體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)評(píng)估膠質(zhì)瘤分級(jí)及其與Ki-67指數(shù)相關(guān)性研究

朱敏 鄧克學(xué) 邱俊 劉鈺嬋

腦膠質(zhì)瘤是成人顱內(nèi)最常見的惡性原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，呈侵襲性生長(zhǎng)，根據(jù)2016年世界衛(wèi)生組織(WHO)的標(biāo)準(zhǔn)可分為四個(gè)等級(jí),Ⅰ、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[1]。膠質(zhì)瘤病人的術(shù)前分級(jí)對(duì)臨床決策、療效及預(yù)后評(píng)估尤為重要。從影像學(xué)檢查來看，腫瘤可分為瘤體區(qū)和瘤周水腫區(qū)，瘤周水腫區(qū)是侵襲性腫瘤細(xì)胞和血管生成性水腫的組合[2]。常規(guī)形態(tài)學(xué)MRI對(duì)瘤周水腫是否有腫瘤浸潤(rùn)的評(píng)估有限，高級(jí)別膠質(zhì)瘤的范圍往往超出了強(qiáng)化區(qū)域，常規(guī)MRI很難完全判斷膠質(zhì)瘤的侵襲性。Ki-67是反應(yīng)腫瘤增殖的標(biāo)志物，在許多腫瘤的研究中顯示與預(yù)后有關(guān)。本研究通過分析膠質(zhì)瘤瘤體區(qū)及瘤周水腫區(qū)IVIM參數(shù)，并討論其與Ki-67標(biāo)記指數(shù)的相關(guān)性，了解IVIM技術(shù)對(duì)膠質(zhì)瘤分級(jí)診斷價(jià)值。

對(duì)象與方法

一、對(duì)象

2019年4月～2020年12月我院收治的腦膠質(zhì)瘤病人51例，男27例，女24例，年齡24～76歲，平均年齡(51.8±13.3)歲，術(shù)后病理診斷低級(jí)別膠質(zhì)瘤(Ⅱ)9例，高級(jí)別膠質(zhì)瘤(Ⅲ、Ⅳ)42例。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)病理證實(shí)為膠質(zhì)瘤；(2)術(shù)前行MRI平掃、增強(qiáng)、DWI及IVIM檢查；(3)瘤周水腫區(qū)最大徑≥1 cm；(4)適于勾畫足夠感興趣區(qū)。排除標(biāo)準(zhǔn)：圖像質(zhì)量不佳；無(wú)法勾畫足夠數(shù)目感興趣區(qū)。MRI檢查與手術(shù)之間的最長(zhǎng)間隔為12天。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過，病人知情同意并簽署知情同意書。

二、方法

1.檢查方法：51例病人術(shù)前采用 Discover GE 750W 3.T MRI行常規(guī)MRI平掃及增強(qiáng)、DWI、IVIM-DWI掃描。病人仰臥位，IVIM及增強(qiáng)定位同平掃橫斷面T1WI序列，掃描范圍從顱頂至枕骨大孔，層厚5 mm，層距1.5 mm。 IVIM參數(shù)：TR 6 000 ms，TE 84 ms，10個(gè)b值分別為20、50、100、200、400、600、800、1 000、1 500、2 000(s/mm2)，掃描時(shí)間9分鐘20秒。

2.圖像處理：將原始圖像傳至AW4.7后處理工作站，采用MADC軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理和測(cè)量。結(jié)合T2 FLAIR和T1增強(qiáng)圖像，由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)生在R0I區(qū)域勾畫IVIM的ROI(大小20～30 mm2),ROI盡量選擇腫瘤實(shí)性部分，避開腫瘤內(nèi)出血、壞死及囊變的區(qū)域,同時(shí)在對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)區(qū)放置同樣大小的ROI。依據(jù)MRI平掃和增強(qiáng)圖像分別選擇腫瘤強(qiáng)化實(shí)質(zhì)區(qū)以及強(qiáng)化病變周圍1 cm內(nèi)瘤周水腫區(qū)為感興趣區(qū)，避開血管、囊變壞死及出血區(qū)(圖1)。由2名具有5年以上經(jīng)驗(yàn)的影像醫(yī)師采用盲法將兩個(gè)區(qū)域分別勾畫5個(gè)等大圓形 ROI(大小20～30 mm2)，并計(jì)算每個(gè)區(qū)域ADC、D*、D、f的平均值。

1所示區(qū)域?yàn)閺?qiáng)化瘤體區(qū)，呈高信號(hào)；2所示區(qū)域?yàn)闊o(wú)強(qiáng)化瘤周水腫區(qū)，呈低信號(hào)，瘤周水腫感興趣區(qū)勾畫在瘤體區(qū)周圍1 cm內(nèi)

