盧海濤 邢 偉 張艷文 周 鵬 顧正章

膠質(zhì)瘤是腦內(nèi)最常見的原發(fā)性腫瘤，按照細(xì)胞分化水平、增殖程度及對周圍組織的侵襲性不同，分為WHOⅠ～Ⅳ級，其中WHOⅠ～Ⅱ級為低級別，細(xì)胞分化程度高，侵襲性偏低，預(yù)后相對較好，治療方案主要是手術(shù)切除；WHOⅢ～Ⅳ級為高級別，細(xì)胞分化程度低，侵襲性高、預(yù)后差，需要接受手術(shù)切除及術(shù)后同步放、化療的綜合治療方案。因此，腦低級別與高級別膠質(zhì)的術(shù)前鑒別診斷，對于臨床手術(shù)方式的選取及后續(xù)治療方案的制訂具有重要的價值。

低級別膠質(zhì)瘤在MRI常規(guī)平掃及增強序列上的表現(xiàn)，與高級別膠質(zhì)瘤具有一定的重疊，難以通過肉眼觀察進(jìn)行鑒別。彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）可通過檢測腫瘤內(nèi)水分子的彌散運動，反映腫瘤細(xì)胞增殖程度，對膠質(zhì)瘤的分級具有較大價值［1-4］。以往腦膠質(zhì)瘤分級的DWI研究主要存在以下不足：首先，感興趣區(qū)（ROI）的勾畫多采用“小圓形”工具［4-6］，具有一定的主觀性，難以避免抽樣誤差；其次，所研究病例多未對彌漫性、局限性生長膠質(zhì)瘤進(jìn)行區(qū)分［7］，毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤、多形性黃色星形細(xì)胞瘤等局限性生長膠質(zhì)瘤的生長方式、組織排列方式與來源于星形膠質(zhì)細(xì)胞或少突膠質(zhì)細(xì)胞的彌漫性生長膠質(zhì)瘤完全不同，將兩者混在一起研究容易對結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。本研究擬采用最大層面的全瘤ROI勾畫法，基于DWI的直方圖分析對彌漫性膠質(zhì)瘤進(jìn)行研究，以期為術(shù)前高、低級別膠質(zhì)瘤的鑒別提供有價值的影像學(xué)標(biāo)記。

方 法

1. 患者資料

回顧性收集我院2016年4月至2020年11月期間經(jīng)手術(shù)病理證實的67例彌漫性腦膠質(zhì)瘤的影像學(xué)與病理資料：高級別組48例，男性26例，女性22例，年齡15～76歲，中位年齡54.5歲，其中間變型星形細(xì)胞瘤9例，間變型少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤6例，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤33例，Ki-67增殖指數(shù)8%～70%，平均值26.4%；低級別組19例，男性9例，女性10例，年齡21～64歲，中位年齡40歲，其中星形細(xì)胞瘤12例（WHOⅠ級1例，WHOⅡ級11例），少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤7例（WHOⅡ級），Ki-67增殖指數(shù)1%～5%，平均值3.1%。入組標(biāo)準(zhǔn)：①首次手術(shù)的腦膠質(zhì)瘤，術(shù)前未經(jīng)過放療（包括γ刀等）或化療；②MRI圖像符合診斷及分析要求；③病理結(jié)果為彌漫性腦膠質(zhì)瘤。

2.MRI檢查方法

采用Philips Achieve及Ingenia 3.0 T超導(dǎo)MRI掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。掃描序列包括橫斷面T1WI、T2WI、DWI、液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（FLAIR）及T1WI增強。DWI掃描采用回波平面成像（EPI）序列，EPI因子=61，激勵次數(shù)=1，反轉(zhuǎn)角=90°，b值=0、1 000 s/mm2，TE=91 ms，TR=2 471 ms，以層厚6 mm、層間距1 mm采集18層圖像，F(xiàn)OV=230 mm×230 mm×125 mm，采集體素=1.40 mm×1.89 mm×6.00 mm，重建體素=1.03 mm×1.03 mm×6.00 mm，掃描時間29.7 s。

