體素內(nèi)相位不相干運動成像在高級別膠質(zhì)瘤及單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤鑒別中的價值

尤慧明 鮑凱凱 李超 顏力 姚靈君

高級別膠質(zhì)瘤（high grade glioma,HGG）和轉(zhuǎn)移瘤是成人顱內(nèi)最常見的惡性腫瘤，這兩類腫瘤的治療方案及預(yù)后顯著不同，因此術(shù)前準確的鑒別診斷就顯得非常重要[1]。通常情況下，轉(zhuǎn)移瘤有明確的原發(fā)腫瘤病史，顱內(nèi)也表現(xiàn)為多發(fā)病灶，和HGG易于區(qū)分。然而，有30%～50%的腦轉(zhuǎn)移瘤表現(xiàn)為單發(fā)病灶[2]，其常規(guī)及增強MR表現(xiàn)與HGG類似，因此鑒別診斷困難。

擴散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging,DWI）通過檢測人體內(nèi)水分子的運動而獲得圖像對比，同時可獲得表觀擴散系數(shù)（apparent diffusion coefficient,ADC）來量化擴散運動。已有研究報道，DWI可根據(jù)細胞密度的高低而幫助腫瘤鑒別診斷[3]。然而，傳統(tǒng)DWI是基于單指數(shù)模型，并不能準確描述組織內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)。體素內(nèi)相位不相干運動成像（intravoxel incoherent motion imaging,IVIM）是雙指數(shù)模型，同時包括了組織內(nèi)水分子擴散及微循環(huán)灌注，能更好地反映組織細微結(jié)構(gòu)變化。筆者將IVIM用于HGG及單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤（solitary brain metastasis,SBM）患者的檢測，探討其在兩者鑒別診斷中的價值。

1 對象和方法

1.1 對象 收集2017年8月至2021年2月杭州市臨平區(qū)第一人民醫(yī)院經(jīng)手術(shù)或活檢病理檢查證實的HGG患者 32 例，男 18 例，女 14 例，年齡 34～65（46.9±7.2）歲；其中間變星形細胞瘤（Ⅲ級）13例，膠質(zhì)母細胞瘤（Ⅳ級）19例。同時選擇經(jīng)手術(shù)病理或臨床病史證實的SBM患者22例，男12例，女10例，年齡50～74（63.8±6.7）歲；原發(fā)腫瘤為肺癌14例，乳腺癌4例，腎癌2例，肝細胞癌和直腸癌各1例。納入標準：（1）所有患者在MR檢查前未進行治療；（2）HGG患者術(shù)后均獲得了組織病理學(xué)資料，并根據(jù)2016年WHO分類標準進行分級[1]。排除因不配合導(dǎo)致圖像質(zhì)量不佳的患者。兩組患者性別、年齡比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 方法 采用GE 1.5T HDxt超導(dǎo)型MR系統(tǒng)，8通道頭頸聯(lián)合線圈。常規(guī)掃描序列包括軸位T2WI、T1Flair、T2Flair、DWI及矢冠軸3個方向的增強掃描，掃描參數(shù)如下：（1）軸位 T2WI，視野 24 cm×24 cm，回波時間 120 ms，重復(fù)時間 4 500 ms，矩陣 352×256，層厚4 mm，層間距 0 mm，激勵次數(shù) 2。（2）軸位 T1Flair，視野24 cm×24 cm，回波時間 24 ms，重復(fù)時間 1 750 ms，翻轉(zhuǎn)時間 750 ms，矩陣 320×224，層厚 4 mm，層間距0 mm，激勵次數(shù)2。（3）軸位T2Flair，視野 24 cm×24 cm，回波時間98 ms，重復(fù)時間8 400 ms，翻轉(zhuǎn)時間2 100 ms，矩陣 288×224，層厚 4 mm，層間距 0 mm，激勵次數(shù) 1。（4）IVIM序列掃描參數(shù)：視野 24 cm×24 cm，矩陣 128×128，層厚 4 mm，層間距 0 mm，b值分別為 0、20、40、80、120、150、200、400、800、1 000、1 200 s/mm2。（5）矢冠軸增強序列參數(shù)與軸位T1Flair相同，靜脈注射釓噴酸葡胺（Gd-DTPA）進行增強掃描，注射劑量為0.2 ml/kg。IVIM掃描時拷貝軸位序列定位線，保證層面位置一致。

