3.0T 磁共振擴(kuò)散張量成像與擴(kuò)散加權(quán)成像對單發(fā)大腦半球膠質(zhì)瘤病理分級(jí)的診斷價(jià)值

王國杰，梁日晶，劉 瑩，韓艷華，任秀娥

（邢臺(tái)市第三醫(yī)院放射科1，設(shè)備科2，功能科3，河北 邢臺(tái) 054000）

腦膠質(zhì)瘤（glioma）是顱內(nèi)最常見的惡性原發(fā)性腫瘤之一，WHO 中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類將其分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)，其中Ⅰ、Ⅱ級(jí)為低級(jí)別膠質(zhì)瘤，Ⅲ、Ⅳ級(jí)為高級(jí)別膠質(zhì)瘤[1]。腦膠質(zhì)瘤的病理分級(jí)不同，治療方法選擇亦不同，目前腦膠質(zhì)瘤的術(shù)前診斷方法主要靠影像學(xué)檢查，以磁共振成像（MRI）最多見，但常規(guī)MRI 成像對腫瘤定性、分級(jí)診斷困難，MRI 擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusiom weighing imaging，DWI）和擴(kuò)散張量成像能（diffusion tensor imaging，DTI）能為常規(guī)MRI 圖像提供有效補(bǔ)充[2]，但兩者的具有作用目前尚存在爭議。為此，本研究應(yīng)用3.0T 磁共振DTI及DWI 技術(shù)測量腦膠質(zhì)瘤瘤體及瘤周ADC 值、MD 值及FA 值來評(píng)估其對大腦半球膠質(zhì)瘤病理分級(jí)的診斷效能，旨在為臨床術(shù)前評(píng)價(jià)腦膠質(zhì)瘤惡性程度提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2016 年3 月-2021 年5月在邢臺(tái)市第三醫(yī)院經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的52 例腦膠質(zhì)瘤患者的臨床資料，其中男32 例，女20 例；年齡27～78 歲，平均年齡（55.10±13.21）歲。按2016 年WHO 中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)分為，Ⅰ級(jí)13例，Ⅱ級(jí)12 例，Ⅲ級(jí)14 例，Ⅳ級(jí)13 例。將Ⅰ、Ⅱ級(jí)共25 例列為低級(jí)別膠質(zhì)瘤組，其中男17 例，女8例；年齡27～78 歲，平均年齡（53.56±13.72）歲；Ⅲ、Ⅳ級(jí)共27 例列為高級(jí)別膠質(zhì)瘤組，其中男15 例，女12 例；年齡28～73 歲，平均年齡（56.52±12.81）歲。兩組性別、年齡比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。本研究已獲得我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者對本研究知情同意且已簽署知情同意書。

1.2 納入和排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：①患者的臨床病理資料和MRI 圖像資料齊全；②顱內(nèi)單發(fā)病灶，均有囊變和瘤周水腫；③MRI 檢查前及術(shù)前均未行任何相關(guān)治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：①合并其他臟器的原發(fā)惡性腫瘤；②免疫力低下，存在嚴(yán)重糖尿病或多臟器功能衰竭患者；③存在MRI 檢查禁忌證。

1.3 儀器與方法 采用Siemens MAGNETOM Skyra3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀，16 通道頭顱專用線圈，所有患者均行橫軸位、冠狀位和矢狀位常規(guī)平掃、DTI 和常規(guī)增強(qiáng)掃描，主要掃描序列和參數(shù)：①T1WI 軸位掃描（T1_TSE_dark_fluid_tra）（TR 2210 ms，E10 ms）；②T2WI 軸位掃描（TR3930 ms，TE94 ms）；③T2WI 水抑制軸位掃描（T2_TSE_dark_fluid_tra）；④DWI（b 值：1000 s/mm2，TR4400 ms，TE64 ms）；⑤T2WI 矢狀位掃描（TR3930 ms，TE94 ms）；⑥T1WI 軸位增強(qiáng)掃描（TR250 ms，TE2.64 ms）；⑦T1WI 矢狀位增強(qiáng)掃描（TR240 ms，TE2.46 ms）；⑧DTI（TR5400 ms，TE95 ms）層厚3 mm，層間距0 mm；⑨T1WI 冠狀位增強(qiáng)掃描（TR240 ms，TE2.46 ms）；層厚5 mm，層間距1 mm，矩陣256×256，視野（FOV）220 mm×220 mm，增強(qiáng)掃描經(jīng)左肘靜脈注射釓特酸葡胺（Gd-DOTA），劑量0.1 mmol/kg，注射完畢后繼續(xù)注射20 ml 生理鹽水沖洗。

