彌散張量成像在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤診斷中的價(jià)值

肖道雄，劉曉玉，劉招琪，賴丙林，范存庚，羅書華，王曉春，嚴(yán) 群，彭吉東

（南昌大學(xué)附屬贛州醫(yī)院 贛州市人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，江西 贛州 341000）

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是腦內(nèi)常見的惡性腫瘤［1］，磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）檢查是其首選檢查方法，國內(nèi)外有很多作者對其進(jìn)行了詳細(xì)研究［2-5］。其中磁共振彌散張量成像（Diffusion tensor imaging，DTI）是在彌散成像（Diffusion weighted imaging，DWI）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，一次DTI檢查可同時(shí)獲得FA圖、ADC圖等。在FA圖上可測量部分各向異性分?jǐn)?shù)（Fractional anisotropy，F(xiàn)A）和表觀擴(kuò)散系數(shù)（Average diffusion coefficient，ADC）等。有研究［4，6］報(bào)道不同級別、不同類型腦膠質(zhì)瘤的FA值、ADC值有顯著差異，且腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域的FA值、ADC值可以幫助界定腫瘤區(qū)域和正常的腦組織。而關(guān)于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤在FA圖上的形態(tài)特點(diǎn)及不同區(qū)域FA值、ADC值差異的相關(guān)研究較少見。本研究旨在探討膠質(zhì)母細(xì)胞瘤在FA圖上的形態(tài)特點(diǎn)和不同區(qū)域FA值、ADC值的差異，并與在FA圖上表現(xiàn)類似的低級別星形細(xì)胞瘤、腦膿腫、腦膜瘤和腦轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行鑒別。

1 資料與方法

1.1 臨床資料收集2014年2月至2020年8月在本院經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)的46例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤病例，男30例，女16例，年齡17～69歲，平均（52.50±12.18）歲。因腫瘤部位不同，臨床表現(xiàn)有所不同，常見有頭痛、癲癇發(fā)作或局灶性神經(jīng)功能缺損等，病程大部分＜5個月。同時(shí)收集Ⅰ～Ⅲ級星形細(xì)胞瘤54例（Ⅰ級12例，Ⅱ級23例，Ⅲ級19例），腦膿腫14例，腦膜瘤42例，腦轉(zhuǎn)移瘤22例。所有患者均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 檢查方法采用SIEMENS Verio、Skyra 3.0T磁共振掃描儀，12通道頭顱矩陣線圈，梯度場強(qiáng)45 mT·m-1，切換率200 T·（m·s）-1。所有病例均行常規(guī)MR平掃和DTI掃描，大部分病例同時(shí)行增強(qiáng)掃描。以Verio 3.0T掃描儀為例，MR平掃橫軸位T2WI（TR 5 500 ms、TE 95 ms）、T2-Flair（TR 8 500 ms、TE 94 ms、TI 2 440 ms、Flip angle 150°）、T1WI（TR 2 020 ms、TE 9 ms）、DWI（TR 8 000 ms、TE 100 ms、b值分別為0和1 000 s·mm-2）和矢狀位T2WI（TR 2 600 ms、TE 118 ms），橫軸位和矢狀位圖像層厚均為4 mm、層距4.8 mm。MR增強(qiáng)掃描，對比劑為Gd-DTPA，用量為0.2 mmol·kg-1，經(jīng)肘靜脈快速推注，注射后即行橫軸位、矢狀位和冠狀位T1WI掃描，序列參數(shù)同平掃T1WI。解剖定位像掃描序列為T1加權(quán)三維磁化強(qiáng)度預(yù)備梯度回波序列（T1WI 3D MPRAGE），TR 1 900 ms、TE 2.52 ms，TI 900 ms，F(xiàn)lip angle 9°，層厚1 mm，無間距，像素矩陣256×256，各向同性，1 cm×1 cm×1 cm，全腦矢狀位掃描。DTI掃描序列為單次激發(fā)自旋回波的平面回波成像序列（Spin-echo echo-planar imaging，SE-EPI），TR 4 600 ms，TE 95 ms，3次平均信號，30個梯度擴(kuò)散方向，矩陣大小128×128，層厚、層間距和掃描范圍同常規(guī)MR平掃橫軸位。

