杜常月，苗 娜，齊旭紅，董衛(wèi)敏，于 洋，溫智勇

國家電網(wǎng)公司北京電力醫(yī)院放射科，北京 100073

腦膠質(zhì)瘤是常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，按照世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）的標(biāo)準(zhǔn)，腦膠質(zhì)瘤可分為4級，其中Ⅰ、Ⅱ級為低級別膠質(zhì)瘤，Ⅲ、Ⅳ級為高級別膠質(zhì)瘤［1］。因?yàn)榕R床治療策略和愈后可能有很大的不同，所以術(shù)前評估腫瘤的級別有重要的臨床價值。

磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging，SWI）可以顯示微小靜脈和微出血，通過半定量評估腫瘤內(nèi)磁敏感信號強(qiáng)度（intratumoral susceptibility signal intensity，ITSS）［2］，評價腫瘤血管的發(fā)生及出血情況，對膠質(zhì)瘤分級有重要的臨床意義。擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）可以反映腫瘤內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動，在Le Bihan等［3-4］提出的體素內(nèi)不相干運(yùn)動（intravoxel incoherent motion，IVIM）理論中，水分子的微觀運(yùn)動包括毛細(xì)血管灌注和單純水分子的擴(kuò)散。這種雙指數(shù)模型描述擴(kuò)散運(yùn)動，要比單指數(shù)模型更接近真實(shí)情況，從而為臨床術(shù)前評估腫瘤的情況提供有力依據(jù)。目前IVIM在中樞系統(tǒng)、乳腺、腹部、骨髓及骨關(guān)節(jié)等方面均有應(yīng)用［5-9］。

目前，單獨(dú)應(yīng)用SWI或IVIM對腦膠質(zhì)瘤進(jìn)行術(shù)前分級在國內(nèi)外已有一些研究，但是對比及聯(lián)合兩者的研究報(bào)道不多。本研究通過在3.0T磁共振（magnetic resonance，MR）掃描儀上應(yīng)用這兩種技術(shù)，探討其在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級中的臨床價值。

1 資料和方法

1.1 資料

本研究為前瞻性研究。選取2016年5月—2018年2月于國家電網(wǎng)公司北京電力醫(yī)院就診，并經(jīng)術(shù)后病理學(xué)檢查證實(shí)的膠質(zhì)瘤患者104例。其中男性57例，女性47例，年齡12～71歲，中位年齡約47.3歲。低級別膠質(zhì)瘤患者（Ⅱ級）33例，高級別（Ⅲ級和Ⅳ級）71例，均于術(shù)前完成了頭顱MR平掃、SWI及IVIM序列的掃描，并進(jìn)行了增強(qiáng)掃描，所得圖像較清晰。

納入標(biāo)準(zhǔn)：① 能夠配合完成常規(guī)MR平掃、增強(qiáng)掃描、SWI及IVIM成像；② 檢查前未行任何放化療措施和手術(shù)；③ 膠質(zhì)瘤完全實(shí)性或?qū)嵭詾橹鳎[瘤實(shí)性成分≥2/3）；④ 簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：① 腫瘤為完全囊性；② 嬰兒、孕婦、急診患者、患有精神及認(rèn)知疾病的患者等。

1.2 方法

采用GE Discovery 750W 3.0T MR掃描儀及24通道頭顱表面線圈?；颊呷⊙雠P位，頭先進(jìn)。掃描序列：① 常規(guī)MR平掃，軸位T1WI［重復(fù)時間（repetition time，TR）為2 087.4 ms，回波時間（echo time，TE）為24.0 ms］、軸位T2WI（TR 5 281.0 ms，TE 104.0 ms）、軸位T2液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（fluid-attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR）（TR 9 000.0 ms，TE 95.0 ms），視野24 cm×24 cm，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm。② 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0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1 000、1 500、2 000、3 000 s/mm2。③ SWI采用Ax T2加權(quán)血管成像（T2-star weighted angiography，SWAN）序列（TR 38.3 ms，TE 22.9 ms），翻轉(zhuǎn)角（flip angle，F(xiàn)A）為15°，視野24 cm×21.6 cm，矩陣352×288，層厚2.0 mm，無層間距，激勵次數(shù)（number of excitations，NEX）為0.69。④ T1WI序列的軸位、矢狀位及冠狀位增強(qiáng)掃描。

