CT圖像紋理分析急性缺血性腦梗死的應(yīng)用價值

張曉祥，張 衡，劉文華（通訊作者）

（江蘇大學(xué)附屬人民醫(yī)院影像科 江蘇 鎮(zhèn)江 21200）

急性缺血性腦梗死在腦梗死類型中是最常見的，在我國腦梗死類型中比 69.6%～70.8%；并且致死/致殘率高[1-3]；對疑似腦卒中患者《中國急性缺血性腦卒中診治指南2018》[4]推薦診斷流程中盡早盡快完成影像學(xué)評估，并且盡可能在到達(dá)急診室后60min內(nèi)完成腦CT等基本評估并開始治療，早期有效的評估病及時進(jìn)行治療能減少致死/致殘率。本研究探討常規(guī)CT平掃紋理分析技術(shù)在早期診斷急性缺血性腦梗死的可行性和價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集醫(yī)院2014年1月—2018年11月CT、MRI及臨床資料完整的急性缺血性腦梗死病人的資料。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）急性缺血性腦梗死初診患者并且未進(jìn)行任何治療；（2）所有患者均在6小時內(nèi)進(jìn)行CT和MRI檢查；（3）對照組區(qū)域MRI圖像顯示無器質(zhì)性病變；（4）急性缺血性腦梗死灶最大直徑大于1cm；（5）圖像完整且無明顯偽影。33例患者納入研究（發(fā)生于基底節(jié)區(qū)9例，小腦5例，腦橋2例，側(cè)腦室旁4例，額葉5例，顳葉6例，額顳頂葉2例）；男23例，女10例，年齡28～92歲，平均年齡58.28±15.24歲。

1.2 儀器與方法

采用simens sensation64排螺旋CT機(jī)掃描。掃描參數(shù)：120kV，200～250mA，矩陣512×512，螺距1.0，層厚及層間距5mm；西門子Avanto型1.5T MR，掃描序列T1WI，T2WI，F(xiàn)LAIR，DWI（b 值 1000），ADC。

1.3 圖像處理

從PACS工作站上以“.Dicom”格式將納入研究的CT平掃圖像導(dǎo)出，并調(diào)整所有圖像的窗寬、窗位，使其均保持一致。然后把圖像導(dǎo)入個人計算機(jī)內(nèi)并用Image J（網(wǎng)址：https://imagej.nih.gov/ij/download.html）軟件對圖像進(jìn)行紋理分析。由2名有經(jīng)驗的頭頸組醫(yī)師共同選出急性缺血性腦梗死（判斷標(biāo)準(zhǔn)：MRI序列DWI上呈現(xiàn)高信號且ADC圖像上表現(xiàn)為低信號區(qū)域）的最大層面，如果兩者意見不統(tǒng)一時，通過協(xié)商達(dá)成共識。

1.4 提取圖像的紋理參數(shù)

采用Image J軟件分析急性缺血性腦梗死最大層面的平掃圖像。由1名具有5年頭頸組診斷經(jīng)驗的醫(yī)師手動勾畫ROI研究對象（急性缺血性腦梗死及對稱側(cè)），ROI范圍的是根據(jù)MRI圖像確定CT圖像同一層面，并計算紋理特征參數(shù)（圖1、2、3、4）；紋理分析插件均設(shè)置為默認(rèn)值，像素間距d=1，兩點(diǎn)之間連線與軸的夾角θ=0°，圖像類型選擇8 bit。選擇相應(yīng)紋理分析插件提取圖像的紋理參數(shù)，包括灰度均值、最大強(qiáng)度、最小強(qiáng)度、熵、標(biāo)準(zhǔn)差、對比、偏度、峰態(tài)、逆差矩、角二階矩、相關(guān)。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖1/2/3/4：患者男性，47歲，左側(cè)額葉急性缺血性腦梗死；常規(guī)MRI檢查DWI（b值1000）高信號ADC低信號；CT平掃圖像左側(cè)額葉發(fā)病區(qū)及對側(cè)健側(cè)劃相同區(qū)域的ROI（已用image J 勾勒出病灶范圍）及ROI灰度直方圖。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。將研究對象分成急性缺血性腦梗死組及自身對稱側(cè)無器質(zhì)性病變對照組，以±s表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗（正態(tài)分布且方差齊）比較急性缺血性腦梗死組與對照組CT平掃紋理參數(shù)的差異。采用ROC曲線分析有統(tǒng)計學(xué)意義的參數(shù)預(yù)測診斷價值，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 表1顯示兩組間進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗的比較結(jié)果，兩組間提取的紋理參數(shù)中灰度均值（t=-2.74）、最大強(qiáng)度（t=-2.81）和最小強(qiáng)度（t=-2.24）的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05），兩者間熵、標(biāo)準(zhǔn)差、對比、偏度、峰態(tài)、逆差矩、角二階矩、相關(guān)均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。對有統(tǒng)計學(xué)意義的紋理參數(shù)灰度均值、最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度分別計算敏感性和特異性，其值分別為 87.9%、57.6%，63.6%、78.8%，57.6%、72.7%；通過ROC分析紋理參數(shù)灰度均值、最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度對診斷早期急性缺血性腦梗死有一定的準(zhǔn)確性，表2顯示ROC曲線（圖5）下面積（AUC）值分別0.73、0.72和0.67（P均＜0.05）。

