表觀擴散系數(shù)直方圖鑒別彌漫性較低級別腦膠質(zhì)瘤分子亞型的價值

劉 丹，徐婧梅，廖鴻帆，文 明

重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016

膠質(zhì)瘤是最常見的腦原發(fā)性惡性腫瘤，在全身腫瘤中5年病死率僅次于胰腺癌和肺癌[1- 2]。依據(jù)其惡性程度，病理學將其分為Ⅰ～Ⅳ級。WHO Ⅱ級和Ⅲ級膠質(zhì)瘤統(tǒng)稱為彌漫性較低級別膠質(zhì)瘤，不同于WHO Ⅳ級膠質(zhì)瘤的高度侵襲性及較短的生存期(診斷后中位生存時間僅為12.2～18.2個月)[3]，這一組腫瘤的臨床表現(xiàn)、放化療敏感性及預后均具有高度可變性，近年來，隨著膠質(zhì)瘤分子病理取得重大進展，已發(fā)現(xiàn)一系列與這一組膠質(zhì)瘤的臨床特征和預后相關(guān)的分子標志物[4]。異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase，IDH)的基因突變是大多數(shù)成人Ⅱ、Ⅲ級膠質(zhì)瘤的特征，并且與良好的預后相關(guān)。已有研究指出，IDH野生型Ⅱ、Ⅲ級膠質(zhì)瘤相比于突變型具有更高的進展風險[5]。而Ⅱ、Ⅲ級膠質(zhì)瘤若同時伴有IDH突變(即IDH1或IDH2突變)以及染色體臂1p和19q的缺失(即1p/19q聯(lián)合缺失)，則對放化療有更好的反應，且與沒有這些改變的彌漫性膠質(zhì)瘤相比，生存時間更長[5- 7]。由此可見，相較于病理學分級，準確的基因分型對于選擇合適的治療方案及更加準確地判斷患者預后具有更大的臨床意義。因此，癌癥基因組圖譜研究網(wǎng)絡(luò)(The Cancer Genome Atlas Research Network)項目基于上述分子標志物，將WHO Ⅱ、Ⅲ級膠質(zhì)瘤分為3個不同的亞組，即：IDH野生組、IDH突變伴1p19q聯(lián)合缺失組及IDH突變不伴1p19q聯(lián)合缺失組[5]。根據(jù)分子標志物得到的分組與組織學分類具有一定的重疊，如IDH 突變伴1p19q聯(lián)合缺失的腫瘤為少突膠質(zhì)細胞瘤，而IDH 突變不伴1p19q缺失一般為星形細胞瘤[6]。既往研究證實表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)的測定可以幫助無創(chuàng)性地預測彌漫性膠質(zhì)瘤的分子亞型[8- 10]，而基于整個腫瘤體積的ADC直方圖反映了ADC值整體分布特征，結(jié)果客觀，可重復性強[11]。故本研究探討基于腫瘤全域的ADC信號灰度直方圖鑒別彌漫性較低級別膠質(zhì)瘤分子亞型的價值。

資料和方法

一般資料收集重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院2016年1月至2019年3月符合下述標準的患者納入研究。納入標準：(1)術(shù)后病理學證實為WHO Ⅱ和Ⅲ級膠質(zhì)瘤(根據(jù)WHO 2016年中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標準)；(2)術(shù)后標本同時進行了IDH基因突變檢測和1p19q聯(lián)合缺失檢測；(3)術(shù)前行頭顱常規(guī)磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)及擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)檢查，參數(shù)完整；(4)MRI檢查前未進行過化療、放療、手術(shù)及其他治療。 排除標準：(1)病理描述病灶區(qū)域與MRI不符，不能準確勾畫腫瘤邊界；(2)圖像序列不佳，不能用于定量分析。最終有55例患者納入研究。按照癌癥基因組圖譜研究網(wǎng)絡(luò)項目提出的分類方法[5]，先根據(jù)IDH突變狀態(tài)分為IDH野生(IDH wild-type gliomas，IDHwt)組和IDH突變(IDH mutant gliomas，IDHmut)組，然后根據(jù)1p19q聯(lián)合缺失狀態(tài)，再將IDH突變組分為IDH突變伴1p19q聯(lián)合缺失(IDH-mutant 1p19q co-deleted gliomas，IDHmut1p19qdel)組及IDH突變不伴1p19q聯(lián)合缺失(IDH-mutant 1p19q intact gliomas，IDHmut1p19qint)組。IDHwt組有14例；IDHmut組共有41例，其中IDHmut1p19qint組有19例、IDHmut1p19qdel組有22例。

