武文杰，張輝，王效春，譚艷，秦江波，楊國強

腦膠質瘤是顱內中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)最常見的腫瘤，既往根據(jù)腫瘤組織學特征分為Ⅰ～Ⅳ級。隨著研究的不斷深入，過去10多年間發(fā)現(xiàn)組織學類型相同的腦膠質瘤存在不同基因遺傳特性，例如異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase，IDH)突變、染色體1P/19q共缺失、O6-甲基鳥嘌呤-DNA-甲基轉移酶啟動子甲基化等[1]。2016版WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)在傳統(tǒng)組織學基礎上增加了基因分型，其中最主要是IDH基因分型[2]。目前國內外諸多學者研究表明IDH基因分型對于膠質瘤患者預后具有重要意義[3]，因此，術前無創(chuàng)性預測IDH基因分型具有重要的臨床意義。

擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)是基于非高斯分布模型的磁共振技術，是擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術的延伸。Tan等[4]研究表明DTI成像為評估WHOⅡ～Ⅲ級星形細胞瘤的IDH1基因狀態(tài)提供了可靠的影像學手段，相較于DTI成像，DKI可以定量描述細胞內外水分子擴散的非高斯分布，量化病變組織微觀結構改變。其中平均擴散峰度(mean kurtosis，MK)代表空間各梯度方向的擴散峰度平均值，反映組織結構的復雜程度[5]。因此，DKI成像能夠從功能微觀層面反映腦膠質瘤的異質性，為術前無創(chuàng)性評估IDH基因分型提供新的技術手段。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析2013年1月至2016年10月我院25例WHO II級腦膠質瘤患者的臨床、影像資料，男10例，女15例，年齡21～71歲，平均年齡(46.32±13.19)歲。25例患者術前行常規(guī)MRI及DKI掃描檢查，檢查前未接受藥物、化療、放射治療等干預措施。術后將組織蠟塊送至北京泰普舜康醫(yī)學檢驗所進行Sanger(雙脫氧末端終止法)測序得到IDH基因分型。

1.2 數(shù)據(jù)采集

使用GE 3.0 T超導磁共振掃描儀，采用8通道頭頸聯(lián)合拓撲相控陣線圈采集信息，常規(guī)MRI掃描序列包括軸位T1WI、T2WI、T2 FLAIR，矢狀位T1WI，T1WI增強掃描軸位、矢狀位、冠狀位。常規(guī)MR序列參數(shù)：軸位T1WI (TR 1677 ms，TE 25 ms，層厚6.0 mm)，矢狀位T1WI(TR 1710 ms，TE 24.5 ms，層厚6.0 mm)，軸位T2WI (TR 6480 ms，TE 111 ms，層厚6.0 mm)，T2WI FLAIR (TR 8000 ms，TE 125 ms，層厚6.0 mm)，增強序列(TR 1500 ms，TE 14 ms，層厚6.0 mm)，增強藥物使用釓噴替酸葡甲胺(0.1 mmol/kg)。DKI采用平面回波序列，掃描參數(shù)：TR 23000 ms，TE 108 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，層厚 6 mm，層間隔 0 mm，30個擴散敏感梯度場，取6個b值分別為0、500、1000、1500、2000、2500 s/mm2。

1.3 圖像后處理及參數(shù)測量

在GE Advantage Workstation 4.4工作站通過Functool軟件處理后獲得DKI參數(shù)圖(圖1)，結合MR常規(guī)序列，在腫瘤實質區(qū)、瘤周水腫區(qū)、同層面對側正常腦白質區(qū)設置橢圓形感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，測定每個ROI的各項異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)、平均擴散系數(shù)(mean diffusivity，MD)、MK、軸向擴散峰度(axial kurtosis，Ka)、徑向擴散峰度(radial kurtosis，Kr)值。腫瘤實質區(qū)ROI選取需結合增強掃描，若腫瘤強化選取腫瘤強化區(qū)域，同時避開囊變、壞死、出血等；若腫瘤不強化，實質區(qū)信號不均勻，則選取腫瘤實質部分表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)圖信號最低區(qū)為ROI；瘤周水腫區(qū)ROI選取近腫瘤實質區(qū)，去除瘤體和正常腦組織成分。選取的ROI為圓形或橢圓形，每個ROI至少包括30個像素，每個ROI重復測量3次取平均值。為排除大腦內不同區(qū)域參數(shù)差異影響，將所得DKI參數(shù)除以對側正常腦白質區(qū)得到相對擴散各項異性分數(shù)(ratio of FA，rFA)、相對平均擴散系數(shù)(ratio of MD，rMD)、相對平均擴散峰度(ratio of MK，rMK)、相對軸向擴散峰度(ratio of Ka，rKa)、相對徑向擴散峰度(ratio of Kr，rKr)值。

