磁共振擴(kuò)散成像技術(shù)在腦膜瘤病理學(xué)分級(jí)中的應(yīng)用

李璇璇，陸逸平，尹 波

復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院放射科，上海 200040

腦膜瘤是成人顱內(nèi)最常見的腫瘤，據(jù)2016年美國(guó)腦腫瘤注冊(cè)中心（Central Brain Tumor Registry of the United States，CBTRUS）統(tǒng)計(jì)，腦膜瘤約占顱內(nèi)腫瘤的36.6%［1］。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）2016版中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類的定義，按照分子病理學(xué)、有無腦實(shí)質(zhì)的侵犯等特點(diǎn)，可將腦膜瘤分為WHO Ⅰ級(jí)、WHO Ⅱ級(jí)（不典型）、WHO Ⅲ級(jí)（間變型）［2］。既往研究［3］表明，WHO Ⅰ級(jí)的腦膜瘤占80%～90%，為良性腫瘤，其生長(zhǎng)緩慢，術(shù)后不易復(fù)發(fā)，預(yù)后好于WHO Ⅱ級(jí)及Ⅲ級(jí)。新版WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類將侵犯周圍腦組織的腦膜瘤定義為WHO Ⅱ級(jí)（不典型），故其占比有增高趨勢(shì)，約為10%～15%；作為預(yù)后最差的WHO Ⅲ級(jí)腦膜瘤（約占1%～3%），5年復(fù)發(fā)率高達(dá)90%，10年總生存率幾乎為零［4-5］。

腦膜瘤目前主要依靠手術(shù)治療，但部分腦膜瘤患者為偶然發(fā)現(xiàn)，并無癥狀；而特殊部位，尤其是位于顱底的腦膜瘤因周圍解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，病灶與神經(jīng)關(guān)系密切，使手術(shù)操作變得困難；另外，還有部分腦膜瘤患者年齡較大，手術(shù)獲益與風(fēng)險(xiǎn)需要權(quán)衡。對(duì)于以上情況的腦膜瘤，如果術(shù)前能夠判定腫瘤為良性，多可考慮保守的治療策略。因此，術(shù)前影像學(xué)評(píng)估腦膜瘤的分級(jí)有著重要的臨床價(jià)值。雖然有學(xué)者使用CT灌注研究腦膜瘤的分級(jí)［6］，但因輻射較大，較難在臨床上開展。磁共振因其軟組織分辨率高、無輻射等優(yōu)點(diǎn)，特別是近些年來基于擴(kuò)散原理的功能成像在臨床上的廣泛應(yīng)用，已成為腦膜瘤術(shù)前診斷的重要技術(shù)。本研究將對(duì)磁共振擴(kuò)散成像技術(shù)在腦膜瘤病理學(xué)分級(jí)診斷中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 應(yīng)用于腦膜瘤分級(jí)的主要擴(kuò)散成像方法

目前應(yīng)用在腦膜瘤分級(jí)診斷中的基于擴(kuò)散原理的成像技術(shù)主要包括：擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）、基于體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散加權(quán)成像（intra-voxel incoherent motion DWI，IVIM-DWI）、擴(kuò)散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）、擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）等［7］。

2 主要磁共振擴(kuò)散成像技術(shù)在腦膜瘤病理學(xué)分級(jí)診斷中的應(yīng)用

2.1 DWI在腦膜瘤病理學(xué)分級(jí)中的應(yīng)用

水分子的自由熱運(yùn)動(dòng)，即“布朗運(yùn)動(dòng)”是DWI的物理學(xué)基礎(chǔ)。水分子在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外、跨細(xì)胞內(nèi)外的運(yùn)動(dòng)，以及微循環(huán)灌注等構(gòu)成了組織水分子擴(kuò)散。其中細(xì)胞外間隙的水分子運(yùn)動(dòng)和循環(huán)微灌注是影響DWI圖像信號(hào)高低的主要因素。為了量化水分子擴(kuò)散能力的差異，臨床上多使用表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）作為定量指標(biāo)。

