錢海峰 孫勝杰 吳曉 李鳳琪 李章宇 胡春洪

動態(tài)對比增強磁共振與擴散加權(quán)成像對腦膠質(zhì)瘤分級診斷的比較研究

錢海峰 孫勝杰 吳曉 李鳳琪 李章宇 胡春洪

目的 比較動態(tài)對比增強磁共振（DCE-MRI）滲透性參數(shù)Ktrans值、ve值及擴散加權(quán)成像（DWI）的ADC值對腦膠質(zhì)瘤分級的診斷價值。方法 回顧性分析經(jīng)病理證實的16例高級別腦膠質(zhì)瘤（HGG）和12例低級別腦膠質(zhì)瘤（LGG）患者的磁共振資料，所用序列包括常規(guī)平掃、DWI和動態(tài)對比增強掃描LAVA序列，分別測量腫瘤感興趣區(qū)域（ROI）DCE-MRI的滲透性參數(shù)Ktrans值、ve值和DWI的tADC值、rADC值。t檢驗比較HGG和LGG兩組間參數(shù)的統(tǒng)計學(xué)差異。采用ROC曲線分析Ktrans值、Ve值、tADC值、rADC值的最佳閾值及其敏感度、特異度和AUC。結(jié)果 HGG Ktrans值、ve值均高于LGG，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.01）；而HGG tADC值、rADC值均明顯低于LGG，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.01）。ve值診斷HGG的AUC最大為0.906，取ve值最佳閾值0.142，對診斷HGG的敏感度和特異度分別為87.5%和91.7%。結(jié)論 DCE-MRI滲透性參數(shù)及DWI的ADC值均有助于高級別和低級別腦膠質(zhì)瘤的分級診斷，但ve值的價值更高。

膠質(zhì)瘤 動態(tài)對比增強磁共振 擴散加權(quán)成像 表觀彌散系數(shù)

腦膠質(zhì)瘤是成人顱內(nèi)最常見的原發(fā)性顱內(nèi)腫瘤，發(fā)病率約為4/10萬，且發(fā)病率有逐年上升的趨勢[1]。擴散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）可以量化水分子彌散受限程度，反映小分子物質(zhì)在活體組織內(nèi)進行的微觀布朗運動，其表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）與腫瘤細胞密度、良惡性等具有相關(guān)性[2]。定量動態(tài)對比增強磁共振 （dynamiccontrastenhanced magneticresonance imaging，DCE-MRI）則通過動態(tài)監(jiān)測對比劑在體內(nèi)的吸收、代謝等藥代動力學(xué)過程獲得定量的血流動力學(xué)參數(shù)，在細胞分子功能水平上反映組織血管分布、血流灌注等生理信息的作用[3-4]。本研究旨在比較定量DCE-MRI滲透性參數(shù)及DWI的ADC值對腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的診斷價值。

1 對象和方法

1.1 對象 收集2013年3月至2015年2月在湖州市中心醫(yī)院行術(shù)前MRI檢查且病理診斷為腦膠質(zhì)瘤的患者28例，其中男15例，女13例；年齡14～73歲，中位年齡45.7歲。所有患者均在行MRI檢查后2周內(nèi)手術(shù)，檢查前均簽署知情同意書。28例患者按照2007年WHO標準病理診斷分為兩組，高級別腦膠質(zhì)瘤（high grade glioma,HGG）16例（Ⅲ級7例，Ⅳ級9例），低級別膠質(zhì)瘤（low grade glioma,LGG）12例（Ⅰ級2例，Ⅱ級10例）。

1.2 檢查方法 采用美國GE公司Discovery MR 750 3.0T超導(dǎo)型磁共振儀，以頭部專用線圈為接收線圈。掃描方位及序列包括：（1）2D SE T1WI軸位：TR 500ms、TE 20ms，矩陣256×256，采集次數(shù)（NEX）=2。（2）2D FSE T2WI軸位：TR 3 500ms、TE 90ms，矩陣256×256，NEX= 2，回波鏈長度為12。（3）EPI-DWI：TR 7 500ms、TE 60ms，矩陣128×128，F(xiàn)OV=24cm，EPI因子4，b值=0，1 000s/mm2，層厚5.0mm，層間距1.0mm，SPIR壓脂。（4）多翻轉(zhuǎn)角的T1Mapping掃描：TR 2 472ms、TE 1 196ms，矩陣160×128，層厚5.0mm，層間距2.5mm，翻轉(zhuǎn)角為3°、6°、9°、12°和15°。（5）動態(tài)對比增強掃描LAVA序列：翻轉(zhuǎn)角為15°，其余參數(shù)同多翻轉(zhuǎn)角的T1Mapping掃描。單次掃描時間6s，共40期，動態(tài)增強掃描時間共240s。動態(tài)對比增強掃描在第2個動態(tài)增強時相結(jié)束后，同步采用高壓注射器靜脈注射小分子量釓雙胺對比劑Gd-DTPA-BMA（歐乃影，Omniscan），注射速率2ml/s，劑量0.1mmol/kg，并以相同速率注射0.9%氯化鈉溶液15ml沖洗導(dǎo)管。