3.免疫組織化學(xué)檢查：采用過氧化物酶(S-P)法進(jìn)行免疫組化染色。使用Olympus微光照相機(jī)檢測(cè)腫瘤的致密區(qū)域，在400倍放大鏡下觀察三個(gè)視野。使用Image Proplus5.0軟件分析陽(yáng)性表達(dá)率。Ki-67采用envision法染色。根據(jù)染色區(qū)密度最高的陽(yáng)性細(xì)胞百分比對(duì)腫瘤切片進(jìn)行回顧和量化；所有具有核染色強(qiáng)度的細(xì)胞均視為陽(yáng)性，Ki-67值定義為陽(yáng)性細(xì)胞占計(jì)數(shù)總細(xì)胞的百分比。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

表1 腫瘤實(shí)體區(qū)和瘤周水腫的IVIM參數(shù)值

表2 各級(jí)膠質(zhì)瘤IVIM參數(shù)的Mann-Whitney-Wilcoxon檢驗(yàn)

A：膠質(zhì)瘤瘤體區(qū)所有IVIM參數(shù)鑒別高低級(jí)別膠質(zhì)瘤的ROC曲線和AUC。B：瘤周水腫區(qū)所有IVIM參數(shù)鑒別高低級(jí)別膠質(zhì)瘤的ROC曲線和AUC注：ROC：接受者操作特性曲線；AUC：曲線下面積；IVIM：體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；ADC ：表觀擴(kuò)散系數(shù)；D ：純水?dāng)U散系數(shù)；D* ：假擴(kuò)散系數(shù)；f ：灌注分?jǐn)?shù)

結(jié)果

1.IVIM參數(shù)在膠質(zhì)瘤各級(jí)別間的差異：Shapiro-Wilk檢驗(yàn)顯示，瘤體區(qū)和瘤周水腫區(qū)參數(shù)測(cè)量值不符合正態(tài)分布(P>0.05)。表1為所有參數(shù)中位數(shù)(下四分位P25，上四分位P75)。表2為Mann-Whitney U檢驗(yàn)各組間IVIM參數(shù)差異結(jié)果。在瘤體區(qū)，Ⅱ級(jí)ADC值高于Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)，低級(jí)別膠質(zhì)瘤高于高級(jí)別；Ⅱ級(jí)D值高于Ⅳ級(jí)，低級(jí)別膠質(zhì)瘤高于高級(jí)別；Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)D*值低于Ⅳ級(jí)。Ⅱ級(jí)f值低于Ⅳ級(jí)。瘤周水腫區(qū)域，Ⅲ級(jí)ADC值高于Ⅳ級(jí)；Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤D值高于Ⅲ級(jí)，Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤D值低于Ⅳ級(jí)；D*值各級(jí)別間未見明顯差異；Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤f值低于Ⅳ級(jí)； Ⅱ級(jí)f值低于Ⅳ級(jí)。水腫區(qū)諸參數(shù)在低、高級(jí)別膠質(zhì)瘤間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.IVIM參數(shù)在腫瘤分級(jí)中的診斷價(jià)值：采用ROC曲線比較各參數(shù)的診斷效能。區(qū)分低級(jí)別和高級(jí)別膠質(zhì)瘤的瘤體區(qū)和瘤周水腫區(qū)所有參數(shù)的曲線及AUC。見圖2。在瘤體區(qū)域，ADC、D值及D*表現(xiàn)出較高的AUC、敏感性和特異性(P<0.05)。在瘤周水腫區(qū)域，f值顯示出最高的AUC(AUC：0.608)，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

3.IVIM參數(shù)與Ki-67的相關(guān)性：免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)了51例膠質(zhì)瘤中Ki-67指數(shù)的表達(dá)，使用Spearman相關(guān)分析來評(píng)估Ki-67值與各參數(shù)之間的相關(guān)性。各級(jí)別間Ki-67差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，且級(jí)別越高，Ki-67指數(shù)表達(dá)越高。Ki-67與瘤體區(qū)的ADC、D、D*參數(shù)相關(guān)，其中ADC及D值與Ki-67呈負(fù)相關(guān)，D*值與Ki-67呈正相關(guān)，Ki-67與瘤周水腫諸參數(shù)及瘤體區(qū)f值無(wú)顯著相關(guān)性。見表3。

