擴(kuò)散加權(quán)成像聯(lián)合擴(kuò)散峰度成像對(duì)腦膠質(zhì)瘤的分級(jí)診斷及預(yù)后評(píng)估的價(jià)值

王紹凱，韓向軍，朱靜怡，趙宇，李松柏

膠質(zhì)瘤是常見的原發(fā)性顱腦腫瘤，惡性程度不一，臨床治療以手術(shù)和放化療為主，準(zhǔn)確進(jìn)行膠質(zhì)瘤評(píng)估和分類是制訂治療方案的關(guān)鍵。有研究發(fā)現(xiàn)[1]，同樣類型和級(jí)別的膠質(zhì)瘤患者接受相同治療方案的預(yù)后也會(huì)有所不同，原因在于部分低級(jí)別膠質(zhì)瘤雖生長緩慢，但具有去分化轉(zhuǎn)變成高級(jí)別惡性膠質(zhì)瘤的生物學(xué)潛能。研究認(rèn)為[2]，部分低級(jí)別膠質(zhì)瘤存在一定的異質(zhì)性，早期準(zhǔn)確評(píng)估低級(jí)別膠質(zhì)瘤及其生物學(xué)行為，對(duì)改善患者預(yù)后有重要意義。目前膠質(zhì)瘤的準(zhǔn)確分類需獲取組織，在術(shù)前指導(dǎo)治療及治療后持續(xù)監(jiān)測方面存在較大難度；此外，膠質(zhì)瘤有一定的空間異質(zhì)性，取樣差異會(huì)給評(píng)估結(jié)果帶來較大偏倚，如何通過無創(chuàng)手段獲得膠質(zhì)瘤的病理學(xué)和遺傳學(xué)信息成為臨床亟待解決的難題[3]。研究表明[4]，MRI對(duì)反映膠質(zhì)瘤的病理特征有較大的價(jià)值，常規(guī)MRI可通過平掃結(jié)合增強(qiáng)掃描進(jìn)行膠質(zhì)瘤分級(jí)，但敏感性和特異性較低，且無法定量評(píng)估膠質(zhì)瘤增殖活性。擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imagin, DWI）與擴(kuò)散峰度成像（diffusion kurtosis imaging, DKI）屬于非侵入性功能性MRI，其中DWI 可通過水分子擴(kuò)散信息評(píng)估膠質(zhì)瘤分級(jí)和細(xì)胞增殖活性。DKI 是非高斯擴(kuò)散成像技術(shù)，DKI 的采集包括至少2 個(gè)非零b 值，每個(gè)b 值至少采集15 個(gè)非共線方向，對(duì)膠質(zhì)瘤的異質(zhì)性及生物學(xué)行為的評(píng)估有較大價(jià)值，可彌補(bǔ)DWI 的不足[5]，但目前臨床有關(guān)DWI 聯(lián)合DKI 評(píng)估腦膠質(zhì)瘤預(yù)后的相關(guān)研究仍較為缺乏。本研究創(chuàng)新性地分析了82 例膠質(zhì)瘤患者的DWI 和DKI，并通過繪制受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic, ROC）分析了DWI 聯(lián)合DKI對(duì)預(yù)后的預(yù)測價(jià)值，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

回顧性分析本院2017年2月至2019年2月收治的腦膠質(zhì)瘤患者病例82例，其中男42例、女40例，年齡24～62（42.43±6.12）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）顱內(nèi)原發(fā)病灶，經(jīng)病理證實(shí)為膠質(zhì)瘤；（2）年齡＞18歲；（3）術(shù)前2周內(nèi)進(jìn)行MRI檢查，至少完成臨床常規(guī)序列（平掃、DWI）和多b 值DWI、DKI 序列掃描。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）腫瘤實(shí)質(zhì)部分過小（最大層面＜25 mm2）者；（2）頭動(dòng)明顯者；（3）影像數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤或缺失者；（4）未完成隨訪者。本研究經(jīng)本單位倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批準(zhǔn)文號(hào)：YDYY_kyk202204005），免除受試者知情同意。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法

