體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像在高級(jí)別膠質(zhì)瘤應(yīng)用

段崇鋒,宋雙雙,黃凱,牛蕾,劉學(xué)軍,張丕寧

(1 青島大學(xué)附屬醫(yī)院放射科,山東 青島 266555； 2 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科； 3 昌邑市人民醫(yī)院普放科)

高級(jí)別膠質(zhì)瘤是中老年人顱內(nèi)多見(jiàn)的惡性腫瘤，有較高的發(fā)病率和病死率，嚴(yán)重影響病人的生活質(zhì)量。根據(jù)2007年世界衛(wèi)生組織(WHO)的腫瘤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，膠質(zhì)瘤分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4個(gè)級(jí)別，其中Ⅲ～Ⅳ級(jí)為高級(jí)別膠質(zhì)瘤，其分化程度低、惡性度高，術(shù)后易復(fù)發(fā)，預(yù)后不良。高級(jí)別膠質(zhì)瘤一般主張采取綜合治療措施，前期進(jìn)行腫瘤組織手術(shù)切除，術(shù)后配合放化療等輔助治療。高級(jí)別膠質(zhì)瘤可伴壞死、出血、囊變等，常規(guī)MRI對(duì)腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域與瘤周水腫區(qū)鑒別診斷困難，而明確二者的范圍對(duì)于手術(shù)等治療具有比較重要的意義。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(IVIM)采用多b值擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)，可量化分析水分子擴(kuò)散和微循環(huán)血流灌注兩種運(yùn)動(dòng)成分，同時(shí)提供病變區(qū)的擴(kuò)散和灌注情況，為疾病的定性診斷提供可靠依據(jù)。本研究采用IVIM-DWI技術(shù)，分別測(cè)量高級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤實(shí)質(zhì)、瘤周1 cm水腫區(qū)及對(duì)側(cè)正常半卵圓中心的灌注系數(shù)(D*)、擴(kuò)散系數(shù)(D)以及灌注分?jǐn)?shù)(f)值，探討各區(qū)域的擴(kuò)散及灌注情況，為其鑒別及診斷提供更豐富的信息?，F(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2016年6月—2017年6月青島大學(xué)附屬醫(yī)院收治腦高級(jí)別膠質(zhì)瘤病人24例，男17例，女7例；年齡32～80歲，中位年齡57.0歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①病人均于術(shù)前或放化療前同時(shí)行顱腦MR平掃、IVIM-DWI及MR增強(qiáng)檢查；②均經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)；③所有病人腦內(nèi)病變周圍水腫區(qū)最大長(zhǎng)徑≥1 cm。排除標(biāo)準(zhǔn)：①圖像存在運(yùn)動(dòng)偽影；②病變內(nèi)部大范圍出血、壞死；③病理結(jié)果不明確。所有病人檢查前均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用GE HDx 3.0 T超導(dǎo)型MR掃描儀，8通道頭部線圈。檢查時(shí)病人取仰臥位。軸位T1WI FLAIR參數(shù)：TR 2 500 ms，TE 24 ms，TI 860 ms；FSE T2WI參數(shù)：TR 4 320 ms，TE 120 ms；T2FLAIR參數(shù)為：TR 8 000 ms，TE 165 ms，TI 2 100 ms；DWI參數(shù)：TR 5 500 ms，TE 73.9 ms。矩陣512×512，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，激勵(lì)次數(shù)1；層厚5.0 mm，層間距1.5 mm。IVIM-DWI參數(shù)：TR 6 075 ms，TE 81.5 ms，13個(gè)b值分別為20、40、60、80、100、150、200、400、600、800、1 000、1 200、1 500 s/mm2，激勵(lì)次數(shù)2，矩陣160×160，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm，掃描時(shí)間8 min 12 s。增強(qiáng)掃描：用高壓注射器，經(jīng)肘靜脈團(tuán)注Gd-DTPA，劑量為0.1 mmol/kg體質(zhì)量，流量為5 mL/s，行軸位、冠狀位及矢狀位T1FLAIR增強(qiáng)掃描，掃描參數(shù)同MR平掃。

