杜常月 齊旭紅 溫智勇 王仁貴,*

1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀(jì)壇醫(yī)院放射科(北京 100038)

2.首都醫(yī)科大學(xué)電力教學(xué)醫(yī)院放射科 (北京 100073)

腦膠質(zhì)瘤的起源是顱內(nèi)的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，可分為4級(jí)：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]。目前臨床的治療方式主要是手術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)放化療，通常低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的預(yù)后比較好，而高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤患者容易復(fù)發(fā)[2]。所以術(shù)前評(píng)估腫瘤的級(jí)別對(duì)指導(dǎo)治療及評(píng)估預(yù)后有重要的臨床意義。

磁共振成像是腫瘤診斷、術(shù)后隨訪必不可少的成像工具。磁敏感加權(quán)成像(即SWI)可以反映瘤灶所在區(qū)域的血管生成和出血，對(duì)膠質(zhì)瘤進(jìn)行分級(jí)有重要作用[3]。三維動(dòng)脈自旋標(biāo)記成像(即3D-ASL)能夠無(wú)創(chuàng)地評(píng)估瘤灶內(nèi)的微循環(huán)和腫瘤血管生成，并量化腫瘤灌注異常情況[4-5]。Le Bihan等[6-7]提出的體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(即IVIM)是一種雙指數(shù)模型，不需要注射外源性的對(duì)比劑，就可以獲得水的分子擴(kuò)散和毛細(xì)管網(wǎng)中血液的微循環(huán)信息，能夠幫助鑒別高級(jí)別與低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤。

本研究通過(guò)使用3.0T磁共振掃描儀，對(duì)腦膠質(zhì)瘤患者增加SWI、3D-ASL及IVIM掃描，探討三種技術(shù)在鑒別高級(jí)別與低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤中的意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料本研究為回顧性研究，本研究經(jīng)過(guò)國(guó)家電網(wǎng)公司北京電力醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批準(zhǔn)文號(hào)：ky-2018-014-1），免除受試者知情同意。選取2016年5月至2018年2月期間到院就診的病例共計(jì)97例（男性55例，女性42例，平均年齡約47.88歲），其中低級(jí)別患者35例，高級(jí)別患者62例。所有病例均經(jīng)過(guò)手術(shù)進(jìn)行切除，且術(shù)后病理證實(shí)為膠質(zhì)瘤，并于術(shù)前完成了頭顱磁共振平掃及增強(qiáng)掃描，同時(shí)增加了SWI、3D-ASL及IVIM序列的掃描。排除標(biāo)準(zhǔn)：MR掃描禁忌癥。

1.2 方法本研究應(yīng)用的設(shè)備是GE Discovery 750W 3.0T 磁共振掃描儀。掃描序列包括：(1)常規(guī)MRI平掃：T1加權(quán)成像(TE 24.0 ms，TR 2087.4 ms)、T2加權(quán)成像(TE 104.0 ms，TR 5281.0 ms)、T2脂肪抑制成像(TE 95.0 ms，TR 9000.0 ms)，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm，F(xiàn)OV是 24 cm×24 cm。(2) SWI序列參數(shù)：TE 22.9 ms，TR 38.3 ms，F(xiàn)A 15°，視野 24.0 cm×21.6 cm，NEX為0.69，層厚2.0 mm，無(wú)層間距。(3) 3D-ASL序列參數(shù)：TE 10.7 ms，TR 4683.0 ms，帶寬62.5 KHz，矩陣512×512，NEX=3，Post Lable Delay 1525.0 ms，層厚4.0 mm，層數(shù)40，無(wú)間隔，掃描時(shí)間4 min 32 s。(4)IVIM成像，視野 24 cm×24 cm，矩陣130×160，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm，b值分別為0s/mm2、25s/mm2、50s/mm2、75s/mm2、100s/mm2、150s/mm2、200s/mm2、400s/mm2、600s/mm2、800s/mm2、1000s/mm2、1500s/mm2、2000s/mm2、3000s/mm2。掃描所需的頭顱線圈采用的是24通道頭顱表面線圈。

