基于MRI增强绝对梯度纹理分析对垂体瘤质地术前评估的可行性分析

张大道，徐 圆

（1.南通大学附属建湖人民医院影像科，江苏 建湖 224700；2.盐城市第一人民医院影像科，江苏 盐城 224001）

垂体瘤（pituitary adenoma）是一组从垂体前叶、后叶及颅咽管上皮残余细胞发生的颅内常见良性肿瘤，以前叶的腺瘤居多。垂体瘤的治疗多以手术治疗为主，常见手术方法有开颅手术、微创手术，鉴于开颅手术的缺点，经蝶窦入路的微创手术已经成为治疗的首选方法[1]。研究发现[2]，大多数垂体瘤质地较软，只有少数垂体瘤的质地较硬。对于质地较硬的垂体瘤，往往难以获得满意的切除效果。因此，术前预测垂体瘤瘤体质地对术前风险评估、手术入路选择、手术疗效预测具有重要意义。纹理分析通过评价图像纹理特征，以获取一系列相关的量化型参数，可为临床鉴别诊断提供肉眼无法观察到的信息，有助于病灶的鉴别、分级以及评估治疗反应等[3-6]。本研究应用Mazda 纹理分析软件，通过研究软、硬两种质地肿瘤在MRI 增强图像上的绝对梯度纹理参数差异，探讨绝对梯度纹理分析对垂体瘤术前质地评估的诊断价值，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析南通大学附属建湖医院2018 年1 月～2020 年6 月经手术病理证实的55 例垂体瘤患者病例资料，其中男性27 例，女性28 例；年龄18～82 岁，中位年龄48.5 岁；质地较硬20 例，质地较软35 例；经鼻蝶入路者41 例，开颅手术者14 例；巨大型腺瘤（直径＞3.0 cm）17 例，大腺瘤（直径1.0～3.0 cm）27 例，微腺瘤（直径＜1.0 cm）11 例。纳入标准：①术前在本院行MRI 平扫及增强检查，具有完善的影像资料，包括横轴面T1WI、T2WI、FLAIR、DWI 和增强T1WI；②术中记录有垂体瘤的质地评估；③术后病理证实为垂体瘤[7]；④MRI 图像质量良好；⑤临床主要表现为内分泌功能异常（如闭经、泌乳肢端肥大和性功能减退等），视力下降、视野缺损，或有无明显诱因的头痛头晕，少数没有明显的临床症状。排除标准：①出血及坏死者；②图像伪影较大者。

1.2 垂体瘤质地判定标准 ①质地软的肿瘤在切开硬膜后，肿瘤组织自行涌出，比较容易吸除瘤体组织，或瘤体组织可用刮匙刮除；②质地硬的肿瘤用刮匙刮除瘤体组织较困难，用取瘤镊取瘤时会有较强的牵拉感，有时瘤体需用锐器或电凝才可以逐步切除。

1.3 MRI 检查方法 行垂体MRI 扫描，来用GE 3.0磁共振扫描仪（Discovery MR750，美国GE 公司）。平扫包括矢状面及横轴面T1WI、T2WI、FLAIR 等序列。增强扫描行垂体矢状面、横轴面及冠状面T1WI，增强扫描对比剂采用Gd-DTPA，剂量0.15 mmol/kg，扫描参数同平扫T1WI，扫描参数如下：T1WI，TR 520 ms，TE 13.6 ms，层厚2 mm，层间距0.5 mm，矩阵256×224，视野20 cm×20 cm；T2WI，TR 3000 ms，TE 131.2 ms，层厚2 mm，层间距0.3 mm，矩阵320×320，视野20 cm×20 cm。

1.4 图像处理 图像选择：将所有患者的垂体瘤MR增强图像从PACS 工作站以.BPM 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，用于绝对梯度分析。兴趣区（regions of interest，ROI）选择及绝对梯度分析：采用Mazda 软件沿垂体瘤矢状位增强T1WI 图像最大层面的瘤体边缘手动勾画ROI，软件可自动生成ROI 的绝对梯度纹理分析参数：均值、变异度、偏态系数、峰度以及非零梯度百分比。本研究中所有样本ROI 的勾画采用双盲法，由两位具有10 余年中枢神经系统影像诊断经验的高年资医师独立完成，出现分歧时进行协商解决，分别从两组质地垂体瘤中选取一个样本图像圈出肿瘤区域，并用红色填充肿瘤区域。

1.5 统计学方法 采用SPSS 22.0 统计软件进行数据分析，计数资料以（n）进行描述，计量资料以（）表示，符合正态分布的计量资料比较采用独立样本t检验，不符合正态分布的计量资料比较采用Wilcoxon 秩和检验；对差异有统计学意义的参数做二元Logistic 回归分析，计算联合预测因子，同时建立受试者工作特征（receiver operating characterist，ROC）曲线并获得曲线下面积（area under curve，AUC），确定各参数及联合预测因子最佳临界值，并计算敏感度、特异度，最终对其诊断效能进行比较分析。以P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 软、硬两种质地垂体瘤绝对梯度参数比较 不同质地垂体瘤梯度均值及变异度比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；不同质地垂体瘤偏度、峰度、非零梯度百分比比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 软、硬两组质地的垂体瘤绝对灰度梯度各参数比较（）

