胡萬(wàn)均, 甘鐵軍, 白玉萍, 李潔, 馬玉榮, 張靜

腦膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見(jiàn)的原發(fā)腦腫瘤。傳統(tǒng)分類方法將膠質(zhì)瘤根據(jù)惡性程度分為高級(jí)別與低級(jí)別兩大類,不同級(jí)別膠質(zhì)瘤治療方案及預(yù)后差別較大[1]。隨著基因及分子生物學(xué)標(biāo)記物檢測(cè)的廣泛應(yīng)用以及靶向藥物研究進(jìn)展,越來(lái)越多研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤治療及預(yù)后與某些特定基因及分子生物學(xué)標(biāo)記物密切相關(guān)[2];因此2016及2021年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤新分類中對(duì)膠質(zhì)瘤分類更加強(qiáng)調(diào)了基因及分子表型的重要性。膠質(zhì)瘤免疫治療是近年來(lái)研究的熱點(diǎn),然而免疫治療療效與腫瘤微環(huán)境密切相關(guān)。上述所提及的膠質(zhì)瘤分級(jí)、基因、分子表型及腫瘤微環(huán)境都是在術(shù)后病理下獲得,目前臨床一直在尋求一種可以術(shù)前無(wú)創(chuàng)了解以上信息的檢查方法[3-5]。

擴(kuò)散成像是一種基于水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的成像方式[6-8],近年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步,衍生出多種高階擴(kuò)散模型,如擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)、體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像(intra-voxel incoherent motion diffusion weighted imaging,IVIM-DWI)、擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)、高角分辨率擴(kuò)散成像(high angular resolution diffusion imaging,HARDI)、擴(kuò)散頻譜成像(diffusion spectrum imaging,DSI)、平均表觀傳播擴(kuò)散成像(mean apparent propagator-MRI,MAP-MRI)、神經(jīng)突方向分散度和密度成像(neurite orientation dispersion an density imaging,NODDI)等,這些高階擴(kuò)散模型相較于術(shù)后病理金標(biāo)準(zhǔn),具有無(wú)創(chuàng)、可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)[9,10]。本文就高階擴(kuò)散模型在膠質(zhì)瘤分級(jí)、基因型、分子表型、腫瘤微環(huán)境等應(yīng)用研究進(jìn)展予以綜述。

擴(kuò)散加權(quán)成像

Padhani等[11]在2008年國(guó)際醫(yī)學(xué)磁共振學(xué)會(huì)會(huì)議期間就DWI作為癌癥成像生物標(biāo)志物達(dá)成一致,并建議利用DWI對(duì)腫瘤進(jìn)行研究時(shí)應(yīng)獲得表觀擴(kuò)散系數(shù)( apparent diffusion coefficient,ADC)。ADC可真實(shí)反映腫瘤所處的細(xì)胞微環(huán)境及水分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),從而為膠質(zhì)瘤分級(jí)及分子分型的預(yù)測(cè)提供更準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的結(jié)果[12,13]。

Baehring等[14]研究指出DWI可以對(duì)早期膠質(zhì)瘤進(jìn)行有效診斷,并可以早于病理活檢提示腫瘤發(fā)生惡變;當(dāng)病理結(jié)果也無(wú)法明確膠質(zhì)瘤是否惡變時(shí),結(jié)合DWI表現(xiàn)可明確診斷。細(xì)胞的增殖是膠質(zhì)瘤分級(jí)的重要因素之一[15,16],高級(jí)別膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖比低級(jí)別膠質(zhì)瘤明顯加快,因此細(xì)胞外水分子擴(kuò)散受限間接反映了低級(jí)別膠質(zhì)瘤進(jìn)展為高級(jí)別膠質(zhì)瘤過(guò)程[17]。目前研究尚缺乏膠質(zhì)瘤基因分型確切生物學(xué)標(biāo)志,Maynard等[18]在WHO膠質(zhì)瘤隊(duì)列中利用腫瘤實(shí)質(zhì)部分ADC值與正常白質(zhì)ADC比值預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)狀態(tài),結(jié)果表明對(duì)兩個(gè)獨(dú)立隊(duì)列膠質(zhì)瘤IDH狀態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率分別為82%、86%,且準(zhǔn)確率高于單ADC值模型及多b值模型,這說(shuō)明ADC值與膠質(zhì)瘤IDH基因狀態(tài)的潛在微環(huán)境存在顯著相關(guān)性。DWI是基于水分子高斯分布的擴(kuò)散模型,它與人體實(shí)際水分子所處細(xì)胞狀態(tài)不符,盡管在預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤分級(jí)、基因型狀態(tài)方面有很多研究,但水分子非高斯分布情況以及單b值的單指數(shù)模型的影響導(dǎo)致其準(zhǔn)確性降低從而無(wú)法進(jìn)一步在臨床廣泛應(yīng)用。