1.4 圖像處理與分析 采用Siemenssyngo MMWP 工作站進(jìn)行圖像后處理，應(yīng)用Neuo 3D 工具包對DTI 圖像進(jìn)行后處理，由2 名長期從事神經(jīng)影像診斷的副主任醫(yī)師參照常規(guī)MRI 序列橫軸位圖像上選取腫瘤直徑最大層面，并在對照的表觀彌散系數(shù)（appareat dif fusion coefficient，ADC）、平均彌散系數(shù)（mean diffusivity，MD）和各項(xiàng)異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）圖最大層面上選取腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)和瘤周水腫區(qū)約30 mm2感興趣區(qū)（ROI），測量3～5 次DWI、DTI 圖像上ADC、MD 和FA 值，并取其平均值，盡量不要包括囊變、壞死和出血區(qū)域。比較高、低級(jí)別組腦膠質(zhì)瘤瘤體及瘤周ADC 值、MD 值及FA值的差異性。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)量資料以（）表示，組間兩兩比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，應(yīng)用Spearman 等級(jí)分析各參數(shù)與病理分級(jí)的相關(guān)性，采用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線評(píng)價(jià)各參數(shù)對大腦半球腦膠質(zhì)瘤病理分級(jí)的診斷效能，以P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組瘤體及瘤周ADC、FA 圖信號(hào)比較 兩組ADC 圖顯示腦膠質(zhì)瘤瘤體呈不均勻高信號(hào)者38例、呈低或等信號(hào)者14 例；瘤周水腫呈高信號(hào)者47例、呈等信號(hào)者6 例，壞死囊變區(qū)呈高信號(hào)者38 例。FA 黑白圖與彩圖顯示腦白質(zhì)纖維受侵、破壞者37例，測得FA 值有不同程度下降；腦白質(zhì)纖維受壓推移者15 例，測得其FA 值無明顯變化，見圖1。

圖1 兩組瘤體及瘤周ADC、FA 圖信號(hào)比較

2.2 兩組瘤體和瘤周ADC、MD 和FA 值比較 低級(jí)別膠質(zhì)瘤組瘤體ADC、MD 值均高于高級(jí)別膠質(zhì)瘤組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；兩組間瘤體FA 值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表1。高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤組瘤周ADC、MD 及FA 值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表2。

表1 兩組瘤體ADC、MD 和FA 值比較（）

表1 兩組瘤體ADC、MD 和FA 值比較（）

表2 兩組瘤周ADC、MD 和FA 值比較（）

表2 兩組瘤周ADC、MD 和FA 值比較（）

2.3 腦膠質(zhì)瘤瘤體各參數(shù)與病理分級(jí)的相關(guān)性Spearman 等級(jí)相關(guān)分析顯示，腦膠質(zhì)瘤瘤體ADC值、MD 值均與病理分級(jí)呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05），見表3。

表3 腦膠質(zhì)瘤瘤體各參數(shù)與病理分級(jí)的相關(guān)性（，×10-3 mm2/s）

表3 腦膠質(zhì)瘤瘤體各參數(shù)與病理分級(jí)的相關(guān)性（，×10-3 mm2/s）

2.4 瘤體ADC、MD 值對大腦半球腦膠質(zhì)瘤的診斷效能 ROC 曲線顯示，瘤體MD 的曲線下面積（AUC）為0.914，瘤體ADC 的AUC 為0.851，瘤體MD 值診斷高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的敏感度為84.00%，特異度為96.30%，診斷閾值為1.499；瘤體ADC 值診斷高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的敏感度為76.00%，特異度為85.20%，診斷閾值為1.537，見表4、圖2。