表3 腫瘤實(shí)體區(qū)和瘤周水腫的IVIM參數(shù)與Ki-67指數(shù)相關(guān)性分析

討論

膠質(zhì)瘤的細(xì)胞密度和新生血管灌注情況是膠質(zhì)瘤分級(jí)的重要影響因素，ADC值和D值代表腫瘤細(xì)胞密度及水分子自由擴(kuò)散[3]。本研究中，瘤體區(qū)高級(jí)別膠質(zhì)瘤的ADC值及D值較低級(jí)別膠質(zhì)瘤低，與既往研究結(jié)果一致[4-6]，提示隨著組織病理級(jí)別的增高，腫瘤細(xì)胞增殖速度加快，導(dǎo)致細(xì)胞密度增大，細(xì)胞周圍間隙縮小，水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受限，ADC及D值在低級(jí)別及高級(jí)別的鑒別診斷中有較高的敏感度及特異度。D*值表示的是由血液微循環(huán)導(dǎo)致的假擴(kuò)散系數(shù)。本研究Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤D*值高于Ⅱ及Ⅲ級(jí)，提示腫瘤級(jí)別越高，新生血管越多，微循環(huán)灌注成分越高，D*值對(duì)高低級(jí)別膠質(zhì)瘤鑒別診斷有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。f值為灌注分?jǐn)?shù)，是體內(nèi)微循環(huán)灌注效應(yīng)彌散在總體彌散效應(yīng)中所占比率，反應(yīng)腫瘤血容量。理論上，腫瘤級(jí)別越高，腫瘤血流灌注容量越大，f值越高。本研究中Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤較Ⅱ級(jí)大，但在其他級(jí)別間無(wú)明顯差異，對(duì)鑒別高低級(jí)別膠質(zhì)瘤無(wú)明顯意義，f值與TE存在緊密聯(lián)系。根據(jù)Takaya 等[7]的研究，計(jì)算f值的時(shí)候要考慮到T2值差異引起的誤差。劉天助等[8]和Lin等[9]發(fā)現(xiàn)，隨著腫瘤級(jí)別增高，f值也隨之增大。Lin等[10]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，高級(jí)別組的f低于低級(jí)別組，由于f值易受TE時(shí)間、腦脊液和水腫的影響，這可能是本研究中f值在高低級(jí)別間無(wú)明顯差異的原因。

Ki-67被認(rèn)為是評(píng)估細(xì)胞增殖、腫瘤行為、治療反應(yīng)和預(yù)后信息最可靠的方法之一[11]，是評(píng)估腫瘤細(xì)胞增殖活性的可靠指標(biāo)Wesseling 等[12]和Chatwin 等[13]研究結(jié)果顯示，高低級(jí)別膠質(zhì)瘤之間Ki-67表達(dá)存在差異。本研究中，Ki-67指數(shù)表達(dá)存在差異，級(jí)別越高，Ki-67指數(shù)表達(dá)越高。本研究中，Ki-67與腫瘤瘤體區(qū)的ADC、D、D*相關(guān)，其中ADC及D值與Ki-67呈負(fù)相關(guān)，可能是隨著細(xì)胞增殖活性增強(qiáng)，細(xì)胞排列緊密，水分子彌散受到限制，ADC及D值相應(yīng)減小。因此，與KI-67呈負(fù)相關(guān)。D*值與Ki-67呈正相關(guān)，腫瘤增殖活躍，微小血管生成增多，D*值增大。IVIM參數(shù)與Ki-67相關(guān)性表明，IVIM參數(shù)可以為膠質(zhì)瘤實(shí)體瘤區(qū)域腫瘤細(xì)胞增值的評(píng)估提供新的指標(biāo)。

高級(jí)別膠質(zhì)瘤常伴有瘤周水腫，由正常腦組織、血管生成性水腫，混雜少許浸潤(rùn)的腫瘤細(xì)胞組成，也是腫瘤的可能浸潤(rùn)區(qū)。膠質(zhì)瘤最佳的治療手段是徹底切除腫瘤，特別是切除瘤周水腫區(qū)有腫瘤浸潤(rùn)的部位，影響腫瘤全切除及預(yù)后，這在腫瘤位于大腦重要功能區(qū)域附近，最大限度地切除包括瘤周水腫區(qū)浸潤(rùn)腫瘤，同時(shí)保護(hù)腦功能，具有重要的臨床意義[14]。