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像

人體內(nèi)由于細(xì)胞、髓鞘、微血管等影響,水分子擴(kuò)散并不服從單指數(shù)模型,在低b值情況下微血管間灌注會(huì)影響信號(hào)變化,因此Le Bihan等[19]提出基于雙指數(shù)模型的擴(kuò)散加權(quán)成像既IVIM-DWI,該模型需要至少6個(gè)小于200 s/mm2的b值來(lái)反映微血管的灌注,2個(gè)大于500 s/mm2的b值來(lái)反映水分子的真實(shí)擴(kuò)散狀態(tài)。IVIM-DWI定量參數(shù)包括偽擴(kuò)散系數(shù)(pseudo-diffusion coefficient,D*)、真擴(kuò)散系數(shù)(diffusion coefficient,D)及灌注分?jǐn)?shù)(perfusion fraction,f),其中D*值反映微血管灌注,D值反映水分子真實(shí)擴(kuò)散,f值反映血流量。

Wang等[20]研究表明D*值、D值及f值可以作為鑒別膠質(zhì)瘤分級(jí)、基因分型的有效定量參數(shù)。f值與D值能有效鑒別高低級(jí)別膠質(zhì)瘤,而低級(jí)別膠質(zhì)瘤中IDH野生型的f值高于IDH突變型,且f值預(yù)測(cè)效能高于其他灌注指標(biāo);高級(jí)別膠質(zhì)瘤新生血管增多是導(dǎo)致f值增加的直接影響因素,在低級(jí)別膠質(zhì)瘤中IDH野生型相比于IDH突變型侵襲性強(qiáng),血管增殖程度越明顯灌注效應(yīng)越強(qiáng),f值變化更明顯。另一項(xiàng)研究指出,IDH突變狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor,HIF)的降低,因而能降低缺氧導(dǎo)致的新生血管形成,且f值可能是評(píng)價(jià)膠質(zhì)瘤血管功能、基因分型的可靠定量參數(shù)[21]。有研究根據(jù)IVIM-DWI以上特性將其用于膠質(zhì)瘤治療療效及真、假性進(jìn)展的評(píng)估,結(jié)果顯示膠質(zhì)瘤真性進(jìn)展與假性進(jìn)展磁共振信號(hào)常相似,臨床難以鑒別[22];而真性進(jìn)展常伴隨血管增殖更明顯,與假性進(jìn)展相比常表現(xiàn)為高灌注效應(yīng),所以f值、D*值及D值可以有效鑒別兩者且能有效預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤治療療效。有關(guān)IVIM-DWI技術(shù)在膠質(zhì)瘤的應(yīng)用非常廣泛、可重復(fù)性強(qiáng),但其準(zhǔn)確性受到b值數(shù)量、b值大小及腫瘤細(xì)胞內(nèi)外所處微環(huán)境影響。

擴(kuò)散張量成像

DTI是目前唯一能在人活體大腦進(jìn)行無(wú)創(chuàng)性白質(zhì)纖維成像方法,與DWI相比需要最少6個(gè)擴(kuò)散梯度方向及更高的b值。DTI常用定量參數(shù)指標(biāo)有各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)、平均擴(kuò)散率(mean diffusivity,MD)等,在DTI中FA值是最重要的量化指標(biāo)之一且可以表征白質(zhì)纖維束完整性;白質(zhì)纖維束中水分子異常擴(kuò)散改變先于白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常改變,而FA值可以敏感地探測(cè)這種變化,并為白質(zhì)纖維束中水分子異常改變提供定量參數(shù)指標(biāo)。

