据。
[Abstract] Objective To explore the value of histogram analysis based on apparent diffusion coefficient (ADC) and contrast-enhanced T1 weighted imaging (CE-T1WI) in differentiating atypical teratoid/rhabdoid tumor (AT/RT) from medulloblastoma (MB).Materials and Methods A retrospective study includes 15 cases of AT/RT and 20 cases of MB confirmed by surgical histopathology and performed MRI examination from November 2013 to May 2021 in the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University. Gender, age, location, maximum diameter, intra-tumoral cystic degeneration, intra-tumoral hemorrhage, obvious parenchymal enhancement and minimum ADC value of the two groups were recorded. MaZda software was used to delineate the region of interest (ROI) on the maximum tumor layer of ADC and CE-T1WI, and perform the gray histogram analysis. Nine histogram parameters were acquired. Independent sample t-test or Mann-Whitney U test was used to compare measurement data between the two groups, and Fisher's exact test was used to compare categorical data. A comprehensive model was established by screening histogram parameters with difference through logistic regression analysis. By drawing receiver operating characteristic (ROC) curve and calculating area under the curve (AUC), the differential diagnosis efficiencies of each parameter and the comprehensive model were evaluated.Results In ADC, skewness and Pere.01%, Pere.10% had statistically significant differences (P<0.05), and AUC were 0.701, 0.778 and 0.642, respectively. In CE-T1WI, variance is statistically significant (P<0.05), and AUC was 0.743. The comprehensive model established by logistic regression analysis showed AUC of 0.854, sensitivity of 68.8% and specificity of 88.9%.Conclusions The quantitative parameters obtained based on ADC and CE-T1WI histogram analysis of tumor maximum layer have certain value in preoperative differential diagnosis of AT/RT and MB, and provide a reference for the selection of clinical treatment.
[关键词] 非典型性畸胎样/横纹肌样肿瘤;髓母细胞瘤;磁共振成像;表观扩散系数;直方图分析;鉴别诊断
[Keywords] atypical teratoid/rhabdoid tumor;medulloblastoma;magnetic resonance imaging;apparent diffusion coefficient;histogram analysis;differential diagnosis

牛俊霞    冉云彩    陈锐    齐金博    王潇    白洁    张勇    程敬亮    张焱 *  

郑州大学第一附属医院磁共振科,郑州 450052

张焱,E-mail:fcczhangy61@zzu.edu.cn

作者利益冲突声明:全体作者均声明无利益冲突。


基金项目: 河南省自然科学基金 222300420562
收稿日期:2022-07-14
接受日期:2022-10-13
中图分类号:R445.2  R739.41 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.10.014
本文引用格式:牛俊霞, 冉云彩, 陈锐, 等. 基于磁共振表观扩散系数及对比增强T1WI直方图分析鉴别诊断非典型性畸胎样/横纹肌样肿瘤与髓母细胞瘤[J]. 磁共振成像, 2022, 13(10): 98-102, 120. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.10.014

       颅内非典型性畸胎样/横纹肌样肿瘤(atypical teratoid/rhabdoid tumor, AT/RT)是一种罕见的高度恶性中枢神经系统胚胎性肿瘤,占儿童原发性中枢神经系统肿瘤的1.3%[1],好发于后颅窝。髓母细胞瘤(medulloblastoma, MB)是儿童最常见的颅内恶性肿瘤,40%位于后颅窝[2]。目前,AT/RT尚无有效治疗方案,临床常采用手术切除并辅助放化疗的治疗方案[3],预后较差,中位生存期仅为13.5个月[4]。随着脑脊髓放射治疗的引入,放化疗联合治疗使得MB存活率显著提高,五年生存率可达75%[5]。因此,术前准确鉴别AT/RT和MB对指导临床选择合适的治疗方案及评估预后具有一定的价值。

       MRI是颅内肿瘤的常见评估手段。因AT/RT临床罕见,尚未发现特异性的影像表现,且AT/RT与MB在常规MRI中表现较为相似,T1WI呈低信号,T2WI呈高信号,扩散加权成像(diffusion-weighted imaging, DWI)呈高信号,增强扫描常呈明显不均匀强化,因此仅靠肉眼观察实现术前鉴别诊断难度较大[6]。直方图分析作为一种影像分析方法,可以通过描述感兴趣区(region of interest, ROI)内像素灰度分布及像素间相互关系获取肉眼无法识别的定量参数特征,从而反映疾病的异质性,为肿瘤的鉴别诊断、分级提供客观依据[7]。该技术已广泛用于儿童后颅窝最常见的室管膜瘤、星形细胞瘤与MB等的鉴别研究[8, 9, 10],其中基于MRI增强及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)的直方图分析多见并具有良好的鉴别效能[11, 12],但该方法在AT/RT与MB的鉴别研究中应用尚少。

