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(xì)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(diǎn)，腫瘤組織生長(zhǎng)到一定大小時(shí)，可造成患者肢體運(yùn)動(dòng)障礙、癲癇、失語(yǔ)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(dá)到去除腫瘤組織、殺滅腫瘤細(xì)胞和延緩腫瘤發(fā)展的目的[2]。膠質(zhì)瘤分為Ⅰ~Ⅳ級(jí)，其中Ⅰ~Ⅱ級(jí)腫瘤生長(zhǎng)緩慢，預(yù)后較好，而Ⅲ~Ⅳ級(jí)腫瘤生長(zhǎng)速度快，浸潤(rùn)性和侵襲性強(qiáng)，預(yù)后差[3]。因此，術(shù)前對(duì)膠質(zhì)瘤進(jìn)行精確分級(jí)，有利于促進(jìn)臨床決策，改善預(yù)后。確診膠質(zhì)瘤的“金標(biāo)準(zhǔn)”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(jí)評(píng)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(duì)膠質(zhì)瘤進(jìn)行術(shù)前分級(jí)[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(jí)別的膠質(zhì)瘤在MRI影像上具有一定的特征性表現(xiàn),，但無(wú)法對(duì)膠質(zhì)瘤精確定位和定性診斷，不能滿(mǎn)足術(shù)前分級(jí)評(píng)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(yùn)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(duì)比增強(qiáng)MRI成像，具有較長(zhǎng)的T1值，可有效抑制游離水或正常腦脊液的MR信號(hào)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(jí)，有助于提高M(jìn)RI在膠質(zhì)瘤分級(jí)評(píng)估與病理測(cè)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(jí)評(píng)估中的應(yīng)用，旨在為膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷分級(jí)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(biāo)準(zhǔn)：符合膠質(zhì)瘤診斷標(biāo)準(zhǔn)[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(biāo)準(zhǔn)：合并其他腦部疾病者；合并大范圍顱內(nèi)出血者；MRI圖像運(yùn)動(dòng)偽影嚴(yán)重者；MRSI數(shù)據(jù)缺失；MRI檢查禁忌者。根據(jù)2015版中國(guó)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(jí)別膠質(zhì)瘤組(Ⅰ~Ⅱ級(jí))23例和高級(jí)別膠質(zhì)瘤組(Ⅲ~Ⅳ級(jí))27例。低級(jí)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(gè)月，平均病程(2.63±0.51)個(gè)月，其中Ⅰ級(jí)14例，Ⅱ級(jí)9例。高級(jí)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(gè)月，平均病程(2.69±0.57)個(gè)月，其中Ⅲ級(jí)17例，Ⅳ級(jí)10例。兩組一般資料無(wú)顯著差異(P>0.05)。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)通過(guò)。

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(shí)質(zhì)及邊緣強(qiáng)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(lì)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(lì)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(lì)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(lì)次數(shù)1。