DWI最初被應(yīng)用于腦血管疾病診斷中，隨著技術(shù)的延伸，逐漸向腦腫瘤的診斷方面發(fā)展［8］。因其能夠反映腫瘤的細(xì)胞密度變化，在良惡性腦膜瘤的鑒別中能夠發(fā)揮重要的作用。Yin等［9］的研究表明，b值等于1 000的情況下，良性腦膜瘤（WHO Ⅰ級(jí)）的平均ADC值為（0.97±0.21）×10-3mm2/s，而惡性腦膜瘤（WHO Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)）的平均ADC值為（0.85±0.17）×10-3mm2/s（P=0.003），然而WHO Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)腦膜瘤的ADC 值之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；雖然良性腦膜瘤瘤周水腫區(qū)的平均ADC值［（1.59±0.33）× 10-3mm2/s］低于惡性腦膜瘤瘤周水腫區(qū)的平均ADC值［（1.69±0.26）×10-3mm2/s］，但兩者之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.202）。另外，在各型良性腦膜瘤中，血管瘤型與分泌型的ADC值明顯高于其他類型。因此，ADC值在良惡性腦膜瘤的鑒別中可發(fā)揮輔助診斷的作用。

由于ADC值評(píng)估腦膜瘤的良惡性具有一定的價(jià)值，對(duì)其分子生物學(xué)水平的研究也逐漸展開。Surov等［10-11］研究發(fā)現(xiàn)，惡性腦膜瘤（WHO Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)）的平均ADC值較良性腦膜瘤（WHO Ⅰ級(jí)）低，同時(shí)，前者Ki-67標(biāo)記指數(shù)高于后者；進(jìn)一步的研究表明，Ki-67標(biāo)記指數(shù)與平均ADC值呈顯著負(fù)相關(guān)，且最小ADC值與細(xì)胞計(jì)數(shù)之間也呈負(fù)相關(guān)。該研究表明ADC值與腦膜瘤生物學(xué)行為之間具有相關(guān)性。

傳統(tǒng)的ADC值多為使用單獨(dú)的感興趣區(qū)的方法獲得，因此不能真正地反映腫瘤內(nèi)部的總體情況。針對(duì)該問題，有些學(xué)者開始使用ADC直方圖的模型進(jìn)行腦膜瘤的病理學(xué)分析。Gihr等［12］得出ADCmean、ADCp10、ADCp2、ADCp75、ADCp90、ADCmedian和熵在高、低級(jí)別腦膜瘤中差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。各類ADC值在高級(jí)別腦膜瘤中均低于低級(jí)別腦膜瘤 （P＜0.05），而熵在高級(jí)別腦膜瘤中明顯高于低級(jí)別腦膜瘤。孕激素受體陽(yáng)性的腦膜瘤的偏度和Ki-67標(biāo)記指數(shù)低于陰性者，而既往研究［13］表明孕激素受體陽(yáng)性的腦膜瘤有著更好的預(yù)后。

2.2 IVIM-DWI在腦膜瘤病理學(xué)分級(jí)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的ADC值受血流微灌注的影響，其值較真實(shí)的水分子擴(kuò)散高，IVIM-DWI模型克服了部分傳統(tǒng)ADC值存在的固有缺陷［14］。IVIM可區(qū)分單純水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和血流灌注［14］，并獲得量化參數(shù)。主要的參數(shù)包括：f值——“灌注分?jǐn)?shù)”；D值——代表純水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的“純擴(kuò)散系數(shù)”；D*值——代表體素內(nèi)微循環(huán)的不相干運(yùn)動(dòng)（即灌注相關(guān)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）的“假擴(kuò)散系數(shù)”。

由于IVIM-DWI可以反映組織的灌注，目前已在臨床及科研上廣泛應(yīng)用，如診斷乳腺癌、膠質(zhì)瘤等方面［15-16］。常規(guī)ADC值包含水分子擴(kuò)散和微血管灌注兩個(gè)方面的因素，因此不同學(xué)者在其鑒別腦膜瘤良惡性方面存在分歧。而目前IVIM-DWI可較好地分辨水分子擴(kuò)散和微血管灌注，在診斷腦膜瘤的病理學(xué)分級(jí)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。Lu等［17］的研究表明，WHOⅠ級(jí)腦膜瘤的D值平均為（0.524±0.03）×10-3mm2/s，而WHO Ⅱ級(jí)腦膜瘤的D值平均為（0.459±0.07）×10-3mm2/s，兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.005）；D*值在WHOⅠ級(jí)與Ⅱ級(jí)腦膜瘤中分別為（3.77±1.77）×10-3、（5.17±2.57）×10-3mm2/s，兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.022）；而傳統(tǒng)的ADC值在兩者之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該研究表明，WHO Ⅰ級(jí)腦膜瘤的細(xì)胞密度低于WHO Ⅱ者，IVIM-DWI為鑒別診斷提供了新的輔助手段。