       因此,本文拟探讨基于ADC及对比增强T1WI(contrast-enhanced T1 weighted imaging,CE-T1WI)肿瘤最大层面直方图分析鉴别AT/RT和MB的价值,从而为临床选择适宜的治疗方案提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       回顾性分析2013年5月至2021年11月于我院经手术病理证实且术前行MRI常规平扫及增强检查的15例AT/RT(AT/RT组)及20例MB(MB组)病例。AT/RT组中位年龄1.80岁,男9例,女6例。MB组中位年龄9.00岁,男12例,女8例。本研究遵守《赫尔辛基宣言》,并经郑州大学第一附属医院医学伦理委员会批准(批准文号:2019-KY-231),免除受试者知情同意。

1.2 仪器与方法

       所有无法自主配合检查的患儿均口服剂量为0.5 mL/kg的10%水合氯醛镇静剂(特丰制药,中国),待完全入睡后再行MRI检查。采用西门子3.0 T(Skyra,Verio,Prisima)超导MRI扫描仪和16通道头颅线圈,平扫序列包括横断位T1WI、T2WI及DWI。扫描参数如下:T1WI序列,TR=220 ms,TE=2.46 ms;T2WI序列,TR=5000 ms,TE=117 ms;DWI序列,TR=4600 ms,TE=80 ms,b=0、1000 s/mm2,扫描后自动重建ADC图;扫描层厚均为5 mm,层间距均为1.5 mm。MRI常规增强对比剂采用Gd-DTPA(钆喷酸葡胺,广州康臣药业,中国),通过静脉手推注射,速度为0.1 mmol/kg,团注后立即采集横断位、矢状位及冠状位MRI增强图像。

1.3 一般影像分析

       所有MRI影像资料由2名具有5年以上工作经验的放射科主治医生独立评估,确定肿瘤的部位、最大径、瘤内囊变、瘤内出血、实质明显强化及最小ADC值情况,最终达成一致意见。最大径通过测量肿瘤最大层面的最大直径获得。以脉络丛强化度为参考,肿瘤实质强化程度不低于脉络丛强化度为明显强化,否则为非明显强化。既往研究表明AT/RT与MB的最小ADC值接近[13],因此本研究选择全瘤ADC的最低信号区绘制ROI,面积约30 mm2,选择信号均匀区测量,重复测量3次取平均值。

1.4 直方图分析

       通过统一标准的图像存档与通信系统(picture archiving and communication system, PACS)将患者术前的MRI图像以DICOM格式导出。采用MaZda 4.6软件对ADC和CE-T1WI进行直方图分析。图像处理之前,选择(μ±3σ)使所有图像达到标准化。为避免最大层面的选择偏倚,参考其他序列,在ADC和CE-T1WI上对肿瘤进行逐层手动勾画ROI,根据直方图分析显示的每一层面面积大小选出肿瘤的最大层面。选取肿瘤最大层面进行直方图分析,不仅可以一定程度反映肿瘤整体的异质信息,也可减少该技术应用于临床时因全域勾画带来的繁重工作量。所有的ROI由1名从事中枢神经肿瘤研究3年的住院医师在不知道病理及临床资料的情况下沿肿瘤边缘手动勾画(含肿瘤内部的出血、坏死、囊变等部分)(图1、2)。然后,由1名从事中枢神经肿瘤研究10余年的副主任医师确认。软件自动生成ROI内9个直方图参数,即均值(mean)、方差(variance)、偏度(skewness)、峰度(kurtosis)和第1、10、50、90、99百分位数(Pere.01%、Pere.10%、Pere.50%、Pere.90%、Pere.99%)。

图1  男,1岁,颅内非典型性畸胎样/横纹肌样肿瘤(AT/RT)。1A:表观扩散系数(ADC)图肿瘤最大层面的感兴趣区(ROI)勾画范围;1B:对比增强T1加权成像(CE-T1WI)图肿瘤最大层面的ROI勾画范围。
图2  男,4岁,髓母细胞瘤(MB)。2A:ADC图肿瘤最大层面的ROI勾画范围;2B:CE-T1WI图肿瘤最大层面的ROI勾画范围。
Fig. 1  A 1-year-old male patient with atypical teratoid/rhabdoid tumor (AT/RT). 1A: The delineating range of region of interest (ROI) at the largest tumor level on apparent diffusion coefficient (ADC) image; 1B: The delineating range of ROI at the largest tumor level on contrast-enhanced T1WI image (CE-T1WI).
Fig. 2  A 4-year-old male patient with medulloblastoma (MB). 2A: The delineating range of ROI at the largest tumor level on ADC image; 2B: The delineating range of ROI at the largest tumor level on CE-T1WI image.

