張昌飛 杜福川 張昌凱

海南省中醫(yī)院放射科(海南 ?？?570203)

膠質(zhì)瘤是大腦和脊髓膠質(zhì)細胞癌變產(chǎn)生的惡性腫瘤，具有發(fā)病率高、復(fù)發(fā)率高、死亡率高及治愈率低等特點，腫瘤組織生長到一定大小時，可造成患者肢體運動障礙、癲癇、失語及精神失常[1]。臨床治療膠質(zhì)瘤的主要方法為手術(shù)切除、放射治療和化學(xué)治療，以達到去除腫瘤組織、殺滅腫瘤細胞和延緩腫瘤發(fā)展的目的[2]。膠質(zhì)瘤分為Ⅰ~Ⅳ級，其中Ⅰ~Ⅱ級腫瘤生長緩慢，預(yù)后較好，而Ⅲ~Ⅳ級腫瘤生長速度快，浸潤性和侵襲性強，預(yù)后差[3]。因此，術(shù)前對膠質(zhì)瘤進行精確分級，有利于促進臨床決策，改善預(yù)后。確診膠質(zhì)瘤的“金標準”為外科手術(shù)取材組織病理學(xué)檢查，但該有創(chuàng)性操作不適用于其術(shù)前分級評估，目前臨床主要依據(jù)患者臨床表現(xiàn)和腫瘤的影像學(xué)特征對膠質(zhì)瘤進行術(shù)前分級[4]。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)可明確膠質(zhì)瘤發(fā)生部位、范圍及數(shù)目，且不同級別的膠質(zhì)瘤在MRI影像上具有一定的特征性表現(xiàn),，但無法對膠質(zhì)瘤精確定位和定性診斷，不能滿足術(shù)前分級評估的需求[5]。行彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)可反映人體組織內(nèi)水分子運轉(zhuǎn)狀態(tài)，是腫瘤影像學(xué)診斷中應(yīng)用最廣的成像技術(shù)[6]。橫向T2流體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(transverse T2fluid-attenuated inversion recovery,T2FLAIR)是一種對比增強MRI成像，具有較長的T1值，可有效抑制游離水或正常腦脊液的MR信號形成水抑制圖像，常用于腦部和脊髓MRI成像[7]。影像組學(xué)是一種醫(yī)學(xué)影像大數(shù)據(jù)定量分析方法，在探索影像定量特征與病理聯(lián)系中應(yīng)用廣泛[8]。研究表明，影像組學(xué)可以有效的鑒別膠質(zhì)瘤分級，有助于提高MRI在膠質(zhì)瘤分級評估與病理測量結(jié)果中的一致性[9]。本研究主要探討分析MRI影像組學(xué)在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級評估中的應(yīng)用，旨在為膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷分級提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析2017年6月至2020年6月在本院接受手術(shù)治療的膠質(zhì)瘤患者50例。納入標準：符合膠質(zhì)瘤診斷標準[10]，經(jīng)組織病理學(xué)檢查確診；術(shù)前兩周內(nèi)行DWI和T2FLAIR掃描；MRI檢查后2周內(nèi)行手術(shù)治療；病歷資料完整。排除標準：合并其他腦部疾病者；合并大范圍顱內(nèi)出血者；MRI圖像運動偽影嚴重者；MRSI數(shù)據(jù)缺失；MRI檢查禁忌者。根據(jù)2015版中國中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)瘤診斷與治療指南[11]將患者分為低級別膠質(zhì)瘤組(Ⅰ~Ⅱ級)23例和高級別膠質(zhì)瘤組(Ⅲ~Ⅳ級)27例。低級別膠質(zhì)瘤組年齡25~75歲，平均年齡(49.35±6.56)歲，男10例，女13例，病程1~5個月，平均病程(2.63±0.51)個月，其中Ⅰ級14例，Ⅱ級9例。高級別膠質(zhì)瘤組年齡26~75歲，平均年齡(50.07±6.42)歲，男13例，女14例，病程1~6個月，平均病程(2.69±0.57)個月，其中Ⅲ級17例，Ⅳ級10例。兩組一般資料無顯著差異(P>0.05)。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準通過。