高級(jí)別的膠質(zhì)瘤中FA值的減低比ADC值異常減低更為敏感,Lu等[23]通過(guò)測(cè)量位于正常白質(zhì)和血管源性水腫的感興趣區(qū)及每個(gè)腫瘤周?chē)腡2異常信號(hào)強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤周?chē)鶩A值的改變不僅與含水量增加有關(guān),還與腫瘤浸潤(rùn)有關(guān),病理診斷也提示高級(jí)別膠質(zhì)瘤相較低級(jí)別膠質(zhì)瘤常常出現(xiàn)腫瘤浸潤(rùn);浸潤(rùn)嚴(yán)重時(shí),腫瘤周?chē)踪|(zhì)結(jié)構(gòu)及完整性被破壞會(huì)導(dǎo)致含水量增加,從而進(jìn)一步導(dǎo)致FA值減低,而細(xì)胞周?chē)肿釉黾佑锌赡軐?dǎo)致ADC值測(cè)量產(chǎn)生一定誤差,因此FA值相比ADC值對(duì)腫瘤浸潤(rùn)表征更加敏感,間接提供膠質(zhì)瘤分級(jí)的證據(jù)。高級(jí)別膠質(zhì)瘤周?chē)?rùn)性水腫的FA值相比腦外腫瘤及轉(zhuǎn)移瘤周?chē)[FA值明顯降低[24],且可能與轉(zhuǎn)移瘤轉(zhuǎn)移時(shí)間有關(guān),早期轉(zhuǎn)移瘤并未破壞相應(yīng)區(qū)域白質(zhì)纖維束。腦外腫瘤并非中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源,因而不會(huì)出現(xiàn)較為明顯的纖維束破壞,通常是由于腫瘤體積過(guò)大對(duì)白質(zhì)推擠所致[25,26]。膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)常伴有腫瘤細(xì)胞增殖與新生血管增生,這可能是鑒別膠質(zhì)瘤IDH基因型狀態(tài)的重要因素之一;有研究表明IDH野生型膠質(zhì)瘤易向瘤周浸潤(rùn)性生長(zhǎng)并破壞神經(jīng)纖維的髓鞘導(dǎo)致FA值明顯減低,且與IDH野生型膠質(zhì)瘤的不良預(yù)后顯著相關(guān),IDH突變型膠質(zhì)瘤則很少伴有神經(jīng)纖維的髓鞘破壞,因此FA值無(wú)明顯變化,這與Aliotta等[27]的研究結(jié)果一致。有部分研究利用DTI構(gòu)建影像組學(xué)模型預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤IDH基因型狀態(tài)[28,29],結(jié)果表明MD值預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤IDH基因型的準(zhǔn)確率(AUC=0.83)高于其它模型,該研究進(jìn)一步證實(shí)DTI可以更好表征膠質(zhì)瘤腫瘤微環(huán)境及腫瘤細(xì)胞增殖情況;由于人體細(xì)胞微環(huán)境及血管影響,水分子呈非高斯分布,而DTI模型是基于水分子高斯分布所提出,盡管以上研究證明DTI可以有效預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤分級(jí)、基因型狀態(tài)及不良預(yù)后,但其準(zhǔn)確性仍然欠佳,因此需要在水分子非高斯分布情況下驗(yàn)證其準(zhǔn)確性,探索其臨床應(yīng)用價(jià)值。

擴(kuò)散峰度成像

人體內(nèi)水分子自由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受細(xì)胞間隙、血管間隙等因素影響,水分子主要呈非高斯分布,因此DTI無(wú)法反映真實(shí)的水分子擴(kuò)散分布程度,而DKI恰好可以反映這種微觀的變化,DKI常用參數(shù)指標(biāo)包括平均擴(kuò)散峰度(mean kurtosis,MK)、徑向峰度 (radial kurtosis,RK)、軸向峰度(axial kurtosis,AK)、峰度各向異性(kurtosis anisotropy,KA)等。MK值越高代表水分子偏離高斯分布狀態(tài)越遠(yuǎn),間接反映了細(xì)胞增殖多,血管增生快。

