表觀擴散系數(shù)直方圖對腦膠質(zhì)瘤病理分級的相關(guān)性研究

王鵬，張東友

武漢市第一醫(yī)院 放射科，湖北 武漢 430022

引言

2016 年WHO 中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類指南[1]中提出：按腫瘤的侵襲性及惡性生物學(xué)行為，將膠質(zhì)瘤分為Ⅰ～Ⅳ級；其中，Ⅰ+Ⅱ級膠質(zhì)瘤預(yù)后較好，實施手術(shù)局灶切除，并輔以小范圍的術(shù)后放化療；而Ⅲ+Ⅳ級膠質(zhì)瘤預(yù)后較差，一般手術(shù)切除范圍較大，并接受長時間、大劑量的放化療，且術(shù)后復(fù)發(fā)率高、并發(fā)癥多。由此可見，術(shù)前準(zhǔn)確評估膠質(zhì)瘤的病理分級對患者治療方案的制定及預(yù)后評估具有重要意義。近年來，有不少文獻(xiàn)報道了磁共振擴散加權(quán)成像（Diffusion-Weighted Imaging，DWI）對腦膠質(zhì)瘤病理分級的診斷價值。但因各文獻(xiàn)報道的表觀擴散系數(shù)（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）診斷閾值不同，感興趣區(qū)域的勾畫方法也有差異，故研究結(jié)論不盡一致[2-6]。鑒于ADC直方圖能夠客觀地反映全瘤灶的水分子擴散受限特征，在腦膠質(zhì)瘤的鑒別診斷及預(yù)后評估等方面也有相關(guān)研究[7-8]，筆者嘗試?yán)肁DC 直方圖對腦膠質(zhì)瘤病理分級進(jìn)行評估，旨在探討ADC 直方圖對腦膠質(zhì)瘤病理分級的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2013 年1 月至2018 年1 月期間收治的71 例腦膠質(zhì)瘤患者的臨床及影像學(xué)資料進(jìn)行回顧性分析。納入標(biāo)準(zhǔn)：①接受磁共振檢查前未行手術(shù)、放化療等膠質(zhì)瘤相關(guān)性治療；② 手術(shù)后病理證實為腦膠質(zhì)瘤；③ 磁共振掃描與手術(shù)時間不超出2 周。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 患者臨床、影像資料不齊全或質(zhì)量不合格；② 病灶內(nèi)存在顯著鈣化灶。根據(jù)本研究設(shè)定的入組標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格篩選后（圖1），最終收集到49 例腦膠質(zhì)瘤患者，男性26 例、女性23 例；年齡21～69 歲，中位年齡47 歲；膠質(zhì)瘤短徑范圍為1.3～5.9 cm，平均值為3.1 cm；術(shù)后病理標(biāo)本參照2016 年WHO 中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)[1]分為：低級別（Ⅰ～Ⅱ級，16 例）、高級別（Ⅲ～Ⅳ級，33 例）。

圖1 病例入組流程圖

1.2 磁共振掃描技術(shù)

使用GE 公司Signa 3.0T 超導(dǎo)磁共振成像設(shè)備，8 通道相控陣頭部線圈，患者仰臥位。掃描序列包括：T1Flair、T2Flair、T2FSE、增強掃描序列和DWI 序列。常規(guī)掃描參數(shù)：層厚6 mm，層間距2 mm，矩陣512×512，視野（FOV）240.00 mm；T1Flair 序列TE/TR：21 ms/2229 ms；T2Flair 序列TE/TR：170 ms/8602 ms；T2FSE 序列TE/TR：118 ms/3460 ms。DWI 序 列TE/TR：74 ms/6000 ms，矩 陣256×256，b 值取0 和1000 s/mm2。