1.2 方法

1.2.1 MRI掃描設(shè)備及參數(shù) 使用1.5T MRI掃描儀(MR750，通用電氣公司)采集所有膠質(zhì)瘤患者術(shù)前圖像，基本掃描方案包括DWI、T1加權(quán)像(T1weighted image，T1WI)、T2加權(quán)像(T2weighted image，T2WI)及T2FLAIR，均選取軸位，掃描范圍包含腫瘤實質(zhì)及邊緣強化區(qū)。掃描參數(shù)設(shè)置：(1)DWI：TR=3000，TE=89ms，層厚6mm，層數(shù)18，矩陣192×256，視野24cm×24cm，激勵次數(shù)1。(2)T1WI：TR=1500ms，TE=24ms，層厚6mm，層數(shù)18，層間距1mm，矩陣224×320，視野24cm×24cm，激勵次數(shù)1。(3)T2WI，TE=102ms，TR =4600ms，層厚6mm，層數(shù)18，層間距1mm，矩陣224×320，視野24cm×24cm，激勵次數(shù)1。(4)T2FLAIR：TR=8000ms，TE=165 ms。層厚6mm，層間距1mm，層數(shù)18，矩陣192×256，視野24cm×24cm，激勵次數(shù)1。

1.2.2 MRI圖像分割 采用ITK-SNAP軟件(www.itksnap.org)對進行MRI圖像半自動分割。在膠質(zhì)瘤DWI圖像中勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)：設(shè)置提取特征的標準，在代表區(qū)域選取含多像素的小面積種子點，測量種子點臨近區(qū)域的像素，檢測其是否滿足提取特征標準。勾畫ROI時應(yīng)需避開血管、囊變與壞死區(qū)，采用MATLAB軟件提取ROI內(nèi)病灶區(qū)域的特征。以動態(tài)增強曲線為流出型或平臺型表示病灶區(qū)達到強化峰值或強化較明顯，以動態(tài)增強曲線為上升型表示周圍正常乳腺實質(zhì)的強化尚不明顯，使病灶與周圍正常的乳腺實質(zhì)對比度達到最佳狀態(tài)，利于更加精確勾畫ROI。

1.2.3 DWI和T2FLAIR圖像分析及數(shù)據(jù)處理 使用MATLAB軟件提取DWI圖像和T2FLAIR圖像中ROI內(nèi)的膠質(zhì)瘤區(qū)域進特征， 擴散敏感系數(shù)b值范圍選取為0s/mm2、100s/mm2和3000s/mm2。消除偽影，通過3個不同b值及其ROI區(qū)信號強度計算彌散系數(shù)(apparent diffusion coeffcient，ADC)、分布擴散系數(shù)(distributed diffusion coefficients，DDC)和拉伸因子(α)，并取其均值。

1.2.4 組織學(xué)病理檢查 將術(shù)中獲取的膠質(zhì)瘤腫瘤組織進行常規(guī)石蠟包埋切片，經(jīng)由免疫組化染色法處理后，于顯微鏡下觀察瘤體細胞組織學(xué)形態(tài)。根據(jù)2015版中國中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)瘤診斷與治療指南進行分級，以Ⅰ~Ⅱ級為低級別膠質(zhì)瘤，以Ⅲ~Ⅳ級為高級別膠質(zhì)瘤。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS 22.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行數(shù)據(jù)分析，計量資料采用(±s)表示，組間差異采用兩樣本獨立t檢驗，分別計算DWI和T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤級別的敏感度、特異性及準確性。受試者操作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲線評估DWI和T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤級別的價值，以雙側(cè)P<0.05認為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 膠質(zhì)瘤術(shù)前MRI影像學(xué)特征膠質(zhì)瘤MRI影像表現(xiàn)隨其病理分級不同而出現(xiàn)不同的影像表現(xiàn)。DWI圖像中，病理分級為Ⅲ~Ⅳ級高級別膠質(zhì)瘤邊界不清，見圖1；而病理分級Ⅰ~Ⅱ級的低級別膠質(zhì)瘤體邊界尚可，見圖2。T2WI圖像中，高級別膠質(zhì)瘤見大片水腫信號，存在明顯占位效應(yīng)，增強后強化明顯，見圖3；低級別膠質(zhì)瘤信號多呈不均勻，增強后部分無強化或呈不均勻強化，見圖4。T2FLAIR圖像中，高級別膠質(zhì)瘤體強化區(qū)外皮層信號異常，見圖5；低級別膠質(zhì)瘤體強化區(qū)外皮層信號瘤體強化區(qū)外皮層信號未見明顯異常，見圖6。