MRI檢查方法采用GE公司 Signa HDxt 3.0 T MRI掃描儀，頭部專用8通道相控陣線圈進行檢查，所有患者均行常規(guī)MRI平掃和增強掃描，平掃序列及參數(shù)如下：橫斷位T1-液體反轉(zhuǎn)恢復序列(fluid-attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR)[重復時間(repitition time，TR)=1650 ms，回波時間(echo time，TE)=23.7 ms、反轉(zhuǎn)時間(inversion time，TI)=720.0 ms]、快速自旋回波(fast spin echo，F(xiàn)SE)T2加權(quán)成像(T2 weighted imaging，T2WI)(TR=2860 ms、TE=118.9 ms)、T2-FLAIR(TR=6880 ms、TE=150 ms、TI=1850 ms)、DWI(b=1000 s/mm2)，層厚5 mm，層間距1.5 mm；T1增強掃描參數(shù)為：橫斷位TR=1650 ms、TE=27.3 ms、TI=720.0 ms，矢狀位TR=1967 ms、TE=24.0 ms、TI=720.0 ms，冠狀位TR=2405 ms、TE=21.9 ms、TI=750 ms，對比劑采用釓噴替酸葡甲胺(4 mmol/L)，劑量為0.2 mmol/kg，流率為2～3 ml/s。

IDH基因突變狀態(tài)和染色體1p36和19q13區(qū)域缺失狀態(tài)的檢測采用聚合酶鏈式反應森格爾測序法對研究對象的腫瘤標本進行IDH基因突變狀態(tài)的檢測，采用熒光原位雜交法檢測樣本染色體1p36和19q13區(qū)域的缺失狀態(tài)。所有分子病理檢測均在重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院重慶市臨床分子醫(yī)學檢測中心完成。

圖像生成與觀察指標將DWI圖像傳輸至ADW 4.6工作站，用Functool軟件生成ADC圖像，將ADC圖像、FSE T2WI、T2-FLAIR及T1增強圖像以DICOM格式拷貝入個人電腦，導入Firevoxel軟件。由2名研究生分別在具有15年以上中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷經(jīng)驗的醫(yī)師的指導下，對每一個病例參照同層面FSE T2WI、T2-FLAIR及T1增強圖像，在ADC圖像上沿腫瘤和瘤周水腫帶邊緣逐層勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，將腫瘤和瘤周水腫內(nèi)的所有成分全部包含在ROI內(nèi)；然后在Firevoxel軟件上自動獲得病灶在每一層面上的ADC直方圖，并以txt文本的格式導出；最后將匯總每一層面ADC頻數(shù)分布信息的文本導入SPSS 22.0，得到腫瘤全域ADC信號灰度直方圖，為了更加客觀、全面地反映腫瘤異質(zhì)性，參考并綜合Kang等[1]和Surov等[12]的方法，記錄ADC平均值、最小值、 ADC5%、ADC10%、 ADC25%、 ADC50%、 ADC75%、 ADC90%、ADC95%、最大值、眾數(shù)、峰度、偏度、標準差、不均一性、極差、熵值等數(shù)據(jù)(ADCn%：腫瘤全域ADC信號灰度直方圖中位于第n個百分位的ADC值；眾數(shù)：像素值最大的ADC值；峰度：描述數(shù)據(jù)分布曲線陡緩程度的參數(shù)；偏度：描述數(shù)據(jù)曲線分布對稱性的參數(shù)；標準差：度量數(shù)據(jù)離散程度；不均一性：描述腫瘤內(nèi)ADC信號值分布均勻程度的參數(shù)，值越大，代表信號分布越不均勻；熵值：反映腫瘤內(nèi)ADC信號分布的復雜程度，值越大，代表信號分布越復雜)，取兩名醫(yī)師的平均值作為最終結(jié)果進行后續(xù)分析。ADC值計算方法：ADC=In(S0/S)b(b為擴散敏感系數(shù)，In為自然對數(shù)，S0為b=0 s/mm2時的病變信號強度，S為相應b值的病變信號強度，本研究b值為1000 s/mm2)。