1.3 數(shù)據(jù)分析將圖像載入GE ADW 4.6工作站進(jìn)行后處理，測(cè)量并記錄腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域的各參數(shù)值。(1)通過(guò)reformat后處理，獲得SWI的后處理圖像，即最小信號(hào)強(qiáng)度投影圖(minimum intensity projection,MinIP)。在MinIP 圖上，統(tǒng)計(jì)瘤灶內(nèi)肉眼可見(jiàn)的低信號(hào)病灶，并進(jìn)行記錄和評(píng)分，即腫瘤所在區(qū)域的敏感性信號(hào)強(qiáng)度(intratumoral susceptibility signal intensity，ITSS)[8]評(píng)分。通過(guò)Park等人提出的半定量分析方法[8]，ITSS評(píng)分為以下幾個(gè)等級(jí)：0分為沒(méi)有ITSS；1分為1～5個(gè)點(diǎn)狀或細(xì)線性低信號(hào)；2分為6～10個(gè)點(diǎn)狀或細(xì)線性低信號(hào)；3分為11個(gè)或更多的點(diǎn)狀或細(xì)線性低信號(hào)。(2)利用Functool軟件對(duì)3D-ASL圖像進(jìn)行擬合，獲得灌注偽彩圖像。確定灌注偽彩圖像上腫瘤實(shí)性部分所在的區(qū)域，并分別選擇三個(gè)50 mm2左右的感興趣區(qū)(region of interest，ROI)進(jìn)行測(cè)量，獲得三個(gè)瘤灶所在區(qū)域的腦血流灌注值，然后取均數(shù)。在同一個(gè)層面，利用鏡像對(duì)稱的方法，測(cè)量腫瘤對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)區(qū)、腦灰質(zhì)區(qū)以及鏡像區(qū)的血流灌注。然后取相對(duì)值，獲得血流灌注值得相對(duì)值，包括：r1 (TBFmax/對(duì)側(cè)正常白質(zhì)區(qū)血流量)、r2 (TBFmax/對(duì)側(cè)正常灰質(zhì)區(qū)血流量)及r3(TBFmax/鏡像區(qū)腦血流量)。為了盡可能的避免測(cè)量誤差，感興趣區(qū)的設(shè)置盡可能的避開(kāi)囊變、壞死。(3)通過(guò)利用Functool軟件對(duì)IVIM圖像進(jìn)行后處理，獲得各參數(shù)的偽彩圖像。分別在各參數(shù)（fast ADC、slow ADC、f值）的偽彩圖上選取40mm2左右的感興趣區(qū)(ROI)，ROI的設(shè)置在腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)，保證同一患者的ROI大小一致，最終獲得ROI的平均值進(jìn)行記錄。為避免誤差，ROI的選擇盡可能避開(kāi)囊變、壞死區(qū)域。

各參數(shù)的測(cè)量都是由兩位有經(jīng)驗(yàn)的研究人員測(cè)量取得。當(dāng)兩位的測(cè)量結(jié)果差距比較大時(shí)，由另一名高級(jí)職稱的影像診斷醫(yī)師進(jìn)行測(cè)量，獲得結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件，用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)對(duì)SWI的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，P＜0.05表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)的方法對(duì)3D-ASL及IVIM各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。并采用ROC曲線對(duì)SWI、3D-ASL及IVIM各參數(shù)以及擬合的三種技術(shù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

腦膠質(zhì)瘤SWI、IVIM及3D-ASL后處理圖像見(jiàn)圖1。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，SWI的參數(shù)ITSS值表現(xiàn)為，在高級(jí)別膠質(zhì)瘤組明顯高于低級(jí)別膠質(zhì)瘤組(P＜0.05)(見(jiàn)表1)。3D-ASL的參數(shù)（包括TBFmax值、r1值、r2值及r3值）表現(xiàn)為，在高級(jí)別膠質(zhì)瘤組明顯高于低級(jí)別膠質(zhì)瘤組(P＜0.05)(見(jiàn)表2)。IVIM的參數(shù)（包括fast ADC值、f值）表現(xiàn)為，在高級(jí)別膠質(zhì)瘤組明顯高于低級(jí)別膠質(zhì)瘤組(P＜0.05)；而高級(jí)別膠質(zhì)瘤組的slow ADC值低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)(見(jiàn)表2)。