圖1 左顳葉腦膠質(zhì)瘤，DWI圖像，病理分級IV級，瘤體周圍邊界不清。圖2 右額葉腦膠質(zhì)瘤，DWI圖像，病理分級Ⅱ級，瘤體周圍邊界尚清。圖3 左顳葉腦膠質(zhì)瘤，T2WI圖像，病理分級Ⅳ級，腫瘤內(nèi)強化明顯。圖4 右額葉腦膠質(zhì)瘤，T2WI圖像，病理分級II級，腫瘤內(nèi)不均勻強化。圖5 左顳葉腦膠質(zhì)瘤，T2 FLAIR圖像，病理分級IV級。圖6 右額葉腦膠質(zhì)瘤，T2FLAIR圖像，病理分級II級，瘤體強化區(qū)外皮層信號未見明顯異常。圖7 DWI、T2 FLAIR診斷膠質(zhì)瘤分級ROC曲線。

2.2 不同級別膠質(zhì)瘤的DWI參數(shù)和T2FLAIR參數(shù)比較在DWI和T2FLAIR檢查中，高級別膠質(zhì)瘤組ADC、DDC和α值均明顯低于低級別膠質(zhì)瘤組(P<0.05)，見表1。

表1 不同級別膠質(zhì)瘤的DWI參數(shù)和T2FLAIR參數(shù)比較

2.3 DWI圖像結(jié)果與病理結(jié)果比較以病理結(jié)果為“金標準”，將低級別膠質(zhì)瘤作為“金標準”陰性，將高級別膠質(zhì)瘤作為“金標準”陽性。DWI診斷敏感度、準確度為77.78%、76.00%，陽性預(yù)測值為77.78%，陰性預(yù)測值為73.91%(Kappa=0.517)，見表2。

表2 DWI圖像結(jié)果與病理結(jié)果比較

2.4 T2FLAIR圖像結(jié)果與病理結(jié)果比較T2FLAIR診斷敏感度、準確度為88.89%、84.00%，陽性預(yù)測值為82.76%，陰性預(yù)測值為85.71%(Kappa=0.676)，見表3。

表3 T2FLAIR圖像結(jié)果與病理結(jié)果比較

2.5 DWI聯(lián)合T2FLAIR圖像結(jié)果與病理結(jié)果比較DWI聯(lián)合T2FLAIR診斷敏感度、準確度為96.29%、90.00%，陽性預(yù)測值為86.67%，陰性預(yù)測值為95.00%(Kappa=0.796)，見表4。

表4 DWI聯(lián)合T2FLAIR圖像結(jié)果與病理結(jié)果比較

2.6 DWI、T2FLAIR圖像結(jié)果診斷膠質(zhì)瘤分級價值ROC分析血清DWI、T2FLAIR圖像結(jié)果診斷膠質(zhì)瘤分級的價值，結(jié)果顯示，DWI、T2FLAIR圖像結(jié)果診斷膠質(zhì)瘤分級的曲線下面積(area under the curve，AUC)分別為0.758和0.836，DWI聯(lián)合T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤分級的AUC為0.895，具有最佳診斷效能(P<0.05)，見圖7和表5。

表5 DWI、T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤分級預(yù)測價值

3 討 論

膠質(zhì)瘤是來源于神經(jīng)上皮細胞的中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見惡性腫瘤，腫瘤細胞分化程度不同，其治療方案也不同[12]。組織病理學(xué)檢查是目前膠質(zhì)瘤診斷和術(shù)前分級的“金標準”，但該方法為有創(chuàng)性檢查，且病理取樣時可能無法準確采取腫瘤分化最差的部分，限制了其在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級診斷中的應(yīng)用[13]。MRI是膠質(zhì)瘤診斷和術(shù)前分級中常用的影像學(xué)方法，傳統(tǒng)的DWI通常以人體組織內(nèi)水分子彌散特征來評估膠質(zhì)瘤級別。但不同級別的膠質(zhì)瘤可能導(dǎo)致病變組織的水分子彌散速度發(fā)生類似的變化，出現(xiàn)相似的DWI影像特征，導(dǎo)致常規(guī)MRI影像圖像無法對低級別和高級別的膠質(zhì)瘤進行鑒別[14]。T2FLAIR在常規(guī)MRI影像技術(shù)級圖像基礎(chǔ)基礎(chǔ)上，對醫(yī)學(xué)影像圖像的ROI進行強化掃描，高信號可更準確地描繪膠質(zhì)瘤腫瘤邊界，為其診斷和分級提供影像學(xué)組生物標志[15]。本研究重點研究以DWI聯(lián)合T2FLAIR為主的MRI影像組學(xué)在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級鑒別中的應(yīng)用價值，并對其敏感性、特異性進行分析。

