不同指數(shù)模型磁共振彌散加權(quán)成像在腦膠質(zhì)瘤中的應(yīng)用研究

【中圖分類號(hào)】R-1 " "【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B " "【文章編號(hào)】1671-8801（2014）11-0357-02

核磁共振彌散加權(quán)成像（diffusion "weighted "imaging. DWI）是目前能在活體進(jìn)行水分子擴(kuò)散測量與成像的唯一方法。能夠反映人體組織的微觀幾何結(jié)構(gòu)。細(xì)胞內(nèi)外水分子的轉(zhuǎn)移與跨膜運(yùn)動(dòng)、溫度等變化。通過檢測生物體內(nèi)水分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而間接的反映組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞密度等信息[1]，，隨著不斷的深入研究，DWI能對(duì)腫瘤從分子水平進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而對(duì)腦占位病變尤其是腦膠質(zhì)瘤進(jìn)行更加明確的診斷和分級(jí)，監(jiān)測和評(píng)估療效及預(yù)后。

1 DWI的基本原理

擴(kuò)散加權(quán)成像主要依賴水分子的布朗運(yùn)動(dòng)，通過氫質(zhì)子的磁化來標(biāo)記水分子，而不干擾它的彌散過程。因此能夠較為真實(shí)的反映生物體內(nèi)水分子的彌散情況。影響DWI信號(hào)的因素有擴(kuò)散敏感系數(shù)b值、T2透射效應(yīng)及ADC等。b值由梯度脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間決定，主要反映DWI水分子擴(kuò)散的敏感程度，隨著梯度強(qiáng)度的增加對(duì)擴(kuò)散會(huì)更加敏感，b值越高對(duì)水分子擴(kuò)散越敏感，組織信號(hào)衰減越明顯，但同時(shí)也降低了圖像的信噪比。水分子在細(xì)胞外間隙的移動(dòng)受諸多因素的影響，如：液壓、濃度、滲透壓、溫度及細(xì)胞外間隙的空間幾何形狀等。因此用表觀擴(kuò)散系A(chǔ)DC來反映整體組織結(jié)構(gòu)特征，并代替真正擴(kuò)散系數(shù)D公式如下：ADC=㏑（S2/S1）（b1-b2） "通常b值范圍在0-1000s/mm2之間，我們按照經(jīng)典的單指數(shù)模型進(jìn)行運(yùn)算獲得ADC值和DWI圖。如果超過這個(gè)范圍，則需要應(yīng)用其他模型計(jì)算如：雙指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型。隨著磁共振設(shè)備及軟件不斷的發(fā)展b值范圍最大可達(dá)到10000s/mm2 。現(xiàn)階段我們常用的DWI擴(kuò)散加權(quán)衰減方式有以下三種。

1.1單指數(shù)模型：單指數(shù)模型DWI在臨床研究已經(jīng)很成熟，應(yīng)用也十分廣泛，其中主要的測量參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)ADC值，來反映整體組織結(jié)構(gòu)特征，這里就不再做詳細(xì)贅述。

1.2雙指數(shù)模型：我們可以通過雙指數(shù)模型來獲得組織細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的擴(kuò)散信息情況，因此把組織擴(kuò)散分為快速質(zhì)子池和慢速擴(kuò)散質(zhì)子池，分別對(duì)應(yīng)細(xì)胞外擴(kuò)散和細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散，其中主要的測量參數(shù)為ADCfast和ADCslow。

1.3拉伸指數(shù)模型：通過Bennett et al[2]研究認(rèn)為活體組織結(jié)構(gòu)及水分子運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，雙指數(shù)模型不能更準(zhǔn)確的反映生物水分子的擴(kuò)散狀況。因此一種新的指數(shù)模型被提出，即基于拉伸指數(shù)函數(shù)理論的拉伸指數(shù)模型。其涉及的測量參數(shù)分別有DDC（分布擴(kuò)散系數(shù)）和α值兩個(gè)。其中DDC是由多指數(shù)衰減成分組成的一個(gè)ADC值分布的加權(quán)和，代表體素內(nèi)平均擴(kuò)散率，可以看作是不同體積分?jǐn)?shù)的每個(gè)部分連續(xù)分布的個(gè)性化ADC值，單位是mm2/s。α代表體素內(nèi)的異質(zhì)性，與體素內(nèi)水分子擴(kuò)散的不均質(zhì)性相關(guān)，在0-1之間變化，當(dāng)α=1時(shí)DDC實(shí)際上等于ADC值，代表體素內(nèi)擴(kuò)散均勻，不均質(zhì)性低，相反當(dāng)α趨于0時(shí)代表復(fù)雜的多指數(shù)信號(hào)衰減，故α越小越能反映出擴(kuò)散的差異性。