所有患者術(shù)前均采用GE Discovery LS MR 750 3.0 T超導(dǎo)型磁共振掃描儀進(jìn)行檢查，32通道相控陣頭線圈，行常規(guī)MRI、DWI及DKI掃描。橫軸位所有序列的定位線與前后聯(lián)合線平行，掃描位置一致，范圍覆蓋全腦。常規(guī)MRI序列包括平掃+增強(qiáng)，用作DKI和DWI解剖參考相。常規(guī)MRI平掃矢狀位T1-液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（fluid-attenuated inversion recovery, FLAIR）及橫軸位T1-FLAIR、T2-快速自旋回波（fast spin echo, FSE）、T2-FLAIR，增強(qiáng)掃描矢狀位T1-FLAIR 及橫軸位TI-FLAIR。常規(guī)DWI采用自旋平面回波脈沖序列采集，掃描參數(shù)：TR/TE 3000 ms/70 ms，激勵(lì)4次，矩陣160×160，掃描20層，層厚、層間隔及視野（field of view, FOV）分別為5 mm、1.5 mm、24 cm×24 cm，b 值為1000 s/mm2，擴(kuò)散敏感梯度場施加3 個(gè)垂直方向，掃描42 s。DKI 采集：采用自旋回波平面回波成像（spin echo-echo planar imaging, SE-EPI）序列采集，掃描參數(shù)：TR/TE 6500 ms/85 ms，激勵(lì)1次，矩陣128×128，掃描43層，層厚、層間隔及FOV分別為3 mm、0 mm、25.6 cm×25.6 cm，b 值包括0、1250 s/mm2、2500 s/mm2，擴(kuò)散敏感梯度場施加25 個(gè)方向，掃描時(shí)間5 min 45 s。

由2 名至少5 年臨床經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)放射學(xué)主任醫(yī)師進(jìn)行閱片，采取雙盲法，當(dāng)意見不一致時(shí)通過討論最終達(dá)成一致意見。審閱常規(guī)MRI 圖像的矢狀位+橫軸位T1-FLAIR、橫軸位T2-FSE、橫軸位T2-FLAIR 及增強(qiáng)矢狀位+橫軸位T1-FLAIR 序列。分析膠質(zhì)瘤病灶數(shù)量（單發(fā)和多發(fā)病灶）、信號(hào)（均勻和不均勻）、邊界（清晰和模糊）、瘤周水腫（無水腫、輕度水腫和明顯水腫）及腫瘤強(qiáng)化情況（腫瘤實(shí)體無強(qiáng)化、輕度強(qiáng)化和明顯強(qiáng)化）。通過ImageJ 軟件勾畫最大層面腫瘤邊界，計(jì)算面積后分為小面積（＜15 cm2）和大面積（≥15 cm2）。DKI 采用軟件包進(jìn)行圖像后處理，DWI采用ImageJ軟件進(jìn)行圖像后處理。勾畫感興趣區(qū)前對(duì)橫軸位增強(qiáng)T1-FLAIR、T2-FSE、T2-FLAIR序列和ADC 進(jìn)行調(diào)整以匹配DKI 參數(shù)，包括平均峰度（mean kurtosis, MK）、軸向峰度（axial kurtosis, Ka）、徑向峰度（radial kurtosis, Kr）、平均擴(kuò)散系數(shù)（mean diffusivity,MD）和各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy, FA）。通過ImageJ 軟件匹配各序列或參數(shù)圖在斷面上位置信息，首先橫軸位增強(qiáng)T1-FLAIR、T2-FSE、T2-FLAIR和ADC圖的圖像分辨率調(diào)整為240×240 以匹配DKI 序列參數(shù)圖像素；其次將橫軸位增 強(qiáng)T1-FLAIR、T2-FSE、T2-FLAIR 和ADC 圖 的 層 數(shù) 重 排 成43 層；后根據(jù)橫軸位增強(qiáng)T1-FLAIR、T2-FSE、T2-FLAIR 和ADC圖、DKI參數(shù)圖將畫布大小調(diào)整為256×256。

1.2.2 術(shù)后隨訪與預(yù)后

術(shù)后通過電話定期對(duì)膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行復(fù)查及隨訪，隨訪3年，將膠質(zhì)瘤患者死亡定義為事件發(fā)生。根據(jù)隨訪預(yù)后將患者分為存活組與死亡組。進(jìn)行預(yù)后的單因素比較及多因素logistic回歸分析，確定預(yù)后影響因素。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 19.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料用（xˉ±s）表示，多組間比較采用單因素方差分析，進(jìn)一步兩兩比較采取最小顯著差異（least significant difference,LSD）t檢驗(yàn)檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)進(jìn)行分析；采用多因素logistic 回歸分析確定預(yù)后的影響因素，繪制DWI 和DKI 參數(shù)預(yù)測預(yù)后的受試者工作特征（receiver operating characteristic,ROC）曲線，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)MRI掃描特征