1.2.2 MRI圖像分割 采用ITK-SNAP軟件(www.itksnap.org)對(duì)進(jìn)行MRI圖像半自動(dòng)分割。在膠質(zhì)瘤DWI圖像中勾畫(huà)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)：設(shè)置提取特征的標(biāo)準(zhǔn)，在代表區(qū)域選取含多像素的小面積種子點(diǎn)，測(cè)量種子點(diǎn)臨近區(qū)域的像素，檢測(cè)其是否滿(mǎn)足提取特征標(biāo)準(zhǔn)。勾畫(huà)ROI時(shí)應(yīng)需避開(kāi)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(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線(xiàn)為流出型或平臺(tái)型表示病灶區(qū)達(dá)到強(qiáng)化峰值或強(qiáng)化較明顯，以動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線(xiàn)為上升型表示周?chē)Ｈ橄賹?shí)質(zhì)的強(qiáng)化尚不明顯，使病灶與周?chē)５娜橄賹?shí)質(zhì)對(duì)比度達(dá)到最佳狀態(tài)，利于更加精確勾畫(huà)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(jìn)特征， 擴(kuò)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(guò)3個(gè)不同b值及其ROI區(qū)信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算彌散系數(shù)(apparent diffusion coeffcient，ADC)、分布擴(kuò)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(jìn)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(xì)胞組織學(xué)形態(tài)。根據(jù)2015版中國(guó)中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)瘤診斷與治療指南進(jìn)行分級(jí)，以Ⅰ~Ⅱ級(jí)為低級(jí)別膠質(zhì)瘤，以Ⅲ~Ⅳ級(jí)為高級(jí)別膠質(zhì)瘤。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料采用(±s)表示，組間差異采用兩樣本獨(dú)立t檢驗(yàn)，分別計(jì)算DWI和T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤級(jí)別的敏感度、特異性及準(zhǔn)確性。受試者操作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲線(xiàn)評(píng)估DWI和T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤級(jí)別的價(jià)值，以雙側(cè)P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)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(jí)不同而出現(xiàn)不同的影像表現(xiàn)。DWI圖像中，病理分級(jí)為Ⅲ~Ⅳ級(jí)高級(jí)別膠質(zhì)瘤邊界不清，見(jiàn)圖1；而病理分級(jí)Ⅰ~Ⅱ級(jí)的低級(jí)別膠質(zhì)瘤體邊界尚可，見(jiàn)圖2。T2WI圖像中，高級(jí)別膠質(zhì)瘤見(jiàn)大片水腫信號(hào)，存在明顯占位效應(yīng)，增強(qiáng)后強(qiáng)化明顯，見(jiàn)圖3；低級(jí)別膠質(zhì)瘤信號(hào)多呈不均勻，增強(qiáng)后部分無(wú)強(qiáng)化或呈不均勻強(qiáng)化，見(jiàn)圖4。T2FLAIR圖像中，高級(jí)別膠質(zhì)瘤體強(qiáng)化區(qū)外皮層信號(hào)異常，見(jiàn)圖5；低級(jí)別膠質(zhì)瘤體強(qiáng)化區(qū)外皮層信號(hào)瘤體強(qiáng)化區(qū)外皮層信號(hào)未見(jiàn)明顯異常，見(jiàn)圖6。

圖1 左顳葉腦膠質(zhì)瘤，DWI圖像，病理分級(jí)IV級(jí)，瘤體周?chē)吔绮磺濉D2 右額葉腦膠質(zhì)瘤，DWI圖像，病理分級(jí)Ⅱ級(jí)，瘤體周?chē)吔缟星?。圖3 左顳葉腦膠質(zhì)瘤，T2WI圖像，病理分級(jí)Ⅳ級(jí)，腫瘤內(nèi)強(qiáng)化明顯。圖4 右額葉腦膠質(zhì)瘤，T2WI圖像，病理分級(jí)II級(jí)，腫瘤內(nèi)不均勻強(qiáng)化。圖5 左顳葉腦膠質(zhì)瘤，T2 FLAIR圖像，病理分級(jí)IV級(jí)。圖6 右額葉腦膠質(zhì)瘤，T2FLAIR圖像，病理分級(jí)II級(jí)，瘤體強(qiáng)化區(qū)外皮層信號(hào)未見(jiàn)明顯異常。圖7 DWI、T2 FLAIR診斷膠質(zhì)瘤分級(jí)ROC曲線(xiàn)。

2.2 不同級(jí)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(jí)別膠質(zhì)瘤組ADC、DDC和α值均明顯低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤組(P<0.05)，見(jiàn)表1。

表1 不同級(jí)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(biāo)準(zhǔn)”，將低級(jí)別膠質(zhì)瘤作為“金標(biāo)準(zhǔn)”陰性，將高級(jí)別膠質(zhì)瘤作為“金標(biāo)準(zhǔn)”陽(yáng)性。DWI診斷敏感度、準(zhǔn)確度為77.78%、76.00%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為77.78%，陰性預(yù)測(cè)值為73.91%(Kappa=0.517)，見(jiàn)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(zhǔn)確度為88.89%、84.00%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為82.76%，陰性預(yù)測(cè)值為85.71%(Kappa=0.676)，見(jiàn)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(zhǔn)確度為96.29%、90.00%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為86.67%，陰性預(yù)測(cè)值為95.00%(Kappa=0.796)，見(jiàn)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(jí)價(jià)值ROC分析血清DWI、T2FLAIR圖像結(jié)果診斷膠質(zhì)瘤分級(jí)的價(jià)值，結(jié)果顯示，DWI、T2FLAIR圖像結(jié)果診斷膠質(zhì)瘤分級(jí)的曲線(xiàn)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(jí)的AUC為0.895，具有最佳診斷效能(P<0.05)，見(jiàn)圖7和表5。

表5 DWI、T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤分級(jí)預(yù)測(cè)價(jià)值

