DWI、DTI聯合常規MRI可提高高級別腦膠質瘤的診斷準確度

劉 海，陳士新，付 偉，周新軍

漢中三二〇一醫院醫學影像科，陜西 漢中 723000

腦膠質瘤為顱腦常見原發性惡性腫瘤，其發病受環境影響較大［1］，腦膠質瘤患病率呈現逐年上升趨勢［2］。腦膠質瘤缺乏特異性癥狀，隨著病情進展可出現認知功能障礙、顱內壓增高等并發癥，嚴重影響患者生活質量［3］。手術切除作為治療腦膠質瘤主要方式，但級別不同的腦膠質瘤治療方式存在一定的差異，術前正確評估腦膠質瘤病理分級對于患者的治療及預后意義重大［4］。目前，臨床常用的CT在顯示腦腫瘤血供和腫瘤循環方面存在局限；常規MRI序列雖可較好的顯示腦膠質瘤形態，并通過增強處理顯示血腦屏障破壞情況，但對于腦膠質瘤的定性診斷仍存在一定局限性［5-6］。擴散加權成像（DWI）和擴散張量成像（DTI）可反映活體組織水分子擴散運動，常作為常規MRI的補充［7-8］。其中DWI對水分子擴散運動敏感性較高，當水分子彌散受限時，DWI即可出現異常高信號，其在高級別腦膠質瘤診斷中存在一定的限制；而DTI是描述大腦結構的新技術，對神經纖維束連接和走行顯示清晰，且可反映活體組織水分子彌散方向［9-10］。既往臨床關于DWI和DTI聯合檢測診斷高級別腦膠質瘤的研究并不多見。本研究采用3.0 T超導型MR掃描儀對腦膠質瘤患者進行DWI、DTI及常規序列分析，并評價其對腦膠質瘤分級診斷的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年10月～2020年7月醫院收治的65例腦膠質瘤患者作為研究對象。納入標準：年齡18～80歲；經手術病理證實為腦膠質瘤［11］；術前接受MRI檢查，掃描序列包括T1WI、T2WI、DWI、DTI。排除標準：存在MRI檢查禁忌證；檢查前已接受相關治療者；影像學資料模糊等無法用于研究者；合并其他類型惡性腫瘤、感染性疾病、重要臟器功能不全、垂體腺瘤、聽神經瘤。根據病理結果分為高級別腦膠質瘤組和低級別腦膠質瘤組。高級別腦膠質瘤組36例，其中男性21例，女性15例，年齡21～72歲（46.36±10.41歲）；Ⅲ級15例，Ⅳ級21例。低級別腦膠質瘤組29例，其中男性19例，女性10例，年齡18～70歲（46.24±10.45歲）；Ⅰ級6例，Ⅱ級23例。兩組患者性別和年齡比較，差異無統計學意義（P>0.05）。患者均簽署知情同意書，本研究經醫院倫理委員會批準。

1.2 方法

1.2.1 病理檢查 手術取病理組織標本，常規制備石蠟切片，厚度4 μm；取石蠟切片脫蠟至水，滴加Harris蘇木素染3～8 min，自來水沖洗；1%鹽酸酒精分化3 s，自來水沖洗；0.6%氨水反藍，流水沖洗；伊紅染色1～3 min；置于酒精脫水，二甲苯透明，中性樹膠封片，顯微鏡下觀察染色情況。

1.2.2 MRI檢查 采用Signa HDxt 3.0 T超導型磁共振掃描儀（GE），8通道相控陣頭線圈。先行常規MRI序列掃描，橫軸位T1WI序列：重復時間（TR）=300～600 ms，回波時間（TE）=16 ms，T2WI 序列：TR=3000～10 000 ms，TE=92 ms，視野24 cm×24 cm，層厚6 mm，層間距2 mm，矩陣256×256；矢狀位T1WI序列：TR=300～600 ms，TE=14 ms，T2WI 序列：TR=3000～10 000 ms，TE=86 ms，視野26 cm×26 cm，層厚6 mm，層間距2 mm，矩陣256×256。彌散敏感系數（b）基準設置為1000 s/mm2，選擇腫瘤實質部分中間區域為感興趣區域（ROI），直徑為0.8～1.2 cm，盡量避開壞死、周圍水腫以及瘤內血管容積區域，測量瘤體及瘤周表觀彌散系數（ADC）值，重復3次取平均值，記為ADCDWI。DTI成像采用單次激發自旋回波平面成像（EPI）序列，TE=100 ms，TR=8500 ms，視野24 cm×24 cm，層厚5 mm，層間距0 mm，矩陣128×128，激勵次數1次，擴散梯度場施加30個不同方向，b1=0 s/mm2，b2=1000 s/mm2，原始圖像數據傳入ADW4.5工作站，Functool軟件處理并獲取ADC圖和各向異性分數（FA）圖，計算ADC值和FA值，重復3次取平均值，記為ADCDTI和FA。