Tietze等[30]研究表明MK值可以作為膠質(zhì)瘤基因分型的生物學(xué)標(biāo)志,在膠質(zhì)瘤RANO反應(yīng)評(píng)估中起非常關(guān)鍵的作用,2021年世界衛(wèi)生組織(world health organization,WHO)中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)修定版已明確將基因型作為膠質(zhì)瘤的重要診斷依據(jù)[31];而利用MK和AK值可以預(yù)測(cè)腫瘤細(xì)胞增殖和IDH-1基因型狀態(tài),其預(yù)測(cè)IDH-1野生型的敏感度分別為0.70和0.72,因此MK和AK值等量化指標(biāo)可以有效區(qū)分膠質(zhì)瘤IDH-1基因型狀態(tài)[32]。一項(xiàng)Meta分析指出DKI在預(yù)測(cè)腦膠質(zhì)瘤分級(jí)及IDH基因型應(yīng)用中具有較高的一致性,且MD值與FA值預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤級(jí)別IDH基因型突變狀態(tài)的準(zhǔn)確性顯著低于MK值與AK值[33]。高級(jí)別膠質(zhì)瘤中MK值的增加與膠質(zhì)瘤潛在的微觀結(jié)構(gòu)特征有關(guān),但原因尚不清楚,可能是由于高級(jí)別膠質(zhì)瘤中細(xì)胞增殖、細(xì)胞內(nèi)外蛋白的數(shù)量增加以及血管破壞及增生導(dǎo)致水分子偏離高斯分布引起MK改變。不僅如此,Zhang等[34]研究也表明ki67的增殖情況與MK密切相關(guān)。Tan等[28]通過(guò)建立DKI影像組學(xué)模型,發(fā)現(xiàn)基于MK值的支持向量機(jī)模型在預(yù)測(cè)IDH基因型狀態(tài)中的準(zhǔn)確率為0.86,這也充分證明MK值與腫瘤細(xì)胞微環(huán)境結(jié)構(gòu)變化息息相關(guān)。以上研究均發(fā)現(xiàn),DKI可用于預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤基因型突變狀態(tài)及預(yù)后,但在復(fù)雜交叉纖維存在區(qū)域DKI也無(wú)法獲得準(zhǔn)確定量參數(shù),因此復(fù)雜交叉纖維限制了DKI的進(jìn)一步發(fā)展,要解決復(fù)雜交叉纖維就必須進(jìn)一步改進(jìn)高階擴(kuò)散模型。

高角分辨率擴(kuò)散成像

HARDI由Tuch等[35]在2002年第一次被提出,是指相比于單b值下的DTI而言更密集或更多的梯度方向采樣;DTI只能解決體素為單纖維的情況,而無(wú)法解決體素中包含交叉纖維等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的情況。軸突半徑一般為0.1～10.0 μm,而目前MRI數(shù)據(jù)體素分辨率一般為1～5 mm。因此一個(gè)體素可以包含上千個(gè)軸突,形成大腦復(fù)雜的纖維結(jié)構(gòu),HARDI則很好地解決了復(fù)雜交叉纖維的問(wèn)題。