1.5 统计学分析

       采用SPSS 26.0统计分析软件。使用Shapiro-Wilk W检验进行正态性检验。符合正态分布的计量资料,用均数±标准差(x¯±s)表示,组间比较采用独立样本t检验。非正态分布计量资料用中位数(上下四分位数)表示,采用Mann-Whitney U检验进行比较。分类变量组间比较采用Fisher精确检验。对于组间差异有统计学意义的直方图参数,通过logistic回归分析(后退法)进行变量筛选并构建综合模型,以P>0.1为剔除条件。通过绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线,得出相应曲线下面积(area under the curve, AUC),评价各参数及综合模型对AT/RT和MB的鉴别诊断效能。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般特征的比较

       AT/RT组和MB组患者的发病年龄及瘤内出血的差异有统计学意义(P<0.05),性别、肿瘤部位、最大径、瘤内囊变、实质明显强化及最小ADC值差异无统计学意义(表1)。

表1  AT/RT与MB的临床资料及MRI特征比较
Tab. 1  Comparison of clinical data and MRI features between AT/RT and MB

2.2 直方图参数在肿瘤间的比较

       在ADC直方图参数中,偏度及第1、10百分位数的差异有统计学意义(P<0.05),均值、方差、峰度和第50、90、99百分位数差异无统计学意义(表2)。在CE-T1WI直方图参数中,方差的差异有统计学意义(P<0.05),均值、偏度、峰度和第1、10、50、90、99百分位数差异无统计学意义(表2)。ROC曲线分析差异有统计学意义的特征参数的AUC、敏感度及特异度(表3图3A)。两组间差异有统计学意义的特征参数箱式图分析结果见图4

图3  受试者工作特征(ROC)曲线显示灰度直方图特征参数鉴别颅内非典型性畸胎样/横纹肌样肿瘤(AT/RT)和髓母细胞瘤(MB)的效能。3A:4个特征参数[偏度(skewness)、第1百分位数(Perc.01%)、第10百分位数(Perc.10%)、方差(variance)]的ROC曲线;3B:基于4个特征参数的logistic回归综合模型的ROC曲线。
Fig. 3  Receiver operating characteristic (ROC) curve shows the performances of histogram feature parameters in discriminating atypical teratoid/rhabdoid tumor (AT/RT) and medulloblastoma (MB). 3A: ROC curve of four feature parameters (skewness, perc.01%, perc.10%, variance). 3B: ROC curve of logistic regression synthesis model based on four feature parameters.
图4  两组间差异有统计学意义的特征参数箱式图分析结果。4A~4C分别为表观扩散系数(ADC)的偏度(skewness)、第1百分位数(Perc.01%)、第10百分位数(Perc.10%)参数箱式图;4D为对比增强T1加权成像(CE-T1WI)的方差(variance)箱式图。
Fig. 4  Results of box plot analysis of meaningful feature parameters between the two groups. 4A-4C is skewness of apparent diffusion coefficient (ADC), Pere.01% of ADC, Pere.10% of ADC, respectively; 4D is variance of contrast-enhanced T1WI image (CE-T1WI).
表2  AT/RT与MB各灰度直方图特征参数比较
Tab. 2  Comparison of histogram feature parameters between AT/RT and MB
表3  各直方图参数及综合模型在鉴别AT/RT与MB中的诊断效能
Tab. 3  Diagnostic performances of each histogram parameter and comprehensive model in discriminating AT/RT from MB

2.3 诊断效能

       两个序列差异有统计学意义的直方图参数通过logistic回归分析进行变量筛选后,所有参数均被纳入回归方程构建综合模型。综合模型的AUC、敏感度及特异度分别为0.854、68.8%和88.9%(表3图3B)。