表1 软、硬两组质地的垂体瘤绝对灰度梯度各参数比较（）

2.2 绝对梯度参数对软、硬两种质地垂体瘤的鉴别效能 二元Logistic 回归分析显示，联合预测因子取值0.810 时，其对应的敏感度和特异度分别为100.00%、80.00%。梯度均值、变异度及联合预测因子的AUC 值均大于0.7，同时联合预测因子的AUC值达到0.920，见表2、图1。

图1 ROC 曲线分析绝对灰度梯度参数对软、硬两种质地垂体瘤的鉴别效能

表2 绝对灰度梯度参数对软、硬两种质地垂体瘤的鉴别效能

2.3 软、硬两种质地影像学特征 质地软、硬垂体大腺瘤均可见蝶鞍扩大，鞍底下陷，鞍区见突向鞍上不规则肿块影，增强可见明显不均质强化，垂体柄及视交叉显示欠清，见图2、图3。

图2 质地硬的垂体瘤影像图

图3 质地软的垂体瘤影像图

3 讨论

垂体瘤是神经外科常见的良性肿瘤之一，约占颅内肿瘤的10%。目前，垂体瘤的治疗方法主要有药物治疗、手术治疗和放射治疗[8]。除泌乳素瘤外，其他类型的垂体瘤仍以手术切除为主。随着微创技术的发展，经单鼻孔蝶窦入路切除已成为首选手术方案。因为肿瘤的切除效果与肿瘤的质地关系密切[9]，在临床中小部分肿瘤质地较硬韧，当伴有明显视交叉神经和视神经压迫时，经蝶窦手术入路很难将肿瘤彻底清除干净。因此，术前评估肿瘤质地对手术入路的选择至关重要。垂体瘤质地主要取决于肿瘤间质细胞的胶原蛋白的含量，胶原含量高的肿瘤质地硬[10]。张永超等[7]对MRI 中T2WI 序列上瘤体/周围白质的信号比值进行研究，发现信号比与组织胶原蛋白含量呈负相关。组织胶原蛋白含量高的垂体瘤在T2WI上表现为较低信号，即质地硬的垂体瘤一般在T2WI上信号较低[11]，瘤体/周围白质的信号比较低。因此，可通过T2WI 上垂体瘤的信号亮度以及瘤体/周围白质的信号比值来对垂体瘤质地进行术前评估，但由于诊断指标的单一化，因此缺乏足够的数据支持。也有研究指出[12]，T1增强可评估垂体腺瘤质地。

绝对梯度纹理分析是Mazda 三大特征计算方法中统计学法的一种，通过图像灰度层次间分布和关系的非确定性属性间接地表示纹理特征，其可对医学图像中像素的分布情况进行统计学分析，以获取一系列相关的量化型参数，用于肿瘤的鉴别、分级以及评估治疗反应等[4-6]。绝对梯度是从图像的梯度幅图中提取特征，基于梯度图的直方图，计算出与直方图参数相似的图像强度分布特征集。本研究利用Mazda 绝对梯度纹理分析技术对垂体瘤的质地进行术前统计分析，结果发现软、硬两种质地垂体瘤梯度均值及变异度比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；二元Logistic 回归分析显示，联合预测因子取值0.810时，其对应的敏感度和特异度分别为100.00%、80.00%；梯度均值、变异度及联合预测因子的AUC值均大于0.7，同时联合预测因子的AUC 值达到0.920，具有较高的诊断价值，提示利用纹理分析技术对垂体瘤质地进行术前量化评估确实具备一定的可行性。均值可反映肿瘤区像素点灰度值的平均水平，因质地硬的垂体瘤细胞及组织成分较为密集，较少发生大片囊变坏死，灰度值分布相对均匀集中，因此其纹理参数梯度均值较质地软的垂体瘤的值大。同时，变异度可反应灰度值的离散程度，质地硬的肿瘤由于组织金属蛋白酶抑制剂1 过度表达，Ⅰ、Ⅲ型胶原的沉积、组织纤维化，部分内部含有砂砾样结晶，从而导致其病理组织成分较质地软的垂体瘤更加复杂化，进而导致质地硬的垂体瘤梯度变异度值比质地软的垂体瘤值更大。这种微观的病理组织的变化过程是很难于术前观测到的，只能于术后通过病理检测才可以证实。本研究通过Mazda 软件的绝对梯度纹理分析实现了对垂体瘤质地软、硬程度的术前量化型数据评估，一定程度上弥补了影像方面对于垂体瘤质地的术前评估以及指导临床手术治疗方案的缺陷。但本研究存在以下不足：由于本研究的样本量有限，有一定的选择偏倚；仅采取了一种纹理分析参数，未结合Mazda 其他纹理分析方法，如灰度直方图、灰度共生矩阵、自回归模型及小波变换等，待后续研究补足样本量，结合几种纹理分析方法进行综合分析。

综上所述，基于垂体瘤增强MRI 图像的绝对梯度纹理分析技术可为垂体瘤质地的判断提供可靠信息，其中梯度均值、变异度具有较高的诊断价值，可用于垂体瘤质地的术前的量化型评估。