閆新亭 宋雙雙 盧 潔

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科與核醫(yī)學(xué)科 磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100053)

腦膠質(zhì)瘤是指起源于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的腫瘤，是最常見(jiàn)的原發(fā)性顱內(nèi)腫瘤，占所有原發(fā)性腦惡性腫瘤的70%，病死率和致殘率均較高[1]。膠質(zhì)瘤分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)，Ⅰ、Ⅱ級(jí)為低級(jí)別，Ⅲ、Ⅳ級(jí)為高級(jí)別，級(jí)別越高則惡性程度增高[2-4]。膠質(zhì)瘤主要亞型包括星形細(xì)胞瘤(astrocytoma, AC)、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤(oligodendroglioma, OD)及膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma multiforme, GBM)等，不同級(jí)別及不同亞型膠質(zhì)瘤的臨床治療方式不同，生存期差異也較大，Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤5年生存率為60%，Ⅲ級(jí)中位生存期為2～5年，Ⅳ級(jí)中位生存期為14.6個(gè)月[2]。2016世界衛(wèi)生組織(World Health Organization, WHO)[3]中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤修訂版根據(jù)分子型對(duì)膠質(zhì)瘤亞型進(jìn)行分類，其中異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase，IDH)突變作為重要的分子標(biāo)志物將膠質(zhì)瘤分為突變型和野生型,IDH突變發(fā)生于70%～80%的Ⅱ～Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤和90%的繼發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，是目前臨床公認(rèn)的能夠預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤預(yù)后及生物行為的指標(biāo),IDH突變型又可分為IDH1和IDH2突變，其中以IDH1突變?yōu)橹?，約占IDH突變的80%～90%。因此，術(shù)前準(zhǔn)確判定膠質(zhì)瘤級(jí)別及IDH基因型對(duì)選擇臨床治療方式、評(píng)估患者預(yù)后至關(guān)重要。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是腦膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷、制定治療計(jì)劃、治療效果評(píng)估及隨訪中的重要檢查方法，其中擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)具有重要價(jià)值，可以無(wú)創(chuàng)地為膠質(zhì)瘤的診斷提供信息。DWI是一種對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)敏感的成像技術(shù)，可提供活體組織內(nèi)微觀水分子運(yùn)動(dòng)的信息，其定量指標(biāo)表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)反映水分子自由擴(kuò)散的速度和范圍，可反映腫瘤異質(zhì)性、侵襲性以及治療效果[5-6]。本研究探討ADC值在膠質(zhì)瘤分級(jí)、分型及預(yù)測(cè)IDH1突變狀態(tài)的應(yīng)用價(jià)值。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院2014年4月至2019年5月經(jīng)病理證實(shí)為腦膠質(zhì)瘤的患者82例為研究對(duì)象，其中，男性42例，女性40例，年齡15～74歲，平均年齡為(51.4±13.9)歲。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①病理學(xué)證實(shí)為Ⅱ～Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤；②頭顱MRI為術(shù)前1個(gè)月內(nèi)完成，術(shù)前或放射治療聯(lián)合化學(xué)藥物治療(以下簡(jiǎn)稱放化療)前進(jìn)行平掃和增強(qiáng)檢查；③腫瘤發(fā)生于幕上;④于檢查前均簽署知情同意書(shū)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①圖像存在運(yùn)動(dòng)偽影等影響觀察；②腫瘤內(nèi)有大面積出血、壞死、囊變。

1.2 儀器與方法

所有患者均采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的MRI (3.0T Verio或3.0T Trio) 進(jìn)行頭顱掃描，取仰臥位，采用顱腦8通道專用線圈。掃描序列包括橫軸位及矢狀位圖像，T1WI(TR 160 ms，TE 3.05 ms) 、 T2WI (TR 3 800 ms，TE 93.0 ms)、T2-FLAIR(TR 8 000 ms，TE 94.0 ms) ; 橫軸位DWI參數(shù)為: TR 5 500 ms、TE 90 ms，b=0，1 000 s/mm2; 掃描層厚均為5.0 mm，視野(field of view，F(xiàn)OV) 240 mm×240 mm; 所有患者進(jìn)行增強(qiáng)掃描，對(duì)比劑為GD-DTPA，0.1 mmol/kg，高壓注射器靜脈團(tuán)注。