針對(duì)IVIM-DWI中的f值作為一種數(shù)學(xué)模型能否真實(shí)地反映血管灌注這個(gè)問題，Togao等［18］對(duì)29例腦膜瘤患者進(jìn)行IVIM-DWI檢查，同時(shí)對(duì)病灶組織進(jìn)行CD31免疫染色（微血管密度），結(jié)果提示腦膜瘤病灶的最大f值與腦膜瘤微血管密度相關(guān)，而與腦膜瘤的病理學(xué)分級(jí)無關(guān)。該研究進(jìn)一步證實(shí)了f值與腦內(nèi)的血管密度有明顯的相關(guān)性，為將來無創(chuàng)研究腦腫瘤的灌注成像提供了新的方法。

2.3 DTI在腦膜瘤病理學(xué)分級(jí)中的應(yīng)用

DTI是一種顯示水分子擴(kuò)散方向特征的磁共振擴(kuò)散成像技術(shù)，是基于DWI施以數(shù)個(gè)非線性方向的梯度場(chǎng)而獲得的擴(kuò)散張量圖像。DTI通過相關(guān)參數(shù)量化水分子的擴(kuò)散各向異性程度，最常用的參數(shù)為各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）。DTI在顯示腦白質(zhì)纖維通道，尤其是神經(jīng)示蹤方面具有重要的臨床價(jià)值［19］。隨著該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其在腦膜瘤的病理學(xué)分級(jí)方面也日趨重要。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明DTI能夠鑒別動(dòng)物的腦膜瘤與組織細(xì)胞肉瘤［20］。Aslan等［21］通過對(duì)32例低級(jí)別腦膜瘤和13例高級(jí)別腦膜瘤患者進(jìn)行DTI掃描，發(fā)現(xiàn)高級(jí)別腦膜瘤的ADCmin、ADCmax、ADCmean、軸向擴(kuò)散系數(shù)（axial diffusivity，AD）、徑向擴(kuò)散系數(shù)（radial diffusivity，RD），以及它們較對(duì)側(cè)的相對(duì)值（rADCmin、rADCmax、rADCmean、rAD，rRD）均低于低級(jí)別腦膜瘤（P＜0.05），但FA值高于低級(jí)別腦膜瘤（P＜0.05）；在DTI所有的參數(shù)中RD鑒別腦膜瘤良惡性的受試者工作特征（receiver operator characteristic，ROC）曲線的曲線下面積最大（0.778）。Lin等［22］也認(rèn)為FA值具有鑒別良惡性腦膜瘤的能力。

2.4 DKI在腦膜瘤病理學(xué)分級(jí)中的應(yīng)用

DKI作為一種新的磁共振擴(kuò)散成像技術(shù)，它反映的是組織非高斯分布的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。DKI構(gòu)建于DTI之上，但在反映組織微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度上較DTI更敏感。DKI的參數(shù)主要包括：最具代表性的平均峰度（mean kurtosis，MK），它是指峰度在所有方向的平均值，反映的是組織復(fù)雜程度；軸向峰度（axial kurtosis，AK），指峰度在擴(kuò)散本征矢量中最大的擴(kuò)散本征值，表示軸突方向的峰度值；徑向峰度（radial kurtosis，R K）則是垂直于擴(kuò)散本征矢量的平均峰度值［23］。由此可知，DKI更能夠反映現(xiàn)實(shí)組織內(nèi)水分子的運(yùn)動(dòng)。