1.3 統計學分析

采用SPSS20.0軟件對數據進行統計分析。計量資料以均數±標準差表示，兩組比較行獨立樣本t檢驗。采用受試者工作特征（ROC）曲線，計算曲線下面積（AUC）、敏感度、特異性，評價量化指標（ADCDWI、ADCDTI、FA）診斷高級別腦膠質瘤的價值。以P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 不同級別腦膠質瘤病理結果

65例患者經術后病理檢查均確診為腦膠質瘤，其中低級別腦膠質瘤29例，高級別腦膠質瘤36例（圖1）。

圖1 不同級別腦膠質瘤病理結果Fig.1 Pathological results of different grades of gliomas(HE,×400).

2.2 不同級別腦膠質瘤MRI圖像分析

低級別腦膠質瘤，T1WI示等或高信號，T2WI示瘤體和瘤周水腫及浸潤區域高信號，瘤體見片狀囊變、壞死，周圍水腫明顯，DWI 示瘤體等或稍高信號，DTIADC示瘤體以高信號為主，DTI-FA示瘤體以低信號為主（圖2）。高級別腦膠質瘤，T1WI示瘤體等低信號，瘤體邊緣不規則呈片狀或結節狀，邊界模糊，瘤周有不規則水腫信號，受累區域腦組織灰白質分界不清，T2WI示瘤體異常高信號，部分為混雜信號，DWI示瘤體高信號，彌散受限，與實質區比較浸潤區信號減低，瘤周水腫區域信號更低，DTI-ADC示瘤體以等或稍高信號為主，DTI-FA示瘤體以低信號為主，與實質區比較，浸潤區各向異性增加，瘤周水腫區域較前兩者更高，對側腦組織各向異性減低（圖3）。

圖2 低級別腦膠質瘤MRI圖像Fig.2 MRI images of low grade gliomas.

圖3 高級別腦膠質瘤MRI圖像Fig.3 MRI image of high grade gliomas

2.3 不同級別腦膠質瘤ADC和FA值比較

不同級別腦膠質瘤瘤周ADCDWI、ADCDTI和FA值的差異無統計學意義（P>0.05）；不同級別腦膠質瘤瘤體FA值的差異無統計學意義（P>0.05）；高級別腦膠質瘤瘤體ADCDWI和ADCDTI值顯著低于低級別腦膠質瘤（P<0.05，表1）。

表1 不同級別腦膠質瘤ADC和FA值比較Tab.1 Comparison of ADC and FA values in different grades of gliomas（Mean±SD）

2.4 瘤體ADCDWI、ADCDTI、FA診斷高級別腦膠質瘤閾值、敏感度及特異性分析

瘤體ADCDWI、ADCDTI、FA診斷高級別腦膠質瘤的AUC分別為0.775、0.817、0.716。DWI和DTI聯合檢測診斷高級別腦膠質瘤敏感度和特異性較高，AUC 為0.903（P<0.05，表2、圖4）。

圖4 瘤體ADCDWI、ADCDTI、FA診斷高級別腦膠質瘤的ROC曲線Fig.4 ROC curve of ADCDWI,ADCDTI and FA in the diagnosis of high grade glioma.