統(tǒng)計學處理采用SPSS 22.0和MedClac Version1 5.6.1對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)評估2名醫(yī)師測量結(jié)果的一致性。對分類資料(性別、WHO分級)進行卡方檢驗或Fisher’s確切檢驗比較各組的差異。對計量資料先進行正態(tài)分布檢驗及方差齊性檢驗，正態(tài)分布資料采用均數(shù)±標準差表示，非正態(tài)分布資料采用M(Q1，Q3)表示。若資料同時滿足正態(tài)分布且方差齊，則采用獨立樣本t檢驗；任何一種條件不滿足，則采用Mann-WhitneyU檢驗進行檢驗。分別比較IDHmut組和IDHwt組及IDHmut1p19qdel組和IDHmut1p19qint組的年齡和直方圖參數(shù)的差異。對差異有統(tǒng)計學意義的ADC直方圖參數(shù)，采用受試者工作曲線(receiver operating curve，ROC)分析其診斷效能，計算曲線下面積(area under the curve，AUC)，以最大約登指數(shù)的臨界點作為鑒別不同分子亞型的截斷值，并記錄敏感性及特異性，采用Z檢驗比較曲線下面積。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

一般資料IDHmut組共有41例(男性19例、女性22例)，其中WHO Ⅱ級32例、WHO Ⅲ級9例；年齡23～66歲，平均(40.7±10.6)歲。IDHwt組共有14例(男性9例、女性5例)，包括WHO Ⅱ級5例、WHO Ⅲ級9例；年齡21～73歲，平均(51.8±15.9)歲。IDHmut1p19qint組共有19例(男性9例、女性10例)，其中 WHO Ⅱ級15例、WHO Ⅲ級4例；年齡24～59歲，平均(40.5±9.6)歲。IDHmut1p19qdel組共有22例(男性10例、女性12例)，其中WHO Ⅱ級17例、WHO Ⅲ級5例；年齡23～66歲，平均(42.0±11.2)歲。IDHmut組和IDHwt組患者的年齡差異有統(tǒng)計學意義(t=2.306，P=0.034)。IDHwt組內(nèi)WHO Ⅲ級的膠質(zhì)瘤所占的比例(64.3%)更大，兩組差異有統(tǒng)計學意義(Fisher 精確檢驗P=0.006)。IDHmut1p19qdel組和IDHmut1p19qint組患者的年齡差異無統(tǒng)計學意義(t=-0.447，P=0.657)。兩組內(nèi)WHO Ⅱ、Ⅲ級的膠質(zhì)瘤所占比例差異無統(tǒng)計學意義(Fisher 精確檢驗P=0.600)。

醫(yī)師測量的一致性2名醫(yī)師測量IDHwt組、IDHmut1p19qdel組和IDHmut1p19qint組的平均值、最小值、 ADC5%、ADC10%、 ADC25%、 ADC50%、 ADC75%、 ADC90%、ADC95%、最大值、眾數(shù)、峰度、偏度、標準差、不均一性、極差、熵值的ICC分別在0.980～0.990、0.868～0.999、0.809～0.999，一致性均較好。

IDHmut組和IDHwt組的腫瘤全域ADC直方圖定量參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果IDHmut組的 ADC75%(Z=-2.309，P=0.021)、 ADC90%(Z=-2.435，P=0.015)、ADC95%(Z=-2.464，P=0.014)、最大值(Z=-2.106，P=0.035)、標準差(Z=-3.362，P=0.001)、不均一性(Z=-3.449，P=0.001)和極差(Z=-2.608，P=0.009)均低于IDHwt組，而IDHmut組的最小值(Z=-2.367，P=0.031)和峰度(Z=-2.319，P=0.020)則高于IDHwt組，差異有統(tǒng)計學意義(表1)。