1.3 圖像及數(shù)據(jù)處理

將后處理工作站自動生成的ADC 圖全部導(dǎo)出至軟件Image J，參照金觀橋等[9]報道的方法，沿瘤灶邊緣逐層勾畫ROI，并覆蓋整個瘤灶所有層，得到ADC 體素直方圖。以ADC 直方圖的X 軸表示ADC 值，Y 軸表示瘤灶的總像素頻數(shù)百分比；記錄ADC 直方圖各定量參數(shù)，包括最大值、最小值、平均值、中位數(shù)、偏度值及峰度值。以上操作分別由兩名具有10 年以上工作經(jīng)驗的影像科醫(yī)師獨立進(jìn)行，結(jié)果取平均值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 19.0 進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，使用Shapiro-Wilk法對ADC 直方圖各參數(shù)值進(jìn)行正態(tài)性分布檢驗。對符合正態(tài)分布的參數(shù)值以表示；符合偏態(tài)分布的參數(shù)值則以Q（P25～P75）表示。通過受試者工作曲線（Receiver Operating Curve，ROC）評估ADC 直方圖各參數(shù)值對不同級別腦膠質(zhì)瘤的鑒別診斷效能，并計算出各參數(shù)值的曲線下面積（Area Under Curve，AUC）、最佳診斷閾值（Optimal Diagnostic Threshold）、Youden 指數(shù)以及相應(yīng)的敏感度（Sensitivity，SE）、特異度（Specificity，SP）。P＜0.05 表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（雙尾）。

2 結(jié)果

2.1 不同級別腦膠質(zhì)瘤的ADC直方圖各參數(shù)比較

不同級別腦膠質(zhì)瘤的DWI、ADC 圖以及ADC 直方圖分別見圖2～3。低級別膠質(zhì)瘤ADC 直方圖的最小值、平均值、中位數(shù)均高于高級別膠質(zhì)瘤，且以負(fù)偏態(tài)分布為主（均P＜0.05）。兩組的峰值無統(tǒng)計學(xué)差異（均）。詳見表1。

圖2 病理結(jié)果示膠質(zhì)瘤Ⅱ級圖像（男，41歲）

圖3 病理結(jié)果示膠質(zhì)瘤Ⅲ級圖像（男，55歲）

表1 低、高級別膠質(zhì)瘤ADC直方圖各參數(shù)比較

2.2 ADC直方圖各參數(shù)對不同級別膠質(zhì)瘤的診斷效能分析

ADC 直方圖各參數(shù)值在膠質(zhì)瘤分級評估中，以最小值的診斷效能最高，以0.8×10-3s/mm2作為最佳診斷閾值時，其曲線下面積為0.920，對應(yīng)的Youden 指數(shù)以及敏感度、特異度分別為0.754 和87.88%、87.50%。詳見圖4、表2。

圖4 ADC直方圖各參數(shù)值對不同級別膠質(zhì)瘤診斷效能的ROC曲線分析

表2 ADC直方圖對低、高級別膠質(zhì)瘤的鑒別診斷效能

3 討論

3.1 DWI對惡性腫瘤分級的應(yīng)用價值

DWI 的優(yōu)勢在于能夠監(jiān)測活體水分子的擴散運動情況，并通過ADC 值對其擴散受限程度進(jìn)行定量分析?；铙w水分子的擴散狀況主要取決于水分子所處的微環(huán)境變化，包括細(xì)胞間致密性、各種大分子物質(zhì)的滲出或核質(zhì)比的改變等；活體病理狀態(tài)下致使水分子微環(huán)境發(fā)生改變時，水分子的擴散特性也隨之發(fā)生相應(yīng)改變；當(dāng)腫瘤進(jìn)展至病理級別較高時，癌細(xì)胞的排列更加致密、核質(zhì)比更高，導(dǎo)致水分子擴散受限更加顯著，表現(xiàn)為ADC 值的降低[2-8]。近年來陸續(xù)有文獻(xiàn)報道指出，ADC 值對直腸癌[10]、乳腺癌[11]、前列腺癌[12]、腎癌[13]以及腦膠質(zhì)瘤[2-6]等惡性腫瘤的病理分級具有很大相關(guān)性，往往表現(xiàn)為隨著腫瘤病理級別的上升或分化程度的下降，ADC 值呈降低的趨勢。

