IVIM對膠質(zhì)瘤分級的診斷價(jià)值及與Ki-67標(biāo)記指數(shù)的相關(guān)性研究

常天靜，沈慧聰*，俞梅美，葛穎，張揚(yáng)，張哲，季楠

腦膠質(zhì)瘤是顱內(nèi)最常見的原發(fā)腫瘤，根據(jù)2016 年WHO 腫瘤分類，腦膠質(zhì)瘤被分為低級別膠質(zhì)瘤(low-grade glioms，LGG)和高級別膠質(zhì)瘤(high-grade glioms，HGG)兩類，低級別膠質(zhì)瘤包括WHO 分級Ⅰ級和Ⅱ級，高級別膠質(zhì)瘤包括WHO分級Ⅲ級和Ⅳ級，不同級別膠質(zhì)瘤治療手段及預(yù)后有較大差異。Ki-67標(biāo)記指數(shù)(Ki-67 labeling index，Ki-67 LI)是一種與細(xì)胞增殖相關(guān)的抗原，是評價(jià)腫瘤細(xì)胞增殖活性最可靠、最常用的方法［1］，并且與腫瘤復(fù)發(fā)及患者的預(yù)后密切相關(guān)［2］。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像屬于磁共振功能成像序列，能夠區(qū)分腫瘤組織內(nèi)部水分子擴(kuò)散和局部微循環(huán)導(dǎo)致的灌注效應(yīng)，無需注入對比劑即可獲得腫瘤區(qū)域的灌注信息。目前，IVIM 在膠質(zhì)瘤中主要應(yīng)用于腫瘤的鑒別診斷、術(shù)前腫瘤的分級、判斷復(fù)發(fā)、評估預(yù)后等方面［3-4］，但是關(guān)于IVIM 所得數(shù)據(jù)中對預(yù)測膠質(zhì)瘤級別效能最高的功能參數(shù)指標(biāo)仍有爭議，并且與Ki-67標(biāo)記指數(shù)的相關(guān)研究較少，相關(guān)病理機(jī)制證據(jù)尚欠充分，本研究旨在探討IVIM 定量參數(shù)對膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的價(jià)值及與Ki-67標(biāo)記指數(shù)的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2018 年1 月至2019 年7 月首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)為膠質(zhì)瘤的63 例患者(男43 例，女20 例)，年齡16～74(47±13)歲，其中低級別膠質(zhì)瘤30 例，高級別膠質(zhì)瘤33 例。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)經(jīng)病理學(xué)證實(shí)為膠質(zhì)瘤，并進(jìn)行免疫組化分析；(2)患者術(shù)前常規(guī)行MRI 平掃及增強(qiáng)檢查、IVIM 序列掃描；(3)術(shù)前無放療、化療史。排除標(biāo)準(zhǔn)：圖像質(zhì)量差，偽影嚴(yán)重，影響參數(shù)測量。研究設(shè)計(jì)及方案已獲得首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 圖像采集

MRI數(shù)據(jù)采集均使用GE 3.0 T (Discovery MR750)磁共振機(jī)及32通道相控陣頭線圈。IVIM掃描和平掃、增強(qiáng)掃描在相同環(huán)境下進(jìn)行。T1WI 增強(qiáng)掃描參數(shù)：TR 1750 ms，TE 24 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣320×256，層 厚 5 mm；IVIM 掃 描 參 數(shù)：TR 3000 ms，TE 72 ms，F(xiàn)OV 25.6 cm×25.6 cm，矩陣128×128，層厚5 mm，激勵次數(shù)分別為4、2、2、3、3、4、4、6、6、8、8、10、10、12，共選取14個b值，分別為：0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000 s/mm2。