表1 IDHwt組和IDHmut組患者的ADC直方圖參數(shù)比較結(jié)果

IDHmut1p19qdel組和IDHmut1p19qint組的腫瘤全域ADC直方圖定量參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果IDHmut1p19qdel組的平均值(t=2.800，P=0.010)、ADC5%(t=2.595，P=0.016)、ADC10%(t=2.717，P=0.012)、 ADC25%(t=2.988，P=0.007)、 ADC50%(t=3.099，P=0.005)、ADC75%(t=2.646，P=0.015)及眾數(shù)(t=3.449，P=0.002)均低于IDHmut1p19qint組(表2)。

表2 IDHmut1p19qint組和IDHmut1p19qdel組患者的ADC直方圖參數(shù)比較結(jié)果

差異有統(tǒng)計學意義的ADC直方圖參數(shù)鑒別診斷不同分子亞型膠質(zhì)瘤的效能對差異有統(tǒng)計學意義的ADC直方圖參數(shù)，采用 ROC 曲線分析其診斷效能，計算曲線下面積，以最大約登指數(shù)的臨界點作為鑒別不同分子亞型的截斷值。結(jié)果顯示標準差和不均一性鑒別IDHwt組和IDHmut組的AUC大于其他參數(shù)，其中，不均一性的AUC為0.811，以0.229為截斷值，靈敏度和特異度分別為85.7%和73.2%；標準差的AUC為0.803，以364.551為截斷值，靈敏度和特異度分別為78.6%和78%。但二者的AUC之間的差異無統(tǒng)計學意義(Z=0.140，P=0.889)(表3)。眾數(shù)和ADC25%鑒別IDHmut1p19qdel組和IDHmut1p19qint組的AUC高于其他參數(shù)，AUC分別為0.744、0.725，以眾數(shù)為1448.75×10-6mm2/s為截斷值鑒別二者的靈敏度和特異度分別為57.9%和90.9%；以ADC25%為1246.75×10-6mm2/s為截斷值鑒別二者的靈敏度和特異度分別為63.2%和86.4%。二者的AUC差異有統(tǒng)計學意義(Z=2.908，P=0.004)(表4)。

表3 ADC直方圖參數(shù)對IDHwt和IDHmut膠質(zhì)瘤的鑒別診斷效能

表4 ADC直方圖參數(shù)對IDHmut1p19qint及IDHmut1p19qdel的膠質(zhì)瘤的鑒別診斷效能

討 論

ADC值是掃描區(qū)域內(nèi)水分子的布朗運動受限程度的定量指標，受許多因素影響。在腫瘤內(nèi)，影響水分子布朗運動的主要因素是其細胞密集程度，但是腫瘤內(nèi)的壞死、囊變等成分也是不可忽視的因素[13]。ADC值的直方圖技術(shù)通過測量腫瘤所有體素的ADC值，從而間接反映瘤體內(nèi)部不同的組織構(gòu)成[1，12]，可以更加客觀和定量地評估腫瘤的病理特征，現(xiàn)已經(jīng)在全身多個系統(tǒng)的腫瘤的診斷及鑒別診斷、術(shù)前分級及預測治療反應的研究中得到一定的應用[14- 17]。近年來，也有研究證實ADC直方圖可以幫助預測膠質(zhì)瘤級別及分子亞型[1，8- 10，18]，但這些研究多是在腫瘤的單一層面隨機繪制感興趣區(qū)ROI以獲得腫瘤局部的ADC值。而膠質(zhì)瘤作為一種實體腫瘤，容易因缺血、缺氧、水腫等原因造成腫瘤內(nèi)部的病理和水分子擴散異質(zhì)性，上述方法并不能反映腫瘤的異質(zhì)性，且并不具有較高的可重復性，而腫瘤全域ADC值直方圖技術(shù)通過測量整個腫瘤體積的所有體素的ADC值，可更加客觀地反映腫瘤內(nèi)部的異質(zhì)性，可重復性更好[11]。目前國內(nèi)報道利用ADC直方圖預測WHO Ⅱ、Ⅲ級膠質(zhì)瘤分子分型的研究較少。