3.2 ADC直方圖在腫瘤影像學(xué)診斷的應(yīng)用價值

惡性腫瘤在侵襲進(jìn)展過程中，具有較大的生物學(xué)異質(zhì)性，而這種異質(zhì)性造成了腫瘤病理成分的不均勻，且隨著腫瘤病理級別越高、分化越差，腫瘤的異質(zhì)性越大；由此可見，在腫瘤組織ADC 值的測量時，單層面的ROI 往往具有較大的片面性，易存在選擇偏倚，其測量數(shù)值難以代表整個瘤體組織的水分子擴散受限特性。

ADC 直方圖的優(yōu)勢在于，能夠通過對整個瘤灶進(jìn)行全容積、全體素分析，能夠反映瘤灶整體的水分子擴散特征，且重復(fù)性強、具有較大的客觀性[7-8,14-15]。ADC 直方圖分析在直腸癌[14]、前列腺癌[15]等惡性腫瘤的病理分級中具有較高的診斷價值，在腦膠質(zhì)瘤的鑒別診斷及預(yù)后評估等方面也有相關(guān)研究[7-8]，但ADC 直方圖應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤的病理分級卻鮮有文獻(xiàn)報道。

本研究結(jié)果顯示：① 低級別膠質(zhì)瘤ADC 直方圖的最小值、平均值、中位數(shù)均高于高級別膠質(zhì)瘤，原因在于隨著腫瘤級別的升高，細(xì)胞排列致密性更大、核質(zhì)比更高，造成水分子受限更加明顯；② 低級別膠質(zhì)瘤ADC 直方圖的最大值低于高級別膠質(zhì)瘤。原因在于，ADC 最大值是對囊變、壞死區(qū)域的反映，高級別膠質(zhì)瘤的囊變、壞死率顯著高于低級別膠質(zhì)瘤，故而兩者ADC 最大值亦存在統(tǒng)計學(xué)差異[7-8,16]；③ 低級別膠質(zhì)瘤ADC 直方圖以負(fù)偏態(tài)分布為主，而高級別膠質(zhì)瘤則以正偏態(tài)分布為主，且高級別膠質(zhì)瘤偏度系數(shù)的絕對值高于低級別膠質(zhì)瘤。這表明高級別膠質(zhì)瘤與低級別膠質(zhì)瘤比較，有更多體素的ADC 值低于平均值，進(jìn)一步驗證了高級別膠質(zhì)瘤細(xì)胞致密性更高，造成了水分子擴散受限較低級別膠質(zhì)瘤更顯著，導(dǎo)致ADC 體素值在ADC 直方圖中多集中接近于曲線左側(cè)。高級別膠質(zhì)瘤偏度系數(shù)的絕對值更大，說明高級別膠質(zhì)瘤體素ADC 值變異性更大，這可能是由于高級別膠質(zhì)瘤異質(zhì)性更高，病理成分更加復(fù)雜，造成了ADC 值的多樣性[7-8,16]。

在進(jìn)一步的診斷效能分析中，ADC 最小值鑒別高、低級別膠質(zhì)瘤的診斷效能更高，而最大值的診斷效能最低。筆者綜合既往文獻(xiàn)[14-16]，分析其原因可能是：ADC 最小值是對水分子擴散受限最顯著區(qū)域的反映，由于本研究排除了合并鈣化灶的病例，因此ADC 最小值反映的是腫瘤細(xì)胞聚集區(qū)，排除了其他病理成分的干擾，故而其診斷效能最高。而ADC 最大值的鑒別診斷效能最低，這可能是由于惡性程度較高的膠質(zhì)瘤易發(fā)生壞死囊變，而壞死和囊變區(qū)的ADC擴散受限不明顯，導(dǎo)致惡性膠質(zhì)瘤與低級別膠質(zhì)瘤的ADC最大值相近，從而造成了其特異度不高，診斷效能欠缺。

3.3 本研究局限性

本研究屬于單中心回顧性研究，可能存在一定程度上的選擇偏倚。此外，本研究病例數(shù)有限，有待進(jìn)一步擴充樣本量，以獲取更豐富的研究成果。