體素內不相干運動擴散加權成像在高級別膠質瘤應用

[摘要] 目的 "探討體素內不相干運動擴散加權成像（IVIM-DWI）在腦高級別膠質瘤瘤體、瘤周水腫區及無病變區域的差異，為三者的鑒別尋求精確的影像技術手段。方法 對經病理證實的24例腦高級別膠質瘤病人于術前或放化療前同時行MR平掃、增強及IVIM-DWI檢查，分別測量腫瘤實質、瘤周水腫區（1 cm內）及對側正常半卵圓中心的灌注系數（D*）、擴散系數（D）、灌注分數（f）值，并進行比較。結果 高級別膠質瘤的腫瘤實質、瘤周水腫區（1 cm內）以及對側正常半卵圓中心的D*、D、f值相比較，差異均有統計學意義（t=-6.636～9.317，Plt;0.05）。結論 IVIM-DWI可區分高級別膠質瘤腫瘤實質和瘤周1 cm水腫區及無病變區域的擴散和灌注差異，為三者的鑒別診斷提供依據。

[關鍵詞] 神經膠質瘤;腦;彌散磁共振成像;體素內不相干運動

[中圖分類號] R445.2;R730.264

[文獻標志碼] A

[文章編號] 2096-5532（2022）01-0085-04

doi：10.11712/jms.2096-5532.2022.58.002

高級別膠質瘤是中老年人顱內多見的惡性腫瘤，有較高的發病率和病死率，嚴重影響病人的生活質量。根據2007年世界衛生組織（WHO）的腫瘤分級標準，膠質瘤分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4個級別，其中Ⅲ～Ⅳ級為高級別膠質瘤，其分化程度低、惡性度高，術后易復發，預后不良。高級別膠質瘤一般主張采取綜合治療措施，前期進行腫瘤組織手術切除，術后配合放化療等輔助治療。高級別膠質瘤可伴壞死、出血、囊變等，常規MRI對腫瘤實質區域與瘤周水腫區鑒別診斷困難，而明確二者的范圍對于手術等治療具有比較重要的意義。體素內不相干運動（IVIM）采用多b值擴散加權成像（DWI），可量化分析水分子擴散和微循環血流灌注兩種運動成分，同時提供病變區的擴散和灌注情況，為疾病的定性診斷提供可靠依據。本研究采用IVIM-DWI技術，分別測量高級別膠質瘤腫瘤實質、瘤周1 cm水腫區及對側正常半卵圓中心的灌注系數（D*）、擴散系數（D）以及灌注分數（f）值，探討各區域的擴散及灌注情況，為其鑒別及診斷提供更豐富的信息?，F將結果報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2016年6月—2017年6月青島大學附屬醫院收治腦高級別膠質瘤病人24例，男17例，女7例;年齡32～80歲，中位年齡57.0歲。納入標準：①病人均于術前或放化療前同時行顱腦MR平掃、IVIM-DWI及MR增強檢查;②均經手術病理證實;③所有病人腦內病變周圍水腫區最大長徑≥1 cm。排除標準：①圖像存在運動偽影;②病變內部大范圍出血、壞死;③病理結果不明確。所有病人檢查前均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用GE HDx 3.0 T超導型MR掃描儀，8通道頭部線圈。檢查時病人取仰臥位。軸位T1WI FLAIR參數：TR 2 500 ms，TE 24 ms，TI 860 ms;FSE T2WI參數：TR 4 320 ms，TE 120 ms;T2 FLAIR參數為：TR 8 000 ms，TE 165 ms，TI 2 100 ms;DWI參數：TR 5 500 ms，TE 73.9 ms。矩陣512×512，FOV 24 cm×24 cm，激勵次數1;層厚5.0 mm，層間距1.5 mm。IVIM-DWI參數：TR 6 075 ms，TE 81.5 ms，13個b值分別為20、40、60、80、100、150、200、400、600、800、1 000、1 200、1 500 s/mm2，激勵次數2，矩陣160×160，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm，掃描時間8 min 12 s。增強掃描：用高壓注射器，經肘靜脈團注Gd-DTPA，劑量為0.1 mmol/kg體質量，流量為5 mL/s，行軸位、冠狀位及矢狀位T1 FLAIR增強掃描，掃描參數同MR平掃。

1.3 圖像分析與處理

將IVIM-DWI原始圖像傳至AW 4.6后處理工作站，采用MADC軟件對數據行后處理并獲得相應參數的偽彩圖。參考MR平掃和增強圖像，選擇腫瘤實質區、強化病灶周圍1 cm范圍內的水腫區及對側半球正常半卵圓中心為感興趣區（ROI），避開血管、囊變、壞死及出血部分，每個區域均分別選取3個ROI，獲得D*、D、f的均值。

