動脈自旋標(biāo)記衍生的腦血流量全域直方圖預(yù)測彌漫性中線膠質(zhì)瘤H3K27M突變狀態(tài)的價(jià)值

秦媛，闞豫波，曹旭，薛玉富*

1.重慶大學(xué)附屬三峽醫(yī)院放射科，重慶 404100；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016；3.成都中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610032；*通信作者 薛玉富 943223057@qq.com

特定基因的改變與膠質(zhì)瘤的生物學(xué)行為、診斷及預(yù)后評估有非常密切的關(guān)系。2016年，世界衛(wèi)生組織將H3K27M突變的彌漫性中線膠質(zhì)瘤定義為一種新的獨(dú)立腫瘤[1]。彌漫性中線膠質(zhì)瘤是主要發(fā)生于腦中線結(jié)構(gòu)區(qū)的侵襲性惡性腫瘤，WHO分級為4級[2]，最常見的發(fā)病部位是從腦橋三腦室到下丘腦等人體中線部位，發(fā)病人群以兒童和青壯年居多[3]。無論年齡、腫瘤部位或組織病理學(xué)分級如何，H3K27M突變是總生存率的獨(dú)立預(yù)測因子[4-5]。與H3K27M野生型膠質(zhì)瘤相比，H3K27M突變型膠質(zhì)瘤的中位生存率顯著降低，預(yù)后較差[4,6-7]。盡管以往研究表明彌漫性中線膠質(zhì)瘤有明顯的組織學(xué)改變和影像學(xué)特征[8-9]。然而，傳統(tǒng)MRI識別H3K27M狀態(tài)仍然具有挑戰(zhàn)性[10-11]。目前關(guān)于腦血流量（cerebral blood flow，CBF）全域直方圖技術(shù)應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤分子亞型預(yù)測方面的研究國內(nèi)鮮有報(bào)道。本研究擬通過對26例彌漫性中線膠質(zhì)瘤H3K27M突變型和28例彌漫性中線膠質(zhì)瘤H3K27M野生型的CBF圖像進(jìn)行直方圖分析，旨在提供一種全新方法對彌漫性中線膠質(zhì)瘤的H3K27M突變狀態(tài)進(jìn)行術(shù)前無創(chuàng)性預(yù)測。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性選取重慶大學(xué)附屬三峽醫(yī)院、成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院、重慶醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院2016年1月—2021年3月經(jīng)穿刺活檢或手術(shù)病理證實(shí)的54例彌漫性中線膠質(zhì)瘤，根據(jù)H3K27M突變狀態(tài)分為H3K27M突變型組26例和H3K27M野生型組28例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)手術(shù)或穿刺活檢病理證實(shí)為彌漫性中線膠質(zhì)瘤；②所有病例均完成基因檢測，且明確H3K27M基因狀態(tài)；③MRI圖像質(zhì)量清晰，序列齊全，動脈自旋標(biāo)記腦血流量圖像清晰；④患者臨床資料齊全；⑤檢查前未進(jìn)行化療、放療、手術(shù)及其他治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：①圖像質(zhì)量不佳，不能用于定量分析及感興趣區(qū)（ROI）勾畫；②MRI序列不全，缺乏動脈自旋標(biāo)記序列，無法重建CBF圖。本研究經(jīng)重慶大學(xué)附屬三峽醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（2021年科研第100號），所有研究對象均簽署知情同意書。兩組患者臨床特征見表1。

表1 彌漫性中線膠質(zhì)瘤H3K27M突變型組和H3K27M野生型組患者臨床特征比較

1.2 儀器 采用GE 3.0T（Signa HDxt）MR掃描儀，8通道頭部線圈。掃描參數(shù)：3D偽連續(xù)動脈自旋標(biāo)記主要參數(shù)：TR 4 632 ms，TE 10.5 ms；矩陣大小512×8；視野240 mm×240 mm；層厚5 mm；PLD 2.0 ms。

1.3 圖像處理與分析 從影像歸檔和通信系統(tǒng)后處理工作站導(dǎo)出所有患者M(jìn)RI圖像，由2名具有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師（副主任醫(yī)師和主治醫(yī)師各1名）采用盲法參考增強(qiáng)T1WI于軸位CBF圖上逐層手動勾畫腫瘤ROI，包含腫瘤內(nèi)部囊變、壞死或出血區(qū)，以黃色填充腫瘤區(qū)域，意見不一致時(shí)討論決定，軟件自動生成直方圖，計(jì)算直方圖參數(shù)：中位數(shù)、第10百分位、偏度、極差、方差、不均一性、最大值、最小值、四分位間距、眾數(shù)、峰度、熵值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 22.0軟件，首先使用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，偏態(tài)分布者以M（Q1，Q3）表示。正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，偏態(tài)分布數(shù)據(jù)采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)進(jìn)行比較。計(jì)數(shù)資料以例數(shù)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。將有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的變量進(jìn)行二元Logistic回歸分析，繪制受試者工作特征（ROC）曲線并分析約登指數(shù)，比較兩組各直方圖參數(shù)的診斷效能。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各直方圖參數(shù)分析 彌漫性中線膠質(zhì)瘤H3K27M突變型組CBF的中位數(shù)、第10百分位、偏度和極差均高于H3K27M野生型組，方差和不均一性低于H3K27M野生型組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。最大值、最小值、四分位間距、眾數(shù)、峰度、熵值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。對有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的變量進(jìn)行二元Logistic回歸分析，結(jié)果見表2、3和圖1、2。