1.3 數(shù)據(jù)分析

將圖像載入GE ADW 4.6工作站，采用Reformat及Functool軟件進(jìn)行后處理，分別計(jì)數(shù)和測量腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域的ITSS和IVIM參數(shù)值。

通過后處理獲得SWI的最小密度投影圖（minimum intensity projection，MinIP）和相位圖，結(jié)合軸位T1WI、T2WI及增強(qiáng)圖像，確定腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域。在SWI MinIP圖上對腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域范圍內(nèi)可見的低信號線性或點(diǎn)狀易感病灶進(jìn)行計(jì)數(shù)評分，其中微出血為類圓形直徑＜5 mm低信號灶，腫瘤范圍內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)的迂曲低信號為病理性血管。由于鈣化在校正的相位圖上表現(xiàn)為高信號，而微血管和微出血表現(xiàn)為低信號，故利用校正的相位圖可以剔除鈣化。通過Park等［2］提出的半定量分析方法，ITSS評分為以下幾個等級：0分為沒有ITSS；1分為1～5個點(diǎn)狀或細(xì)線性ITSS；2分為6～10個點(diǎn)狀或細(xì)線性ITSS；3分為11個或更多的點(diǎn)狀或細(xì)線性ITSS。

通過在軸位T1WI、T2WI及增強(qiáng)圖像上觀察病變的大小和范圍，分別在IVIM各參數(shù)［快速表觀擴(kuò)散系數(shù)（fast apparent diffusion coefficient，fast ADC）、慢速表觀擴(kuò)散系數(shù)（slow apparent diffusion coefficient，slow ADC）、灌注分?jǐn)?shù)f值及單指數(shù)模型參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表觀擴(kuò)散系數(shù)（standard apparent diffusion coefficient，standard ADC）］的偽彩圖上于病變實(shí)質(zhì)區(qū)取3個感興趣區(qū)（region of interest，ROI）進(jìn)行測量，盡量選擇實(shí)質(zhì)區(qū)強(qiáng)化最顯著的區(qū)域，保證大小一致，若遇到出血、壞死及囊變等區(qū)域時應(yīng)避開。然后取這3個ROI的平均值。當(dāng)腫瘤無明顯強(qiáng)化時，與T2WI及T2 FLAIR圖像對照，選取病變范圍最大層面實(shí)質(zhì)區(qū)測量。為避免誤差，ROI的大小控制在30～60 mm2。

SWI及IVIM的區(qū)域范圍均限定在腫瘤實(shí)質(zhì)所在區(qū)域，所有數(shù)據(jù)均由3位醫(yī)師操作取最終平均值所得。當(dāng)意見不一致時，通過討論得出結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 24.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對ITSS評分值采用非參數(shù)Mann-Whitney U檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對IVIM各參數(shù)采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。利用受試者工作特征（receiver operator characteristic，ROC）曲線評估各參數(shù)對膠質(zhì)瘤分級的診斷效能。

2 結(jié) 果

2.1 SWI及IVIM各參數(shù)

腦膠質(zhì)瘤SWI和IVIM各參數(shù)圖像見圖1～2，高、低級別膠質(zhì)瘤組ITSS評分值結(jié)果見表1。

圖1 男性，32歲，左側(cè)額葉少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤（WHO Ⅱ級）A：SWI MinIP圖，ITSS評分值為1；B：體素內(nèi)微循環(huán)灌注系數(shù)（fast ADC）圖；C：體素內(nèi)真性水分子擴(kuò)散系數(shù)（slow ADC）圖；D：體素內(nèi)灌注分?jǐn)?shù)（f值）圖；E：體素內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的ADC（standard ADC）圖

圖2 男性，65歲，右側(cè)顳葉膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（WHO Ⅳ級）A：SWI MinIP圖，ITSS評分值為3；B：體素內(nèi)微循環(huán)灌注系數(shù)（fast ADC）圖；C：體素內(nèi)真性水分子擴(kuò)散系數(shù)（slow ADC）圖；D：體素內(nèi)灌注分?jǐn)?shù)（f值）圖；E：體素內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的ADC（standard ADC）圖