2 不同指數(shù)模型DWI在顱腦膠質(zhì)瘤中的應(yīng)用

膠質(zhì)瘤是顱腦常見的原發(fā)腫瘤，根據(jù)2007年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為4級(jí)[5]腫瘤的預(yù)后與腫瘤的級(jí)別有著密切的關(guān)系，通過腫瘤的級(jí)別來指導(dǎo)腫瘤治療方案的設(shè)計(jì)。國內(nèi)外大量研究顯示，通過DWI成像測量ADC值可以區(qū)分高級(jí)別膠質(zhì)瘤（Ⅲ、Ⅳ級(jí)）和低級(jí)別膠質(zhì)瘤（Ⅰ、Ⅱ級(jí)）。但是由于使用的MR設(shè)備軟件后處理及計(jì)算程序有區(qū)別，以及測量腫瘤實(shí)體感興趣區(qū)Rol的位置及范圍不同，測得ADC值無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)閾值[6.7]。黃旭東[8]等人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)b值取0和1000s/mm2時(shí)，不論高低級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤實(shí)體區(qū)的ADC值比正常對(duì)照區(qū)ADC值高。但兩組腫瘤間比較，高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤體實(shí)質(zhì)ADC值明顯低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤，其主要是由于腫瘤惡性程度越高，細(xì)胞數(shù)目越多，細(xì)胞異型性增高，核漿比加大而導(dǎo)致水分?jǐn)U散受限顯著。

國內(nèi)外大量文獻(xiàn)報(bào)道都是采用b=1000s/mm2DWI對(duì)腦腫瘤進(jìn)行研究，但是應(yīng)用高b值及多b值序列采集出來的參數(shù)，在腦腫瘤方面的應(yīng)用國內(nèi)外很少報(bào)道。朱莉[9]等人的研究發(fā)現(xiàn)用b=1000 s/mm2DWI高級(jí)別和低級(jí)別膠質(zhì)瘤平均ADC值均高于正常腦白質(zhì)的平均ADC值與Castillo，lam [10，11]研究一致，應(yīng)用b=3000 s/mm2DWI，高級(jí)別膠質(zhì)瘤、低級(jí)別膠質(zhì)瘤和正常腦白質(zhì)ADC值均降低，但減低的幅度不全相同。高級(jí)別膠質(zhì)瘤的平均ADC值略低于正常腦白質(zhì)，而低級(jí)別膠質(zhì)瘤平均ADC值仍然明顯高于正常腦白質(zhì)，因此高b值A(chǔ)DC值的差異更加有助于腫瘤良惡性的鑒別。李玉華、陸建平等人[12]通過雙指數(shù)模型研究認(rèn)為在高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤ADC fast ，ADC slow 顯著低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤。ADC slow在高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤間差異最顯著，而低級(jí)別膠質(zhì)瘤ADC fast ，所占比例高于高級(jí)別膠質(zhì)瘤。熊偉[13]通過拉伸指數(shù)模型多b值DWI研究認(rèn)為DDC在膠質(zhì)瘤Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)三組中任何兩組均有顯著差異（P<0.05）且以1.033×10-3mm2/s，0.743×10-3mm2/s為診斷閾值;能很好的區(qū)分膠質(zhì)瘤的Ⅱ與Ⅲ 級(jí)、Ⅲ與Ⅳ級(jí)。當(dāng)DDC值等于1.085×10-3mm2/s為閾值時(shí)能更好的區(qū)分高低級(jí)別膠質(zhì)瘤。α在膠質(zhì)瘤Ⅱ級(jí)分別與Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)間有顯著差異。因此DDC與α作為一種全新的影像學(xué)標(biāo)記物在區(qū)分膠質(zhì)瘤級(jí)別、明確腫瘤侵潤范圍、檢測和評(píng)估治療效果上為臨床提供一定幫助。

3 展望

綜上所述DWI對(duì)于腦膠質(zhì)瘤的分級(jí)及治療效果的評(píng)價(jià)監(jiān)測有很大的臨床應(yīng)用價(jià)值，但是目前國內(nèi)外僅對(duì)于單指數(shù)模型DWI臨床應(yīng)用的研究比較成熟，而多b值DWI中雙指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型DWI是近兩年研究提出，是一種全新的理論，并且在很大的程度上受到MR設(shè)備后處理軟件的限制，還沒有完全廣泛的應(yīng)用于臨床的研究。但是隨著醫(yī)療水平不斷發(fā)展，各大醫(yī)院對(duì)影像設(shè)備的重視程度的加大和MR設(shè)備軟硬件不斷的更新發(fā)展，雙指數(shù)模型DWI和拉伸指數(shù)模型DWI在腦占位病變中的應(yīng)用與研究將會(huì)有十分廣闊的前景。

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