有研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤的級(jí)別越高，腫瘤細(xì)胞的侵襲性越強(qiáng)，瘤周水腫區(qū)的腫瘤細(xì)胞越容易遷移[15]。在MRI上對(duì)比增強(qiáng)區(qū)邊緣外的瘤周水腫區(qū)有浸潤(rùn)性腫瘤細(xì)胞[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，在瘤周水腫區(qū)Ⅲ級(jí)的ADC值高于Ⅳ級(jí)，Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤D值高于Ⅲ級(jí)，腫瘤級(jí)別越高，瘤周水腫越明顯，當(dāng)水腫區(qū)浸潤(rùn)異性細(xì)胞所致細(xì)胞增生不足以補(bǔ)償血管生成性水腫導(dǎo)致水腫細(xì)胞排列疏松，這可能是導(dǎo)致水腫區(qū)級(jí)別增高ADC值及D值升高的原因。Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤f值低于Ⅳ級(jí)，瘤周水腫區(qū)IVIM參數(shù)與Ki-67相關(guān)性及鑒別高低級(jí)別膠質(zhì)瘤均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，瘤周水腫區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括正常腦組織、血管生成性水腫，混雜少許浸潤(rùn)的腫瘤細(xì)胞，膠質(zhì)瘤特征是復(fù)雜性和微觀結(jié)構(gòu)異質(zhì)性增加，尤其是高級(jí)別膠質(zhì)瘤或高細(xì)胞增殖的膠質(zhì)瘤[17]，比例較小的浸潤(rùn)細(xì)胞導(dǎo)致的細(xì)胞密度及灌注差異在IVIM參數(shù)表達(dá)不足以產(chǎn)生顯著差異，這可能是這項(xiàng)研究中不同級(jí)別瘤周水腫區(qū)高低級(jí)別間參數(shù)差異不顯著原因，還可能與我們的樣本量小有關(guān)，特別是低級(jí)別膠質(zhì)瘤組例數(shù)較少。雖然瘤周水腫區(qū)IVIM參數(shù)鑒別腫瘤高低級(jí)別沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但在不同級(jí)別的差異顯示出可能的潛在的效用。

血管生成是膠質(zhì)瘤的另一個(gè)標(biāo)志，而致密的血管新生是膠質(zhì)瘤病理分型的另一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)組織病理學(xué)研究，膠質(zhì)瘤血管計(jì)數(shù)越高，膠質(zhì)瘤等級(jí)越高。 灌注參數(shù)反映了這些血管特性。研究表明，神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞在血管周圍積聚并擠壓內(nèi)皮和血管平滑肌細(xì)胞，導(dǎo)致血管失調(diào)。在膠質(zhì)瘤的早期階段，膠質(zhì)瘤腫瘤細(xì)胞穿透現(xiàn)有的血管通道。在膠質(zhì)瘤的后期，血管生成作為腫瘤細(xì)胞侵襲的替代途徑。在以前的研究中，IVIM灌注參數(shù)描述了有關(guān)膠質(zhì)瘤血液灌注的信息，包括新血管的形成以及預(yù)先存在的動(dòng)靜脈血管的失調(diào)。IVIM灌注參數(shù)值f是體素快速擴(kuò)散部分，也是血流灌注部分的容積分?jǐn)?shù)，即理論上，高級(jí)別膠質(zhì)瘤應(yīng)該比低級(jí)別膠質(zhì)瘤具有更高的腫瘤血管灌注和更高的f值。 這與本研究一致，其中高級(jí)別膠質(zhì)瘤的部分注射f值顯著高于低級(jí)別膠質(zhì)瘤。 以往的研究表明，高級(jí)別和低級(jí)別膠質(zhì)瘤的f值不同，有的高級(jí)別的膠質(zhì)瘤的f值較低級(jí)別膠質(zhì)瘤高，有的則更低。這些相互矛盾的結(jié)果可能是由于腫瘤病例的變異性以及IVIM-DWI中回波和TE設(shè)置調(diào)整有關(guān)。IVIM擴(kuò)散參數(shù)D值在診斷高級(jí)別膠質(zhì)瘤和低級(jí)別膠質(zhì)瘤的診斷性能優(yōu)于ADC值，高級(jí)別膠質(zhì)瘤和低級(jí)別膠質(zhì)瘤的ADC值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。我們發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散參數(shù)的D值在診斷高級(jí)別和低級(jí)別膠質(zhì)瘤方面比正常的ADC值更有價(jià)值。IVIM注射參數(shù)的D*值診斷效率低，這與腫瘤D*圖中的D*值散布較大有關(guān)，這可能是由于腫瘤的高度異質(zhì)性。f值診斷效能一般，這是因?yàn)樵S多因素會(huì)影響f值。

本研究有以下不足：(1)回顧性病例選擇及ROI勾畫的主觀性可能影響參數(shù)；(2)缺乏瘤周水腫的組織學(xué)檢查及新生血管等病理信息；(3)相對(duì)較小的樣本量。

綜上所述，瘤體區(qū)IVIM有定量反映腦膠質(zhì)瘤水分子擴(kuò)散、灌注情況的優(yōu)點(diǎn)，ADC、D及D*值可作為高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤分級(jí)的參考依據(jù)。雖然瘤周水腫區(qū)IVIM參數(shù)鑒別腫瘤高低級(jí)別沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但在不同級(jí)別間的差異顯示出可能的潛在的效用。IVIM技術(shù)尚未常規(guī)應(yīng)用于臨床工作中，其關(guān)于膠質(zhì)瘤診斷及評(píng)估方面的價(jià)值仍需更多研究支持。