1.4 統計學分析

采用SPSS 20.0軟件進行統計學分析。符合正態分布計量資料以[AKx-D]±s表示，數據間比較采取配對t檢驗。以Plt;0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

高級別膠質瘤的腫瘤實質、瘤周水腫區（1 cm內）、對側正常半卵圓中心的D*、D、f值比較，差異均有統計學意義（t=-6.636～9.317，Plt;0.05）。其中腫瘤實質區的D*值高于瘤周水腫區（1 cm內），而D值、f值均低于瘤周1 cm水腫區;腫瘤實質區D*值、D值、f值均高于對側正常半卵圓中心;瘤周水腫區D*值、D值、f值均高于對側正常半卵圓中心。見表1、圖1。

3 討 論

LE BIHAN[1]在20世紀90年代初提出，在低b值情況下毛細血管內的微循環與分子擴散運動均對信號強度產生影響，IVIM-DWI擬合雙指數模型不僅可評價體內水分子的運動情況，還可以反映毛細血管的灌注情況;通過雙指數模型計算獲得f值，其大小代表ROI的局部微循環所致灌注占總體組織容積的比率[2];D為純擴散系數，即ADCslow，代表組織內緩慢的擴散運動成分，即純水分子擴散運動;D*為毛細血管微循環所產生的假擴散系數，即ADCfast，代表快速的擴散運動成分，即灌注相關的擴散運動。

本研究對高級別膠質瘤病人3個區域的D*值比較顯示，腫瘤實質區的D*值均大于對應瘤周水腫區（1 cm內）和對側正常半卵圓中心，這是因為腦高級別膠質瘤生長的同時存在著明顯的血管化過程，新生毛細血管使腫瘤呈現為相對高灌注和高血流量狀態，而高級別膠質瘤瘤周水腫區雖也有腫瘤細胞浸潤，但數量和程度明顯低于腫瘤實質區。

本研究對膠質瘤病人的腫瘤實質、瘤周水腫區（1 cm內）和對側正常半卵圓中心3個區域的D值比較顯示，瘤周水腫區（1 cm內）最大，其次是腫瘤實質區，而對側正常半卵圓中心的D值最小，這與CASTILLO等[3]的研究結果基本一致。因為正常腦組織被腫瘤破壞，瘤體的毛細血管內皮通透性大于正常毛細血管，血漿和一些大分子物質可滲透到細胞間隙;瘤周形成血管源性水腫，細胞外間隙隨之增加，導致水分子擴散更容易，因此腫瘤實質區及瘤周水腫區的D值均高于對側正常半卵圓中心。而病人，男，47歲。雙側額葉底部彌漫性間變性星形細胞瘤（WHO Ⅲ級）。①軸位T2 FLAIR示雙側額葉底部不均勻稍高信號包塊，周圍見斑片狀高信號水腫信號影;②軸位T1WI增強掃描示腫瘤信號不均勻，實質呈輕度強化;③軸位IVIM-DWI圖像顯示雙側額葉底部不均勻高信號包塊，周圍少許高信號影;④軸位灌注相關擴散參數D*色彩圖（藍-綠-紅色遞增順序），腫瘤實質的D*值最大，其次為瘤周水腫區，對側正常半卵圓中心區的D*值最?。▓D中未顯示，下同）;⑤軸位灌注分數f色彩圖（藍-綠-紅色遞增順序），瘤周水腫區及腫瘤實質區f值均高于對側正常半卵圓中心;⑥軸位擴散相關擴散參數D色彩圖（藍-綠-紅色遞增順序），瘤周水腫區和腫瘤實質區均大于對側正常半卵圓中心。

由于腫瘤實質區較瘤周水腫區（1 cm內）細胞密集程度更高、核漿比更大，腫瘤實質區的氷分子單純擴散相對瘤周水腫區（1 cm內）更受限制，因而腫瘤實質區的D值較瘤周水腫區（1 cm內）低。