3. 數(shù)據(jù)分析

由2名影像科高年資主治醫(yī)師共同進(jìn)行圖像觀察、ROI勾畫及數(shù)據(jù)測量。將所有患者的MRI數(shù)據(jù)傳輸至后處理工作站進(jìn)行觀察，并以DICOM格式導(dǎo)出以備后續(xù)直方圖特征提取。采用FireVoxel（https://www.firevoxel.org/）軟件進(jìn)行ROI勾畫及直方圖特征提取，于FLAIR圖像（低級別膠質(zhì)瘤）或T1WI增強圖像（高級別膠質(zhì)瘤）腫瘤最大層面，沿腫瘤邊界進(jìn)行ROI勾畫（圖1A、圖2B），包含腫瘤內(nèi)部出血、囊變、鈣化及壞死區(qū)，ROI的范圍由2名影像科高年資主治醫(yī)師共同進(jìn)行，意見不一致時通過協(xié)商解決。將勾畫的ROI復(fù)制到ADC圖，提取ROI內(nèi)ADC值的多個直方圖特征（主要包括最小值、最大值、平均值、中位值、第10百分位數(shù)、第25百分位數(shù)、第75百分位數(shù)、第90百分位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、不均勻度、偏度、峰度及熵），記錄數(shù)據(jù)并用于后續(xù)統(tǒng)計分析。

4. 統(tǒng)計學(xué)分析

采用IBM SPSS Statistics 25和MedCalc軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)分析。分別采用Shapiro-Wilk檢驗和Levene檢驗對定量資料進(jìn)行正態(tài)性檢驗和方差齊性檢驗。正態(tài)分布資料以±s表示，非正態(tài)分布資料采用M（P25，P75）表示。然后采用獨立樣本t檢驗（滿足正態(tài)分布和方差齊性）或Mann-Whitney秩和檢驗（不滿足正態(tài)分布或方差不齊）比較高級別組與低級別組腦膠質(zhì)瘤ADC值各直方圖特征的差異，P＜0.01為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。對于差異有統(tǒng)計學(xué)意義的直方圖特征，通過繪制ROC曲線評價其鑒別高、低級別腦膠質(zhì)瘤的效能。采用Pearson相關(guān)分析評價ADC值的直方圖特征與Ki-67增殖指數(shù)的相關(guān)性。

結(jié) 果

直方圖示低級別膠質(zhì)瘤的ADC值相對集中，趨近正態(tài)分布，高級別膠質(zhì)瘤的ADC值相對離散，可見“雙峰”樣表現(xiàn)（圖3）。

高級別膠質(zhì)瘤的ADC最大值、標(biāo)準(zhǔn)差及不均勻度顯著大于低級別膠質(zhì)瘤（P值分別為0.025、0.001、0.000）。高級別膠質(zhì)瘤的ADC值第10百分位數(shù)、第25百分位數(shù)顯著小于低級別膠質(zhì)瘤（P值分別為0.002、0.029）。余2組ADC值的直方圖特征差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表1）。

表1 低級別組與高級別組膠質(zhì)瘤的ADC值的直方圖特征比較

ROC曲線分析結(jié)果（圖4）顯示，ADC值的不均勻度鑒別高、低級別膠質(zhì)瘤的ROC曲線下面積（AUC）最大（0.815），同時對鑒別診斷的靈敏度最高（95.8%），最大值、第10百分位數(shù)的特異度最高（均為68.4%）。詳見表2。

表2 ADC值的直方圖特征鑒別高、低級別腦膠質(zhì)瘤的效能

Pearson相關(guān)性分析顯示，ADC值的第10百分位數(shù)與Ki-67增殖指數(shù)呈負(fù)相關(guān)（r=-0.415，P=0.002），不均勻度與Ki-67增殖指數(shù)呈正相關(guān)（r=0.343，P=0.008）。詳見圖5。

討 論

本研究采用基于DWI的直方圖分析法對彌漫性膠質(zhì)瘤進(jìn)行研究，結(jié)果顯示：高、低級別膠質(zhì)瘤的ADC最大值、標(biāo)準(zhǔn)差、不均勻度、第10百分位數(shù)及第25百分位數(shù)存在顯著差異，且ADC值的不均勻度對于鑒別高、低級別膠質(zhì)瘤具有最佳的效能及最高的靈敏度，最大值和第10百分位數(shù)對鑒別診斷具有最高的特異度，ADC值的第10百分位數(shù)、不均勻度分別與Ki-67增殖指數(shù)呈一定程度的負(fù)相關(guān)及正相關(guān)性。