1.3 圖像分析

采用盲法由兩名神經(jīng)影像診斷醫(yī)師對(duì)MRI數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有分歧時(shí)經(jīng)協(xié)商達(dá)成一致。ADC值測(cè)量取圓形感興趣區(qū)(region of interest, ROI)，面積20～50 mm2，根據(jù)腫瘤面積及腫瘤實(shí)性成分，每個(gè)病灶測(cè)量3～5個(gè)ROI，避開(kāi)血管、壞死、囊變區(qū)，測(cè)量對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)ADC值2次，面積約40 mm2，取2次ADC值的平均值(圖1)。病灶所有ROI中最小ADC值的平均值為最小ADC(minimum ADC，ADCmin)，所有ROI的平均ADC值的平均值為平均ADC(mean ADC，ADCmean)，ADCmin與對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)ADC值的比值為相對(duì)最小ADC(relative minimum ADC values，rADCmin)，ADCmean與對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)ADC值的比值為相對(duì)平均ADC(relative mean ADC，rADCmean)。

圖1 病灶ROI區(qū)劃圖Fig.1 ROI mapping of lesionsROI: region of interest.

1.4 組織病理及免疫組織化學(xué)檢測(cè)

所有患者均進(jìn)行腫瘤切除術(shù)或病理活檢并行術(shù)后病理檢查。82例患者病理標(biāo)本均進(jìn)行HE染色，高倍顯微鏡觀察，按照腦膠質(zhì)瘤WHO分類方法進(jìn)行分級(jí)及分型診斷，分為Ⅱ～Ⅳ級(jí)，其中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，Ⅱ～Ⅲ 級(jí)膠質(zhì)瘤病理亞型為AC、OD，Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤為GBM；所有標(biāo)本均采用免疫組織化學(xué)檢查方法檢測(cè)IDH1突變狀態(tài)，根據(jù)腫瘤標(biāo)本與檢測(cè)腦膠質(zhì)瘤中IDH1基因點(diǎn)突變的單克隆抗體結(jié)合情況判定，IDH1表達(dá)陽(yáng)性為IDH1突變組(IDH1 mutant,IDH1mut)，IDH1表達(dá)陰性為IDH1野生組(IDH1 wide-type,IDH1wild)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 WHO分級(jí)情況

82例腦膠質(zhì)瘤中WHO Ⅱ級(jí)27例(32.9%)、Ⅲ級(jí)22例(26.8%)、Ⅳ級(jí)33例(40.3%)，其中Ⅱ級(jí)為低級(jí)別膠質(zhì)瘤共27例(32.9%),Ⅲ、Ⅳ級(jí)為高級(jí)別膠質(zhì)瘤共55例(67.1%)。Ⅱ～Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤病理亞型為AC及OD, AC共26例(56.5%),其中，Ⅱ級(jí)16例，Ⅲ級(jí)10例；OD共23例(43.5%),其中，Ⅱ級(jí)11例，Ⅲ級(jí)12例。Ⅱ～Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤中IDH1mut28例(57.1%),其中，Ⅱ級(jí)17例，Ⅲ級(jí)11例;IDH1wild21例(42.9%),其中，Ⅱ級(jí)10例，Ⅲ級(jí)11例。

2.2 膠質(zhì)瘤MR表現(xiàn)