Becker等[36]指出相比于DTI,基于QBI技術(shù)的HARDI纖維束重建能更清晰地顯示交叉纖維且能更好地顯示邊緣及末端纖維束,惡性膠質(zhì)瘤的邊緣及末端纖維束破壞明顯多于低級(jí)別膠質(zhì)瘤,普通DTI白質(zhì)纖維束無(wú)法顯示邊緣及末端纖維束,進(jìn)而影響術(shù)中腫瘤患者切除范圍,無(wú)法有效保證腫瘤患者功能區(qū)結(jié)構(gòu)功能,降低了患者術(shù)后生存質(zhì)量,HARDI則彌補(bǔ)了DTI的這一缺點(diǎn)[37]。最近一項(xiàng)研究表明膠質(zhì)瘤患者額葉白質(zhì)纖維束通路的完全離斷會(huì)影響患者的認(rèn)知功能,且90%的患者認(rèn)知功能會(huì)出現(xiàn)短暫甚至永久性的障礙,術(shù)中電刺激可更直觀地明確交叉纖維[38]。而常規(guī)DTI算法無(wú)法呈現(xiàn)大腦真實(shí)纖維束的走行,尤其是在復(fù)雜的交叉纖維束區(qū)域,HARDI可以很好顯示交叉纖維,明確手術(shù)切除范圍,最大程度保護(hù)患者認(rèn)知功能。Sanvito等[39]研究也得到了相同的結(jié)論,同時(shí)該研究使用基于HARDI纖維密度成像(Track-density imaging,TDI)對(duì)膠質(zhì)瘤周?chē)w維通路損傷進(jìn)行評(píng)估,進(jìn)而預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤患者術(shù)后功能恢復(fù)程度;HARDI對(duì)復(fù)雜交叉纖維的顯示較DTI和DKI更優(yōu),同時(shí)為膠質(zhì)瘤術(shù)前計(jì)劃及術(shù)后生存質(zhì)量預(yù)測(cè)提供了先進(jìn)研究方法,但其缺乏具體定量參數(shù)圖,因此在預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤IDH基因型狀態(tài)、預(yù)后上需要更進(jìn)一步探索相關(guān)定量參數(shù)的臨床應(yīng)用價(jià)值。

擴(kuò)散頻譜成像

DSI最早由Wedeen等[40]于2008年提出,它與之前的擴(kuò)散成像算法完全不同,DSI利用概率密度函數(shù)(probability density function,PDF)對(duì)纖維的方向進(jìn)行描述與計(jì)算,真正意義上解決了目前DTI、DKI無(wú)法解決的復(fù)雜交叉纖維問(wèn)題。

Young等[41]使用壓縮感知成像技術(shù)對(duì)25例膠質(zhì)瘤患者分別行DTI及DSI掃描,最后分別重建其皮質(zhì)脊髓束、弓狀束等,并計(jì)算纖維束條數(shù)、各向異性和長(zhǎng)度,最終研究結(jié)果表明DSI纖維束重建明顯優(yōu)于DTI纖維束重建,在追蹤復(fù)雜交叉纖維上DTI顯示不清易導(dǎo)致腫瘤浸潤(rùn)范圍的誤判從而影響腫瘤分級(jí)的準(zhǔn)確性;DSI追蹤復(fù)雜交叉纖維及腫瘤浸潤(rùn)而導(dǎo)致的U型纖維破壞可以有效評(píng)估腫瘤分級(jí)。近期研究表明DSI纖維束成像可以有效鑒別原發(fā)性腦膠質(zhì)瘤與轉(zhuǎn)移瘤,通過(guò)更精準(zhǔn)的纖維束追蹤可以有效預(yù)測(cè)腫瘤復(fù)發(fā),從而判斷患者預(yù)后及生存質(zhì)量[42],作者也認(rèn)為DSI比DTI在復(fù)雜交叉纖維追蹤、評(píng)估膠質(zhì)瘤分級(jí)上有較高的魯棒性。雖然DSI目前被廣泛應(yīng)用于精神分裂、癲癇等中樞系統(tǒng)疾病的腦拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)研究中[43],但由于DSI對(duì)設(shè)備、硬件要求高以及計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等原因,DSI應(yīng)用于膠質(zhì)瘤的研究少見(jiàn)報(bào)道,而隨著壓縮感知及多層同時(shí)采集技術(shù)等方法的出現(xiàn),DSI在膠質(zhì)瘤領(lǐng)域的研究將更進(jìn)一步。