f為灌注分數，是體素內微循環灌注效應所致的擴散在總體擴散效應中所占的容積率，與血容量相關。D*與f均為灌注相關參數，理論上二者之間應該保持一致或存在一定的相關性。有研究運用IVIM-DWI技術研究膠質瘤的分級，結果顯示灌注相關參數D*值、f值在不同分級中結果一致，高級別組的D*值、f值均高于低級別組[4-6]。理論上，組織內微循環灌注越大，f值也越大。但本研究結果與之相反，瘤周水腫區（1 cm內）最高，其次為腫瘤實質區，對側正常半卵圓中心區域最小。關于f值與D*值不匹配也曾出現在其他研究中。HU等[7]研究顯示，高級別膠質瘤的f值低于低級別膠質瘤，差異有統計學意義;ZHANG等[8]研究顯示，鼻咽癌病人的D*值明顯高于慢性增生性炎癥，然而前者f值卻低于后者;LEWIN等[9]認為f是評價肝細胞肝癌抗血管生成治療早期效果的新指標，f值增加是治療有效的標志。林園凱等[10]研究發現，隨著回波時間（TE）的增加，尾狀核頭及殼核的D*值逐漸下降，而f值逐漸上升，與LEMKE等[11]研究結果一致。f值與TE存在緊密聯系，隨著TE的延長，低b值時信號衰減越來越突出，f值越來越大。尤其在橫向弛豫時間（T2）明顯小于血液T2值的組織中，f值對TE的依賴性就更加突出，而IVIM-DWI理論未考慮到TE對f值的影響。STANISZ等[12]研究顯示，3.0 T磁共振掃描腦白質和腦灰質的T2值分別約69 ms和99 ms，而血液的T2值約為275 ms，與腦組織的T2值相差甚遠，在計算f值的時候要考慮到T2值差異引起的偏差，可能會出現似乎與理論相矛盾的現象，有必要進行T2校正。

綜上所述，IVIM-DWI雙指數模型可分別獲得灌注相關參數D*值和f值以及純擴散參數D值，可同時無創獲得病變的擴散和灌注信息，在腦高級別膠質瘤腫瘤實質區、瘤周水腫區及無病變區域的鑒別中有重要價值。但本研究存在以下局限：由于部分病人腫瘤信號欠均勻，盡管本文采取腫瘤實質區選取3個ROI取平均值的方法，但由于一方面病理與影像學圖像無法一一對比，難以準確地獲取符合病理切片的病變位置;另一方面本文結果為人為測量數據，主觀因素的影響使結果存在一定的測量誤差。本研究未測量組織的T2值，未進行T2校正，所得f值可能并不是真實的f值，有待進一步探討;目前IVIM-DWI的最佳b值設定仍未獲得統一標準，仍需進行大樣本、多中心的臨床研究，進一步優化參數設置，盡快達成專家共識。

[參考文獻]

[1]LE BIHAN D. Intravoxel incoherent motion imaging using steady-state free precession[J]. Magnetic Resonance in Medicine， 1988，7（3）：346-351.

[2]LE BIHAN D. Magnetic resonance imaging of perfusion[J]. Magnetic Resonance in Medicine， 1990，14（2）：283-292.

[3]CASTILLO M， SMITH J K， KWOCK L， et al. Apparent diffusion coefficients in the evaluation of high-grade cerebral gliomas[J]. AJNR American Journal of Neuroradiology， 2001，22（1）：60-64.

[4]張磊，楊柳青，龔明福，等. 體素不相干運動擴散加權磁共振成像在腦膠質瘤術前分級診斷中的應用價值[J]. 第三軍醫大學學報， 2016，38（22）：2407-2412.

[5]BISDAS S， KOH T S， RODER C， et al. Intravoxel incoherent motion diffusion-weighted MR imaging of gliomas： feasibility of the method and initial Results[J]. Neuroradiology， 2013，55（10）：1189-1196.

[6]TOGAO O， HIWATASHI A， YAMASHITA K， et al. Differentiation of high-grade and low-grade diffuse gliomas by intravoxel incoherent motion MR imaging[J]. Neuro-oncology， 2016，18（1）：132-141.

[7]HU Y C， YAN L F， WU L， et al. Intravoxel incoherent motion diffusion-weighted MR imaging of gliomas： efficacy in preoperative grading[J]. Scientific Reports， 2014，4：7208.

[8]ZHANG S X， JIA Q J， ZHANG Z P， et al. Intravoxel incoherent motion MRI： emerging applications for nasopharyngeal carcinoma at the primary site[J]. European Radiology， 2014，24（8）：1998-2004.

[9]LEWIN M， FARTOUX L， VIGNAUD A， et al. The diffusion-weighted imaging perfusion fraction f is a potential marker of sorafenib treatment in advanced hepatocellular carcinoma： a pilot study[J]. European Radiology， 2011，21（2）：281-290.

[10]林園凱，王奕，張宗軍. 不同回波時間對擴散加權成像人腦體素不相干運動參數的影響[J]. 中國醫學影像技術， 2015，31（12）：1902-1906.

[11]LEMKE A， LAUN F B， SIMON D， et al. An in vivo verification of the intravoxel incoherent motion effect in diffusion-weighted imaging of the abdomen[J]. Magnetic Resonance in Medicine， 2010，64（6）：1580-1585.

[12]STANISZ G J， ODROBINA E E， PUN J， et al. T1， T2 relaxation and magnetization transfer in tissue at 3T[J]. Magnetic Resonance in Medicine， 2005，54（3）：507-512.

（本文編輯 黃建鄉）