表1 高、低級別腦膠質(zhì)瘤組ITSS評分結(jié)果（n）

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果表明，高級別膠質(zhì)瘤組的ITSS值高于低級別膠質(zhì)瘤組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。高級別腦膠質(zhì)瘤組的fast ADC、slow ADC、standard ADC及f值分別為（31.2±12.1）×10-3、（0.46±0.22）×10-3、（0.92±0.22）×10-3mm2/s和0.48±0.13，而低級別腦膠質(zhì)瘤組的fast ADC、slow ADC、standard ADC及f值分別為（14.0±6.9）×10-3、（0.88±0.24）×10-3、（1.08±0.25）×10-3mm2/s和0.29±0.13。其中高級別腦膠質(zhì)瘤組的fast ADC值及f值均高于低級別腦膠質(zhì)瘤組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；高級別膠質(zhì)瘤組的slow ADC值、standard ADC值均低于低級別膠質(zhì)瘤組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

2.2 ROC曲線分析

在高、低級別膠質(zhì)瘤組的分級中，SWI模型曲線下面積（area und curve，AUC）為0.86，綜合IVIM各參數(shù)的AUC為0.97，聯(lián)合兩種技術(shù)的AUC為0.98（圖3）。根據(jù)約登指數(shù)最大，得出SWI的靈敏度為78.9%，特異度為87.9%。IVIM所得各參數(shù)fast ADC、slow ADC、standard ADC及f值的AUC分別為0.901、0.900、0.682及0.867，根據(jù)約登指數(shù)最大確定各參數(shù)的最佳診斷界值、診斷靈敏度及特異度（表2）。聯(lián)合SWI及IVIM鑒別高低級別膠質(zhì)瘤的靈敏度和特異度分別為100%及91.5%。

表2 擴(kuò)散加權(quán)成像單指數(shù)模型、IVIM模型鑒別高低級別腦膠質(zhì)瘤的診斷效能

圖3 SWI模型及IVIM模型對腦膠質(zhì)瘤分級診斷ROC曲線圖

3 討 論

3.1 SWI對膠質(zhì)瘤分級的評價

組織間的磁敏感差異是SWI的成像基礎(chǔ)，T2加權(quán)梯度回波序列是SWI的序列基礎(chǔ)。不同組織間的磁敏感差異在足夠長的TE下產(chǎn)生不同步的信號差異，經(jīng)過后處理將幅值圖和相位圖融合，進(jìn)而形成對比。靜脈內(nèi)的脫氧血紅蛋白及出血代謝產(chǎn)物由于快速自旋失相位導(dǎo)致信號缺失，在SWI圖像上表現(xiàn)為顯著的低信號［10］。

病理性血管生成是腫瘤生長的基礎(chǔ)，惡性膠質(zhì)瘤的迅速增長依賴于血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的高表達(dá)，伴有Ki-67增殖指數(shù)升高［11］，其中VEGF可刺激不成熟的腫瘤血管快速生成，所以侵襲性腫瘤常有不成熟的血管結(jié)構(gòu)和多發(fā)微出血的情況。微小血管由于部分容積效應(yīng)，在常規(guī)的掃描序列中很難顯示，而SWI可以敏感地顯示微小血管和微出血。

本研究結(jié)果顯示，高級別膠質(zhì)瘤組的ITSS評分值顯著高于低級別腦膠質(zhì)瘤組。此結(jié)果提示高級別膠質(zhì)瘤內(nèi)的新生血管更豐富、更容易出現(xiàn)出血情況。這與Xu等［12］的研究結(jié)果相似，即SWI可以幫助進(jìn)行腦膠質(zhì)瘤的分級。同時，本研究中大部分在SWI中發(fā)現(xiàn)的瘤內(nèi)出血，在常規(guī)序列中不能被發(fā)現(xiàn)，這不僅說明SWI對微出血的顯示更加敏感，還提示膠質(zhì)瘤的出血病灶多為微小出血。然而，與以往多數(shù)研究不同的是，本研究中低級別膠質(zhì)瘤組中有22例瘤體內(nèi)存在易感性病灶，其中2例ITSS評分值為3。通過觀察發(fā)現(xiàn)，這2例的瘤灶范圍比較大，分析原因可能是腫瘤范圍比較大而引起的血管生成相對豐富；或者是新生血管比較迂曲密集引起缺氧，導(dǎo)致脫氧血紅蛋白的產(chǎn)生；也可能是腫瘤血管發(fā)育不成熟易出血；或是與瘤內(nèi)微小血管的病變有關(guān)。以往也有病理學(xué)研究表明，低級別膠質(zhì)瘤中有12.5%可檢測到出血［13］。高級別膠質(zhì)瘤組中大部分具有較高的ITSS值，但是有3例的ITSS評分值為0。分析原因可能是腫瘤內(nèi)血管生成的速度及瘤細(xì)胞浸潤程度不夠顯著；或者是由于其他血管的血流代償導(dǎo)致缺氧情況的減少；也可能是微小血管的生成及微小出血超出了3.0T MRI的分辨率。由于目前尚未有顯示微小血管及微出血的其他成像手段，所以仍需深入探究瘤內(nèi)血管的特征，來進(jìn)一步解釋這種現(xiàn)象。

