彌散峰度成像預(yù)測皮質(zhì)脊髓束周圍高級別膠質(zhì)瘤患者肌力下降

江少凡，鄧凱吉，胡曉梅，戴藝海，陳偉濤，蔣日烽*

(1.福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院放射科，2.病理科，3.神經(jīng)外科，福建 福州 350001)

膠質(zhì)瘤是顱內(nèi)最常見的惡性腫瘤之一[1]，高級別膠質(zhì)瘤(high-grade glioma，HGG)易累及鄰近纖維束。皮質(zhì)脊髓束(corticospinal tract，CST)是最具代表性的運動纖維通路，其損傷多引起對側(cè)肢體肌力減弱。膠質(zhì)瘤術(shù)前評價CST受累情況至關(guān)重要，有助于減少手術(shù)損傷[2]。彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)已廣泛用于無創(chuàng)評估CST損傷[2-4]。作為DTI的延伸，彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)能提供反映組織微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的峰度信息，還可檢測灰質(zhì)變化及纖維交叉情況，且診斷效能優(yōu)于DTI[5-6]，但目前少見DKI用于評價手術(shù)治療膠質(zhì)瘤及CST的報道。本研究觀察DKI預(yù)測CST周圍HGG患者肌力下降的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2019年3月—2020年9月21例于福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院經(jīng)手術(shù)病理證實的HGG患者，男12例，女9例；年齡30～72歲，中位年齡47歲；Ⅲ級膠質(zhì)瘤6例，Ⅳ級15例；原發(fā)性膠質(zhì)瘤15例，繼發(fā)性6例；8例HGG攜帶IDH1R132H突變；中位Ki-67標(biāo)記指數(shù)為40.00%(25.00%，60.00%)。納入標(biāo)準(zhǔn)：術(shù)前4周內(nèi)MRI顯示HGG病灶位于CST走行區(qū)及其周圍20 mm內(nèi)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①圖像質(zhì)量不佳；②腫瘤累及雙側(cè)CST。檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Prisma 3.0T MR掃描儀及64通道接收線圈，行頭顱常規(guī)序列掃描后，采用平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列采集軸位DKI圖像，TR 3 900 ms，TE 88 ms，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，GRAPPA×2，Multi-Band加速因子2，NEX 1，體素2.5 mm×2.5 mm×2.5 mm，層間隔0；以Grid采樣方案采集128個彌散q空間樣本，b值為250、500、750、1 000、1 250、1 500、2 000、2 250、2 500、2 750、3 000、3 250、3 500及4 000 s/mm2，分別沿3、6、4、3、12、12、6、15、12、12、4、12、24及3個彌散梯度方向采集圖像，采集時間8 min 44 s，重建冠狀位圖像；采用雙極脈沖于序列層面消除渦流偽影。

1.3 圖像分析 采用Diffusion Kit工具對DKI圖像進行運動校正，基于Siemens NeuDiLab軟件計算全腦平均彌散系數(shù)(mean diffusivity，MD)、軸向彌散系數(shù)(axial diffusivity，AD)、徑向彌散系數(shù)(radial diffusivity，RD)、各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)、平均峰度(mean kurtosis，MK)、軸向峰度(axial kurtosis，AK)及徑向峰度(radial kurtosis，RK)。

采用DSI-studio軟件，根據(jù)文獻[3]方法追蹤CST，使用“纖維束統(tǒng)計”功能評估CST的纖維束數(shù)量、平均纖維長度及纖維束體積，分別計算沿CST的MD、AD、RD、FA、MK、AK和RK[7]；計算相對CST定量參數(shù)：相對參數(shù)=患側(cè)參數(shù)/健側(cè)對應(yīng)參數(shù)，得到相對纖維束數(shù)量、平均纖維長度及纖維束體積，相對MD(relative MD，rMD)、相對AD(relative AD，rAD)、相對RD(relative RD，rRD)、相對FA(relative FA，rFA)、相對MK(relative MK，rMK)、相對AK(relative AK，rAK)和相對RK(relative RK，rRK)。見圖1、2。

圖1 患者男，72歲，Ⅳ級膠質(zhì)瘤(正常組)，肌力5級 A.冠狀位MR TIWI示左側(cè)顳葉低信號腫物；B～H.于冠狀位T1WI上融合DKI序列圖像，并測量雙側(cè)CST的AK、MK、RK、AD、MD、RD及FA

1.4 臨床資料 記錄入組患者性別、年齡和Karnofsky功能狀態(tài)(Karnofsky performance status，KPS)評分。于術(shù)前1周評估上、下肢肌力，根據(jù)文獻[8]標(biāo)準(zhǔn)分為0～5級；遇上、下肢肌力評分不一致時，錄入較低級別結(jié)果。根據(jù)手術(shù)前肢體肌力改變情況，將患者分為正常組(n=14，手術(shù)前肌力均為5級)和肌力下降組(n=7，術(shù)前2例為1級肌力、1例為2級、4例為4級，術(shù)后均未改善)。

