體素內相位不相干運動成像在高級別膠質瘤及單發轉移瘤鑒別中的價值

尤慧明 鮑凱凱 李超 顏力 姚靈君

高級別膠質瘤（high grade glioma,HGG）和轉移瘤是成人顱內最常見的惡性腫瘤，這兩類腫瘤的治療方案及預后顯著不同，因此術前準確的鑒別診斷就顯得非常重要[1]。通常情況下，轉移瘤有明確的原發腫瘤病史，顱內也表現為多發病灶，和HGG易于區分。然而，有30%～50%的腦轉移瘤表現為單發病灶[2]，其常規及增強MR表現與HGG類似，因此鑒別診斷困難。

擴散加權成像（diffusion weighted imaging,DWI）通過檢測人體內水分子的運動而獲得圖像對比，同時可獲得表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient,ADC）來量化擴散運動。已有研究報道，DWI可根據細胞密度的高低而幫助腫瘤鑒別診斷[3]。然而，傳統DWI是基于單指數模型，并不能準確描述組織內部復雜結構。體素內相位不相干運動成像（intravoxel incoherent motion imaging,IVIM）是雙指數模型，同時包括了組織內水分子擴散及微循環灌注，能更好地反映組織細微結構變化。筆者將IVIM用于HGG及單發轉移瘤（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月杭州市臨平區第一人民醫院經手術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，膠質母細胞瘤（Ⅳ級）19例。同時選擇經手術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患者術后均獲得了組織病理學資料，并根據2016年WHO分類標準進行分級[1]。排除因不配合導致圖像質量不佳的患者。兩組患者性別、年齡比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）。本研究經本院醫學倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 方法 采用GE 1.5T HDxt超導型MR系統，8通道頭頸聯合線圈。常規掃描序列包括軸位T2WI、T1Flair、T2Flair、DWI及矢冠軸3個方向的增強掃描，掃描參數如下：（1）軸位 T2WI，視野 24 cm×24 cm，回波時間 120 ms，重復時間 4 500 ms，矩陣 352×256，層厚4 mm，層間距 0 mm，激勵次數 2。（2）軸位 T1Flair，視野24 cm×24 cm，回波時間 24 ms，重復時間 1 750 ms，翻轉時間 750 ms，矩陣 320×224，層厚 4 mm，層間距0 mm，激勵次數2。（3）軸位T2Flair，視野 24 cm×24 cm，回波時間98 ms，重復時間8 400 ms，翻轉時間2 100 ms，矩陣 288×224，層厚 4 mm，層間距 0 mm，激勵次數 1。（4）IVIM序列掃描參數：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圖像。IVIM參數計算基于以下公式：Sb/S0=fexp（-bD*）+（1-f）exp（-bD），其中 D 值為擴散系數，代表純的水分子擴散運動，單位為mm2/s；D*值為假擴散系數，代表灌注相關的擴散運動，單位為mm2/s；f值為灌注分數；fD*值是f值與D*值的乘積，可以間接代表局部血流量。由2位中樞神經系統影像主治醫師分別在腫瘤實質區及瘤周水腫區各取3個感興趣區（region of interest,ROI）進行測量，ROI大小約10～15 mm2，取平均值。同時，測量對側正常白質（normal appearing white matter,NAWM）相應參數，將數據進行標準化，即標準化后數值等于病變區的數值除以NAWM的數值，如標準化D值=腫瘤D值/NAWM的D值。最后由1位高年資醫師對數據進行復核。

1.4 統計學處理 采用SPSS 23.0統計軟件。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各參數值對兩者的鑒別診斷效能。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 HGG及SBM腫瘤實質區及瘤周水腫區標準化前后參數的比較 HGG和SBM腫瘤實質區各參數差異均無統計學意義（均P＞0.05）；在瘤周水腫區，HGG的D*值、fD*值高于 SBM（均 P＜0.05），D 值低于 SBM（P＜0.05），而f值差異無統計學意義，見表1、2。典型病例影像學表現見圖 1、2（插頁）。

表1 HGG與SBM實質區標準化后IVIM參數比較

2.2 IVIM瘤周水腫區參數對HGG及SBM的鑒別診斷效能 在瘤周水腫區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 體素內相位不相干運動成像（IVIM）瘤周水腫區參數對高級別膠質瘤（HGG）及單發轉移瘤（SBM）鑒別診斷ROC曲線圖[a：擴散系數（D值）的AUC為0.902；b：假擴散系數（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瘤周水腫區標準化后IVIM參數比較

3 討論

HGG和轉移瘤分別為顱內原發及繼發性惡性腫瘤，當轉移瘤為單發時，兩者平掃及增強掃描均表現為結節狀或環形強化的病灶，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構，理論上會比宏觀形態學提供更多的診斷信息。目前臨床上ADC值的量化基于單指數模型，即通過兩個b值計算ADC值。隨著對擴散成像研究的深入，發現當b值較低時（＜200 s/mm2），水分子的擴散信號也受微循環灌注的影響，IVIM雙指數理論模型即是基于這一理論基礎提出的。IVIM在腦梗死、膠質瘤分級及腫瘤療效評價等方面的應用價值已得到認可[4-7]，但對于HGG與SBM鑒別診斷的研究目前報道較少。

本研究發現，HGG和SBM腫瘤實質區IVIM參數差異均無統計學意義，這是因為這兩者都是惡性腫瘤，實體部分內部結構類似，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果一致[8]。

對于瘤周水腫的研究結果顯示，HGG的D值相比SBM顯著下降，D*值和fD*值顯著升高，f值差異無統計學意義。病理檢查發現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，細胞質及蛋白質等物質在壓力梯度的作用下滲透到細胞外間隙。對于轉移瘤來說，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束而進行浸潤，因此水腫區水分子的擴散受到腫瘤細胞的阻礙，D值降低，且水腫區也存在腫瘤細胞誘導生成的新生血管，因而D*值相比SBM明顯增高。國內外學者對HGG及SBM瘤周水腫區擴散和灌注特點進行了研究，Lee等[9]結果表明，HGG瘤周水腫區的最小ADC值顯著低于SBM水腫區，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）技術測量瘤周水腫區的灌注情況，發現HGG瘤周水腫區的相對血流量值（relative blood flow,rBF）顯著高于SBM，而Weber等[11]也研究證實HGG的瘤周水腫區有顯著的血管內皮生長因子（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瘤周水腫區的f值差異無統計學意義，這與理論預期有些出入。Lemke等[12]研究發現，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區及周圍水腫區f值與D*值的乘積。根據IVIM的基本理論[13]，這個乘積結果與局部rBF值呈正相關，可以間接代表局部血流量，而HGG瘤周水腫區的fD*值顯著高于SBM。總之，相比單一的擴散及灌注成像，IVIM的參數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的參數，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未能獲得組織病理學結果。最后，IVIM的結果受序列中b值個數、大小及分布的影響，本研究中參數設置參照了國外文獻[14-15]，但目前國內外掃描及后處理軟件仍然沒有統一標準，因此研究結果也存在一些局限性。

綜上所述，通過對瘤周水腫區的IVIM成像研究發現，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的提高術前診斷準確性的方法。