朱 巍 高 燕 王培軍

腦膠質(zhì)瘤是最常見的顱內(nèi)原發(fā)性惡性腫瘤，約占中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤的80%［1］，具有高死亡率、高致殘率及低治愈率的特征。隨著腫瘤分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，有研究［2］發(fā)現(xiàn)，在WHOⅡ-Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤患者中均可發(fā)生異檸檬酸脫氫酶1（isocitrate dehydrogenase-1，IDH1）突變，且Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤IDH1突變型較野生型的侵襲性減低。有研究［3-4］顯示，IDH1基因在腫瘤細(xì)胞和血管生成與代謝中所發(fā)揮的作用顯著，與IDH1野生型膠質(zhì)瘤相比，IDH1突變型膠質(zhì)瘤對(duì)化療敏感性和生存預(yù)后有積極作用。常規(guī)MRI是膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷的主要影像學(xué)方法，但目前功能MRI影像學(xué)特征與IDH1表型間的關(guān)系尚不明確。本研究通過分析功能MRI包括彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）、動(dòng)脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling，ASL）、彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、彌散張量纖維束成像（diffusion tensor tractography，DTT）和磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging，SWI）的影像學(xué)特征與IDH1突變情況的關(guān)系，旨在尋找可反映膠質(zhì)瘤IDH1表達(dá)特征的功能MRI影像學(xué)標(biāo)志，從而為膠質(zhì)瘤的臨床診斷、治療及預(yù)后評(píng)估提供重要參考。

方 法

1.臨床資料

收集2018年11月—2020年8月在同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院就診的腦膠質(zhì)瘤患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有患者術(shù)前除行常規(guī)MRI掃描（平掃+增強(qiáng)）檢查外，還進(jìn)行功能MRI檢查，包括DWI、ASL、DTI、DTT、SWI序列掃描；②術(shù)后病理診斷為膠質(zhì)瘤；③術(shù)后均通過基因檢測(cè)獲得IDH1突變狀態(tài)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①圖像偽影重，以致無法分析；②病變內(nèi)部壞死或出血范圍大；③MRI檢查前接受過其他治療，如放化療、手術(shù)等。最終納入46例患者，其中WHOⅡ級(jí)14例，Ⅲ級(jí)11例，Ⅳ級(jí)21例；男性17例，女性29例；年齡18～74歲，中位年齡47.0歲。所有患者均于檢查前簽署知情同意書。

2.MRI檢查方法

采用SIEMENSVerio 3.0T超導(dǎo)型磁共振掃描儀，標(biāo)準(zhǔn)16通道頭部相控陣線圈。囑患者仰臥，行常規(guī)平掃+增強(qiáng)掃描。序列及參數(shù)：T1加權(quán)（T1W）序列，重復(fù)時(shí)間（TR）=1 530 ms，回波時(shí)間（TE）=9 ms；T2加權(quán)（T2W）序列，TR=4 210 ms，TE=96 ms；T2加權(quán)液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（T2-FLAIR）序列，TR=5 000 ms，TE=94 ms，矩 陣256×256， 視野23 cm×23 cm，平均激發(fā)次數(shù)=1，層厚5 mm，層間隔1 mm。采用專用高壓注射器，經(jīng)肘靜脈血管團(tuán)注造影劑釓噴酸葡胺（Gd-DTPA），劑量3 ml/s。分別行軸位、冠狀位和矢狀位T1W增強(qiáng)掃描，掃描參數(shù)同前。功能MRI序列及相應(yīng)的掃描參數(shù)：DWI序列，TR=5 400 ms，TE=94 ms，彌散敏感系數(shù)（b）值取0和1 000 s/mm2；3D-ASL序列，TR=3 500 ms，TE=15 ms；DTI序列，TR=13 100 ms，TE=92 ms，在30個(gè)不同方向施加彌散梯度場(chǎng)；SWI序列，TR=27 ms，TE=20 ms。