病灶多位于額顳頂葉，Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤信號(hào)均勻，T1WI呈等、稍低信號(hào)，T2WI/FLAIR呈稍高信號(hào)， DWI上可呈低、等、高信號(hào)，ADC呈高信號(hào)，邊界較清晰，未見(jiàn)明顯瘤周水腫，增強(qiáng)后未見(jiàn)明顯強(qiáng)化；Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤信號(hào)不均勻， T1WI呈等、稍低混雜信號(hào)，T2WI/FLAIR呈等、稍高信號(hào)，內(nèi)多見(jiàn)囊變、壞死，DWI上呈等、稍高信號(hào)，ADC上呈斑片狀低信號(hào)，部分呈高信號(hào)，大部分腫瘤邊界不清，瘤周輕度水腫多見(jiàn)，增強(qiáng)后腫瘤可見(jiàn)結(jié)節(jié)狀、小環(huán)狀、斑片狀強(qiáng)化；Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤部分可見(jiàn)跨中線生長(zhǎng)，信號(hào)混雜、明顯不均勻，壞死、囊變、出血多見(jiàn)，實(shí)性部分DWI上呈稍高、高信號(hào)，ADC上呈低信號(hào)，腫瘤邊界不清，瘤周水腫明顯，增強(qiáng)后腫瘤可見(jiàn)片狀、花環(huán)狀強(qiáng)化。

2.3 各級(jí)別膠質(zhì)瘤ADC值的比較

病灶對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)平均ADC值為(0.769±0.676)×10-3mm2/s；Ⅱ～Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤的ADCmin、ADCmean、rADCmin、rADCmean組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，其中ADCmin、ADCmean、rADCmin、rADCmean在Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤與Ⅳ級(jí)之間、Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤與Ⅳ級(jí)之間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，在Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤與Ⅲ級(jí)之間比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(表1)。進(jìn)一步對(duì)高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，ADCmin、ADCmean、rADCmin、rADCmean鑒別高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.023、0.029、0.024、0.035，表2)。ADCmin、ADCmean、rADCmin、rADCmean在高低級(jí)別膠質(zhì)瘤的ROC曲線下面積分別為0.702、0.676、0.675、0.669，最佳閾值分別為0.881×10-3mm2/s、1.095×10-3mm2/s、1.202、1.387，敏感度分別為81.5%、77.8%、66.7%、77.8%，特異度分別為67.3%、65.5%、70.9%、60.0%(圖2)。

表1 82例不同級(jí)別膠質(zhì)瘤ADC值比較

表2 高低級(jí)別膠質(zhì)瘤的ADC值比較

圖2 各ADC值在高低級(jí)別膠質(zhì)瘤的ROC曲線Fig.2 ROC curve of all ADC values at high grade and low grade glioma ROC: receiver operating characteristic; ADC: apparent diffusion coefficient； ADCmin: minimum ADC; ADCmean: mean ADC; rADCmin: relative minimum ADC; rADCmean: relative mean ADC.

2.4 膠質(zhì)瘤亞型AC與OD的ADC值的比較

膠質(zhì)瘤亞型AC共26例(53.1%)；其中，Ⅱ級(jí)15例，Ⅲ級(jí)11例。OD共23例(46.9%)；其中，Ⅱ級(jí)12例，Ⅲ級(jí)11例，AC組與OD組 ADCmin、ADCmean、rADCmin、rADCmean值，詳見(jiàn)表3。AC組各ADC值均高于OD組，其中ADCmin、rADCmin、rADCmean差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。利用ROC曲線評(píng)估ADCmin、rADCmin、rADCmean的診斷效能，曲線下面積分別為0.640、0.664、0.635，最佳閾值分別為0.772×10-3mm2/s、1.059、1.301，敏感度分別為92.3%、92.3%、88.5%，特異度分別為43.5%、43.5%、39.1%(圖3)。

表3 AC與OD的ADC值比較

圖3 各ADC值在AC與OD的ROC曲線Fig.3 ROC curve of all ADC values at astrocytoma and oligodendrogliomaAC: astrocytoma; OD: oligodendroglioma; ROC: receiver operating characteristic; ADC: apparent diffusion coefficient； ADCmin: minimum ADC; ADCmean: mean ADC; rADCmin: relative minimum ADC; rADCmean: relative mean ADC.