表1 急性缺血性腦梗死及對照組常規(guī)CT平掃紋理參數(shù)t檢驗結(jié)果

表2 灰度均值、最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度AUC值

圖5 灰度均值、最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度的ROC曲線圖

3 討論

腦卒中是威脅人類生命健康的常見腦血管疾病，具有“五高”特點(diǎn)，即高發(fā)病率、高復(fù)發(fā)率、高致殘率和高死亡率；提高缺血性腦梗死的早期診斷率，并進(jìn)行積極治療可以降低死亡和致殘率。

《中國急性缺血性腦卒中診治指南2018》[4]推薦急診CT是疑似腦卒中病人首選影像學(xué)檢查方法，主要是因為CT檢查操作簡單、快速、方便、價格低廉，禁忌癥比磁共振檢查少；常規(guī)MRI檢查在早期診斷急性缺血性腦梗死方面明顯優(yōu)于CT平掃，但其費(fèi)用較高 、檢查時間比較長而且檢查過程存在禁忌證（如患者本身有幽閉恐怖癥、金屬植入物或心臟起搏器）等局限。

圖像紋理分析是近年來研究和應(yīng)用較新的一種圖像處理技術(shù)，提取圖像中的像素分布進(jìn)行數(shù)學(xué)分析；紋理分析技術(shù)能通過定量提取肉眼根本無法識別的紋理特征，來反映感興趣區(qū)內(nèi)像素灰度值分布模式及變化規(guī)律新的技術(shù)手段，有助于進(jìn)一步揭示病灶的異質(zhì)性。影像學(xué)紋理分析最常用一階（單體素）和二階（雙體素）來描述體素、像素間灰度強(qiáng)度關(guān)系或其在圖像中位置關(guān)系的數(shù)學(xué)算法，其突出的優(yōu)點(diǎn)在于可發(fā)現(xiàn)超出肉眼觀察范圍的圖像細(xì)節(jié)信息；客觀定量測量灰度的分布，并且不受主觀分析、專業(yè)水平以傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像解釋固有限制的影響，在腫瘤病灶提取、定性、療效評估及預(yù)后預(yù)測方面具有較高價值[5-11]；但其在普通病變領(lǐng)域研究較少，利用CT紋理分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)超出肉眼觀察范圍的圖像細(xì)節(jié)信息及異質(zhì)性，研究急性缺血性腦梗死早期的CT平時圖像。本研究選取33例以MRI序列DWI（b值1000）上呈現(xiàn)高信號且ADC圖像上表現(xiàn)為低信號診斷為急性缺血性腦梗死的病例（DWI序列對水分子的運(yùn)動的敏感性決定 ，彌散速度快的結(jié)構(gòu)其信號衰減大，表現(xiàn)為低信號，彌散速度慢的結(jié)構(gòu)其信號衰減小表現(xiàn)為高信號。急性缺血性腦梗死發(fā)生時，因為腦組織缺血缺氧引起細(xì)胞膜鈉一鉀離子泵ATP能量代謝異常，水和鈉離子向細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生細(xì)胞毒性腦水腫，使局部水分子的彌散運(yùn)動受到限制，所以在DWI上急性缺血性腦梗死區(qū)表現(xiàn)為高信號，而ADC減低，在ADC圖像上表現(xiàn)為低信號。），以自身對稱側(cè)無器質(zhì)性病變區(qū)域為對照組進(jìn)行CT平掃圖像紋理分析；提取了33例急性缺血性腦梗死組及對照組的CT平掃圖像的11個紋理特征參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗分析；結(jié)果灰度直方圖紋理參數(shù)（一階）和GLCM紋理參數(shù)（二階）中包括熵、標(biāo)準(zhǔn)差、對比、偏度、峰態(tài)、逆差矩、角二階矩、相關(guān)在早期診斷急性缺血性腦梗死無統(tǒng)計學(xué)意義（P均＞0.05）；而灰度均值、最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度在早期診斷急性缺血性腦梗死有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05）。本研究對有統(tǒng)計學(xué)意義的3個紋理參數(shù)值繪制ROC曲線，結(jié)果顯示灰度均值、最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度的AUC分別為0.73、0.72和0.67，表明灰度均值、最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度能夠早期診斷急性缺血性腦梗死，有臨床應(yīng)用價值。

本研究的局限性：（1）本研究樣本量??；（2）選取研究對象只勾畫二維單張圖像進(jìn)行紋理分析，沒有進(jìn)行三維紋理分析，而且對照組的ROI勾畫會有誤差。