本研究結(jié)果顯示，在DWI和T2FLAIR檢查中，高級別膠質(zhì)瘤組ADC、DDC和α值均明顯低于低級別膠質(zhì)瘤組。DWI可對腫瘤的惡性程度提供定量信息，通過對膠質(zhì)瘤DWI信號強度的檢測，可為膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷分級提供參考，但特異性一般。正常腦組織和實性病變組織中水分子多為結(jié)合水，而囊性病變中多為游離水。結(jié)合水運動速度通常較慢，在常規(guī)DWI中，游離水與結(jié)合水均呈現(xiàn)高信號，難以區(qū)分[16]。在T2FLAIR序列中，游離水呈低信號，結(jié)合水呈高信號，從而有效區(qū)分游離水和結(jié)合水，彌補了常規(guī)DWI在膠質(zhì)瘤分級鑒別中的不足[17]。本研究在DWI和T2FLAIR檢查中，考慮到不同級別膠質(zhì)瘤組織生物學(xué)特性較為復(fù)雜，在采用傳統(tǒng)b值的基礎(chǔ)上，引入了DDC值和α值兩個新的參數(shù)分別反映ADC值連續(xù)分布情況和信號衰減的組織擴散異質(zhì)性。通常情況下，級別越高的膠質(zhì)瘤，其ADC值、DDC值和α值越低。郝鳳玲等[18]研究顯示，高級別膠質(zhì)瘤ADC、D、f、DDC、α值低于低級別膠質(zhì)瘤，與本研究結(jié)果基本一致，說明與DWI與T2FLAIR檢查在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級檢查中均具有更好的應(yīng)用效果。

本研究對DWI、T2FLAIR單獨檢查及DWI聯(lián)合T2FLAIR的影像學(xué)組診斷膠質(zhì)瘤級別進行Kappa一致性分析，并分別計算了敏感度、特異性及準確性，結(jié)果顯示MRI影像學(xué)組具最高的敏感度、特異性及準確性，與組織病理結(jié)果的一致性最高。進一步采用ROC曲線對DWI、T2FLAIR及DWI聯(lián)合T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤級別的評估價值進行分析，結(jié)果顯示，DWI聯(lián)合T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤分級的AUC為0.895，明顯高于DWI、T2FLAIR單獨檢查的AUC，說明DWI聯(lián)合T2FLAIR對膠質(zhì)瘤分級具有最佳診斷效能。FLAIR以膠質(zhì)瘤患者膠質(zhì)瘤患者腫瘤邊緣強化為主，但部分高級別膠質(zhì)瘤患者可能出現(xiàn)腫瘤邊界不清，導(dǎo)致其檢查結(jié)果出現(xiàn)假陰性，需采用DWI檢查中的對比劑影響結(jié)果進行矯正。而FLAIR圖像與DWI結(jié)合所顯示的強化邊緣外臨近區(qū)域異常信號是高級別膠質(zhì)瘤的特異性征象，有利于對低級別膠質(zhì)瘤與高級別膠質(zhì)瘤進行鑒別[19]。邵華等[20]研究結(jié)果顯示，F(xiàn)LAIR在評估預(yù)后較差的膠質(zhì)瘤上具有較高的靈敏度、特異度、準確度和診斷效能。張格等[21]研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)合彌散張量成像和動脈自選成像等多模態(tài)成像模式的MRI檢查可提高膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的準確性，具有較好的應(yīng)用價值。以上結(jié)果與本研究結(jié)果部分一致，有差異的部分可能與本研究未對除T2FLAIR以外的其他MRI影像模式對膠質(zhì)瘤分級的診斷價值進行分析有關(guān)，后續(xù)可增大樣本量進行深入研究。

綜上所述，DWI和T2FLAIR對診斷膠質(zhì)瘤術(shù)前分級均有一定的診斷價值，但以DWI聯(lián)合T2FLAIR檢查為主的MRI影像學(xué)組診斷價值更高。隨著相關(guān)研究的進一步深入，膠質(zhì)瘤MRI影像學(xué)組將會為診斷其術(shù)前分級提供更多有價值的信息。