近年來，DKI已被越來越多地用于包括顱腦腫瘤、帕金森綜合征和腦血管疾病等在內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷中。近些年來，DKI在膠質(zhì)瘤的病理學(xué)分級(jí)方面的研究取得了明顯進(jìn)步，特別是診斷膠質(zhì)瘤分級(jí)有較高的特異度及靈敏度［24］。

不同病理學(xué)級(jí)別的腦膜瘤內(nèi)部的壞死、細(xì)胞密度等差別很大，因此DKI有術(shù)前診斷腦膜瘤病理學(xué)分級(jí)的潛能。Xing等［25］對(duì)35例腦膜瘤進(jìn)行DKI檢查，發(fā)現(xiàn)良性腦膜瘤的MK值低于惡性別腦膜瘤［（0.812±0.107）×10-3mm2/s vs （0.922±0.094）×10-3mm2/s］，靈敏度與特異度分別為0.875、0.78，ROC曲線的曲線下面積為0.89。這主要是因?yàn)閻盒阅X膜瘤的壞死多見，細(xì)胞較小，核漿比例高，細(xì)胞間間隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜所致［26］。Xing等［25］還研究發(fā)現(xiàn)，MK、RK與腦膜瘤的Ki-67指數(shù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為0.56、0.40）。Lin等［22］的研究也證實(shí)了上述結(jié)果，其研究結(jié)果表明惡性腦膜瘤的MK、AK、RK值均高于低級(jí)別腦膜瘤，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。另外該研究還發(fā)現(xiàn)，DKI的參數(shù)、FA、平均ADC值與Ki-67標(biāo)記指數(shù)之間具有明顯相關(guān)性。

高級(jí)別腦膜瘤中細(xì)胞的有絲分裂活躍、壞死加劇，并伴有無規(guī)則的細(xì)胞生長(zhǎng)，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散受限，因此可使用ADC、FA值等擴(kuò)散參數(shù)去量化這種變化。相反，低級(jí)別腦膜瘤由卵圓形或紡錘形的腫瘤細(xì)胞組成，形成螺旋、束狀或結(jié)節(jié)狀的結(jié)構(gòu)，使水分子多以相對(duì)各向同性的方式運(yùn)動(dòng)，因而擴(kuò)散受限不明顯［27］。

以上幾種擴(kuò)散成像方法有著各自的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。DWI目前在臨床上使用廣泛，掃描時(shí)間短，后處理簡(jiǎn)便，但被認(rèn)為水分子的擴(kuò)散各向同性。DTI可定性、定量地評(píng)價(jià)擴(kuò)散的各向異性，是一種更為高級(jí)和準(zhǔn)確的擴(kuò)散成像；其缺點(diǎn)是后處理更為復(fù)雜，同時(shí)相比反映非高斯擴(kuò)散的DKI，它不能全面地評(píng)價(jià)水分子的復(fù)雜擴(kuò)散行為［28-29］。DKI對(duì)組織微觀結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)特異度更高，是DTI的延伸，Lin等［22］的研究認(rèn)為DKI的參數(shù)——MK，在腦膜瘤的分級(jí)中優(yōu)于ADC或FA，但DKI掃描時(shí)間較長(zhǎng)，限制了其臨床應(yīng)用。IVIM-DWI在相關(guān)報(bào)道中常被認(rèn)為參數(shù)可變性較大，尤其是D*，還受到心動(dòng)周期的顯著影響［14-15］。盡管如此，利用不同成像的優(yōu)勢(shì)，在不同的條件下選擇適合的檢查，并采用多參數(shù)聯(lián)合應(yīng)用互補(bǔ)，方可在腦膜瘤病理分級(jí)上提高準(zhǔn)確率。另外，改善硬件及算法來提高診斷效果也是今后的研究方向。

3 總 結(jié)

基于擴(kuò)散原理的磁共振功能成像具有成像技術(shù)多樣、定量參數(shù)穩(wěn)定等特點(diǎn)，已經(jīng)在腦膜瘤良惡性鑒別及腫瘤生物學(xué)行為判定方面提供有價(jià)值的信息。隨著技術(shù)的進(jìn)步，特別是高分辨率DWI的發(fā)展，磁共振功能成像必將在顱底腦膜瘤的診斷中呈現(xiàn)更廣闊的前景。