3.圖像分析

由1名從事神經(jīng)影像診斷工作超過15年的診斷醫(yī)師采用盲法獨(dú)立進(jìn)行圖像分析和處理，常規(guī)MRI平掃+增強(qiáng)用來判斷病灶有無強(qiáng)化、壞死、囊變及出血等。DWI的表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）圖、ASL的腦血流量（cerebral blood flow，CBF）圖、DTI的各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）圖和DTT圖在掃描完成后在Siemens Syngo.via工作站（Siemens公司，德國(guó)）上通過標(biāo)準(zhǔn)軟件包進(jìn)行圖像后處理獲得。診斷醫(yī)師結(jié)合各個(gè)序列進(jìn)行綜合分析后盡可能避開囊變、出血、壞死、腦溝等區(qū)域，在腫瘤實(shí)性成分（由FLAIR和T1W增強(qiáng)界定）和對(duì)側(cè)相應(yīng)正常腦白質(zhì)中分別選取相同大小的感興趣區(qū)（region of interest，ROI），分別測(cè)量出ADC值，并計(jì)算兩者之間的比值得到相對(duì)ADC（relative ADC，rADC）值，以減少誤差。另外獲得腫瘤實(shí)性成分中ROI的ADC最小值，記為ADCmin值，并獲得其與對(duì)側(cè)相應(yīng)正常腦白質(zhì)中ROI的比值，記為標(biāo)準(zhǔn)化ADC（normalized ADC，nADC）值。rADC值及nADC值不受ROI大小影響，但ADCmin值可能受ROI大小影響，因此在分析所有圖像后，將ROI大小均設(shè)定為25 mm2。在FA圖和CBF圖中用獲取rADC值同樣的方法計(jì)算得到相對(duì)FA（relative FA，rFA） 值和相對(duì)CBF（relative CBF，rCBF）值，ROI大小同樣均設(shè)定為25 mm2。另外，在CBF圖上測(cè)量腫瘤實(shí)性成分中ROI的CBF最大值記為CBFmax值，并獲得其與對(duì)側(cè)相應(yīng)正常腦白質(zhì)中ROI的比值，記為標(biāo)準(zhǔn)化CBF（normalized CBF，nCBF）值。以上所有序列中每個(gè)ROI的數(shù)值均為測(cè)量3次后的平均值。DTT采用連續(xù)示蹤法，由同一位影像診斷醫(yī)師選擇腫瘤最大層面和對(duì)側(cè)相應(yīng)層面腦白質(zhì)纖維束為ROI。采用國(guó)內(nèi)通用標(biāo)準(zhǔn)［5］對(duì)纖維束狀態(tài)進(jìn)行判斷：推移、浸潤(rùn)和破壞中斷。與對(duì)側(cè)正常纖維束相比，推移表現(xiàn)為腫瘤一側(cè)纖維束僅有位置改變，纖維束外部形態(tài)未見明顯改變；浸潤(rùn)表現(xiàn)為腫瘤一側(cè)纖維束形態(tài)紊亂，部分被破壞甚至中斷；中斷為腫瘤一側(cè)纖維束完全被破壞因而發(fā)生斷裂。SWI序列掃描完成后，后處理工作站根據(jù)強(qiáng)度數(shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)重建獲得相位圖及最終的SWI圖像，同時(shí)生成最小信號(hào)投影圖，層厚為2 mm。以SWI最小信號(hào)投影圖顯示的膠質(zhì)瘤內(nèi)磁敏感效應(yīng)為基準(zhǔn)來進(jìn)行SWI序列的半定量分析，同時(shí)與相位圖結(jié)合進(jìn)行分析判斷。腫瘤內(nèi)磁敏感信號(hào)（intratumoral susceptibility signal，ITSS）定義為在SWI最小信號(hào)投影圖像上，膠質(zhì)瘤內(nèi)不聚集或聚集的細(xì)線狀或點(diǎn)狀低信號(hào)。在進(jìn)行ITSS半定量評(píng)分前，需結(jié)合CT圖像或相位圖來排除膠質(zhì)瘤內(nèi)的鈣化成分。根據(jù)膠質(zhì)瘤內(nèi)ITSS的不同表現(xiàn)分為4個(gè)等級(jí)［6］：①0級(jí)，無ITSS；②1級(jí)，1～5個(gè)細(xì)線狀或點(diǎn)狀I(lǐng)TSS；③2級(jí)，6～10個(gè)細(xì)線狀或點(diǎn)狀I(lǐng)TSS；④3級(jí)，11個(gè)或11個(gè)以上細(xì)線狀或點(diǎn)狀I(lǐng)TSS。

4.基因檢測(cè)

所有手術(shù)切除病灶的術(shù)后病理檢查標(biāo)本均采用基因測(cè)序法檢測(cè)IDH1突變狀態(tài)，將IDH1表達(dá)陽性定為IDH1突變型組，IDH1表達(dá)陰性定為IDH1野生型組。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。呈偏態(tài)分布的計(jì)量資料以M（P25，P75）表示，2組間比較采用Mann-WhitneyU秩和檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以例數(shù)（百分?jǐn)?shù)）表示，2組間比較采用卡方檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.膠質(zhì)瘤患者流行病學(xué)特征和功能MRI表現(xiàn)特征