1.3 圖像分析 將掃描圖像上傳至AW 4.6工作站上，用MADC后處理軟件得到所有掃描層面的各參數(shù)圖像。IVIM參數(shù)計算基于以下公式：Sb/S0=fexp（-bD*）+（1-f）exp（-bD），其中 D 值為擴散系數(shù)，代表純的水分子擴散運動，單位為mm2/s；D*值為假擴散系數(shù)，代表灌注相關(guān)的擴散運動，單位為mm2/s；f值為灌注分數(shù)；fD*值是f值與D*值的乘積，可以間接代表局部血流量。由2位中樞神經(jīng)系統(tǒng)影像主治醫(yī)師分別在腫瘤實質(zhì)區(qū)及瘤周水腫區(qū)各取3個感興趣區(qū)（region of interest,ROI）進行測量，ROI大小約10～15 mm2，取平均值。同時，測量對側(cè)正常白質(zhì)（normal appearing white matter,NAWM）相應(yīng)參數(shù)，將數(shù)據(jù)進行標準化，即標準化后數(shù)值等于病變區(qū)的數(shù)值除以NAWM的數(shù)值，如標準化D值=腫瘤D值/NAWM的D值。最后由1位高年資醫(yī)師對數(shù)據(jù)進行復(fù)核。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件。計量資料以表示，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。采用ROC曲線評估IVIM各參數(shù)值對兩者的鑒別診斷效能。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 HGG及SBM腫瘤實質(zhì)區(qū)及瘤周水腫區(qū)標準化前后參數(shù)的比較 HGG和SBM腫瘤實質(zhì)區(qū)各參數(shù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）；在瘤周水腫區(qū)，HGG的D*值、fD*值高于 SBM（均 P＜0.05），D 值低于 SBM（P＜0.05），而f值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見表1、2。典型病例影像學(xué)表現(xiàn)見圖 1、2（插頁）。

表1 HGG與SBM實質(zhì)區(qū)標準化后IVIM參數(shù)比較

2.2 IVIM瘤周水腫區(qū)參數(shù)對HGG及SBM的鑒別診斷效能 在瘤周水腫區(qū)IVIM中，D值、D*值及fD*值鑒別HGG及 SBM的 AUC值分別為 0.902、0.914和0.787，其中D*值診斷的靈敏度及特異度最高，分別為0.875和0.834。見圖3。

圖3 體素內(nèi)相位不相干運動成像（IVIM）瘤周水腫區(qū)參數(shù)對高級別膠質(zhì)瘤（HGG）及單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤（SBM）鑒別診斷ROC曲線圖[a：擴散系數(shù)（D值）的AUC為0.902；b：假擴散系數(shù)（D*）值的AUC為0.914（實線），f值和 D*值的乘積（fD*）值的 AUC 為 0.787（虛線）]

表2 HGG與SBM瘤周水腫區(qū)標準化后IVIM參數(shù)比較

3 討論

HGG和轉(zhuǎn)移瘤分別為顱內(nèi)原發(fā)及繼發(fā)性惡性腫瘤，當(dāng)轉(zhuǎn)移瘤為單發(fā)時，兩者平掃及增強掃描均表現(xiàn)為結(jié)節(jié)狀或環(huán)形強化的病灶，伴有出血、壞死及瘤周水腫，不易進行鑒別診斷。DWI通過觀察水分子運動間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)，理論上會比宏觀形態(tài)學(xué)提供更多的診斷信息。目前臨床上ADC值的量化基于單指數(shù)模型，即通過兩個b值計算ADC值。隨著對擴散成像研究的深入，發(fā)現(xiàn)當(dāng)b值較低時（＜200 s/mm2），水分子的擴散信號也受微循環(huán)灌注的影響，IVIM雙指數(shù)理論模型即是基于這一理論基礎(chǔ)提出的。IVIM在腦梗死、膠質(zhì)瘤分級及腫瘤療效評價等方面的應(yīng)用價值已得到認可[4-7]，但對于HGG與SBM鑒別診斷的研究目前報道較少。