1.3 定量參數(shù)測量及腫瘤分割

利用GE ADW4.6工作站的Functool MADC軟件進(jìn)行IVIM 數(shù)據(jù)處理。結(jié)合T2 FLAIR 和T1 增強(qiáng)圖像，由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)生在ROI 區(qū)域勾畫IVIM 的ROI(大小20～30 mm2)，ROI 盡量選擇腫瘤實(shí)性部分，避開腫瘤內(nèi)出血、壞死及囊變的區(qū)域，同時在對側(cè)正常腦白質(zhì)區(qū)放置同樣大小的ROI。獲得腫瘤區(qū)域及對照側(cè)正常白質(zhì)內(nèi)的ADC、假擴(kuò)散系數(shù)(pseudodiffusion coefficient，D*)、純 水 擴(kuò) 散 系 數(shù)(pure water diffusion coefficient，D) 及 灌 注 分 數(shù)(perfusion fraction value，f)等參數(shù)，為減少測量誤差，測量3次，取ROI測量的平均值得到ADC、D、D*、f參數(shù)。為減少由掃描儀和患者個體差異造成的影響［5］，將測得的病灶區(qū)域IVIM 參數(shù)除以對稱位置正常腦白質(zhì)區(qū)所測參數(shù)，得到校正后的參數(shù)值，包括相對表觀擴(kuò)散系數(shù)(relative ADC，rADC)、相對假擴(kuò)散系 數(shù)(relative D*，rD*)、相 對 純 水 擴(kuò) 散 系 數(shù)(relative D，rD)及相對灌注分?jǐn)?shù)(relative f，rf)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 25.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果使用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，通過測試檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性。校正參數(shù)定量分析應(yīng)用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)，定量評估2 名觀察者所測數(shù)據(jù)間的一致性，ICC 值＞0.75 時表示信度良好。分別對低、高級別膠質(zhì)瘤患者的年齡及影像學(xué)指標(biāo)進(jìn)行Kolmogorov-Smimov 正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的資料應(yīng)用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，對不符合正態(tài)分布資料則應(yīng)用非參數(shù)檢驗(yàn)(Mann-Whitney 檢驗(yàn))，組間存在顯著性差異的影像學(xué)參數(shù)，繪制ROC 曲線，檢測其敏感度、特異度及閾值。應(yīng)用Spearman 相關(guān)性分析進(jìn)行IVIM 各參數(shù)值與Ki-67標(biāo)記指數(shù)之間的相關(guān)性分析。均以P＜0.05代表差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 觀察者間一致性分析

兩觀察者之間測量所得各個參數(shù)一致性良好，其中rD 的 觀 察 者 間ICC 值 為0.924(95% CI：0.824～0.958)；rD*的觀察者間ICC值為0.923(95% CI：0.845～0.955)；rf 的觀察者間ICC 值為0.887(95% CI：0.808～0.915)。

2.2 IVIM各參數(shù)與膠質(zhì)瘤級別

rADC 值、rD 值及rf 值在兩組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1，圖1)，rD*值在兩組間無顯著差異。

2.3 IVIM各參數(shù)鑒別膠質(zhì)瘤級別的效能比較

rADC 值、rD 值及rf 值的ROC 曲線下面積分別為0.912、0.911、0.714(P 均＜0.05)，其中rADC 的診斷效能最高，特異度為93.3%，敏感度為75.8%(表2，圖2)。

圖1 女，45歲，高級別間變星形細(xì)胞瘤(WHO III級)。A：軸位T2WI；B：軸位增強(qiáng)T1WI；C：軸位ADC圖；D：D偽彩圖Fig.1 A 45 years old female with high grade anaplastic astrocytoma(WHO grade III).A:Axial T2WI;B:Axial enhanced T1WI;C:Axial ADC map;D:The D map.

圖2 腫瘤組織IVIM定量參數(shù)的ROC曲線Fig.2 ROC curve of tumor tissue rADC,rD,rf

表1 高、低級別膠質(zhì)瘤的參數(shù)測量結(jié)果(±s)Tab.1 Parameter measurement results of the low-grade and high-grade glioma(±s)

表1 高、低級別膠質(zhì)瘤的參數(shù)測量結(jié)果(±s)Tab.1 Parameter measurement results of the low-grade and high-grade glioma(±s)

類別低級別膠質(zhì)瘤高級別膠質(zhì)瘤P值rADC 2.04±0.67 1.13±0.34＜0.01 rD 2.11±0.72 1.12±0.38＜0.01 rD*1.13±0.36 1.32±0.58 0.139 rf 1.98±0.81 1.48±0.60＜0.01

表2 IVIM各參數(shù)鑒別診斷高、低級別膠質(zhì)瘤的效能比較Tab.2 Comparison of the effcacy of IVIM parameters indifferential diagnosis of low-grade and high-grade glioma

表3 膠質(zhì)瘤IVIM各參數(shù)與Ki-67標(biāo)記指數(shù)的相關(guān)性Tab.3 Correlation between IVIM parameters and Ki-67 in glioma