腦膠質(zhì)瘤的組織分布具有一定的異質(zhì)性，且隨著WHO級別的增高，異質(zhì)性越顯著。高級別膠質(zhì)瘤異質(zhì)性顯著的原因主要是腫瘤生長速度快，較低級別膠質(zhì)瘤更容易發(fā)生缺血、壞死［8］。本研究中，高、低級別膠質(zhì)瘤ADC值直方圖的形態(tài)差異，從側(cè)面反映了異質(zhì)性的不同：高級別膠質(zhì)瘤ADC值的直方圖呈“雙峰”或“多峰”，說明其內(nèi)部ADC值可能來自不同的組織，如腫瘤實質(zhì)區(qū)、壞死區(qū)及出血區(qū)等；低級別膠質(zhì)瘤ADC值的直方圖趨于正態(tài)分布，說明其內(nèi)部組織成分單一，ADC值來自同一組織。Wang等［9］認(rèn)為高、低級別膠質(zhì)瘤的這種不均質(zhì)性的差異有助于其鑒別診斷，全瘤ROI勾畫法對膠質(zhì)瘤的WHO分級、預(yù)測腫瘤細(xì)胞增殖程度具有較高的價值。本研究發(fā)現(xiàn)高級別膠質(zhì)瘤ADC值的標(biāo)準(zhǔn)差、不均勻度顯著高于低級別膠質(zhì)瘤，也證實了這一點，且不均勻度對于鑒別高、低級別膠質(zhì)瘤具有最佳的效能，因此，我們認(rèn)為腫瘤的不均質(zhì)性對腦膠質(zhì)瘤的術(shù)前WHO分級具有重要的臨床價值。

本研究發(fā)現(xiàn)高級別膠質(zhì)瘤ADC值的第10百分位數(shù)及第25百分位數(shù)顯著小于低級別膠質(zhì)瘤，推測原因可能是高級別膠質(zhì)瘤實性區(qū)細(xì)胞排列緊密，在DWI上表現(xiàn)為水分子彌散明顯受限；而低級別膠質(zhì)瘤的細(xì)胞密集程度不如高級別膠質(zhì)瘤，因此腫瘤內(nèi)部水分子彌散受限程度低于高級別膠質(zhì)瘤。同時，我們還發(fā)現(xiàn)高級別膠質(zhì)瘤ADC最大值顯著大于低級別膠質(zhì)瘤，可能與其內(nèi)部壞死區(qū)有關(guān)，壞死區(qū)無腫瘤細(xì)胞分布而表現(xiàn)為無明顯水分子彌散受限；而低級別膠質(zhì)瘤少有壞死［10-11］，最大ADC值對應(yīng)的是腫瘤增殖不活躍區(qū)。Ki-67是細(xì)胞增殖活性標(biāo)記物，能反映腫瘤細(xì)胞的增殖活性［12-13］。Kang等［14］研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤的ADC平均值、第20百分位數(shù)與Ki-67增殖指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。本研究也得到相似結(jié)果：ADC值的第10百分位數(shù)、第25百分位數(shù)與Ki-67增殖指數(shù)呈一定的負(fù)相關(guān)，同時我們還發(fā)現(xiàn)ADC值的不均勻度與Ki-67增殖指數(shù)呈正相關(guān)，推測膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖活性越大，越容易缺血缺氧導(dǎo)致壞死，導(dǎo)致腫瘤不同區(qū)域ADC值差異變大。

本研究也存在一些不足：首先，由于病例數(shù)量有限，沒有對高、低級別膠質(zhì)瘤進(jìn)一步分級。其次，直方圖屬一階紋理范疇，僅能反映腫瘤內(nèi)不同成分的比例，而不能反映排布方式。再次，未能將“小圓形ROI”勾畫法與“全瘤ROI”勾畫法進(jìn)行對照研究，比較兩者對腦膠質(zhì)瘤分級的效能。以后我們將收集更多病例進(jìn)行更深層次的分析。

總之，基于DWI的直方圖分析法能夠相對客觀、準(zhǔn)確地評價彌漫性膠質(zhì)瘤內(nèi)部水分子彌散特性，對術(shù)前預(yù)測其組織學(xué)分級具有一定的價值。