2.5 Ⅱ～Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤IDH1mut與IDH1 wildADC值比較

IDH1mut膠質(zhì)瘤28例(57.1%)，其中，Ⅱ級(jí)17例，Ⅲ級(jí)11例；IDH1wild膠質(zhì)瘤21例(42.9%)，其中，Ⅱ級(jí)10例，Ⅲ級(jí)11例。IDH1mut與IDH1wild各ADC值，詳見(jiàn)表4。IDH1mut與IDH1wild膠質(zhì)瘤組間ADC值比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表4 IDH突變型及IDH野生型膠質(zhì)瘤ADC值比較

3 討論

DWI是一種對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)敏感的成像技術(shù)，可提供活體組織內(nèi)微觀水分子運(yùn)動(dòng)的信息，DWI信號(hào)受多種因素影響，如擴(kuò)散敏感系數(shù)、T2穿透效應(yīng)及組織的各向異性，還受多種生理因素的影響，如運(yùn)動(dòng)、呼吸、灌注等，ADC值反映DWI圖上不同方向水分子自由擴(kuò)散的速度和范圍，是組織在擴(kuò)散梯度作用下水分子擴(kuò)散的定量指標(biāo)，與細(xì)胞數(shù)目、大小、排列、核質(zhì)比、細(xì)胞外間隙及微循環(huán)血流灌注等因素有關(guān)[7]。本研究測(cè)量腫瘤實(shí)質(zhì)的ADC值，采用多點(diǎn)選取ROI，避開(kāi)腫瘤內(nèi)大血管、囊變、壞死及出血區(qū)，這樣能避免腫瘤細(xì)胞在瘤體中分布不均勻造成的測(cè)量偏差，更好地反應(yīng)瘤體實(shí)際的情況，相對(duì)ADC值為病灶A(yù)DC值與對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)ADC值的比值，能消除個(gè)體生理因素、機(jī)型、掃描參數(shù)以及序列對(duì)ADC值的影響，使ADC值標(biāo)準(zhǔn)化。

3.1 ADC值與腦膠質(zhì)瘤分級(jí)

惡性腫瘤細(xì)胞增生速度快，細(xì)胞密度高，細(xì)胞外間隙小，限制了水分子的運(yùn)動(dòng)，DWI上信號(hào)增高，ADC值減低，反之則ADC值升高。本研究顯示，隨腫瘤級(jí)別的升高，ADCmin、ADCmean、rADCmin、rADCmean均呈下降趨勢(shì)，高級(jí)別膠質(zhì)瘤與低級(jí)別膠質(zhì)瘤的上述ADC值比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

Murakami等[8]分析50例膠質(zhì)瘤患者ADC值，得出ADCmin值與膠質(zhì)瘤內(nèi)最高級(jí)別點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，隨膠質(zhì)瘤級(jí)別升高ADC值依次減低。Xu等[9]分析49例膠質(zhì)瘤患者rADCmean值，得出高級(jí)別膠質(zhì)瘤rADCmean比低級(jí)別膠質(zhì)瘤低，取值1.497時(shí)診斷敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值最高 (分別為86.2%、85.0%、89.3%及81.0%)，均與本研究結(jié)果一致。本研究顯示Ⅱ～Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤之間ADC值比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Zhang等[10]將WHO 分級(jí)Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤根據(jù)不同分子表達(dá)分為低風(fēng)險(xiǎn)組和高風(fēng)險(xiǎn)組，其中低風(fēng)險(xiǎn)組的臨床、分子特征更接近WHO分級(jí) Ⅱ級(jí)，而高風(fēng)險(xiǎn)組更接近于WHO Ⅳ級(jí)，Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤在組織類型表現(xiàn)方面有一定交叉，這可能為導(dǎo)致本研究Ⅱ～Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤ADC值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的原因之一。本研究發(fā)現(xiàn)以ADCmin、ADCmean、rADCmin、rADCmean值為0.881×10-3mm2/s、1.095×10-3mm2/s、1.202、1.387鑒別高低級(jí)別膠質(zhì)瘤，敏感度分別為81.5%、77.8%、66.7%、77.8%，特異度分別為67.3%、65.5%、70.9%、60.0%。