2.4 Ki-67標(biāo)記指數(shù)與膠質(zhì)瘤級別相關(guān)性

高級別膠質(zhì)瘤組平均Ki-67 標(biāo)記指數(shù)(30.37±14.90)%明顯高于低級別膠質(zhì)瘤組(7.86±4.07)%，兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，且與級別呈明顯正相關(guān)(r=0.788，P＜0.01)。

2.5 IVIM各參數(shù)與Ki-67標(biāo)記指數(shù)相關(guān)性

rADC、rD 與Ki-67 標(biāo)記指數(shù)存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，rD*與Ki-67 標(biāo)記指數(shù)存在低度相關(guān)性，rf 與Ki-67標(biāo)記指數(shù)不具有明顯相關(guān)性。見表3。

3 討論

3.1 IVIM原理及臨床意義

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)的物理基礎(chǔ)是布朗運(yùn)動，而在活體組織內(nèi)，水分子的擴(kuò)散運(yùn)動受到多種因素的影響，如細(xì)胞膜、基底膜、軸突走形等膜結(jié)構(gòu)的分布、核漿比以及大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)的分布等［6-7］。

1988 年，Le Bihan 等［8］首次提出體素內(nèi)不相干運(yùn)動磁共振成像這一概念，多b 值的IVIM 依據(jù)雙指數(shù)模型擴(kuò)散加權(quán)成像，可獲得常用的與擴(kuò)散及灌注相關(guān)的4個參數(shù)ADC、D*、D及f。

ADC值和D值代表組織中細(xì)胞密度和水分子布朗運(yùn)動，其與細(xì)胞內(nèi)外間隙、細(xì)胞密度等密切相關(guān)［9-11］。本研究中，高級別膠質(zhì)瘤的rADC 值較低級別膠質(zhì)瘤高，二者之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，與既往研究［12］觀點(diǎn)一致，提示隨著組織病理級別的增高，腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖速度加快，核分裂異常，導(dǎo)致細(xì)胞密度較大，細(xì)胞周圍間隙縮小，水分子的擴(kuò)散運(yùn)動受限，使腫瘤組織ADC值逐漸降低。高級別膠質(zhì)瘤組rD值低于低級別組，與既往研究［13-14］相符，提示rD 值所代表水分子單純擴(kuò)散活動程度隨著腫瘤細(xì)胞惡性程度的增高而受限明顯，可能原因?yàn)槟[瘤細(xì)胞異型性更加明顯，細(xì)胞密度增高，引起細(xì)胞外間隙縮小，水分子擴(kuò)散活動受限。高級別組的rf 值較低級別組低，與Lin 等［15］的結(jié)果類似，原因可能為f 值與血流灌注有關(guān)，而腫瘤組織灌注水平間接反映了血管化程度。膠質(zhì)瘤的特點(diǎn)的新生血管是膠質(zhì)瘤病理學(xué)分級的一個重要指標(biāo)，惡性程度較高的腫瘤細(xì)胞生長速度快，新生血管的功能及結(jié)構(gòu)異常，因此正常的具有灌注功能的血管比例降低，導(dǎo)致f 值減低，其他可能的原因包括IVIM-DWI選取參數(shù)不同及腫瘤結(jié)構(gòu)的差異等。D*值表示的是由血液微循環(huán)導(dǎo)致的假擴(kuò)散系數(shù)，代表體素內(nèi)微循環(huán)的不相干運(yùn)動，D*值受腦腫瘤微血管密度的影響。兩組間的rD*值沒有顯著性差異，可能是由于D*值對噪聲敏感性較高，受到心臟周期的影響，導(dǎo)致再現(xiàn)性較差。