平均表觀傳播擴(kuò)散成像

MAP-MRI于2013年被Lemkaddem等[44]提出,是一種基于q空間數(shù)據(jù)采集策略的擴(kuò)散成像模型即DSI的一種定量模型,其主要定量參數(shù)指標(biāo)有回歸原點(diǎn)概率(return to the origin probability,RTOP),主要量化質(zhì)子處于第一和第二個(gè)擴(kuò)散梯度位置的概率,RTOP越高說(shuō)明質(zhì)子受限越明顯,總體表現(xiàn)為CSF的RTOP低而腦白質(zhì)RTOP高?；貧w軸向概率(return to axis probability,RTAP)主要量化質(zhì)子軸向受限的大小,與軸突直徑密切相關(guān)?；貧w平面概率(return to plane probability,RTPP)主要量化質(zhì)子垂直于擴(kuò)散平面受限大小。均方位移(mean squared displacement,MSD)是對(duì)質(zhì)子擴(kuò)散多遠(yuǎn)的測(cè)量,MSD降低表明質(zhì)子擴(kuò)散受限,正常腦組織中腦脊液的MSD值高,腦白質(zhì)的MSD低。信號(hào)方差(Q-space inverse variance,QIV)是信號(hào)中方差的度量,對(duì)組織成份變化具有很高的敏感性。

Gao等[45]使用MAP-MRI對(duì)腫瘤實(shí)質(zhì)及瘤周水腫行直方圖特征分析,并預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤患者的IDH突變狀態(tài)及1p/19q缺失狀態(tài),基于直方圖分析結(jié)果表明MAP-MRI定量參數(shù)可用于IDH基因突變狀態(tài)分類,同時(shí)能有效識(shí)別膠質(zhì)瘤中IDH突變的1p/19q缺失狀態(tài)。MAP-MRI的定量參數(shù)在對(duì)IDH突變的1p/19q缺失狀態(tài)的所有預(yù)測(cè)模型中診斷效能最高,AUC為0.83,準(zhǔn)確率為77%,基于MAP-MRI的定量參數(shù)預(yù)測(cè)IDH突變狀態(tài)的1p/19q缺失狀態(tài)值得推向臨床,且無(wú)論是單一指標(biāo)模型還是多指標(biāo)聯(lián)合模型的預(yù)測(cè)效能均令人滿意。一項(xiàng)利用MAP-MRI評(píng)估膠質(zhì)瘤分級(jí)、Ki-67表達(dá)和IDH-1突變狀態(tài)的研究表明與IDH-1野生型膠質(zhì)瘤相比,IDH-1突變型膠質(zhì)瘤的MSD、QIV和MD顯著升高,而RTAP、RTOP、RTPP和FA顯著降低(P<0.05)[46];RTAP在所有膠質(zhì)瘤中表現(xiàn)最好,QIV在低級(jí)別膠質(zhì)瘤中表現(xiàn)最好,因此MAP-MRI定量參數(shù)是評(píng)估不同級(jí)別、細(xì)胞增殖和IDH-1突變狀態(tài)膠質(zhì)瘤顯微結(jié)構(gòu)變化的有效方法。此外還有研究表明,基于帕金森患者蒼白球、 丘腦、 殼核等結(jié)構(gòu)量化指標(biāo)的ROC曲線分析結(jié)果表明,與DTI指標(biāo)(FA,MD等)相比,MAP-MRI指標(biāo)(MSD、RTOP、RTAP、RTPP)具有更高的準(zhǔn)確率[47]。也有研究表明MAP-MRI還可用于顳葉癲癇患者海馬及膠質(zhì)瘤誘發(fā)的癲癇纖維束量化評(píng)估,且可以作為顳葉癲癇檢測(cè)的無(wú)創(chuàng)性生物學(xué)標(biāo)記[48,49]。近年來(lái)MAP-MRI作為剛提出的定量參數(shù)模型,參數(shù)特異度、敏感度更強(qiáng),不僅能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤IDH基因型狀態(tài)、1p/19q缺失,還可作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)及其認(rèn)知相關(guān)疾病診斷的生物學(xué)標(biāo)記物,值得向臨床推廣其應(yīng)用。