1.4 統(tǒng)計學分析

2 結果

2.1 患者臨床資料比較

25例膠質瘤患者中，IDH野生型9例(男4例，女5例)，IDH突變型16例(男6例，女10例)。兩組病例之間性別差異無統(tǒng)計學意義(P=0.53)；IDH野生型患者平均年齡為(55.33±12.09)歲，IDH突變型患者平均年齡為(41.25±11.15)歲，兩者年齡差異具有統(tǒng)計學意義(P＜0.01)，ROC曲線下面積為0.82，當截斷點取57.5時，其敏感性為66.7%，特異度為93.7%。

圖1 女，59歲，WHO Ⅱ級星型細胞瘤。A：IDH突變型，右側額顳島葉異常未強化信號影；B～F：分別對應同層面的FA圖、MD圖、MK圖、Ka圖、Kr圖 圖2 瘤體rFA、rMK值的ROC曲線 圖3 瘤體rMD值的ROC曲線Fig. 1 Female, 59 years old, WHO Ⅱ grade astrocytoma. A: IDH-mutant type, and abnormal unreinforced signal in the right frontotemporal island lobe; B—F: Respectively correspond to FA, MD, MK, Ka, Kr. Fig.2 ROC curve of the tumoral solid portion rFA and rMK. Fig.3 ROC curve of the tumoral solid portion rMD

表1 不同IDH基因分型的WHO Ⅱ級腦膠質瘤DKI參數(shù)比較Tab. 1 Comparison of the DKI parameters in WHO Ⅱ brain glioma with different IDH genotypes

2.2 DKI參數(shù)比較

IDH野生型腫瘤實質區(qū)rFA、rMK值均高于IDH突變型，rMD值低于IDH突變型，且兩者之間差異具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)；兩組瘤周水腫各參數(shù)值差異無統(tǒng)計學意義。詳見表1。

瘤體rMK值ROC曲線下面積為75.7%，當截點取0.515時，敏感性為77.8%，特異性為68.7%；瘤體rFA值ROC曲線下面積為72.9%，當截點取0.527時，敏感性為66.7%，特異性為93.7%(圖2)；瘤體rMD值ROC曲線下面積為75.7%，當截點取1.261時，敏感性為87.5%，特異性為66.7%(圖3)。

3 討論

3.1 臨床資料分析

本研究中WHO Ⅱ級膠質瘤IDH基因突變率為64%，這與王國良等[6]報道的WHO Ⅱ級彌漫性星形細胞瘤、少突膠質瘤、少突星形細胞瘤突變率在66.7%以上符合。Metellus等[7]研究報告WHO Ⅱ級IDH突變型腦膠質瘤患者平均年齡為(38.8±11.1)歲，IDH野生型患者平均年齡為(53.9±17.5)歲，本組病例分別為(41.25±11.15)歲、(55.33±12.09)歲，年齡相差不大。由此得出WHO Ⅱ級腦膠質瘤IDH突變型發(fā)病年齡普遍低于IDH野生型，且IDH基因突變在WHO Ⅱ級腦膠質瘤中較為普遍，突變率在64%以上。

3.2 腦膠質瘤DKI參數(shù)分析

IDH基因分型是判斷腦膠質瘤患者生存預后的重要因素，目前臨床多應用常規(guī)MRI成像檢查，通過各種影像征象進行判斷。雖然國內外專家研究表明常規(guī)MRI與IDH基因具有一定的關聯(lián)[8-9]，但由于各種影像征象難以量化，易受診斷醫(yī)師經(jīng)驗判斷等因素影響，所以常規(guī)MRI檢查應用價值有限。在人體腦膠質瘤微環(huán)境中，水的擴散運動不僅會受到細胞膜屏障、細胞內外間隙等因素影響，同時還會受腫瘤組織病理生理改變，例如瘤細胞密度、細胞異型性、細胞核多形型、新生血管形成等，使水分子運動呈非高斯分布。DKI是依據(jù)生物組織內水分子運動呈非高斯分布擴散，通過非高斯分布模型呈現(xiàn)組織器官微觀結構改變。DKI成像可以得到多個參數(shù)值，其中MK值代表空間各梯度方向的擴散峰度平均值[10]，定量描述細胞內外水分子擴散的非高斯分布，其大小取決于ROI內組織結構的復雜程度，結構越復雜，MK值就越大[11-12]。因此，DKI較傳統(tǒng)常規(guī)MRI成像更能反映組織微觀結構改變。