f 值為灌注分?jǐn)?shù)，表示局部微循環(huán)所導(dǎo)致的灌注效應(yīng)在整體的擴(kuò)散效應(yīng)中的容積比率。Togao等［3］研究結(jié)果顯示，IVIM 參數(shù)中鑒別高低級別腦膠質(zhì)瘤的診斷效能以f 值最大。Hu 等［16］報(bào)道診斷效能最大的是D 值。本研究結(jié)果顯示，IVIM-DWI 參數(shù)中，rADC值、rD 值及rf 值均可用于鑒別膠質(zhì)瘤等級，其中rADC 值診斷效能最高，特異度為93.3%，敏感度75.8%，這與既往研究結(jié)果不同，這種差異的存在可能是由于b 值選取數(shù)量及分布不同，Togao 等［3］研究使用13 個b 值(0、10、20、30、50、80、100、200、300、400、600、800、1000 s/mm2)，Hu 等［16］使用13 個b 值(0、30、50、100、200、300、500、800、1000、1500、2000、3000、3500 s/mm2)。臨床實(shí)踐中，b取值較低時，DWI圖像質(zhì)量較好，但ADC值的準(zhǔn)確性較差，且b值較低時，相比較擴(kuò)散因素，灌注因素對組織信號衰減的影響更大［17］，這可能與Togao等［3］研究中f值診斷效能優(yōu)于D及ADC值有關(guān)。b取值較高時，ADC值測量更為準(zhǔn)確，但圖像的信噪比下降，會直接影響DWI圖像質(zhì)量，這時需要通過增加激勵次數(shù)來提高信噪比。既往研究表明，當(dāng)b值＜200 s/mm2且大于4個時可以更加準(zhǔn)確地反映灌注信息［18-19］，本研究采用了14個b值兼顧了高、低b值的個數(shù)，以盡量準(zhǔn)確反映腫瘤病理生理微環(huán)境。

3.2 Ki-67標(biāo)記指數(shù)與IVIM參數(shù)及膠質(zhì)瘤分級

Ki-67 標(biāo)記指數(shù)是增殖期細(xì)胞特異性表達(dá)的核抗原，是一種與細(xì)胞周期相關(guān)的細(xì)胞核蛋白，其數(shù)值的高低與膠質(zhì)瘤的分級、預(yù)后密切相關(guān)［20-21］。高級別組Ki-67標(biāo)記指數(shù)明顯大于低級別組，兩組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且與級別呈明顯正相關(guān)，反映了高級別腦膠質(zhì)瘤增殖活性更強(qiáng)，與既往報(bào)道一致［22］。

既往研究［23］表明，IVIM 參數(shù)中ADC 值與Ki-67 標(biāo)記指數(shù)存在較強(qiáng)負(fù)相關(guān)性，本研究結(jié)果中rADC 與rD值與Ki-67標(biāo)記指數(shù)呈中度負(fù)相關(guān)，與既往研究結(jié)果基本一致，提示隨著Ki-67 標(biāo)記指數(shù)的增高，腫瘤的增殖速度明顯增快，而伴隨腫瘤細(xì)胞密度增高，正常細(xì)胞外間隙縮小，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散運(yùn)動受到限制，因此反映擴(kuò)散的相關(guān)參數(shù)（ADC 值、D 值）越小。rD*值與Ki-67 標(biāo)記指數(shù)具有微弱負(fù)相關(guān)性，推測原因可能與其敏感性、與心動周期的依賴性及選取b值的個數(shù)有關(guān)。rf值與Ki-67標(biāo)記指數(shù)不具有相關(guān)性，可能原因包括膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展過程中，新生血管導(dǎo)致血容量增加，但是血管不成熟導(dǎo)致有效灌注減少，伴隨Ki-67 標(biāo)記指數(shù)升高，膠質(zhì)瘤級別增加，新生血管增多，兩種作用相互抵消導(dǎo)致二者之間不具有相關(guān)性，同時，可能與膠質(zhì)瘤異質(zhì)性、取材部位［21］等原因相關(guān)。

綜上所述，IVIM 各參數(shù)中，rADC 值、rD 值、rf 值及Ki-67標(biāo)記指數(shù)在高、低級別膠質(zhì)瘤組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可以有效地對膠質(zhì)瘤進(jìn)行術(shù)前分級，有利于患者個體化治療方案的確定及預(yù)測患者預(yù)后情況。rADC 值及rD 值與Ki-67 標(biāo)記指數(shù)的相關(guān)性提示IVIM 可以作為預(yù)測腫瘤增殖及復(fù)發(fā)的有效影像學(xué)標(biāo)志，其中rADC值診斷效能最高。

3.3 研究的局限和不足

關(guān)于IVIM 序列b 值的選取尚無定論，難以確定最佳b 值的大小及個數(shù)，可以通過增加b 值個數(shù)的方式來得到更準(zhǔn)確的結(jié)果；ROI 的畫取與腫瘤病理標(biāo)本的切片區(qū)域并非完全對應(yīng)，導(dǎo)致測量帶來的誤差，還需要更多研究進(jìn)一步證實(shí)與Ki-67 標(biāo)記指數(shù)等相關(guān)病理指標(biāo)的關(guān)系。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。