單指數(shù)、雙指數(shù)、拉伸指數(shù)模型磁共振擴散加權成像在腦膠質(zhì)瘤分級中的價值

常 莎 鄭曉昀 黃正旺 錢向東 蘇仕煒 馮舒茵 許肇芳 程 彥 林偉成 王春華

1.廣東同江醫(yī)院放射科，廣東佛山 528300；2.廣東同江醫(yī)院神經(jīng)外科，廣東佛山 528300；3.廣東同江醫(yī)院病理科，廣東佛山 528300

腦膠質(zhì)瘤為臨床較常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)原發(fā)腦內(nèi)腫瘤疾病，為源于神經(jīng)上皮組織腫瘤類型，在臨床各類型顱內(nèi)腫瘤的發(fā)病率中排名首位（約為40%）。腦膠質(zhì)瘤患者的生存期與腫瘤具體病理分期有著密切關聯(lián)。因此，在實施手術治療前，準確評估腦膠質(zhì)瘤分級對臨床醫(yī)師制定具體治療方案、腫瘤預后判斷均有著十分重要意義。近年來，隨著磁共振硬件和軟件的發(fā)展，一些更高級的DWI模型相繼出現(xiàn)并顯現(xiàn)出了很大的臨床價值，如雙指數(shù)模型及拉伸指數(shù)模型DWI[1-2]。本研究嘗試利用多b值DWI的單指數(shù)、雙指數(shù)及拉伸指數(shù)模型的參數(shù)對膠質(zhì)瘤進行分析研究，評價其在膠質(zhì)瘤診斷及分級中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016年7月～2018年3月間在我院經(jīng)手術病理證實的膠質(zhì)瘤患者30例，其中男23例，女7例，年齡3～71歲，平均46.5歲。

表1 高、低級別膠質(zhì)瘤的DWI參數(shù)比較（± s）

表1 高、低級別膠質(zhì)瘤的DWI參數(shù)比較（± s）

組別 標準ADC（×10-3mm2/s） D（×10-3mm2/s） D*（×10-3mm2/s） f DDC α低級別組 1.26±0.24 0.72±0.18 1.58±0.28 0.48±0.08 0.79±0.08 0.80±0.33高級別組 0..85±0.13 0.48±0.09 1.58±0.40 0.40±0.07 0.52±0.26 0.65±0.12 t 5.917 4.718 0.010 3.121 6.605 4.174 P 0.000 0.000 0.992 0.016 0.000 0.000

表2 各級別膠質(zhì)瘤組間標準ADC、D、f值比較（± s）

表2 各級別膠質(zhì)瘤組間標準ADC、D、f值比較（± s）

級別 標準ADC（×10-3mm2/s） D（×10-3mm2/s） f DDC αⅠ（n=4） 1.38±0.13 0.84±0.03 0.53±0.01 0.90±0.22 0.89±0.33Ⅱ（n=7） 1.19±0.26 0.64±0.16 0.46±0.08 0.73±0.35 0.75±0.03Ⅲ（n=6） 0.84±0.95 0.51±0.08 0.39±0.07 0.56±0.14 0.66±0.14Ⅳ（n=13） 0.85±0.15 0.46±0.08 0.40±0.06 0.50±0.11 0.64±0.12

1.2 掃描方案

30例膠質(zhì)瘤患者術前磁共振檢查均在我科Philips Achieva 3.0T磁共振掃描系統(tǒng)上完成，使用8通道正交頭部線圈。掃描方案分為常規(guī)MRI平掃序列（掃描順序均為（1）橫斷位 SE-T1WI，（2）FSE-T2WI，（3）T2-FLAIR，（4）DWI）、多 b 值 DWI序列和注射對比劑后增強序列（橫斷位T1WI、矢狀位T1WI及冠狀位T1WI）。多b值DWI采用自旋平面回波脈沖序列（SE-EPI），b值選取 0、10、20、50、100、200、300、500、800、1000、1500、2000、2500、3000、4000，激勵次數(shù)（NEX）隨b值增加，設定為從1到4，掃描時間為9分18秒。將采集獲得的數(shù)據(jù)傳至Philips后處理工作站進行分析，使用工作站自帶軟件及第三方軟件包進行處理分析[3]。

ROI的放置原則：由兩名主治以上職稱的醫(yī)師對圖像進行分析，以兩人意見一致為準。對照常規(guī)MRI序列，在標準ADC圖上，以腫瘤實性部分最小ADC值區(qū)域作為參考，采用手繪法勾畫出感興趣區(qū)（ROI面積約 20 ～ 40mm2）測得其標準 ADC 值，放置3次并取其平均值，且需要避開壞死、囊變、出血、大血管、鈣化的區(qū)域；多b值DWI數(shù)據(jù)亦以同樣的ROI（位置、層面、大小保持一致）測得腫瘤實性部分的D、D*、f及DDC值；而α的ROI則選擇腫瘤輪廓最大層面，如囊變或壞死為于實質(zhì)之內(nèi)，則包括在ROI內(nèi)；反之，則排除在ROI外。同時應避開腫瘤周邊的水腫帶及腦脊液；ROI均放置3次并取平均值[4]。