本研究顯示IDH突變型Ⅱ、Ⅲ級膠質(zhì)瘤的ADC75%、 ADC90%、ADC95%、最大值、標準差、不均一性和極差均低于IDH野生型，而ADC最小值和峰度則高于IDH野生型。Liu等[19]的研究表明IDH突變型彌漫性膠質(zhì)瘤的平均ADC值大于IDH野生型，與本研究結(jié)果不一致，推測可能由于Liu等[19]的ROI僅在單一層面勾畫，且其內(nèi)不包含壞死、囊變、鈣化等成分，而Leu等[10]的ROI雖然包含整個腫瘤，但也排除了肉眼可見的壞死、囊變成分。但是本研究的ROI包含腫瘤全域內(nèi)的所有成分，可以更加客觀地反映腫瘤的異質(zhì)性。由于大多數(shù)IDH野生型膠質(zhì)瘤易出現(xiàn)囊變、壞死[20]，故其異質(zhì)性更大，導致IDH野生型組ADC值離散程度更大，故標準差、不均一性和極差也更大；同時，由于腫瘤內(nèi)出現(xiàn)壞死、囊變，故其ADC直方圖內(nèi)包含更多較大ADC值的體素，可能會導致ADC 值在高百分比時差異更明顯，正如Kang等[1]的研究顯示Ⅳ級膠質(zhì)瘤的ADC直方圖平均值大于較低級別膠質(zhì)瘤；另一方面，由于IDH野生型膠質(zhì)瘤實性成分細胞較密集，故其最小ADC值低于IDH突變組[8，20]。而二者之間峰度值的差異可能由于IDH野生型腫瘤內(nèi)包含出血、囊變、壞死等復雜成分，故曲線呈平坦分布，峰值較IDH突變型腫瘤低。

另外，本研究顯示IDHmut1p19qdel組的ADC平均值、ADC5%、ADC10%、 ADC25%、 ADC50%、 ADC75%及眾數(shù)均低于IDHmut1p19qint組。 Leu等[10]和Latysheva等[21]的研究結(jié)果表明在突變型Ⅱ、Ⅲ級膠質(zhì)瘤中，有1p19q聯(lián)合缺失的腫瘤ADC平均值低于無Ip19q聯(lián)合缺失的腫瘤，造成這種差異的可能原因之一是1p19q聯(lián)合缺失的腫瘤為少突膠質(zhì)細胞瘤，而少突膠質(zhì)細胞瘤鈣化較常見，鈣化成分可能會限制水分子的運動，從而導致ADC值的降低[21]。另一個原因可能是1p19q聯(lián)合缺失的腫瘤細胞更密集，IDH突變腫瘤內(nèi)壞死、囊變更少見，導致ADC值更低，且ADC值差異在低值區(qū)更明顯[22]。

本研究存在一定的局限性。首先，本研究納入的樣本量較少，為了獲取更具代表性的數(shù)據(jù)，需要更多的病例投入分析；其次，只選擇單b值DWI，而基于雙指數(shù)模型的多b值DWI可分離擴散與灌注，準確評估腫瘤的生物學特征，今后，可以擴大樣本量，并進行這方面的研究；第三，ADC圖因空間分辨率較低，由觀察者定義的病灶范圍可存在主觀差異或偏倚，該技術(shù)的可重復性需要進一步研究予以評價。

綜上，本研究顯示基于腫瘤全域感興趣區(qū)的ADC信號強度直方圖可以為彌漫性較低級別膠質(zhì)瘤的分子亞型的鑒別提供更多信息。不均一性、標準差對于IDH突變狀態(tài)的診斷效能最佳；而對于1p19q聯(lián)合缺失狀態(tài)的鑒別，眾數(shù)的診斷效能優(yōu)于其他參數(shù)，而其他ADC直方圖參數(shù)診斷效能欠佳，在今后的研究中，可能需要結(jié)合其他的序列參數(shù)加以鑒別。