不同指數模型磁共振彌散加權成像在腦膠質瘤中的應用研究

【中圖分類號】R-1 " "【文獻標識碼】B " "【文章編號】1671-8801（2014）11-0357-02

核磁共振彌散加權成像（diffusion "weighted "imaging. DWI）是目前能在活體進行水分子擴散測量與成像的唯一方法。能夠反映人體組織的微觀幾何結構。細胞內外水分子的轉移與跨膜運動、溫度等變化。通過檢測生物體內水分子運動狀態的改變而間接的反映組織結構和細胞密度等信息[1]，，隨著不斷的深入研究，DWI能對腫瘤從分子水平進行評估，進而對腦占位病變尤其是腦膠質瘤進行更加明確的診斷和分級，監測和評估療效及預后。

1 DWI的基本原理

擴散加權成像主要依賴水分子的布朗運動，通過氫質子的磁化來標記水分子，而不干擾它的彌散過程。因此能夠較為真實的反映生物體內水分子的彌散情況。影響DWI信號的因素有擴散敏感系數b值、T2透射效應及ADC等。b值由梯度脈沖的強度和持續時間決定，主要反映DWI水分子擴散的敏感程度，隨著梯度強度的增加對擴散會更加敏感，b值越高對水分子擴散越敏感，組織信號衰減越明顯，但同時也降低了圖像的信噪比。水分子在細胞外間隙的移動受諸多因素的影響，如：液壓、濃度、滲透壓、溫度及細胞外間隙的空間幾何形狀等。因此用表觀擴散系ADC來反映整體組織結構特征，并代替真正擴散系數D公式如下：ADC=㏑（S2/S1）（b1-b2） "通常b值范圍在0-1000s/mm2之間，我們按照經典的單指數模型進行運算獲得ADC值和DWI圖。如果超過這個范圍，則需要應用其他模型計算如：雙指數模型和拉伸指數模型。隨著磁共振設備及軟件不斷的發展b值范圍最大可達到10000s/mm2 。現階段我們常用的DWI擴散加權衰減方式有以下三種。

1.1單指數模型：單指數模型DWI在臨床研究已經很成熟，應用也十分廣泛，其中主要的測量參數是標準ADC值，來反映整體組織結構特征，這里就不再做詳細贅述。

1.2雙指數模型：我們可以通過雙指數模型來獲得組織細胞內和細胞外的擴散信息情況，因此把組織擴散分為快速質子池和慢速擴散質子池，分別對應細胞外擴散和細胞內擴散，其中主要的測量參數為ADCfast和ADCslow。

1.3拉伸指數模型：通過Bennett et al[2]研究認為活體組織結構及水分子運動非常復雜，雙指數模型不能更準確的反映生物水分子的擴散狀況。因此一種新的指數模型被提出，即基于拉伸指數函數理論的拉伸指數模型。其涉及的測量參數分別有DDC（分布擴散系數）和α值兩個。其中DDC是由多指數衰減成分組成的一個ADC值分布的加權和，代表體素內平均擴散率，可以看作是不同體積分數的每個部分連續分布的個性化ADC值，單位是mm2/s。α代表體素內的異質性，與體素內水分子擴散的不均質性相關，在0-1之間變化，當α=1時DDC實際上等于ADC值，代表體素內擴散均勻，不均質性低，相反當α趨于0時代表復雜的多指數信號衰減，故α越小越能反映出擴散的差異性。

2 不同指數模型DWI在顱腦膠質瘤中的應用

膠質瘤是顱腦常見的原發腫瘤，根據2007年WHO中樞神經系統腫瘤分級標準分為4級[5]腫瘤的預后與腫瘤的級別有著密切的關系，通過腫瘤的級別來指導腫瘤治療方案的設計。國內外大量研究顯示，通過DWI成像測量ADC值可以區分高級別膠質瘤（Ⅲ、Ⅳ級）和低級別膠質瘤（Ⅰ、Ⅱ級）。但是由于使用的MR設備軟件后處理及計算程序有區別，以及測量腫瘤實體感興趣區Rol的位置及范圍不同，測得ADC值無統一的標準閾值[6.7]。黃旭東[8]等人實驗發現，當b值取0和1000s/mm2時，不論高低級別膠質瘤瘤實體區的ADC值比正常對照區ADC值高。但兩組腫瘤間比較，高級別膠質瘤瘤體實質ADC值明顯低于低級別膠質瘤，其主要是由于腫瘤惡性程度越高，細胞數目越多，細胞異型性增高，核漿比加大而導致水分擴散受限顯著。

國內外大量文獻報道都是采用b=1000s/mm2DWI對腦腫瘤進行研究，但是應用高b值及多b值序列采集出來的參數，在腦腫瘤方面的應用國內外很少報道。朱莉[9]等人的研究發現用b=1000 s/mm2DWI高級別和低級別膠質瘤平均ADC值均高于正常腦白質的平均ADC值與Castillo，lam [10，11]研究一致，應用b=3000 s/mm2DWI，高級別膠質瘤、低級別膠質瘤和正常腦白質ADC值均降低，但減低的幅度不全相同。高級別膠質瘤的平均ADC值略低于正常腦白質，而低級別膠質瘤平均ADC值仍然明顯高于正常腦白質，因此高b值ADC值的差異更加有助于腫瘤良惡性的鑒別。李玉華、陸建平等人[12]通過雙指數模型研究認為在高級別腦膠質瘤ADC fast ，ADC slow 顯著低于低級別膠質瘤。ADC slow在高低級別腦膠質瘤間差異最顯著，而低級別膠質瘤ADC fast ，所占比例高于高級別膠質瘤。熊偉[13]通過拉伸指數模型多b值DWI研究認為DDC在膠質瘤Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級三組中任何兩組均有顯著差異（P<0.05）且以1.033×10-3mm2/s，0.743×10-3mm2/s為診斷閾值;能很好的區分膠質瘤的Ⅱ與Ⅲ 級、Ⅲ與Ⅳ級。當DDC值等于1.085×10-3mm2/s為閾值時能更好的區分高低級別膠質瘤。α在膠質瘤Ⅱ級分別與Ⅲ級、Ⅳ級間有顯著差異。因此DDC與α作為一種全新的影像學標記物在區分膠質瘤級別、明確腫瘤侵潤范圍、檢測和評估治療效果上為臨床提供一定幫助。

3 展望

綜上所述DWI對于腦膠質瘤的分級及治療效果的評價監測有很大的臨床應用價值，但是目前國內外僅對于單指數模型DWI臨床應用的研究比較成熟，而多b值DWI中雙指數模型和拉伸指數模型DWI是近兩年研究提出，是一種全新的理論，并且在很大的程度上受到MR設備后處理軟件的限制，還沒有完全廣泛的應用于臨床的研究。但是隨著醫療水平不斷發展，各大醫院對影像設備的重視程度的加大和MR設備軟硬件不斷的更新發展，雙指數模型DWI和拉伸指數模型DWI在腦占位病變中的應用與研究將會有十分廣闊的前景。

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