1.3 高、低級別膠質(zhì)瘤及不同級別膠質(zhì)瘤的判定方法

結合按腫瘤細胞具體惡性程度進行劃分，可分為低級別膠質(zhì)瘤與高級別膠質(zhì)瘤。其中，低級別膠質(zhì)瘤即WHOⅠ～Ⅱ級，屬于分化良好膠質(zhì)瘤，該腫瘤不歸屬于良性腫瘤，但該類型腫瘤患者疾病預后相對較好。高級別膠質(zhì)瘤即WHOⅢ～Ⅳ級，屬于低分化膠質(zhì)瘤，該腫瘤歸屬于惡性腫瘤，且該類型腫瘤患者疾病預后較差[5]。

1.4 統(tǒng)計學分析

所得數(shù)據(jù)應用SPSS19.0進行分析，對所有參數(shù)進行正態(tài)性檢驗，采用獨立樣本t檢驗比較高、低級別膠質(zhì)瘤組間標準ADC、D、D*、f、DDC及α值的差異；同時，采用One-way ANOVA對各級別膠質(zhì)瘤之間的上述量化指標進行差異性比較；P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。應用Pearson相關分析D與標準ADC值、DDC與標準ADC值、D與DDC值之間的相關性。繪制受試者工作特征曲線（ROC曲線），并用曲線下面積（AUC）評價診斷的準確性，然后確定各個測量指標的診斷閾值，并計算出其敏感性及特異性[5-6]。

2 結果

2.1 高、低級別膠質(zhì)瘤之間標準ADC、D、f、DDC及α值差異比較

在高、低級別膠質(zhì)分級診斷中，標準ADC、D、f、DDC及α值差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。高級別組標準ADC、D、DDC及α值明顯低于低級別組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；高級別組f值低于低級別組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；D*值在高、低級別膠質(zhì)分級診斷中差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表1。

2.2 各級別膠質(zhì)瘤之間標準ADC、D、f、DDC及α值的差異性

標準ADC、D、DDC及α值在膠質(zhì)瘤Ⅰ級分別與Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），在Ⅱ級分別與Ⅲ、Ⅳ級間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），而在膠質(zhì)瘤Ⅲ級與Ⅳ級之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；f值在膠質(zhì)瘤Ⅰ級分別與Ⅲ、Ⅳ級間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），而在膠質(zhì)瘤Ⅰ級與Ⅱ級之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），在膠質(zhì)瘤Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級任意兩組間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表2。

表3 標準ADC、D、f值鑒別高、低級別膠質(zhì)瘤的ROC比較

2.3 相關性比較

應用Pearson相關性檢驗分析，腫瘤實體部分的D與標準ADC值（r=0.854，P＜0.05）、DDC與標 準 ADC值（r=0.892，P＜ 0.05）、D 與 DDC值（r=0.812，P＜0.05）之間均呈顯著正相關。

2.4 ROC曲線比較

單指數(shù)模型標準ADC，雙指數(shù)模型D、f值及拉伸指數(shù)模型DDC、α值診斷高、低級別膠質(zhì)瘤的ROC曲線（圖1）比較，見表3。

圖1 結生成的對角段

3 討論

膠質(zhì)瘤又稱為神經(jīng)上皮腫瘤，膠質(zhì)瘤多見于兒童、中老年人群，屬于臨床常見的原發(fā)性腦腫瘤類型。膠質(zhì)瘤起源于神經(jīng)外胚層。依據(jù)2007版的世界衛(wèi)生組織（WHO）相關規(guī)定，神經(jīng)上皮性腫瘤主要包括八大類別，即：（1）星形細胞腫瘤。（2）少突膠質(zhì)細胞腫瘤；（3）室管膜細胞瘤；（4）脈絡叢腫瘤；（5）其他神經(jīng)上皮性腫瘤；（6）神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)混合性細胞腫瘤；（7）松果體腫瘤；（8）胚胎性腫瘤等。膠質(zhì)瘤無論是分化好或分化壞，其均表現(xiàn)為浸潤性生長，而且與鄰近腦組織無顯著分界，特別是高級別膠質(zhì)瘤（多表現(xiàn)為自瘤體中心從瘤周腦組織浸潤生長幾厘米）。膠質(zhì)瘤不能有效徹底切除，而且手術后復發(fā)率高。目前臨床手術治療原則為“有效保存神經(jīng)功能前提下盡量切除腫瘤”。因此在實施手術治療前，手術前對腫瘤分級作準確評估，以給予臨床制定治療方案、腫瘤預后判斷均十分重要。