本研究結果顯示，校正后WHO Ⅱ級IDH野生型與突變型瘤周水腫的rFA、rMD、rMK、rKa和rKr值差異均無統(tǒng)計學意義，其結果與Tan等[4]通過DTI成像技術研究WHO Ⅱ級IDH1野生型與突變型瘤周水腫區(qū)域rFA值結果一致。表明無論是IDH野生型還是突變型，WHO Ⅱ級腦膠質瘤對周圍正常腦組織病理改變無明顯差異。

IDH野生型與突變型腫瘤實質區(qū)的研究顯示，IDH野生型腫瘤實質區(qū)rMK、rFA值大于IDH突變型，rMD值小于IDH突變型，差異具有統(tǒng)計學意義，并且在以上指標中，rMK值具有最大ROC曲線下面積。以上結果推測IDH突變型腦膠質瘤微觀結構相對更為復雜，細胞核異型性大、細胞密度大、腫瘤新生血管豐富等，這些微觀結構的改變導致水分子運動偏移高斯分布位移更大。Xing等[13]通過擴散加權成像與動態(tài)磁敏感灌注加權成像(dynamic susceptibility contrast-perfusion weighterd imaging，DSC-PWI)研究發(fā)現(xiàn)，IDH突變型WHO Ⅱ、Ⅲ級星形細胞瘤瘤體的最大相對腦血容量(relative cerebral blood volume，rCBV)值明顯低于IDH野生型，而最小ADC值明顯高于IDH野生型。最小ADC值的區(qū)域反映了腫瘤中細胞密度最高的部位[14]，而最大rCBV值則反映了腫瘤組織內血管生成情況。這種相關性提示IDH野生型膠質瘤細胞密度較IDH突變型大，血管生成豐富，這可能與IDH突變引起2-羥基戊二酸(2-Hydroxyglutaric acid，2-HG)的積累，導致低氧誘導因子1-a活化和抑制血管源相關信號相關[15]。以上結果說明不同IDH基因類型的WHO Ⅱ級腦膠質瘤其腫瘤內部組織結構復雜程度不同。通過DKI成像參數(shù)rMK值可以預測WHO Ⅱ級腦膠質瘤IDH基因狀態(tài)，從而判斷患者生存的預后情況。

WHO Ⅱ級IDH野生型瘤體rFA值大于IDH突變型，與Tan等[4]通過DTI成像研究腦膠質瘤IDH1基因分型結論一致。Beppu等[16]對31例星形細胞瘤行DTI成像測量FA值，并通過CT定向活檢將FA值與腫瘤組織的細胞構成和血供進行比較，認為腫瘤組織的FA值與細胞構成和血管分布呈正相關。進一步證實WHO Ⅱ級IDH野生型較IDH突變型血管分布多，細胞構成復雜。同時，本研究發(fā)現(xiàn)IDH突變型瘤體rMD值明顯大于IDH野生型，MD值是反映擴散運動的快慢程度，代表分子的整體擴散水平和存在的全部障礙，MD值越小代表擴散運動越慢，障礙越大，IDH野生型MD值小于IDH突變型，說明IDH野生型瘤體分子擴散運動慢，障礙大，瘤體組織微觀結構更為復雜，細胞密度大、間隙小。

本研究尚存在一些不足之處。首先，研究病例數(shù)相對較少，并且單獨將WHO Ⅱ級腦膠質瘤進行分析，未將其他級別腦膠質瘤納入研究范圍，缺乏整體認識；其次，研究過程中涉及諸多參數(shù)值測量易受到測量者經(jīng)驗判斷影響?；蛟S單獨通過DKI成像探索IDH基因分型稍顯不足，還需要進一步綜合利用DSC-PWI[17]等磁共振成像技術甚至是影像組學分析來探索術前無創(chuàng)性預測膠質瘤的IDH基因分型。

綜上所述，DKI成像參數(shù)rMK、rFA、rMD值有助于WHO Ⅱ級腦膠質瘤的IDH基因分型判斷，其中rMK與rMD的敏感性及特異性均較高。DKI作為一種新型的磁共振功能成像，能夠提供病變組織微觀結構改變，為術前無創(chuàng)性判斷WHO Ⅱ級腦膠質瘤IDH基因分型提供了更多影像學信息。