3.2 IVIM對膠質(zhì)瘤分級的評價

常規(guī)DWI的ADC值采用單指數(shù)模型進(jìn)行計(jì)算，由于受擴(kuò)散和灌注的雙重影響，所以結(jié)果不準(zhǔn)確。但是IVIM采用雙指數(shù)模型可以分離這兩種效應(yīng)。IVIM的雙指數(shù)模型公式為Sb/S0=（1-f）exp（-bD）+fexp［-b（D*+D）］［3］，其中b為擴(kuò)散敏感梯度因子，Sb、S0分別代表b取某個b值（b≠0）及b＝0時的信號強(qiáng)度。D為真性擴(kuò)散系數(shù)（即slow ADC），反映純水分子擴(kuò)散；D*為假性擴(kuò)散系數(shù)（即fast ADC），反映灌注相關(guān)的擴(kuò)散系數(shù)；f是灌注分?jǐn)?shù)，反映微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散在IVIM中所占的比例。當(dāng)b＜200 s/mm2時，微循環(huán)灌注效應(yīng)占顯著地位；b值越高，對水分子擴(kuò)散運(yùn)動越敏感。IVIM參數(shù)需要較大范圍的b值進(jìn)行擬合計(jì)算，盡管b值越多，數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，但受采集時間的限制，目前臨床應(yīng)用中b值以10個左右為宜［14］，本研究采用14個b值（7個低b值、7個高b值）進(jìn)行IVIM掃描。

本研究結(jié)果顯示，高級別膠質(zhì)瘤組的fast ADC及f值均高于低級別腦膠質(zhì)瘤組，而slow ADC值、standard ADC值均低于低級別腦膠質(zhì)瘤組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這與Bisdas等［15］和Bai等［16］的研究結(jié)果部分類似，提示高級別膠質(zhì)瘤的灌注比低級別更加豐富。其原因可能是高級別膠質(zhì)瘤新生血管豐富且結(jié)構(gòu)異常，血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)育不完善、血管通透性強(qiáng)，導(dǎo)致對比劑滲出增加。同時可能存在動靜脈交通，引起灌注短路。而且，高級別膠質(zhì)瘤的病變細(xì)胞排列可能更加緊密，細(xì)胞外的空間體積相對減少，水分子運(yùn)動受限更加顯著［17］。另外，本研究顯示standard ADC值的AUC（0.682）、靈敏度（66.7%）和特異度（63.4%）均為最小，而且各組standard ADC均高于slow ADC。這進(jìn)一步證實(shí)單指數(shù)模型standard ADC值（包含了水分子的擴(kuò)散和血液的微循環(huán)兩部分）較真實(shí)的水分子擴(kuò)散ADC值偏高，DWI單指數(shù)模型的診斷效能低于雙指數(shù)模型IVIM。在IVIM模型中fast ADC值的AUC（0.901）和特異度（87.9%）最高，slow ADC值的靈敏度（90.9%）最高，兩者擁有更高的診斷效能。這為以后的臨床工作提供了重要的參考價值。

3.3 綜合探討兩種技術(shù)對腦膠質(zhì)瘤分級的評價

本研究結(jié)果表明，SWI及IVIM對膠質(zhì)瘤分級均有臨床意義，而且IVIM模型的AUC、靈敏度和特異度均高于SWI。聯(lián)合兩種技術(shù)能進(jìn)一步反映腫瘤的侵襲性、血管生成情況，推測病理學(xué)類型，獲得更高的診斷效能。隨著IVIM及SWI影像質(zhì)量和參數(shù)可重復(fù)性的提高，其科研及臨床應(yīng)用前景也將會更加廣闊。