表1 高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤組的SWI參數(shù)表

通過(guò)ROC曲線評(píng)估SWI、3D-ASL及IVIM在鑒別高低級(jí)別膠質(zhì)瘤中的意義。利用約登指數(shù)最大，確定各參數(shù)的診斷敏感性、特異性，見(jiàn)表3。并通過(guò)擬合，獲得三種技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的AUC值、診斷敏感性、特異性(見(jiàn)表4，圖3)。

表3 各參數(shù)在膠質(zhì)瘤分級(jí)中的效能表

表4 SWI、3D-ASL和IVIM三種技術(shù)在膠質(zhì)瘤分級(jí)中的效能表

腦膠質(zhì)瘤各序列參數(shù)圖。圖1 男，49歲，右側(cè)額葉，少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤，WHO II級(jí)。圖1A:SWI后處理的MinIP圖。圖1B:IVIM參數(shù)fast ADC偽彩圖。圖1C:IVIM參數(shù)slow ADC偽彩圖。圖1D:IVIM參數(shù)f值偽彩圖。圖1E:3D-ASL的血流灌注圖像。圖2 女，53歲，右側(cè)額葉，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，WHO IV級(jí)。圖2A:SWI后處理的MinIP圖。圖圖2B:IVIM參數(shù)fast ADC偽彩圖。圖2C:IVIM參數(shù)slow ADC偽彩圖。圖2D:IVIM參數(shù)f值偽彩圖。圖2E:3D-ASL的血流灌注圖像。圖3 SWI、3D-ASL和IVIM三種技術(shù)鑒別高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤的ROC曲線圖。

3 討論

膠質(zhì)瘤的級(jí)別越高，具有細(xì)胞增殖、壞死、血管生成以及侵襲性等特點(diǎn)越顯著[9]，說(shuō)明腫瘤細(xì)胞增殖、病理血管的形成是瘤細(xì)胞增殖的必備條件。

SWI對(duì)具有磁化作用的血液制品比較敏感，包括鐵血黃素和脫氧血紅蛋白[10]，所以能夠明顯的顯示出小靜脈和出血點(diǎn)，并進(jìn)行放大，反映腫瘤血管的生成及瘤內(nèi)出血情況，通過(guò)后處理得到的SWI Min IP圖，可以更好地顯示低信號(hào)，提高對(duì)磁效應(yīng)差異的敏感性[11]。本研究結(jié)果顯示，高級(jí)別的膠質(zhì)瘤表現(xiàn)出的ITSS評(píng)分值高于低級(jí)別，這與以往[12-15]的研究結(jié)果一致。這表明，高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的新生血管系統(tǒng)比低級(jí)別膠質(zhì)瘤更加密集，低級(jí)別膠質(zhì)瘤的ITSS評(píng)分值一般在2分以下，而高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的ITSS評(píng)分一般為2分或3分。然而，本研究中，在低級(jí)別膠質(zhì)瘤組中存在2個(gè)患者的ITSS評(píng)分值是3。以往有部分研究表明，低級(jí)別的膠質(zhì)瘤小部分可以出現(xiàn)出血的情況[16]。本研究中這種情況的產(chǎn)生，分析原因可能是腫瘤血管形成初期比較薄弱，以至于產(chǎn)生脫氧血紅蛋白及出血；或者是由于SWI沉積高濃度的含鐵血黃素，導(dǎo)致少量的出血將低信號(hào)灶放大[14]。同時(shí)，高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤組存在7例ITSS低于2分，并且存在1例的ITSS評(píng)分值為0。通過(guò)觀察這例患者的3D-ASL參數(shù)值，發(fā)現(xiàn)TBFmax為21.69mL/(min.100 g)，低于本研究所得的臨界值80.83mL/(min.100 g)，說(shuō)明此例腫瘤病灶的血流灌注也比較低，血管生成較少，與SWI相吻合。之前有研究表明，高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的靜脈結(jié)構(gòu)存在各種形狀、不均勻厚度及成簇情況[15]，部分很難達(dá)到一定的數(shù)量，這可能影響實(shí)際的腦膠質(zhì)瘤分級(jí)。