圖2 患者女，62歲，Ⅳ級膠質(zhì)瘤(肌力下降組)，肌力2級 A.冠狀位MR TIWI示右側(cè)顳葉低信號腫物；B～H.于冠狀位T1WI上融合DKI序列圖像，測量雙側(cè)CST的AK、MK、RK、AD、MD、RD及FA

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件。以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合正態(tài)分布的計量資料，采用配對Wilcoxon檢驗比較患側(cè)和健側(cè)各參數(shù)差異，采用Mann-WhitneyU檢驗比較肌力下降組與正常組各參數(shù)差異；以頻數(shù)表示計數(shù)資料，組間比較采用Fisher精確概率法。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，計算曲線下面積(area under the curve，AUC)，評價CST相對定量參數(shù)預(yù)測患者術(shù)前肌力下降的效能。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

與健側(cè)比較，患側(cè)纖維束數(shù)量、體積、FA、MK、AK及RK均顯著降低(P均<0.05)，而MD及RD均顯著增高(P均<0.05)；兩側(cè)平均纖維長度及AD差異均無明顯統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表1。

表1 CST 周圍HGG患者患側(cè)與健側(cè)CST定量參數(shù)比較[中位數(shù)(上下四分位數(shù))，n=21]

肌力正常組與下降組患者性別、年齡差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；肌力下降組KPS評分、rFA、rMK、rAK及rRK均明顯低于正常組(P均<0.05)，rMD、rAD及rRD均明顯高于正常組(P均<0.05)；組間相對纖維束數(shù)量、平均纖維長度和體積差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表2。

表2 21例CST 周圍HGG患者臨床資料及CST定量參數(shù)比較

各相對CST定量參數(shù)預(yù)測肌力下降的效能均較高(AUC均高于0.850)，見表3。

表3 CST定量參數(shù)預(yù)測肌力下降的ROC曲線分析結(jié)果

3 討論

膠質(zhì)瘤病理表現(xiàn)為不同程度的細(xì)胞過度增生、核異型、內(nèi)皮增生及微血管密度改變，取代正常腦組織并浸潤?quán)徑M織如CST等，進而改變腦結(jié)構(gòu)微環(huán)境，導(dǎo)致患側(cè)CST定量參數(shù)出現(xiàn)相應(yīng)改變。本研究中，HGG患者患側(cè)CST的纖維束數(shù)量、體積、FA、MK、AK和RK均顯著低于健側(cè)，而MD和RD均顯著高于健側(cè)。

臨床常以不可逆轉(zhuǎn)的肌力下降作為膠質(zhì)瘤患者CST損傷的指標(biāo)[2]。FA、MK等CST定量參數(shù)具有良好的雙側(cè)對稱性，但受年齡及個體差異影響較大[3]。本研究通過標(biāo)準(zhǔn)化患側(cè)與健側(cè)CST定量參數(shù)而獲得相對定量參數(shù)，以最大限度地減少該類影響；肌力下降組rMD、rAD及rRD較正常組顯著升高，但rFA、rMK、rAK及rRK顯著降低，原因在于患側(cè)CST中纖維因膠質(zhì)瘤浸潤而破壞，導(dǎo)致其彌散屏障破壞(如髓鞘)，表現(xiàn)為彌散系數(shù)增加而FA減低，與既往研究[2]結(jié)果基本相符；而CST纖維束自身MK、AK和RK較高，提示CST纖維束微觀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，受到膠質(zhì)瘤浸潤破壞后，CST微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度下降，因而rMK、rAK及rRK顯著降低。本研究ROC曲線結(jié)果顯示，各相對CST定量參數(shù)預(yù)測肌力下降的效能均較高，提示通過CST定量參數(shù)可間接判斷CST損傷情況。

本研究肌力下降組與正常組的CST相對形態(tài)學(xué)特征差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，與既往研究[2]結(jié)果基本相符，即定量DTI參數(shù)評估神經(jīng)纖維損傷較形態(tài)學(xué)改變更為可靠；但肌力下降組相對纖維束數(shù)量及體積輕度減少，可能提示其CST受損較為嚴(yán)重，而平均纖維長度輕度增加則表明患側(cè)CST纖維束受壓、移位。

本研究的局限性：①樣本量小，未能進一步比較各彌散系數(shù)及峰度參數(shù)的預(yù)測效能；②無法直接證明CST損傷，僅憑借四肢肌力不可逆下降進行間接判斷。

總之，肌力下降HGG患者腫瘤周圍CST的DKI定量參數(shù)改變顯著；術(shù)前DKI可揭示HGG累及后CST微觀結(jié)構(gòu)改變，可預(yù)測術(shù)前患者肌力下降，從而間接判斷CST損傷。