1.3 圖像分析將病例數(shù)據(jù)傳至SIEMENS工作站syngo Workplace，應(yīng) 用Neuro 3D（MR），Diffusion Mode觀察和測量數(shù)據(jù)。為保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，由2位具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)學(xué)醫(yī)師分別觀察FA圖上病灶邊緣有無FA高信號環(huán)以及高信號環(huán)的完整程度，Round_FA的取值范圍0～1，0代表無高信號環(huán)，以0.1的整數(shù)倍遞進(jìn)代表FA高信號環(huán)的完整程度，1代表存在完整的FA高信號環(huán)。同時(shí)測量病灶邊緣FA值（Rim_FA）和ADC值（Rim_ADC）、病灶內(nèi)FA值（In_FA）和ADC值（In_ADC）、周圍1 cm以內(nèi)的FA值（Out_FA）和ADC值（Out_ADC）。測量數(shù)據(jù)時(shí)，盡量避開出血區(qū)和血管。每個數(shù)值是在3個不同點(diǎn)測量并求平均值，ROI的大小控制在3～30個像素，邊緣部分ROI較小，中央和周圍部分ROI較大。上述FA值為無單位變量值，取值范圍0～1，ADC值為有單位變量值，其單位為10-3mm2·s-1，本文中未特別說明均省略。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法所有數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics 22軟 件 和Python3.7＋SciPy＋scikit_posthocs進(jìn)行分析，病灶的各項(xiàng)參數(shù)值（Round_FA，Rim_FA，In_FA，Out_FA，Rim_ADC，In_ADC，Out_ADC）用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布及方差齊性，用單因素方差分析，之后用Scikit-posthocs，Post Hoc檢驗(yàn)作兩兩比較。數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布及方差不齊，使用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)，之后用Nemenyi檢驗(yàn)作兩兩比較。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與各對照組不同區(qū)域的FA值和ADC值比較分別在病灶的不同區(qū)域（病灶內(nèi)、邊緣、周圍1 cm以內(nèi)）測量3個ROI取平均值后得到相應(yīng)區(qū)域的FA值和ADC值，如圖1。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與各對照的測量具體結(jié)果見表1。

表1 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與對照組邊緣FA高信號環(huán)（Round_FA）和各區(qū)域的FA值、ADC值

圖1 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤

2.2 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤不同區(qū)域的FA值和ADC值比較在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤不同區(qū)域的FA值中，In_FA值最低，Out_FA值其次，Rim_FA值最高，兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤不同區(qū)域的ADC值中，In_ADC值最高，Out_ADC值其次，Rim_ADC值最低，兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），如圖2。

圖2 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤不同區(qū)域的FA值、ADC值的箱式圖

2.3 不同級別星形細(xì)胞瘤FA高信號環(huán)發(fā)生率比較在FA圖上，星形細(xì)胞瘤Ⅰ～Ⅲ級及膠質(zhì)母細(xì)胞瘤均可發(fā)現(xiàn)完整的FA高信號環(huán)（Round_FA=1），星形細(xì)胞瘤Ⅱ級完整的FA高信號環(huán)發(fā)生率約17%（4/23），其余發(fā)生率約32%～35%；以FA高信號環(huán)的完整程度計(jì)算，4組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（H=13.551，P=0.004），兩兩比較顯示星形細(xì)胞瘤Ⅱ級與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.024）。

2.4 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與腦膿腫、腦膜瘤、腦轉(zhuǎn)移瘤FA高信號環(huán)發(fā)生率比較在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、腦膿腫、腦膜瘤、腦轉(zhuǎn)移瘤的FA圖上，F(xiàn)A高信號環(huán)均常見，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤完整的FA高信號環(huán)（Round_FA=1）發(fā)生率約35%（16/46），后3者的發(fā)生率高達(dá)77%以上；以FA高信號環(huán)的完整程度計(jì)算，4組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（H=16.153，P=0.001），膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與腦膜瘤、腦轉(zhuǎn)移瘤之間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值分別為0.013、0.023）。

2.5 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與對照組不同區(qū)域FA值比較膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與腦膜瘤的Rim_FA值、In_FA值比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值分別為0.019、0.001）。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤分別與腦膿腫、腦膜瘤的Out_FA比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值 分 別 為0.038、0.048），如圖3。

圖3 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和對照不同區(qū)域FA值的箱式圖

2.6 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與對照組不同區(qū)域ADC值比較膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與腦膿腫、腦膜瘤的In_ADC值之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＜0.05）。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的Rim_ADC值、Out_ADC值與各對照組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。如圖4。