82 例膠質(zhì)瘤患者的病理結(jié)果參照《2021 版中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫 瘤WHO 分 類 概 述》[6]。其 中 低 級(jí) 別38 例（1 級(jí)5 例、2 級(jí)33 例）、高級(jí)別44 例（3 級(jí)21 例、4 級(jí)23 例），見圖1～3。不同級(jí)別膠質(zhì)瘤的病變數(shù)量、信號(hào)、病灶面積的比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。高級(jí)別膠質(zhì)瘤（3 級(jí)、4 級(jí)）的水腫及強(qiáng)化情況更明顯，但差異仍無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表1。

表1 膠質(zhì)瘤的常規(guī)MRI掃描特征比較 單位：例

2.2 膠質(zhì)瘤DWI參數(shù)與DKI參數(shù)

隨著膠質(zhì)瘤級(jí)別的升高，ADC、MD 降低，MK、Ka、Kr 升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＜0.05）；膠質(zhì)瘤級(jí)別與ADC、MD 呈明顯負(fù)相關(guān)（r=-0.336、-0.241，P=0.002、0.029），與MK、Ka、Kr 呈明顯正相關(guān)（r=0.374、0.342、0.317，P=0.001、0.002、0.004）。不同級(jí)別膠質(zhì)瘤的FA 的比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），膠質(zhì)瘤級(jí)別與FA 之間無明顯相關(guān)性（r=-0.195、0.173，P=0.079、0.120）。見表2。

表2 不同級(jí)別的膠質(zhì)瘤DWI參數(shù)與DKI參數(shù)比較（xˉ±s）

2.3 隨訪預(yù)后

截至2021 年10 月，82 例膠質(zhì)瘤患者中存活者40 例、死亡42 例。死亡組與存活組性別、年齡、MRI 信號(hào)、邊界、病灶面積的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。死亡組中高級(jí)別膠質(zhì)瘤、多發(fā)病變、明顯水腫、明顯強(qiáng)化的占比及MK、Ka、Kr 高于存活組，ADC低于存活組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表3。

表3 不同預(yù)后患者的單因素比較

2.4 預(yù)后的多因素logistic回歸分析

以患者預(yù)后作為因變量（死亡=1、存活=0），將單因素分析中有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的變量作為自變量進(jìn)行多因素logistic 回歸分析，結(jié)果顯示膠質(zhì)瘤級(jí)別、瘤周水腫、腫瘤強(qiáng)化、ADC、MK是預(yù)后的影響因素（P＜0.05）。見表4。

表4 腦膠質(zhì)瘤患者預(yù)后的多因素logistic回歸分析

2.5 MK與ADC對(duì)預(yù)后的預(yù)測價(jià)值分析

MK預(yù)測腦膠質(zhì)瘤患者預(yù)后的曲線下面積為0.835（95%CI：0.690～0.961），以0.550作為截?cái)嘀禃r(shí)的敏感度與特異度分別為86.6%和80.5%；ADC 預(yù)測預(yù)后的曲線下面積為0.789（95%CI：0.633～0.945），以1.240作為截?cái)嘀禃r(shí)的敏感度與特異度分別為82.9%和76.8%；MK 聯(lián)合ADC 預(yù)測預(yù)后的曲線下面積為0.903（95%CI：0.808～0.994），敏感度與特異度分別為93.9%和85.4%（圖4）。