3.2 膠質(zhì)瘤亞型AC與OD的ADC值的差異

AC與OD常規(guī)MRI影像相似，難以將其明確區(qū)分，但其治療方法卻有著明顯不同，OD對(duì)化療敏感預(yù)后較好，因此術(shù)前明確區(qū)分AC與OD有重要的臨床意義。本研究中AC組ADC值較OD組高，這與腫瘤組織病理是相對(duì)應(yīng)的。少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤經(jīng)典病理表現(xiàn)為中等細(xì)胞密度、核圓、大小一致、核周空暈，還常見(jiàn)微鈣化、黏液囊性變以及由密集的分支狀毛細(xì)血管組成的“雞爪狀”血管網(wǎng)；少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤在皮質(zhì)內(nèi)腫瘤細(xì)胞形成繼發(fā)結(jié)構(gòu)，如神經(jīng)元周圍衛(wèi)星現(xiàn)象，瘤細(xì)胞圍繞在血管周圍和軟腦膜下[11],這些結(jié)構(gòu)使水分子擴(kuò)散受阻。星形細(xì)胞瘤病理表現(xiàn)為腫瘤細(xì)胞密度中等，鈣化少見(jiàn)，輕至中度核異型性，核分裂少見(jiàn)，異常增生血管輕微等[12]。二者在細(xì)胞密度、微血管分布密集度及瘤體實(shí)質(zhì)組成成分上的不同導(dǎo)致ADC值上的差異，Latysheva等[13]對(duì)71例AC和OD的ADC值分析，得出OD的ADC值較AC低，與本研究結(jié)論相一致。本研究發(fā)現(xiàn)以ADCmin、rADCmin、rADCmean值分別為0.772×10-3mm2/s、1.059、1.301鑒別AC與OD，敏感度分別為92.3%、92.3%、88.5%，特異度分別為43.5%、43.5%、39.1%。

3.3 IDH1突變狀態(tài)與膠質(zhì)瘤ADC值的關(guān)系

IDH突變是能夠預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤患者預(yù)后及生物行為的分子生物學(xué)指標(biāo)，目前檢測(cè)基因型的方法包括免疫組化法和基因測(cè)序法，都需要獲取組織標(biāo)本，屬于有創(chuàng)性檢測(cè)。DWI水分子擴(kuò)散受限反映細(xì)胞密度大，對(duì)應(yīng)腫瘤增生快及侵襲性高，對(duì)膠質(zhì)瘤診斷價(jià)值較大[14-17]。文獻(xiàn)[18-22]報(bào)道ADC值與IDH基因型間存在關(guān)系，IDH野生型ADC值低于IDH突變型，也有發(fā)現(xiàn)IDH野生型和突變型的ADC值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究49例Ⅱ～Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤行IDH1基因檢測(cè)，IDH1野生組的ADCmin、ADCmean、rADCmin、rADCmean值較IDH1突變組低，但差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，原因主要為以下幾點(diǎn)：本研究采用多點(diǎn)選取ROI不能全面反映腫瘤異質(zhì)性；活檢部位選取不準(zhǔn)確導(dǎo)致偏差；基因水平檢測(cè)是IDH有無(wú)突變的金標(biāo)準(zhǔn)。研究[23-24]顯示IDH突變型膠質(zhì)瘤內(nèi)存在亞組(約占總IDH突變型膠質(zhì)瘤的12%)，其ADC值低且總生存率低,與IDH野生型膠質(zhì)瘤相似。ADC值主要反映腫瘤細(xì)胞密度，IDH突變和ADC值間的相關(guān)性還不確定，有待擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步探究。

總之，本研究結(jié)果顯示術(shù)前ADC值可量化膠質(zhì)瘤分級(jí)及分類，隨腫瘤級(jí)別增高，ADC值減低，高級(jí)別膠質(zhì)瘤ADC值低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤且具有診斷價(jià)值； OD的ADC值較AC低，這與其組織病理相對(duì)應(yīng)；膠質(zhì)瘤的發(fā)生機(jī)制仍需進(jìn)一步研究，IDH突變是其發(fā)生中的早期事件，術(shù)前ADC值不能完全預(yù)估IDH1突變狀態(tài)。