圖4 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和對照組不同區(qū)域ADC值的箱式圖

2.7 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與對照組不同區(qū)域FA差值及ADC差值比較膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與腦膿腫、腦膜瘤的Out_FA-In_FA差值之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值分別為0.001，0.001）；膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與腦膿腫、腦膜瘤的In_ADC-Out_ADC差值之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＜0.001）。

3 討論

DTI是在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)磁共振功能技術(shù)，是對DWI的發(fā)展和深化，在神經(jīng)影像學(xué)方面有著非常重要的作用［7-8］。DTI的評價(jià)參數(shù)有很多，常用的有部分各向異性分?jǐn)?shù)（FA值）和表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC值），并可獲得相應(yīng)的FA圖和ADC圖。FA值是指水分子各向異性成分占總彌散張量的比例，其值范圍為0～1，對于各向異性的介質(zhì)，F(xiàn)A值接近0，對于各向同性的介質(zhì)，F(xiàn)A值接近1，F(xiàn)A值可間接反映腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束的完整性。影響ADC值主要因素有細(xì)胞數(shù)目和大小、細(xì)胞間隙及囊變、出血等。在理想情況下，水分子的彌散是各向同性的，即在各個方向的彌散系數(shù)相同，然而在實(shí)際臨床應(yīng)用中，很多組織并非如此。DTI可定量分析組織內(nèi)的FA值、ADC值，為研究膠質(zhì)母細(xì)胞瘤提供了更多定量信息特征。

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的病理特點(diǎn)為腫瘤壞死和新生血管形成，有或無肉眼可見的出血，腫瘤中央經(jīng)常可見壞死囊變區(qū)域，相對于腫瘤實(shí)性部分，壞死囊變區(qū)域一般范圍較大［9］。在常規(guī)MRI上，壞死囊變區(qū)域表現(xiàn)為長T1長T2信號，在DWI圖像上呈低信號，在ADC圖像上呈高信號。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中央壞死較為徹底，其內(nèi)細(xì)胞數(shù)目減少，細(xì)胞間隙增大，類似于各向同性的介質(zhì)，故FA值降低，ADC值升高。在FA圖像上，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的壞死囊變區(qū)域表現(xiàn)為低信號，信號較均勻。本組病例經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤不同區(qū)域的FA、ADC值中，In_FA值最低，In_ADC值最高。而低級別星形細(xì)胞瘤，尤其是彌漫性星形細(xì)胞瘤因腦組織結(jié)構(gòu)破壞程度較低，F(xiàn)A值雖有下降，但腫瘤內(nèi)、邊緣及周圍FA值無明顯差別。腦膿腫腔內(nèi)是含有大量炎性細(xì)胞、細(xì)菌和壞死組織等的黏稠液體［10］。腦膜瘤細(xì)胞多密集分布，胞質(zhì)表面有豐富膜性突起，瘤細(xì)胞間胞膜呈指狀交錯，細(xì)胞外有大量膠原纖維［11］。腦膿腫和腦膜瘤的病灶內(nèi)組織成分均對水分子的擴(kuò)散起到了阻礙作用且細(xì)胞密度大，兩者與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤比較In_ADC值均較低，In_FA值均較高。腦轉(zhuǎn)移瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的瘤內(nèi)壞死囊變區(qū)微觀結(jié)構(gòu)類似，兩者的In_FA、IN_ADC值無明顯差異。

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤邊緣FA高信號環(huán)的出現(xiàn)，表明該區(qū)域組織破壞程度與腫瘤內(nèi)及周圍有所不同。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤邊緣環(huán)形強(qiáng)化表現(xiàn)與病理改變密切相關(guān)，推測膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的邊緣FA高信號環(huán)與腫瘤的實(shí)性部分且有豐富新生血管是相對應(yīng)的。本研究在測量FA值時(shí)可很好地觀察到FA高信號環(huán)與腫瘤的強(qiáng)化實(shí)性區(qū)域大體上是一致的。但當(dāng)腫瘤合并出血時(shí)，F(xiàn)A值和ADC值均會受明顯影響，在FA圖上表現(xiàn)為低信號區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)多發(fā)小片狀高信號，類似于“馬賽克樣”改變，這與DTI使用SE-EPI序列掃描有關(guān)，而EPI對局部磁場不均勻敏感。腫瘤內(nèi)出血是導(dǎo)致部分膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的FA高信號環(huán)不完整的原因之一。低級別星形細(xì)胞瘤中除毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤外，腫瘤內(nèi)和周圍FA值無明顯差異，F(xiàn)A高信號環(huán)的發(fā)生率較低。毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤多見于兒童和青少年，常位于小腦、鞍區(qū)及中線結(jié)構(gòu)區(qū)，典型表現(xiàn)為囊伴壁結(jié)節(jié)型，在常規(guī)MRI上具有一定的特征性。腦膿腫、腦膜瘤和腦轉(zhuǎn)移瘤的邊緣組織成分較單一，影響FA值的因素較少，所以病灶邊緣出現(xiàn)完整FA高信號環(huán)的概率均較高。