3 讨论

       本文通过对AT/RT和MB患者的临床信息和MRI影像特征比较,并基于ADC和CE-MRI肿瘤最大层面进行直方图分析,发现年龄、瘤内出血、ADC的偏度及第1、10百分位数和CE-T1WI的方差在两类肿瘤中差异有统计学意义。另外,相比单因素分析模型,经logistic回归分析构建综合模型的AUC更大,对AT/RT和MB的术前鉴别诊断价值更大。目前,AT/RT与MB的术前鉴别诊断尚有困难,且国内外基于灰度直方图分析对二者进行术前鉴别诊断的研究相对较少。本研究发现基于ADC和CE-T1WI肿瘤最大层面直方图分析对AT/RT与MB的术前鉴别诊断有一定的价值。

3.1 AT/RT与MB的一般特征比较

       本研究对性别、年龄、肿瘤部位、最大径、瘤内囊变、瘤内出血、实质明显强化及最小ADC值进行分析,发现AT/RT和MB的发病年龄与瘤内出血差异有统计学意义。既往研究表明AT/RT好发于后颅窝,常见于3岁以下婴幼儿[14],是3岁以下幼儿中枢神经系统肿瘤最常见病变,与本研究AT/RT的中位年龄小于3岁相一致。MB的中位发病年龄为9岁左右,与本研究MB的中位年龄一致[15]。但部分文献报道,AT/RT也可见于青年和成年[16],MB的婴儿SHH亚型也好发于3岁以下婴幼儿[17],因此仅依据年龄来鉴别AT/RT和MB尚不充分。本研究发现瘤内出血在AT/RT中更常见,这可能与疾病的恶性程度有关。AT/RT恶性程度极高,为WHO 4级,侵袭性极强,而不同分型的MB恶性程度不同,为WHO 1~4级[18]。黄钰纯等[19]及Nesvick等[20]也发现AT/RT更易发生出血。另外,本研究发现最小ADC值在两组肿瘤中的差异并不明显,这一发现与李颜良等[13]研究一致。

3.2 AT/RT与MB的直方图特征参数比较

       本研究采用灰度直方图分析方法,从ADC和CE-MRI肿瘤最大层面提取9个特征参数。平均值反映图像的平均强度;方差反映图像灰度分布的离散程度;偏度反映图像灰度分布偏斜方向及程度;第1、10、50、90、99百分位数用于描述观测值中低于给定百分位数的数值,反映图像内部的微小变化[21]。研究发现ADC直方图的偏度及第1、10百分位数和CE-T1WI的方差差异有统计学意义。ADC直方图的低百分位数参数越小,说明成分越复杂、细胞越密集[22]。在ADC中AT/RT的第1、10百分位数小于MB,说明AT/RT病理成分较MB复杂,细胞较密集。这可能与AT/RT的多向分化性和细胞多形性的病理特征有关,即AT/RT不仅具有特征性的横纹肌样分化,还伴有不同程度的原始神经外胚叶、上皮和间质分化,且AT/RT的肿瘤细胞弥漫成片,不仅有横纹肌样细胞,还有中等大小的多边形或圆形细胞、梭形细胞及胚胎小细胞[23, 24]。偏度衡量直方图灰度值相对于平均值分布的不对称性,正值提示分布趋向于较小值,负值相反[25]。两种肿瘤ADC直方图的偏差均为正值,说明两者ADC值均偏小,这与Brandão等[26]研究显示MB和AT/RT的ADC值均较小相符。方差描述直方图灰度值的分离程度。两种肿瘤CE-T1WI直方图的方差差异有统计学意义,提示两种肿瘤的灰度值分离程度不同。本研究发现AT/RT和MB的瘤内出血方面有差异,这一定程度上影响着两组的灰度值分布。最后,通过logistic回归分析建立的综合模型AUC最大,鉴别诊断效能最高,这可能与综合模型纳入多个差异有统计学意义的变量,可以较全面地反映肿瘤之间的差异有关。

3.3 局限性

       本研究属于回顾性分析,具有以下局限性:(1)样本量少,且为单中心研究;(2)仅基于肿瘤最大层面进行直方图分析,遗漏部分纹理信息;(3)手动勾画ROI,误差难以规避;(4)只选取MaZda软件中灰度直方图参数。未来多中心、大样本量、多参数的研究可以更加客观真实地反映肿瘤间的差异。

       综上所述,基于ADC和CE-T1WI肿瘤最大层面直方图分析可为鉴别AT/RT和MB提供可靠信息,二者联合时鉴别诊断效能更高,为术前诊断及指导治疗提供重要帮助。

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