1.3 圖像分析與處理

將IVIM-DWI原始圖像傳至AW 4.6后處理工作站，采用MADC軟件對(duì)數(shù)據(jù)行后處理并獲得相應(yīng)參數(shù)的偽彩圖。參考MR平掃和增強(qiáng)圖像，選擇腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)、強(qiáng)化病灶周圍1 cm范圍內(nèi)的水腫區(qū)及對(duì)側(cè)半球正常半卵圓中心為感興趣區(qū)(ROI)，避開(kāi)血管、囊變、壞死及出血部分，每個(gè)區(qū)域均分別選取3個(gè)ROI，獲得D*、D、f的均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié) 果

高級(jí)別膠質(zhì)瘤的腫瘤實(shí)質(zhì)、瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))、對(duì)側(cè)正常半卵圓中心的D*、D、f值比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-6.636～9.317,P<0.05)。其中腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的D*值高于瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))，而D值、f值均低于瘤周1 cm水腫區(qū)；腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)D*值、D值、f值均高于對(duì)側(cè)正常半卵圓中心；瘤周水腫區(qū)D*值、D值、f值均高于對(duì)側(cè)正常半卵圓中心。見(jiàn)表1、圖1。

圖1 高級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)與瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))IVIM-DWI檢查

表1 高級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)與瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))各參數(shù)值的比較

3 討 論

LE BIHAN[1]在20世紀(jì)90年代初提出，在低b值情況下毛細(xì)血管內(nèi)的微循環(huán)與分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)均對(duì)信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生影響，IVIM-DWI擬合雙指數(shù)模型不僅可評(píng)價(jià)體內(nèi)水分子的運(yùn)動(dòng)情況，還可以反映毛細(xì)血管的灌注情況；通過(guò)雙指數(shù)模型計(jì)算獲得f值，其大小代表ROI的局部微循環(huán)所致灌注占總體組織容積的比率[2]；D為純擴(kuò)散系數(shù)，即ADCslow，代表組織內(nèi)緩慢的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)成分，即純水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；D*為毛細(xì)血管微循環(huán)所產(chǎn)生的假擴(kuò)散系數(shù)，即ADCfast，代表快速的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)成分，即灌注相關(guān)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

本研究對(duì)高級(jí)別膠質(zhì)瘤病人3個(gè)區(qū)域的D*值比較顯示，腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的D*值均大于對(duì)應(yīng)瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))和對(duì)側(cè)正常半卵圓中心，這是因?yàn)槟X高級(jí)別膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)的同時(shí)存在著明顯的血管化過(guò)程，新生毛細(xì)血管使腫瘤呈現(xiàn)為相對(duì)高灌注和高血流量狀態(tài)，而高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤周水腫區(qū)雖也有腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)，但數(shù)量和程度明顯低于腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)。

本研究對(duì)膠質(zhì)瘤病人的腫瘤實(shí)質(zhì)、瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))和對(duì)側(cè)正常半卵圓中心3個(gè)區(qū)域的D值比較顯示，瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))最大，其次是腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)，而對(duì)側(cè)正常半卵圓中心的D值最小，這與CASTILLO等[3]的研究結(jié)果基本一致。因?yàn)檎ＤX組織被腫瘤破壞，瘤體的毛細(xì)血管內(nèi)皮通透性大于正常毛細(xì)血管，血漿和一些大分子物質(zhì)可滲透到細(xì)胞間隙；瘤周形成血管源性水腫，細(xì)胞外間隙隨之增加，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散更容易，因此腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)及瘤周水腫區(qū)的D值均高于對(duì)側(cè)正常半卵圓中心。而病人，男，47歲。雙側(cè)額葉底部彌漫性間變性星形細(xì)胞瘤(WHO Ⅲ級(jí))。①軸位T2FLAIR示雙側(cè)額葉底部不均勻稍高信號(hào)包塊，周圍見(jiàn)斑片狀高信號(hào)水腫信號(hào)影；②軸位T1WI增強(qiáng)掃描示腫瘤信號(hào)不均勻，實(shí)質(zhì)呈輕度強(qiáng)化；③軸位IVIM-DWI圖像顯示雙側(cè)額葉底部不均勻高信號(hào)包塊，周圍少許高信號(hào)影；④軸位灌注相關(guān)擴(kuò)散參數(shù)D*色彩圖(藍(lán)-綠-紅色遞增順序)，腫瘤實(shí)質(zhì)的D*值最大，其次為瘤周水腫區(qū)，對(duì)側(cè)正常半卵圓中心區(qū)的D*值最小(圖中未顯示，下同)；⑤軸位灌注分?jǐn)?shù)f色彩圖(藍(lán)-綠-紅色遞增順序)，瘤周水腫區(qū)及腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)f值均高于對(duì)側(cè)正常半卵圓中心；⑥軸位擴(kuò)散相關(guān)擴(kuò)散參數(shù)D色彩圖(藍(lán)-綠-紅色遞增順序)，瘤周水腫區(qū)和腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)均大于對(duì)側(cè)正常半卵圓中心。