3 討 論

膠質(zhì)瘤是來(lái)源于神經(jīng)上皮細(xì)胞的中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見(jiàn)惡性腫瘤，腫瘤細(xì)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(jí)的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但該方法為有創(chuàng)性檢查，且病理取樣時(shí)可能無(wú)法準(zhǔn)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(jí)診斷中的應(yīng)用[13]。MRI是膠質(zhì)瘤診斷和術(shù)前分級(jí)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(lái)評(píng)估膠質(zhì)瘤級(jí)別。但不同級(jí)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(lèi)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(wú)法對(duì)低級(jí)別和高級(jí)別的膠質(zhì)瘤進(jìn)行鑒別[14]。T2FLAIR在常規(guī)MRI影像技術(shù)級(jí)圖像基礎(chǔ)基礎(chǔ)上，對(duì)醫(yī)學(xué)影像圖像的ROI進(jìn)行強(qiáng)化掃描，高信號(hào)可更準(zhǔn)確地描繪膠質(zhì)瘤腫瘤邊界，為其診斷和分級(jí)提供影像學(xué)組生物標(biāo)志[15]。本研究重點(diǎn)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(jí)鑒別中的應(yīng)用價(jià)值，并對(duì)其敏感性、特異性進(jìn)行分析。

本研究結(jié)果顯示，在DWI和T2FLAIR檢查中，高級(jí)別膠質(zhì)瘤組ADC、DDC和α值均明顯低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤組。DWI可對(duì)腫瘤的惡性程度提供定量信息，通過(guò)對(duì)膠質(zhì)瘤DWI信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)，可為膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷分級(jí)提供參考，但特異性一般。正常腦組織和實(shí)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(yùn)動(dòng)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(hào)，難以區(qū)分[16]。在T2FLAIR序列中，游離水呈低信號(hào)，結(jié)合水呈高信號(hào)，從而有效區(qū)分游離水和結(jié)合水，彌補(bǔ)了常規(guī)DWI在膠質(zhì)瘤分級(jí)鑒別中的不足[17]。本研究在DWI和T2FLAIR檢查中，考慮到不同級(jí)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(gè)新的參數(shù)分別反映ADC值連續(xù)分布情況和信號(hào)衰減的組織擴(kuò)散異質(zhì)性。通常情況下，級(jí)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(jí)別膠質(zhì)瘤ADC、D、f、DDC、α值低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤，與本研究結(jié)果基本一致，說(shuō)明與DWI與T2FLAIR檢查在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級(jí)檢查中均具有更好的應(yīng)用效果。

本研究對(duì)DWI、T2FLAIR單獨(dú)檢查及DWI聯(lián)合T2FLAIR的影像學(xué)組診斷膠質(zhì)瘤級(jí)別進(jìn)行Kappa一致性分析，并分別計(jì)算了敏感度、特異性及準(zhǔn)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(zhǔn)確性，與組織病理結(jié)果的一致性最高。進(jìn)一步采用ROC曲線(xiàn)對(duì)DWI、T2FLAIR及DWI聯(lián)合T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤級(jí)別的評(píng)估價(jià)值進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，DWI聯(lián)合T2FLAIR診斷膠質(zhì)瘤分級(jí)的AUC為0.895，明顯高于DWI、T2FLAIR單獨(dú)檢查的AUC，說(shuō)明DWI聯(lián)合T2FLAIR對(duì)膠質(zhì)瘤分級(jí)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(qiáng)化為主，但部分高級(jí)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(duì)比劑影響結(jié)果進(jìn)行矯正。而FLAIR圖像與DWI結(jié)合所顯示的強(qiáng)化邊緣外臨近區(qū)域異常信號(hào)是高級(jí)別膠質(zhì)瘤的特異性征象，有利于對(duì)低級(jí)別膠質(zhì)瘤與高級(jí)別膠質(zhì)瘤進(jìn)行鑒別[19]。邵華等[20]研究結(jié)果顯示，F(xiàn)LAIR在評(píng)估預(yù)后較差的膠質(zhì)瘤上具有較高的靈敏度、特異度、準(zhǔn)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(dòng)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(jí)的準(zhǔn)確性，具有較好的應(yīng)用價(jià)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(duì)除T2FLAIR以外的其他MRI影像模式對(duì)膠質(zhì)瘤分級(jí)的診斷價(jià)值進(jìn)行分析有關(guān)，后續(xù)可增大樣本量進(jìn)行深入研究。

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