磁共振檢查不僅能從整體形態(tài)學描述膠質(zhì)瘤的特征，而且還可以反映腫瘤的生物學特征，在膠質(zhì)瘤的術前評估中起到重要的作用，尤其是近年來多種新的檢查技術應用，使其成為膠質(zhì)瘤術前評價的首選檢查手段[7-8]。傳統(tǒng)的腦DWI序列，通常選擇高、低兩個 b值（0、1000s/mm2），假設組織內(nèi)水分子信號的衰減與b值的升高呈線性關系，采用單指數(shù)模型進行計算，得出表觀擴散系數(shù)（ADC），用來反映水分子的擴散狀態(tài)。但只能產(chǎn)生ADC值一個參數(shù)的單指數(shù)模型，用來反映結構復雜的腦膠質(zhì)瘤組織特點方面顯得不足[9]。在本研究中，標準ADC值在高、低級別膠質(zhì)瘤比較中，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），低級別膠質(zhì)實質(zhì)區(qū)域標準ADC值顯著高于高級別組；但在進一步進行膠質(zhì)瘤組間比較時，其在膠質(zhì)瘤Ⅲ級與Ⅳ級之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），與以往報道結果相同。目前磁共振擴散加權成像技術持續(xù)優(yōu)化，也越來越先進，其b值可達5000s/mm2，而且可以清晰顯示組織結構，而b值升高可以明顯提高水分子擴散檢測敏感性，削弱T2透射效應。體素內(nèi)不相干運動（IVIM）即雙指數(shù)模型DWI，它假定DWI所測得的擴散包含了慢速擴散和快速擴散兩種成分，并通過數(shù)學方法將兩種擴散成份分解出來，獲得分別反映組織擴散和微循環(huán)毛細血管灌注效應的參數(shù)[10]，D值反映組織的真實擴散信息，剔除了微循環(huán)灌注對擴散的影響；D*值反映了微血管內(nèi)循環(huán)水分子的運動速率，與成像體素內(nèi)灌注效應相關；f為灌注分數(shù)，代表了成像體素內(nèi)灌注效應占總體擴散效應的容積百分數(shù)，與血管容積分數(shù)有關。在我們的研究中，D值在高、低級別膠質(zhì)瘤的比較中，高級別組的D值均顯著低于低級別組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；而在膠質(zhì)瘤Ⅲ級與Ⅳ級之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），其余任意兩組間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。而且不論是高級別還是低級別膠質(zhì)瘤，D值均顯著低于標準ADC值，且D值與標準ADC值之間有很好的相關性。另外，反映腫瘤灌注信息的參數(shù)D*和f值，理論上與血流量速度和血容量有關[11]。在本研究中，D*值在高、低級別膠質(zhì)瘤組間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。研究認為，D*值可受多方面因素影響，其中最重要的因素是b值的設置及ROI的選取。因此，D*值并不穩(wěn)定，f是反映D*的占比，所以筆者認為f同樣不穩(wěn)定。本研究發(fā)現(xiàn)，f值在高、低級別膠質(zhì)的分級中，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），低級別膠質(zhì)瘤f值高于高級別組。筆者認為，這可能與b值的最大值以及高低b值的比例有關，在當前b值的設計下產(chǎn)生的f值可能反映腫瘤間質(zhì)內(nèi)水分子彌散所占的容積分數(shù)[12-13]。這與膠質(zhì)瘤的實際表現(xiàn)相符，低級別膠質(zhì)瘤以腫瘤細胞浸潤水腫，T2WI及FLAIR高信號為主，而高級別膠質(zhì)瘤增殖明顯，腫瘤實質(zhì)區(qū)域T2WI及FLAIR信號相對降低。

相較與雙指數(shù)模型，拉伸指數(shù)模型擬合穩(wěn)定性較高，且無需人為的假設體素內(nèi)存在快速和慢速兩種擴散成分且它們之間交換很慢，而是通過容積加權的方式，使用冪函數(shù)的形成擬合DWI信號的衰減[7]。其測得的參數(shù)擴散分布指數(shù)DDC，代表體素內(nèi)不同擴散屬性水分子的連續(xù)分布的ADC積分值；擴散異質(zhì)性指數(shù)α，反映體素內(nèi)水分子擴散速率的異質(zhì)性及組織內(nèi)信號衰減與單指數(shù)信號衰減的差異，其范圍是0～1，α越接近1表示組織內(nèi)擴散異質(zhì)性越低，反之則越高。在本研究中，DDC與ADC及D值之間均勻很強的正相關，與以往報道相同。DDC值同樣能很好的鑒別高、低級別膠質(zhì)瘤，而在膠質(zhì)瘤Ⅲ級與Ⅳ級之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。α值在膠質(zhì)瘤Ⅰ級分別與Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級間及Ⅱ級與Ⅲ、Ⅳ級間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），而Ⅲ級與Ⅳ級間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），在Ⅲ、Ⅳ級明顯低于Ⅱ級，說明高級別膠質(zhì)瘤的組織不均質(zhì)性高于低級別膠質(zhì)瘤，這可能與腫瘤壞死、小囊變及微血管增殖有關，腫瘤級別越高，組織結構越復雜[14-15]。

綜上所述，雙指數(shù)及拉伸指數(shù)模型多b值DWI作為一種全新的技術，是腦膠質(zhì)診斷的有效補充序列，能提供更多的影像信息，臨床應用前景不可估量[16]。