3D-ASL可以用于評(píng)估腫瘤的血流灌注情況，反映腫瘤內(nèi)的微血管生成。通過(guò)量化腦血流量值(CBF)，預(yù)測(cè)各級(jí)別腦膠質(zhì)瘤中的血管生成情況[17]，評(píng)估腦膠質(zhì)瘤的級(jí)別。本研究中，高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的腫瘤區(qū)最大腦血流量TBFmax 及其相對(duì)值r1、r2及r3均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。這說(shuō)明，高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤表現(xiàn)為更高的血流灌注，病理血管生成更加豐富，這一點(diǎn)與SWI的結(jié)果相吻合。但是，3D-ASL各參數(shù)鑒別高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的曲線下面積均比較低，敏感性和特異性也低于SWI、IVIM的各參數(shù)。而且，3D-ASL的診斷效能不如SWI、IVIM。分析原因可能是，新生血管形成并沒(méi)有引起相應(yīng)程度的血流灌注增加，可能是因?yàn)樵诟呒?jí)別膠質(zhì)瘤中，血腦屏障破壞造成瘤周血管源性水腫，使正常腦組織血流灌注降低[18]。此外，3D-ASL設(shè)定的參數(shù)，包括標(biāo)記后延遲、動(dòng)脈通過(guò)時(shí)間，很容易影響結(jié)果的不準(zhǔn)確[19]。

IVIM的雙指數(shù)模型公式為Sb/S0=(1-f)exp(-bD)+fexp[-b(D＊+D)][6]，D值(即slow ADC)表示腫瘤內(nèi)的水分子彌散；D＊值(即fast ADC)表示腫瘤血管的微循環(huán)灌注；f值表示fast ADC在 IVIM中的百分比。在本研究中：IVIM的參數(shù)(包括fast ADC值、f值)表現(xiàn)為，在高級(jí)別膠質(zhì)瘤組明顯高于低級(jí)別膠質(zhì)瘤組(P＜0.05)；而高級(jí)別膠質(zhì)瘤組的slow ADC值低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤組(P＜0.05)。這與以往的研究結(jié)果類似[20-22]。這提示：高級(jí)別膠質(zhì)瘤表現(xiàn)的細(xì)胞增殖比較顯著，細(xì)胞密度及細(xì)胞體積更大，細(xì)胞間的空間減小，水?dāng)U散明顯受限[22]。同時(shí)說(shuō)明，高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的瘤內(nèi)微血管比較密集。此外，這一結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了，本研究中所選擇的b值具有一定的診斷效能。

本研究涉及的所有參數(shù)中，slow ADC值的AUC值(0.928)最大，具有較高的敏感性(93.5%)和特異性(85.7%) 。同時(shí)，SWI、3D-ASL及IVIM均可以用來(lái)鑒別高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤，而且IVIM模型的AUC(0.975)、敏感性(88.7%)和特異性(97.1%)最高。有研究表明，多參數(shù)放射組學(xué)模型是較好的腦膜瘤分級(jí)預(yù)測(cè)模型[23]，這其中涉及到SWI及ADC值得參數(shù)，與本研究中兩項(xiàng)檢查方式類似。而本研究結(jié)果表明，聯(lián)合三種磁共振技術(shù)，可以進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能更加準(zhǔn)確的評(píng)估腫瘤細(xì)胞的增殖及血管生成情況，可以廣泛適用于臨床膠質(zhì)瘤患者的術(shù)前分級(jí)。

本研究中存在的不足：3D-ASL的受影響因素較多，無(wú)法完全排除，需要未來(lái)技術(shù)升級(jí)，拓展其臨床應(yīng)用。