圖4 MK與ADC預(yù)測預(yù)后的ROC曲線。MK：平均峰度；ADC：表觀擴(kuò)散系數(shù)；ROC：受試者工作特征。

3 討論

本研究對(duì)86 例膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行了DWI 和DKI 掃描，獲取了ADC、MK、Ka、Kr、MD、FA 等參數(shù)，分析DWI 和DKI 對(duì)膠質(zhì)瘤患者預(yù)后的預(yù)測價(jià)值，結(jié)果顯示DWI 聯(lián)合DKI 對(duì)膠質(zhì)瘤預(yù)后的預(yù)測價(jià)值較高。目前認(rèn)為，常規(guī)MRI 無法準(zhǔn)確評(píng)估膠質(zhì)瘤級(jí)別及膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖活性，MR 擴(kuò)散成像可提供水分子擴(kuò)散信息，但分級(jí)診斷的準(zhǔn)確性不夠高。而DWI 對(duì)腫瘤惡性進(jìn)展的細(xì)胞學(xué)改變的敏感度不足，原因在于DWI 默認(rèn)生物組織內(nèi)水分子擴(kuò)散位移服從高斯分布，但實(shí)際上中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水分子擴(kuò)散位移概率分布偏離了高斯分布，造成DWI 的準(zhǔn)確性降低，使得常規(guī)MRI 與單一DWI 對(duì)膠質(zhì)瘤的評(píng)估價(jià)值受限[7]。與DWI 相比，DKI 屬于高端非高斯擴(kuò)散成像，通過水分子擴(kuò)散位移概率分布偏離高斯分布的程度對(duì)膠質(zhì)瘤進(jìn)行評(píng)估，所測得的參數(shù)可反映組織微觀結(jié)構(gòu)的不均質(zhì)性和復(fù)雜性[8-9]，將DWI 與DKI 聯(lián)合用于預(yù)測膠質(zhì)瘤預(yù)后可通過更全面的信息提高預(yù)測價(jià)值，顯示了DWI 聯(lián)合DKI 對(duì)膠質(zhì)瘤預(yù)后較高的評(píng)估價(jià)值，這是本次研究的創(chuàng)新之處。

3.1 不同級(jí)別膠質(zhì)瘤的DWI與DKI分析

本研究比較了不同級(jí)別膠質(zhì)瘤的常規(guī)MRI 掃描特征，在病變數(shù)量、信號(hào)、病灶面積、瘤周水腫及強(qiáng)化方面的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；而不同級(jí)別膠質(zhì)瘤的腫瘤實(shí)性區(qū)ADC、MD、MK、Ka、Kr 均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中膠質(zhì)瘤級(jí)別與ADC、MD 呈明顯負(fù)相關(guān)，與MK、Ka、Kr 呈明顯正相關(guān)（P＜0.05），提示DWI與DKI 在膠質(zhì)瘤分級(jí)診斷中有較高的臨床價(jià)值。國外研究認(rèn)為，Ka 與擴(kuò)散主方向平行，可反映軸突完整性及纖維束密度；Kr 與擴(kuò)散主方向垂直，可反映髓鞘完整性和軸突密度；MK 是各掃描方向峰度的均值[10-11]。作為擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging, DKI）序列的延伸，DKI 可提供與組織細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)的額外的峰度信息，反映組織微觀結(jié)構(gòu)的不均質(zhì)性和復(fù)雜性。隨著膠質(zhì)瘤級(jí)別的升高，尤其是4 級(jí)膠質(zhì)瘤的腫瘤實(shí)體組織內(nèi)腫瘤密實(shí)，細(xì)胞數(shù)量多，細(xì)胞核大且異型性明顯，存在明顯的血管與內(nèi)皮增生、壞死及出血等，腫瘤組織多不均質(zhì)[12-13]。而低級(jí)別膠質(zhì)瘤的均一性好，分化高，細(xì)胞大且量少，擴(kuò)散屏障也更少[14]。因此，高級(jí)別膠質(zhì)瘤組織的組織復(fù)雜性和不均質(zhì)性更明顯，使腫瘤細(xì)胞內(nèi)外水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受到明顯限制，造成峰度參數(shù)增高，而擴(kuò)散參數(shù)減低[15-16]。也有研究認(rèn)為，峰度參數(shù)可在組織細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)改變的早期階段被峰度參數(shù)探測到，而此時(shí)ADC 可能尚未發(fā)生改變，因而ADC無法識(shí)別組織細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)改變，這或許是峰度參數(shù)評(píng)估膠質(zhì)瘤分級(jí)更有效的原因[17-19]。