根據(jù)2007年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)瘤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，術(shù)后病理分為WHOⅡ級(jí)14例，Ⅲ級(jí)11例，Ⅳ級(jí)21例?；蚍中椭蠭DH1野生型26例，突變型20例。功能MRI中，DWI的rADC、ADCmin、nADC值分別為1.59（1.32，1.86）、901.00（777，1 200） ×10-6mm2/s、1.33（1.08，1.65）。ASL的rCBF值、nCBF值分別為1.57（1.26，1.79）、2.65（2.21，3.35）。DTI的rFA值為0.44（0.37，0.54）。DTT圖顯示纖維束改變情況：推移7例；浸潤(rùn)12例；中斷27例。SWI序列的ITSS等級(jí)顯示：0級(jí)10例，1級(jí)12例，2級(jí)11例，3級(jí)13例。IDH1突變型和野生型膠質(zhì)瘤患者M(jìn)RI平掃、增強(qiáng)及功能成像的影像特征比較見圖1、2。

圖1 IDH1突變型病例（45歲女性，右側(cè)額葉星形細(xì)胞瘤，WHOⅡ級(jí)）

2.IDH1突變狀態(tài)與多模態(tài)功能MRI序列參數(shù)的相關(guān)性

在膠質(zhì)瘤的DWI序列中，膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)部分nADC值在IDH1野生型和突變型之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），IDH1突變型膠質(zhì)瘤具有更高的nADC值（P=0.012），而膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)部分rADC值、ADCmin值在IDH1野生型和突變型之間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。在ASL序列中，膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)部分nCBF值在IDH1突變型和野生型之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），IDH1野生型膠質(zhì)瘤具有更高的nCBF值（P=0.032），而膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)部分rCBF值在IDH1突變型和野生型之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。在DTI序列中，膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)部分rFA值在IDH1突變型和野生型之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。詳見表1。

表1 IDH1野生型組和突變型組膠質(zhì)瘤患者功能MRI定量參數(shù)的比較M（P25，P75）

在膠質(zhì)瘤的DTT圖中，瘤周纖維束狀態(tài)在IDH1突變型和野生型之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。在SWI序列中，膠質(zhì)瘤ITSS等級(jí)在IDH1基因野生型和突變型之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），IDH1野生型膠質(zhì)瘤出現(xiàn)3級(jí)ITSS的比例明顯高于IDH1突變型膠質(zhì)瘤（P=0.023）。詳見表2。

表2 IDH1野生型組和突變型組膠質(zhì)瘤患者功能MRI半定量參數(shù)及定性特征的比較例（%）

圖2 IDH1野生型病例（56歲女性，左側(cè)額葉膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，WHOⅣ級(jí)）

討 論

腫瘤血管增殖是惡性腦膠質(zhì)瘤的重要組織學(xué)特性［7］。研究［8］顯示，膠質(zhì)瘤IDH1發(fā)生突變時(shí)可以更好地抑制腫瘤的血管生成。功能MRI不僅能反映膠質(zhì)瘤的形態(tài)學(xué)特征，還可以體現(xiàn)腫瘤組織的功能、血流動(dòng)力學(xué)及代謝等變化，不同IDH1突變狀態(tài)的腦膠質(zhì)瘤功能MRI表現(xiàn)也各有特征。

本研究結(jié)果顯示，DWI的rADC值和ADCmin值在IDH1有無突變者之間均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但nADC值在IDH1有無突變者之間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，IDH1突變型膠質(zhì)瘤具有更高的nADC值（P=0.012）。腫瘤細(xì)胞增殖越活躍，細(xì)胞密度越高，自由水的彌散受限就越明顯，DWI序列的ADC值越低。有研究［9］顯示，膠質(zhì)瘤IDH1發(fā)生突變時(shí)能進(jìn)一步抑制腫瘤的增殖活性，并最終導(dǎo)致ADC值增高。本研究為減少誤差，在ADC值的基礎(chǔ)上使用rADC值，但并未能區(qū)分IDH1突變情況，考慮這可能是因?yàn)槟z質(zhì)瘤具有高度的異質(zhì)性，腫瘤常伴有壞死、出血等改變，因此平均ADC值常不能夠準(zhǔn)確反映腫瘤細(xì)胞的密度和增殖情況。ADCmin值一定程度上反映了膠質(zhì)瘤瘤體內(nèi)增殖活性最高的區(qū)域，因此反映了膠質(zhì)瘤的異質(zhì)性。Xiong等［10］研究發(fā)現(xiàn)不同IDH1基因型少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的ADCmin值之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，本研究未能觀察到這一差異，考慮這可能與本研究針對(duì)的對(duì)象是WHOⅡ-Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤有關(guān)。但本研究發(fā)現(xiàn)nADC值能區(qū)分IDH1突變情況，而nADC值是在ADCmin值的基礎(chǔ)上進(jìn)一步獲得的，反映了腫瘤的異質(zhì)性，因而該結(jié)果具有一定的可信度。