表4 瘤體ADC、MD 值對大腦半球腦膠質(zhì)瘤的診斷效能

圖2 瘤體ADC、MD 值鑒別診斷大腦半球高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤的ROC 曲線

3 討論

腦膠質(zhì)瘤惡性程度高、復(fù)發(fā)率高及5 年生存期短。研究報(bào)道[1]，成人高級(jí)別膠質(zhì)瘤的1 年及5 年生存率分別為30%、13%。根據(jù)腫瘤細(xì)胞的分化程度，WHO 將腦膠質(zhì)瘤分為低級(jí)別（Ⅰ、Ⅱ級(jí)）和高級(jí)別（Ⅳ、Ⅴ級(jí)）兩類，不同級(jí)別的腦膠質(zhì)瘤的MRI 影像表現(xiàn)不同，其治療方法和臨床預(yù)后亦不同。穿刺活檢或手術(shù)切除獲得病理組織學(xué)檢查是診斷腦膠質(zhì)瘤的金標(biāo)準(zhǔn)，但其創(chuàng)傷大，風(fēng)險(xiǎn)高。利用MRI 新技術(shù)可對腦膠質(zhì)瘤進(jìn)行術(shù)前分級(jí)，預(yù)測其病理分級(jí)，有助于臨床選擇治療方式和對預(yù)后的評(píng)估。

DWI 是一種分析組織中水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的成像技術(shù)，在DWI 中，ADC 圖是由單一像素的ADC 值進(jìn)行自然對數(shù)換算后取得，因此同一組織在ADC 圖和DWI 圖中信號(hào)相反[3]，ADC 值能直接反映水分子的擴(kuò)散速率，即ADC 值越高，ADC 圖信號(hào)越高（越白），DWI 圖信號(hào)越低，水分子擴(kuò)散速率越快，反之亦然[4，5]。觀察DWI 圖像時(shí)要聯(lián)合ADC 圖一塊觀看以避免T2透射效應(yīng)[6]，如囊變壞死在ADC 圖上是高信號(hào)，在DWI 圖像上亦可呈高信號(hào)。本研究結(jié)果表明，高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤瘤體ADC 值不同，且ADC值與腦膠質(zhì)瘤的病理分級(jí)呈負(fù)相關(guān)，即腦膠質(zhì)瘤的病理分級(jí)隨著ADC 值的降低呈上升趨勢。張峰等[7]認(rèn)為，低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的ADC 值高于高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤，與本研究結(jié)果基本一致。彭令榮等[8]報(bào)道腦膠質(zhì)瘤的ADC 值與病理分級(jí)呈負(fù)相關(guān)，結(jié)論與本研究結(jié)果基本一致。分析原因：高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤腫瘤細(xì)胞增殖快，細(xì)胞數(shù)及新生血管多，核漿大，排列緊密，細(xì)胞外間隙較小，限制了瘤體內(nèi)水分子的擴(kuò)散[9-11]，故在MRI 圖像上表現(xiàn)為低ADC 值和高信號(hào)。有學(xué)者認(rèn)為不同b 值下腫瘤實(shí)質(zhì)部分最小ADC 值隨著b 值增高而逐漸下降，主要是因?yàn)锳DC 值易受組織灌注影響，瘤體及瘤周水腫的血流灌注不同[12]。本究結(jié)果還顯示，高級(jí)別組腦膠質(zhì)瘤瘤周ADC 值高于低級(jí)別組，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與劉海等[2]研究結(jié)果一致，原因可能是高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤瘤周血管源性水腫嚴(yán)重、水分子擴(kuò)散速率快有關(guān)[13]。高級(jí)別膠質(zhì)瘤周圍血腦屏障破壞，腫瘤新生血管生成及血管通透性增加導(dǎo)致瘤周大片水腫，且鄰近腫瘤區(qū)又受到腫瘤細(xì)胞的浸潤，為浸潤性血管源性水腫[14]。