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤周圍無強(qiáng)化區(qū)域，因腫瘤浸潤和水腫，組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，F(xiàn)A值下降，但腫瘤周圍區(qū)域破壞程度遠(yuǎn)低于中央壞死區(qū)域［12］。本組病例經(jīng)統(tǒng)計(jì)進(jìn)一步分析提示膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的In_FA、Out_FA、Rim_FA之間，In_ADC、Rim_ADC、Out_ADC之間兩兩比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。大部分低級別星形細(xì)胞瘤周圍與瘤內(nèi)、邊緣的FA值和ADC值無明顯差別。腦膿腫、腦膜瘤和腦轉(zhuǎn)移瘤的腫瘤周圍FA值的改變與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤有所不同。腦膿腫發(fā)生時(shí)血腦屏障受損，血管通透性增加，細(xì)胞外液增多，細(xì)胞外間隙擴(kuò)大，腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性遭破壞，使Out_FA值降低，Out_ADC值升高。腦膜瘤的瘤周圍水腫區(qū)因無腫瘤細(xì)胞浸潤，病灶周圍結(jié)構(gòu)以受壓、移位為主，所以與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤對比，腦膜瘤的Out_FA值較高，Out_ADC值較低。腦轉(zhuǎn)移瘤的瘤周僅有水腫而無腫瘤細(xì)胞浸潤，但與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤對比，腦轉(zhuǎn)移瘤的Out_FA較低，可能是由于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤可以產(chǎn)生大量腫瘤特異性細(xì)胞外基質(zhì)，對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生吸附和遷移［13］，使得膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的Out_FA值較高。

本研究中腫瘤分型仍基于病理組織學(xué)診斷，沒有足夠的信息分類到更特定的病種，尤其是針對不同級別的星形細(xì)胞瘤，我們目前沒有整合基因診斷，無法進(jìn)行分子分型，存在一定的局限性。

綜上所述，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤在彌散張量成像FA圖上有一定特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為腫瘤邊緣可見不同完整程度的FA高信號環(huán)，中央大片狀壞死區(qū)呈比較均勻的低信號，中央?yún)^(qū)的FA值相對于腫瘤邊緣及周圍區(qū)域更低。腫瘤合并出血時(shí)，F(xiàn)A值和ADC值均會受到明顯影響，分析時(shí)應(yīng)注意區(qū)分。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與低級別星形細(xì)胞瘤相比，在FA圖上前者邊緣FA高信號環(huán)更常見，Round_FA=1的發(fā)生率較大，且病灶周圍與病灶內(nèi)FA值的差值較大。在FA圖上膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、腦膿腫、腦膜瘤和腦轉(zhuǎn)移瘤的完整FA高信號環(huán)（Round_FA=1）的發(fā)生率均較高。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的In_FA值明顯低于腦膿腫、腦膜瘤的In_FA值，同時(shí)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤病灶內(nèi)FA值小于病灶周圍FA值，而腦膿腫則相反，腦膜瘤則略小。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和腦轉(zhuǎn)移瘤，特別是轉(zhuǎn)移瘤中央有廣泛壞死時(shí)，兩者在FA圖上表現(xiàn)類似，鑒別困難，應(yīng)結(jié)合臨床病史和常規(guī)MRI表現(xiàn)進(jìn)行鑒別診斷。充分認(rèn)識膠質(zhì)母細(xì)胞瘤在FA圖上的這些特點(diǎn)，結(jié)合常規(guī)MRI，可提高其術(shù)前正確診斷率，同時(shí)FA圖能為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的鑒別診斷提供更多有價(jià)值的信息，為臨床精準(zhǔn)化、個性化治療方案的制定和術(shù)后隨訪提供更多依據(jù)。