神經(jīng)突方向分散度和密度成像

Zhang等[50]在2012年提出的NODDI能用于評(píng)估細(xì)胞內(nèi)外的間隙,對(duì)神經(jīng)纖維髓鞘、軸突尤其是針對(duì)樹(shù)突進(jìn)行特定的成像評(píng)估,并且可以量化神經(jīng)突觸方向、密度以及突起的直徑[51],NODDI的定量參數(shù)包括神經(jīng)突內(nèi)體積分?jǐn)?shù)(intracellular volume fraction,Vic或 ICVF)、神經(jīng)突密度(neurite density index,NDI)、神經(jīng)突方向離散度(orientation dispersion index,ODI)、腦脊液體積分?jǐn)?shù)(isotropic volume fraction,Vis或Iso)和神經(jīng)突外體積分?jǐn)?shù)(entracellular volume fraction,Vec)。

Zhao等[52]通過(guò)研究腫瘤實(shí)質(zhì)和瘤周區(qū)域的ICVF值預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤分級(jí)(AUC=0.92,P<0.001),其敏感度和特異度分別為92%和89%;即高級(jí)別膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)部分ICVF值增高而瘤周區(qū)域ICVF值減低,而在腫瘤實(shí)質(zhì)中ICVF值減低和瘤周區(qū)域ICVF值增高則提示低級(jí)別膠質(zhì)瘤可能。王婧妍等[53]通過(guò)測(cè)量腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)及正常側(cè)腦白質(zhì)區(qū)內(nèi)ICVF值對(duì)比得出ICVF值是鑒別膠質(zhì)瘤分級(jí)的重要量化指標(biāo)。Figini等[54]研究表明NODDI有助于補(bǔ)充解釋在預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤IDH基因突變狀態(tài)時(shí)FA值及KA值變化,先前研究認(rèn)為FA減低是由于腫瘤細(xì)胞破壞神經(jīng)纖維髓鞘所致,而膠質(zhì)瘤IDH野生型細(xì)胞增殖多,但無(wú)法確定細(xì)胞內(nèi)外水分子變化,因此無(wú)法準(zhǔn)確判斷FA值及KA值減低原因;根據(jù)NODDI定量參數(shù)ODI及Vec可以很好解釋和判斷這種變化,即FA值及KA值減低有可能是細(xì)胞外水分子增加而細(xì)胞體積減少所致。NODDI在膠質(zhì)瘤研究目前仍集中在膠質(zhì)瘤分級(jí)上,而關(guān)于膠質(zhì)瘤IDH基因狀態(tài)研究并未發(fā)現(xiàn)IDH突變型與IDH野生型之間存在顯著差異,這可能和樣本量大小有關(guān)。因此, NODDI在鑒別膠質(zhì)瘤IDH基因狀態(tài)上需進(jìn)一步探索其結(jié)合影像組學(xué)等研究方式后的臨床研究?jī)r(jià)值。

啟示與展望

綜上所述,高階擴(kuò)散模型不僅可以較好地反映組織類型、結(jié)構(gòu)、物理和生理的狀態(tài)以及微環(huán)境,同時(shí)還可以提供膠質(zhì)瘤額外信息,如膠質(zhì)瘤分級(jí)、基因型、分子表型、腫瘤微環(huán)境、術(shù)中功能區(qū)保護(hù)及術(shù)后治療療效的評(píng)估等信息。盡管目前對(duì)于膠質(zhì)瘤分級(jí)的MRI研究相比于病理金標(biāo)準(zhǔn)而言仍存在很多爭(zhēng)議與不足,如掃描時(shí)間長(zhǎng)、計(jì)算復(fù)雜等,但隨著設(shè)備及技術(shù)的不斷更新,如多層同時(shí)采集技術(shù)、壓縮感知成像技術(shù)及深度學(xué)習(xí)算法的出現(xiàn),將大大縮短復(fù)雜擴(kuò)散模型的掃描時(shí)間,影像組學(xué)以及深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用與發(fā)展也必將進(jìn)一步推動(dòng)復(fù)雜擴(kuò)散模型等對(duì)膠質(zhì)瘤的深入研究,實(shí)現(xiàn)臨床精準(zhǔn)分類、精準(zhǔn)診療,從而改善患者的治療策略及預(yù)后。