DTI 是磁共振的功能成像之一，有多個(gè)參數(shù)，能從三維空間各個(gè)方向上定量分析水分子的擴(kuò)散程度，其主要用來評(píng)價(jià)組織纖維結(jié)構(gòu)的完整性，是DWI 圖像單一參數(shù)的有效補(bǔ)充。臨床上常用于評(píng)價(jià)腦、脊髓、心臟及骨骼肌等方面的疾病[3]。DTI 是顯示大腦白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)的新技術(shù)，不但能顯示纖維結(jié)構(gòu)的完整性和走向方向，還能顯示水分子各向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)情況[15]。DTI 常用參數(shù)為MD 和FA。MD 值可定量評(píng)價(jià)水分子自由擴(kuò)散能力，其數(shù)值代表水分子各向平均擴(kuò)散能力。本研究結(jié)果顯示，高、低級(jí)別組腦膠質(zhì)瘤的瘤體MD 值存在差異，即低級(jí)別膠質(zhì)瘤組瘤體MD 值高于高級(jí)別膠質(zhì)瘤組；且瘤體MD 值與腦膠質(zhì)瘤病理分級(jí)呈負(fù)相關(guān)，表明瘤體MD 值隨著病理分級(jí)的升高呈下降趨勢，且腦膠質(zhì)瘤瘤體MD值與病理分級(jí)相關(guān)性高于ADC 值，提示DTI 較DWI 能更準(zhǔn)確的預(yù)測腦膠質(zhì)瘤的病理分級(jí)。DWI 是單一ADC 參數(shù)、單一平面內(nèi)成像，多會(huì)低估組織各向異性，而MD 值是多參數(shù)、三維立體空間成像，能準(zhǔn)確體現(xiàn)水分子擴(kuò)散能力[16]，故MD 值是ADC 值得有效補(bǔ)充，有學(xué)者將MD 值進(jìn)一步分為DA 和DR值來鑒別診斷高級(jí)別膠質(zhì)瘤，發(fā)現(xiàn)其診斷敏感性不如MD 值高[17]。FA 圖是DTI 序列最常用圖，F(xiàn)A 值能反映水分子各向異性程度。本研究結(jié)果顯示，不同級(jí)別腦膠質(zhì)瘤瘤體與瘤周FA 值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），與蔡志超等[18]的研究結(jié)果一致。分析認(rèn)為，瘤體、瘤周FA 值對腦膠質(zhì)瘤病理分級(jí)無效，一方面是因?yàn)镕A 圖像上顯示的是腦白質(zhì)纖維的受侵和被推移征象，而在高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤上都可出現(xiàn)；另一個(gè)方面是FA 值受腫瘤細(xì)胞密度、細(xì)胞外間隙及白質(zhì)纖維髓鞘完整性等多因素的影響及患者的體質(zhì)不同，實(shí)驗(yàn)缺乏可重復(fù)性[19]。

本研究結(jié)果表明，瘤體MD 值鑒別診斷高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的AUC 為0.914，ADC 值鑒別二者的AUC 為0.851，提示MD 與ADC 均能反映腫瘤瘤體組織的水分子擴(kuò)散能力，DTI 可反映腦白質(zhì)纖維束的受侵、破壞和推擠情況，MD 值可從三維立體空間多方面反映瘤體水分子擴(kuò)散情況，更能準(zhǔn)確顯示不同級(jí)別瘤體生物組織學(xué)特性。

本研究不足之處：僅研究了大腦半球不同級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的DTI 和DWI 圖像特征，未進(jìn)行腦干和小腦半球的腦膠質(zhì)瘤研究；選取DTI 參數(shù)較少，亦未應(yīng)用相對ADC 和相對FA 值，且樣本量較小。

綜上所述，DTI、DWI 均可用于術(shù)前評(píng)估大腦半球腦膠質(zhì)瘤病理分級(jí)，且DTI 更具優(yōu)勢，有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值。