1.3 圖像分析 多翻轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)及動態(tài)對比增強掃描數(shù)據(jù)，均分別導(dǎo)入動態(tài)對比增強定量分析軟件（Omni Kinetics，GE Healthcare，Life Science），利用軟件Extended Tofts Linear Model兩室模型，將多翻轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)進行T1mapping計算完成亮度信息到血流濃度信號的轉(zhuǎn)換。以上矢狀竇作為靶血管，勾畫面積為20～40mm2的圓形感興趣區(qū)域（region of interest，ROI），提取個體化血管輸入函數(shù)（vascular input function，VIF），選擇血管中心位置保證VIF的ROI不超出血管壁，以準確獲得時間-濃度曲線。參考T1、T2加權(quán)圖像在動態(tài)對比增強圖像上取病灶最大增強區(qū)域手動勾畫面積為20～60mm2圓形ROI，盡量避開囊變、壞死、出血及正常血管，同ROI均勾畫在滲透性參數(shù)功能性彩圖上，取ROI內(nèi)定量參數(shù)平均值，同一病灶內(nèi)重復(fù)手動勾畫ROI 5次，取各參數(shù)5次測量結(jié)果的平均值，以降低因手動勾畫ROI造成的病灶漏畫和噪音誤差。滲透性參數(shù)包括轉(zhuǎn)運常數(shù)（volume transfer constant,Ktran）s、細胞外血管外間隙容量（volume fraction of extravascular extracellular space,v）e。采用AW4.3工作站Functool軟件重建出ADC圖，參照T1、T2加權(quán)圖像，在同層面橫軸位ADC偽彩圖上勾畫相同ROI，與上述測量滲透性參數(shù)的方法相同，得到腫瘤的ADC值（tADC）。同時測量對側(cè)相應(yīng)部位正常腦白質(zhì)的ADC值，以腫瘤ADC值與對側(cè)正常腦白質(zhì)ADC值的比值作為相對ADC值（rADC）。各參數(shù)指標的閾值為ROC曲線上相應(yīng)各點的參數(shù)值，最佳閾值為敏感度與特異度之和的最大值所對應(yīng)的閾值。圖像判讀由2位放射科副主任以上醫(yī)師按照單盲法分析，結(jié)果不一致時經(jīng)協(xié)商取得一致意見。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 采用MedCalc醫(yī)學(xué)統(tǒng)計軟件，測得腦膠質(zhì)瘤的DCE-MRI滲透性參數(shù)Ktrans值、ve值及DWI的tADC值、rADC值以表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗。采用ROC曲線分析不同指標的最佳閾值，并計算Ktrans值、ve值、tADC值及rADC值對HGG鑒別診斷的靈敏度、特異度和AUC。

2 結(jié)果

2.1 兩組DCE-MRI滲透性參數(shù)及DWI的ADC值比較 HGG Ktrans值、ve值均高于LGG，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.01）；而HGG tADC值、rADC值均明顯低于LGG，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.01），見表1和圖1-2（見插頁）。

表1 兩組DCE-MRI滲透性參數(shù)及DWI的ADC值比較

2.2 ROC曲線分析結(jié)果 從ROC曲線分析結(jié)果可見，以ve值的AUC最大為0.906，但不同觀察指標AUC值的組間兩兩比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）。取ve值最佳閾值0.142時，對診斷HGG的靈敏度和特異度分別為87.5%和91.7%，見表2和圖3（見插頁）。

表2 不同指標腦膠質(zhì)瘤分級診斷的ROC曲線分析結(jié)果

3 討論

腦膠質(zhì)瘤的準確分級對臨床治療方案的決定和預(yù)后的評估是非常重要的[5-6]。目前，有關(guān)腦膠質(zhì)瘤分級診斷的國內(nèi)外報道較多的是動態(tài)磁敏感對比增強磁共振成像（DSC-MRI）、1H-磁共振波譜（1H-MRS）和DWI等[7-10]，而關(guān)于DCE-MRI與其他序列對腦膠質(zhì)瘤分級的比較研究較少[11]。本研究主要是DCE-MRI滲透性參數(shù)Ktrans值、ve值和DWI的tADC值、rADC值對腦膠質(zhì)瘤惡性程度分級的比較研究，以提高腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級診斷的準確性。

血管依賴性腫瘤的血管內(nèi)皮生長因子分泌增加，促使不成熟的新生微血管生長，提高微血管密度，同時基底膜不完整，血管通透性增加，故腦膠質(zhì)瘤的病理分級與微血管密度呈正相關(guān)[12]。DCE-MRI滲透性參數(shù)是基于腦膠質(zhì)瘤血管內(nèi)皮通透性增加，血管內(nèi)的對比劑會滲漏到周圍組織間隙，就會產(chǎn)生對比劑的T1短效應(yīng)影響[13]。從表1中可見，HGG滲透性參數(shù)Ktrans值、ve值明顯高于LGG，這在參數(shù)彩圖上也可以看到LGG的信號明顯低于HGG，本研究結(jié)果提示Ktrans值、ve值越高，則表示微血管生成越多，血管通透性越高，腦膠質(zhì)瘤的級別越高。Pike等[14]通過活體內(nèi)膠質(zhì)瘤的老鼠模型也證實隨著腫瘤血管生成增多，腫瘤級別增加，Ktrans值、ve值相應(yīng)的增加。