本研究發(fā)現(xiàn)，HGG和SBM腫瘤實質(zhì)區(qū)IVIM參數(shù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，這是因為這兩者都是惡性腫瘤，實體部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似，細胞增殖旺盛，排列密集，異型性高，水分子運動受限因素多，因此D值均較低，同時存在大量的腫瘤新生血管，血流豐富，D*值和f值升高，這與以前報道的灌注成像研究的結(jié)果一致[8]。

對于瘤周水腫的研究結(jié)果顯示，HGG的D值相比SBM顯著下降，D*值和fD*值顯著升高，f值差異無統(tǒng)計學(xué)意義。病理檢查發(fā)現(xiàn)SBM周圍形成的水腫為血管源性水腫，形成原因是腫瘤破壞局部血腦屏障后，毛細血管滲透性增加，細胞質(zhì)及蛋白質(zhì)等物質(zhì)在壓力梯度的作用下滲透到細胞外間隙。對于轉(zhuǎn)移瘤來說，瘤周水腫只是單純的血管源性水腫，因此水分子擴散更為自由，D值升高，同時水腫區(qū)無血流灌注，所以D*值很低，而對于HGG來說，除了血管源性水腫，腫瘤細胞還沿著白質(zhì)束而進行浸潤，因此水腫區(qū)水分子的擴散受到腫瘤細胞的阻礙，D值降低，且水腫區(qū)也存在腫瘤細胞誘導(dǎo)生成的新生血管，因而D*值相比SBM明顯增高。國內(nèi)外學(xué)者對HGG及SBM瘤周水腫區(qū)擴散和灌注特點進行了研究，Lee等[9]結(jié)果表明，HGG瘤周水腫區(qū)的最小ADC值顯著低于SBM水腫區(qū)，可幫助兩者鑒別診斷。丁芳芳等[10]采用動脈自旋標記（arterial spin labeling,ASL）技術(shù)測量瘤周水腫區(qū)的灌注情況，發(fā)現(xiàn)HGG瘤周水腫區(qū)的相對血流量值（relative blood flow,rBF）顯著高于SBM，而Weber等[11]也研究證實HGG的瘤周水腫區(qū)有顯著的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）的表達，以上均表明通過觀察瘤周水腫區(qū)灌注的情況對HGG與SBM進行鑒別診斷的可行性。本研究中，HGG和SBM瘤周水腫區(qū)的f值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，這與理論預(yù)期有些出入。Lemke等[12]研究發(fā)現(xiàn)，f值受掃描序列中回波時間的影響，隨著回波時間的延長，f值有增大的趨勢。為了克服f值的影響因素，本研究同時還計算了腫瘤實質(zhì)區(qū)及周圍水腫區(qū)f值與D*值的乘積。根據(jù)IVIM的基本理論[13]，這個乘積結(jié)果與局部rBF值呈正相關(guān)，可以間接代表局部血流量，而HGG瘤周水腫區(qū)的fD*值顯著高于SBM?？傊?，相比單一的擴散及灌注成像，IVIM的參數(shù)可同時反映組織的灌注及擴散特點，因此能顯著提高鑒別診斷的準確性。

本研究存在一些不足之處。首先，研究為回顧性研究，為了方便測量瘤周水腫區(qū)的參數(shù)，盡量選擇了瘤周水腫比較明顯的患者，因此存在選擇偏差。第二，受條件限制，大部分患者的瘤周水腫區(qū)未能獲得組織病理學(xué)結(jié)果。最后，IVIM的結(jié)果受序列中b值個數(shù)、大小及分布的影響，本研究中參數(shù)設(shè)置參照了國外文獻[14-15]，但目前國內(nèi)外掃描及后處理軟件仍然沒有統(tǒng)一標準，因此研究結(jié)果也存在一些局限性。

綜上所述，通過對瘤周水腫區(qū)的IVIM成像研究發(fā)現(xiàn)，D*值及D值能幫助鑒別HGG和SBM，因而為臨床提供了一種無創(chuàng)的提高術(shù)前診斷準確性的方法。