3.2 不同預(yù)后膠質(zhì)瘤的DWI與DKI分析

隨訪結(jié)果顯示，不同預(yù)后膠質(zhì)瘤患者的膠質(zhì)瘤分級(jí)、病變數(shù)量、水腫、強(qiáng)化情況及MK、Ka、Kr、ADC 的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)一步多因素logistic 回歸分析顯示，膠質(zhì)瘤級(jí)別、瘤周水腫、腫瘤強(qiáng)化、ADC、MK是膠質(zhì)瘤患者預(yù)后的影響因素。高級(jí)別膠質(zhì)瘤組織內(nèi)細(xì)胞密實(shí)，細(xì)胞間隙窄，易出現(xiàn)新生血管，且存在明顯的組織壞死、出血、內(nèi)皮增生，上述病理改變?cè)贛RI 上形成水腫與強(qiáng)化等征象，則提示腫瘤惡性度高、生長迅速，侵襲力較強(qiáng)，因此患者生存時(shí)間縮短，預(yù)后相對(duì)低級(jí)別膠質(zhì)瘤更差[20-21]。國外研究認(rèn)為，腫瘤強(qiáng)化明顯通常意味著腫瘤生長破壞了正常的血腦屏障和正常腦組織，侵襲力強(qiáng)，惡性度高，生存時(shí)間縮短；而瘤周明顯水腫往往提示腫瘤組織浸潤到瘤周水腫組織內(nèi)，腫瘤細(xì)胞散而廣，手術(shù)難以切除干凈，腫瘤更易復(fù)發(fā)，死亡風(fēng)險(xiǎn)更高[22-23]。ADC 反映的是腫瘤實(shí)體區(qū)水分子擴(kuò)散受限情況，ADC 越低，水分子擴(kuò)散受限越嚴(yán)重[24]。腫瘤組織越密、細(xì)胞越多，異型性越明顯，水分子擴(kuò)散屏障越多，擴(kuò)散受限也越明顯，相應(yīng)的侵襲力也越強(qiáng)，生長越迅速，死亡風(fēng)險(xiǎn)越高[25-26]。MK 反映的是腫瘤實(shí)性區(qū)的平均峰度，對(duì)于膠質(zhì)瘤而言，主要腫瘤內(nèi)出現(xiàn)出血、內(nèi)皮增生及血管生成等，細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)的不均質(zhì)性和復(fù)雜性就會(huì)變高，造成MK 增大，同時(shí)為膠質(zhì)瘤增殖活性提供了信息，這是MK 成為膠質(zhì)瘤預(yù)后影響因素的主要原因[27]。繪制的ROC 曲線顯示ADC、MK 對(duì)膠質(zhì)瘤的預(yù)后有較高的預(yù)測價(jià)值，且二者聯(lián)合對(duì)預(yù)后的預(yù)測價(jià)值更高，考慮與MK 可敏感地檢測出膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖活性增高引起的細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)變化，ADC 與MK 聯(lián)合可將腫瘤的水分子擴(kuò)散情況與細(xì)胞增殖活性相結(jié)合，因此對(duì)膠質(zhì)瘤預(yù)后的預(yù)測價(jià)值更高。

有研究采用MRI 多模態(tài)定量與定性分析對(duì)腦膠質(zhì)瘤進(jìn)行分級(jí)診斷，掃描序列包括T1WI、T2WI、T1 增強(qiáng)、DKI、磁敏感加權(quán)成像、動(dòng)脈自旋標(biāo)記、磁共振波譜，共獲得10 個(gè)定量參數(shù)，但經(jīng)Fisher 逐步判別篩選，最終僅FA 和最小ADC 這兩個(gè)由DKI 獲得的參數(shù)對(duì)膠質(zhì)瘤的分級(jí)診斷有一定效能[28]。DKI 是DKI 序列的延伸，除獲得上述兩項(xiàng)參數(shù)外，還可獲得MK、Ka、Kr等參數(shù)，較之多模態(tài)MRI 在腦膠質(zhì)瘤的分級(jí)及預(yù)后評(píng)估方面有更大臨床價(jià)值。

3.3 局限性

本研究的局限性：（1）樣本量較小，且僅分析了隨訪3 年的生存情況，未對(duì)無進(jìn)展生存情況及更長隨訪時(shí)間的預(yù)后進(jìn)行分析，有待進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量及延長隨訪時(shí)間進(jìn)行探討；（2）在影像學(xué)基礎(chǔ)上聯(lián)合Ki-67 等血清學(xué)指標(biāo)有利于提高膠質(zhì)瘤預(yù)后的評(píng)估價(jià)值[29]，但本研究未能納入血清學(xué)指標(biāo)，因此在DWI、DKI 基礎(chǔ)上聯(lián)合血清學(xué)指標(biāo)是否能進(jìn)一步提高膠質(zhì)瘤預(yù)后的預(yù)測價(jià)值仍有待后續(xù)驗(yàn)證，是后續(xù)研究的主要方向。

綜上所述，DWI 和DKI 是膠質(zhì)瘤分級(jí)的有效評(píng)估方法，其中ADC與MK可將腫瘤的水分子擴(kuò)散情況與細(xì)胞增殖活性相結(jié)合，二者聯(lián)合對(duì)膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后有較高的預(yù)測價(jià)值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。