近期一些研究結(jié)果表明滲透性參數(shù) Ktrans值、ve值對鑒別腫瘤的良惡性具有較高的敏感度和特異度[4，15-16]，認為 Ktrans值、ve值越高預(yù)示新生微血管越多，腫瘤進展越快，惡性可能性越大。Choi等[11]報道以ROC曲線下面積評價ve值中位值的AUC最大（0.857），但與Ktrans值中位值的AUC（0.833）比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義[13]。本研究中，ROC曲線分析結(jié)果表明ve值的AUC最大（0.906），tADC值最?。?.768），但組間兩兩比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。取ve值最佳閾值0.142時，對診斷HGG的靈敏度和特異度分別為87.5%和91.7%，相比之下tADC值和rADC值的靈敏度和特異度稍差，但仍高于Server等[6]以腦血容量來判斷腦膠質(zhì)瘤分級的特異度（特異度為66.7%），這可能與DSC-MRI模型忽略惡性腫瘤對比劑滲漏有關(guān)。

本研究中，HGG的tADC值、rADC值明顯低于LGG，在ADC彩圖上HGG的信號更高，提示HGG腫瘤細胞密度高于LGG，血管外細胞外間隙減小，組織中水分子擴散運動受限。張雪峰等[17]在80例腦膠質(zhì)瘤的磁共振波譜成像和DWI研究中提示腫瘤的tADC值和rADC值與腫瘤級別呈負相關(guān)（r=-0.756和-0.789，P＜0.05）。但Choi等[11]以DCE-MRI和DWI研究33例腦膠質(zhì)瘤分級，提示腫瘤的ADC值與DCE-MRI滲透性參數(shù)間不具有相關(guān)性，分析原因認為ADC值不但與細胞外血管外間隙有關(guān)，而且也與腫瘤細胞密度、毛細血管床灌注、新生血管滲透性有關(guān)。分析原因，可能是由于腫瘤的tADC值僅在一定水平能反映腫瘤的惡性程度，HGG與LGG的tADC值存在交叉重疊，故本研究中采用rADC值作了初步研究，結(jié)果表明HGG與LGG兩者間的rADC值差異有統(tǒng)計學(xué)意義，但缺乏大樣本病例證實。

本研究也存在一些局限性。首先，研究的樣本量較小，對統(tǒng)計結(jié)果可能存在偏倚。其次，勾畫ROI時，不可避免的存在偏差，而腫瘤的壞死、囊變及水腫等適應(yīng)性變化[7]與微血管通透性有一定關(guān)系。最后，病理結(jié)果取得與MRI檢查時間不同步（最長相差14d），在這期間內(nèi)病灶可能出現(xiàn)進展，同時病理結(jié)果與影像檢查無法做到點對點對應(yīng)，故存在研究樣本的偏差。

綜上所述，DCE-MRI滲透性參數(shù)及DWI的ADC值尤其是ve值有助于高級別和低級別腦膠質(zhì)瘤分級的診斷。

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Comparison of dynamic contrast-enhanced MRI(DCE-MRI)with diffusion weighted imaging(DWI) in diagnosis and grading of glioma

QIAN Haifeng,SUN Shengjie,WU Xiao,et al.Department of Radiology,Huzhou Central Hospital,Huzhou 313000，China

Objective To compare of dynamic contrast-enhanced MRI(DCE-MRI)with diffusion weighted imaging(DWI) in diagnosis and grading of glioma. Methods MRI examinations were performed in 16 patients with high grade gliomas(HGG) and 12 patients with low grade gliomas(LGG)confirmed by pathology.The values of volume transfer constant(Ktrans),volume fraction of extravascular extracellular space(ve)of the region of interest(ROI)were calculated on DCE-MRI by pharmacokinetic model,and the tumor apparent diffusion coefficient(tADC)and relative ADC(rADC)values were measured on DWI.The t test was used to calculate the statistical significance of Ktransvalue,vevalue,tADC value and rADC value between HGG and LGG.The receiver operating characteristic(ROC)curve analysis was also performed for evaluation of the sensitivity,specificity and area under curve(AUC).Results HGG showed higher Ktrans,vevalues and lower tADC,rADC values than LGG(all P＜0.01).ROC curve analysis showed the AUC of mean vevalue was the highest(AUC=0.906),and taking 0.142 as a cut-off value of ve,the sensitivity and specificity to diagnose HGG were 87.5%and 91.7%,respectively. Conclusion Quantitative analysis parameters of DCE-MRI and ADC value on DWI are of value in the diagnosis and grading of glioma.

Glioma DCE-MRIDWIApparent diffusion coefficient

2015-03-17）

（本文編輯：陳麗）

湖州市科技局項目（2014GY22）

313000 湖州市中心醫(yī)院放射科（錢海峰、孫勝杰、吳曉、李鳳琪、李章宇）；蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像中心（胡春洪）

胡春洪，E-mail：hch5305@163.com