表2 瘤體ADCDWI、ADCDTI、FA診斷高級別腦膠質瘤閾值、敏感度及特異性分析Tab.2 Analysis of threshold,sensitivity and specificity of ADCDWI,ADCDTI and FA in the diagnosis of high-grade glioma

3 討論

我國的腦膠質瘤發病占全部顱內腫瘤的40%～70%，已成為威脅居民生命健康的主要顱腦疾病［12］。手術切除為腦膠質瘤主要治療手段，但不同級別腦膠質瘤存在一定差異，即高級別在保留功能基礎上，應盡量徹底甚至擴大切除范圍［13］。術前正確判斷腦膠質瘤病理分級對治療和預后有重要意義。目前，臨床常用的CT和MRI等影像學手段來診斷腦膠質瘤，然而CT對腦腫瘤血供和腫瘤循環顯示存在局限，且有同征異病現象，同一腦膠質瘤可有多種表現，定性判斷亦有局限性［14-15］。常規MRI無法客觀反映腫瘤組織密度、微血管結構和功能以及瘤周纖維束受損范圍［16］。DTI是描述大腦結構的新技術，對神經纖維束連接和走行顯示清晰，且可反映活體組織水分子彌散方向［17］，DTI相關參數FA和rFA值可為腦膠質瘤術前分級診斷提供有價值參考［18］。DWI對水分子擴散運動敏感度較高，當水分子彌散受限時，DWI即可出現異常高信號，其在診斷腦膠質瘤病理分級方面具有一定的價值。

隨著腦膠質瘤實質區域腫瘤細胞的高度隨機分布，并在一定方向上限制了水分子的作用，導致細胞膜、磷脂含量減少，進而導致各向異性降低。FA圖像顯示，瘤體實質區域的信號明顯下降；同時，由于白質纖維遭到破壞，再加上細胞間隙中水分增多，ADC圖像顯示瘤體實質區域出現較高信號［19-20］。腫瘤的病理分級不同，水腫區DTI的參數分布圖也有差異，低級別腫瘤的周圍水腫程度較輕，而高級別腫瘤則惡性程度較高，腫瘤周圍水腫程度較高。由于瘤體周圍水腫區白質纖維的破壞和腫瘤細胞的侵潤，使該區域FA值降低，FA圖像信號減弱；由于血管滲透性增強，血管內皮生長因子增多，瘤體周圍細胞間隙水分增加，ADC圖像信號增高［21-22］。本研究中，高級別腦膠質瘤圖像特點表現為T1WI示瘤體等低信號，瘤體邊緣不規則呈片狀或結節狀，邊界模糊，瘤周有不規則水腫信號，受累區域腦組織灰白質分界不清；T2WI示瘤體異常高信號，部分為混雜信號；DWI示瘤體高信號，彌散受限，與實質區比較，浸潤區信號減低，瘤周水腫區域信號更低；DTI-ADC示瘤體以等或稍高信號為主，DTI-FA示瘤體以低信號為主，與實質區比較，浸潤區各向異性增加，瘤周水腫區域較前兩者更高，對側腦組織各向異性減低。這與現有研究結論［23］相似。

高級別腦膠質瘤瘤周ADCDWI和ADCDTI值高于低級別腦膠質瘤，FA值低于高級別，可能與高級別腦膠質瘤瘤周水腫區血管源性水腫嚴重，纖維束密度降低，水分子易擴散有關［17］，但差異無統計學意義，與既往研究結果［24］不符，可能與樣本量過少有關；高級別腦膠質瘤瘤體ADCDWI和ADCDTI值顯著低于低級別腦膠質瘤，其原因可能是隨著腦膠質瘤惡性程度的加深、腫瘤級別的升高，腫瘤細胞的密度、數量均有較大幅度的增加，且核漿體積比、多核與巨核細胞構成比明顯增加，加之核異形性大，決定了腦膠質瘤實體微環境中的水分子彌散明顯受限，體現在ADC值便表現為ADC值降低［25］。而FA值未表現出顯著差異，與既往研究腫瘤增殖導致內部結構紊亂、細胞密度改變，引起腫瘤組織FA值降低［26］的結果不一致，需在今后研究中進一步明確。ROC曲線分析發現，DWI和DTI聯合檢測診斷高級別腦膠質瘤敏感度和特異度較高，表明常規MRI聯合DWI、DTI有助于提高腦膠質瘤診斷和病理分級準確度。

綜上所述，常規MRI聯合DWI、DTI有助于提高腦膠質瘤診斷和病理分級準確度。