ASL序列的參數(shù)CBF可量化評(píng)估腫瘤內(nèi)血流灌注情況。針對(duì)IDH1突變可抑制膠質(zhì)瘤血管生成這一特點(diǎn)，本研究采用CBF值來分析膠質(zhì)瘤IDH1突變情況，結(jié)果顯示rCBF值無法區(qū)分IDH1突變情況，而nCBF值可以區(qū)分IDH1突變情況，IDH1野生型膠質(zhì)瘤具有更高的nCBF值 （P=0.032）。Brendle等［11］的研究顯示，相對(duì)于IDH1野生型星形細(xì)胞瘤，突變型星形細(xì)胞瘤CBF值更低，提示這類腫瘤可能具有較低的灌注。本研究為減小誤差使用rCBF值，但沒有得到類似的結(jié)果，這可能是由于ASL序列圖像分辨率相對(duì)較低，因而導(dǎo)致ROI的選取和測(cè)量時(shí)產(chǎn)生一定的誤差；但基于CBFmax值的nCBF值可以區(qū)分IDH1突變情況，這可能是因?yàn)镃BFmax值反映的是腫瘤內(nèi)血流量最為豐富的區(qū)域，因而凸顯了IDH1突變型膠質(zhì)瘤和IDH1野生型膠質(zhì)瘤的血流差異。

DTI序列的FA值能定量反映水分子的彌散各向異性。對(duì)于腦腫瘤組織，當(dāng)神經(jīng)元軸突排列失去正常的完整性和方向性時(shí)，病灶區(qū)域的FA值會(huì)降低［12］。Figini等［13］的研究發(fā)現(xiàn)，在Ⅱ、Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤中，F(xiàn)A值在IDH1突變型和野生型膠質(zhì)瘤間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。本研究使用基于FA值的rFA值得出的結(jié)果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，考慮這可能是因?yàn)檠芯繕颖玖坎蛔?，下一步需要加大樣本量進(jìn)一步研究。DTT圖是利用DTI的FA圖進(jìn)行后處理得到腦白質(zhì)纖維束傳導(dǎo)圖。本研究結(jié)果顯示，IDH1突變情況在膠質(zhì)瘤瘤周纖維束狀態(tài)中無明顯差異，這可能是因?yàn)槟z質(zhì)瘤的生長(zhǎng)方式本身就是以浸潤(rùn)性生長(zhǎng)為主，因此瘤周纖維束狀態(tài)難以反映出IDH1突變情況。

SWI主要是利用不同組織的磁敏感差異產(chǎn)生圖像對(duì)比。腫瘤內(nèi)的微出血灶和小血管表現(xiàn)為點(diǎn)狀和線狀低信號(hào)。鈣化在SWI上也是低信號(hào)，鈣化是少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤較為典型的特征，通常在CT上表現(xiàn)為高密度，當(dāng)缺少CT檢查時(shí)，結(jié)合SWI的相位圖可以鑒別。本研究發(fā)現(xiàn)IDH1突變情況在ITSS等級(jí)中有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.023），IDH1野生型膠質(zhì)瘤出現(xiàn)3級(jí)ITSS比例明顯高于突變型膠質(zhì)瘤，這說明可能是膠質(zhì)瘤IDH1發(fā)生突變時(shí)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物對(duì)低氧誘導(dǎo)因子和新生血管的生成具有抑制作用，降低了腫瘤的增殖能力和新生血管生成，從而使IDH1突變型膠質(zhì)瘤的侵襲性低于同級(jí)別IDH1野生型膠質(zhì)瘤。

綜上所述，膠質(zhì)瘤多模態(tài)功能MRI中DWI的nADC值、ASL的nCBF值以及SWI的ITSS等級(jí)均可評(píng)估膠質(zhì)瘤IDH1突變狀態(tài)，為術(shù)前評(píng)估腦膠質(zhì)瘤IDH1基因型提供了無創(chuàng)的影像學(xué)手段。在以后的研究中還需擴(kuò)大樣本量以增加本研究結(jié)論的可靠性。未來聯(lián)合多種功能MRI序列有望進(jìn)一步提高膠質(zhì)瘤IDH1基因型的診斷效能，為腦膠質(zhì)瘤的診斷、療效檢測(cè)和預(yù)后評(píng)估提供更多有價(jià)值的信息。