表2 54例彌漫性中線膠質(zhì)瘤患者CBF直方圖參數(shù)分析

表3 彌漫性中線膠質(zhì)瘤患者CBF直方圖參數(shù)多因素分析

2.2 具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的各直方圖參數(shù)的ROC曲線分析 對具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的CBF直方圖參數(shù)繪制ROC曲線并分析其診斷效能，計(jì)算曲線下面積（AUC），以最大約登指數(shù)的臨界點(diǎn)作為鑒別兩組腫瘤的截?cái)嘀怠＝Y(jié)果分析顯示，單個參數(shù)中第10百分位的鑒別診斷效能最高，AUC為0.769，以18.43為截?cái)嘀?，敏感度、特異度及?zhǔn)確度分別為79.9%、76.7%、89.7%。聯(lián)合中位數(shù)、第10百分位、偏度、極差、方差和不均一性等6個直方圖參數(shù)預(yù)測彌漫性中線膠質(zhì)瘤H3K27M突變狀態(tài)的AUC、敏感度、特異度及準(zhǔn)確度分別是0.813、81.4%、79.3%、91.7%，見表4、圖3。

表4 CBF各直方圖參數(shù)對彌漫性中線膠質(zhì)瘤H3K27M突變型組和H3K27M野生型組的鑒別診斷效能

3 討論

彌漫性中線膠質(zhì)瘤的H3K27M突變狀態(tài)與腫瘤的生物學(xué)行為以及患者生存、預(yù)后密切相關(guān)。有研究[12]認(rèn)為，高級別膠質(zhì)瘤的CBF與遺傳標(biāo)記物，如表皮生長因子受體過表達(dá)等有關(guān)，并與無進(jìn)展生存時(shí)間存在相關(guān)性。因此本研究采用基于動脈自旋標(biāo)記CBF全域直方圖預(yù)測彌漫性中線膠質(zhì)瘤的H3K27M突變狀態(tài)。

3.1 動脈自旋標(biāo)記CBF全域直方圖預(yù)測彌漫性中線膠質(zhì)瘤H3K27M突變狀態(tài)的價(jià)值H3K27M突變型組CBF的中位數(shù)、第10百分位、偏度和極差均高于野生型組，方差和不均一性低于野生型組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。H3K27M突變型組的CBF中位數(shù)、第10百分位高于H3K27M野生型，表明H3K27M野生型相對于突變型具有較低的灌注分布。此外，兩組腫瘤存在明顯的灌注異質(zhì)性和離散度差異。結(jié)果顯示，所選特征均具有良好的預(yù)測效能，單個參數(shù)中第10百分位數(shù)對預(yù)測彌漫性中線膠質(zhì)瘤的H3K27M突變狀態(tài)的診斷效能最高，聯(lián)合多個直方圖參數(shù)分析可進(jìn)一步提高預(yù)測效能，表明機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練模型是預(yù)測彌漫性中線膠質(zhì)瘤H3K27M突變狀態(tài)的有效工具。以往研究[13-15]也采用過直方圖分析方法預(yù)測膠質(zhì)瘤的基因亞型，但這些研究大多是基于表觀擴(kuò)散系數(shù)，預(yù)測的目標(biāo)基因主要是異檸檬酸脫氫酶，而本研究基于動脈自旋標(biāo)記CBF的全域直方圖分析方法預(yù)測彌漫性中線膠質(zhì)瘤的H3K27M突變狀態(tài)，目前運(yùn)用此類方法進(jìn)行膠質(zhì)瘤基因亞型預(yù)測的研究較少。

3.2 本研究的局限性 ①樣本量較少。②動脈自旋標(biāo)記受諸多因素影響，如磁化轉(zhuǎn)移可導(dǎo)致生物組織的偏共振射頻，進(jìn)而引起信號和T值降低，使灌注效應(yīng)被高估，信噪比降低；CBF是反映腫瘤內(nèi)部毛細(xì)血管微灌注的定量參數(shù)[16-20]，但腫瘤內(nèi)部壞死、鈣化、囊變及出血等成分干擾及主觀人為因素也可能會影響CBF測量。③腫瘤基因突變狀態(tài)預(yù)測不能僅依據(jù)單個或某幾個因素進(jìn)行分析，應(yīng)該從多方面、多因素綜合分析。④本研究僅基于CBF進(jìn)行直方圖參數(shù)分析可能導(dǎo)致在提取腫瘤內(nèi)部紋理信息方面不夠全面，未來將結(jié)合其他結(jié)構(gòu)或功能序列進(jìn)行更全面、深入的分析。

總之，采用動脈自旋標(biāo)記CBF全域直方圖的方法預(yù)測彌漫性中線膠質(zhì)瘤的H3K27M突變狀態(tài)具有較高價(jià)值，單個參數(shù)中第10百分位的診斷效能最高。聯(lián)合多個直方圖參數(shù)能夠進(jìn)一步提高診斷效能。