由于腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)較瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))細(xì)胞密集程度更高、核漿比更大，腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的氷分子單純擴(kuò)散相對(duì)瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))更受限制，因而腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的D值較瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))低。

f為灌注分?jǐn)?shù)，是體素內(nèi)微循環(huán)灌注效應(yīng)所致的擴(kuò)散在總體擴(kuò)散效應(yīng)中所占的容積率，與血容量相關(guān)。D*與f均為灌注相關(guān)參數(shù)，理論上二者之間應(yīng)該保持一致或存在一定的相關(guān)性。有研究運(yùn)用IVIM-DWI技術(shù)研究膠質(zhì)瘤的分級(jí)，結(jié)果顯示灌注相關(guān)參數(shù)D*值、f值在不同分級(jí)中結(jié)果一致，高級(jí)別組的D*值、f值均高于低級(jí)別組[4-6]。理論上，組織內(nèi)微循環(huán)灌注越大，f值也越大。但本研究結(jié)果與之相反，瘤周水腫區(qū)(1 cm內(nèi))最高，其次為腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)，對(duì)側(cè)正常半卵圓中心區(qū)域最小。關(guān)于f值與D*值不匹配也曾出現(xiàn)在其他研究中。HU等[7]研究顯示，高級(jí)別膠質(zhì)瘤的f值低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；ZHANG等[8]研究顯示，鼻咽癌病人的D*值明顯高于慢性增生性炎癥，然而前者f值卻低于后者；LEWIN等[9]認(rèn)為f是評(píng)價(jià)肝細(xì)胞肝癌抗血管生成治療早期效果的新指標(biāo)，f值增加是治療有效的標(biāo)志。林園凱等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨著回波時(shí)間(TE)的增加，尾狀核頭及殼核的D*值逐漸下降，而f值逐漸上升，與LEMKE等[11]研究結(jié)果一致。f值與TE存在緊密聯(lián)系，隨著TE的延長(zhǎng)，低b值時(shí)信號(hào)衰減越來(lái)越突出，f值越來(lái)越大。尤其在橫向弛豫時(shí)間(T2)明顯小于血液T2值的組織中，f值對(duì)TE的依賴性就更加突出，而IVIM-DWI理論未考慮到TE對(duì)f值的影響。STANISZ等[12]研究顯示，3.0 T磁共振掃描腦白質(zhì)和腦灰質(zhì)的T2值分別約69 ms和99 ms，而血液的T2值約為275 ms，與腦組織的T2值相差甚遠(yuǎn)，在計(jì)算f值的時(shí)候要考慮到T2值差異引起的偏差，可能會(huì)出現(xiàn)似乎與理論相矛盾的現(xiàn)象，有必要進(jìn)行T2校正。

綜上所述，IVIM-DWI雙指數(shù)模型可分別獲得灌注相關(guān)參數(shù)D*值和f值以及純擴(kuò)散參數(shù)D值，可同時(shí)無(wú)創(chuàng)獲得病變的擴(kuò)散和灌注信息，在腦高級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)、瘤周水腫區(qū)及無(wú)病變區(qū)域的鑒別中有重要價(jià)值。但本研究存在以下局限：由于部分病人腫瘤信號(hào)欠均勻，盡管本文采取腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)選取3個(gè)ROI取平均值的方法，但由于一方面病理與影像學(xué)圖像無(wú)法一一對(duì)比，難以準(zhǔn)確地獲取符合病理切片的病變位置；另一方面本文結(jié)果為人為測(cè)量數(shù)據(jù)，主觀因素的影響使結(jié)果存在一定的測(cè)量誤差。本研究未測(cè)量組織的T2值，未進(jìn)行T2校正，所得f值可能并不是真實(shí)的f值，有待進(jìn)一步探討；目前IVIM-DWI的最佳b值設(shè)定仍未獲得統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，仍需進(jìn)行大樣本、多中心的臨床研究，進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)設(shè)置，盡快達(dá)成專家共識(shí)。