SWI、3D-ASL及IVIM鑒別高低級別腦膠質瘤的研究

杜常月 齊旭紅 溫智勇 王仁貴,*

1.首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院放射科(北京 100038)

2.首都醫(yī)科大學電力教學醫(yī)院放射科 (北京 100073)

腦膠質瘤的起源是顱內的神經膠質細胞，可分為4級：Ⅰ、Ⅱ級為低級別膠質瘤，Ⅲ、Ⅳ級為高級別膠質瘤[1]。目前臨床的治療方式主要是手術和標準放化療，通常低級別腦膠質瘤的預后比較好，而高級別腦膠質瘤患者容易復發(fā)[2]。所以術前評估腫瘤的級別對指導治療及評估預后有重要的臨床意義。

磁共振成像是腫瘤診斷、術后隨訪必不可少的成像工具。磁敏感加權成像(即SWI)可以反映瘤灶所在區(qū)域的血管生成和出血，對膠質瘤進行分級有重要作用[3]。三維動脈自旋標記成像(即3D-ASL)能夠無創(chuàng)地評估瘤灶內的微循環(huán)和腫瘤血管生成，并量化腫瘤灌注異常情況[4-5]。Le Bihan等[6-7]提出的體素內不相干運動(即IVIM)是一種雙指數(shù)模型，不需要注射外源性的對比劑，就可以獲得水的分子擴散和毛細管網中血液的微循環(huán)信息，能夠幫助鑒別高級別與低級別腦膠質瘤。

本研究通過使用3.0T磁共振掃描儀，對腦膠質瘤患者增加SWI、3D-ASL及IVIM掃描，探討三種技術在鑒別高級別與低級別腦膠質瘤中的意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料本研究為回顧性研究，本研究經過國家電網公司北京電力醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準（批準文號：ky-2018-014-1），免除受試者知情同意。選取2016年5月至2018年2月期間到院就診的病例共計97例（男性55例，女性42例，平均年齡約47.88歲），其中低級別患者35例，高級別患者62例。所有病例均經過手術進行切除，且術后病理證實為膠質瘤，并于術前完成了頭顱磁共振平掃及增強掃描，同時增加了SWI、3D-ASL及IVIM序列的掃描。排除標準：MR掃描禁忌癥。

1.2 方法本研究應用的設備是GE Discovery 750W 3.0T 磁共振掃描儀。掃描序列包括：(1)常規(guī)MRI平掃：T1加權成像(TE 24.0 ms，TR 2087.4 ms)、T2加權成像(TE 104.0 ms，TR 5281.0 ms)、T2脂肪抑制成像(TE 95.0 ms，TR 9000.0 ms)，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm，F(xiàn)OV是 24 cm×24 cm。(2) SWI序列參數(shù)：TE 22.9 ms，TR 38.3 ms，F(xiàn)A 15°，視野 24.0 cm×21.6 cm，NEX為0.69，層厚2.0 mm，無層間距。(3) 3D-ASL序列參數(shù)：TE 10.7 ms，TR 4683.0 ms，帶寬62.5 KHz，矩陣512×512，NEX=3，Post Lable Delay 1525.0 ms，層厚4.0 mm，層數(shù)40，無間隔，掃描時間4 min 32 s。(4)IVIM成像，視野 24 cm×24 cm，矩陣130×160，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm，b值分別為0s/mm2、25s/mm2、50s/mm2、75s/mm2、100s/mm2、150s/mm2、200s/mm2、400s/mm2、600s/mm2、800s/mm2、1000s/mm2、1500s/mm2、2000s/mm2、3000s/mm2。掃描所需的頭顱線圈采用的是24通道頭顱表面線圈。

1.3 數(shù)據(jù)分析將圖像載入GE ADW 4.6工作站進行后處理，測量并記錄腫瘤實質區(qū)域的各參數(shù)值。(1)通過reformat后處理，獲得SWI的后處理圖像，即最小信號強度投影圖(minimum intensity projection,MinIP)。在MinIP 圖上，統(tǒng)計瘤灶內肉眼可見的低信號病灶，并進行記錄和評分，即腫瘤所在區(qū)域的敏感性信號強度(intratumoral susceptibility signal intensity，ITSS)[8]評分。通過Park等人提出的半定量分析方法[8]，ITSS評分為以下幾個等級：0分為沒有ITSS；1分為1～5個點狀或細線性低信號；2分為6～10個點狀或細線性低信號；3分為11個或更多的點狀或細線性低信號。(2)利用Functool軟件對3D-ASL圖像進行擬合，獲得灌注偽彩圖像。確定灌注偽彩圖像上腫瘤實性部分所在的區(qū)域，并分別選擇三個50 mm2左右的感興趣區(qū)(region of interest，ROI)進行測量，獲得三個瘤灶所在區(qū)域的腦血流灌注值，然后取均數(shù)。在同一個層面，利用鏡像對稱的方法，測量腫瘤對側正常腦白質區(qū)、腦灰質區(qū)以及鏡像區(qū)的血流灌注。然后取相對值，獲得血流灌注值得相對值，包括：r1 (TBFmax/對側正常白質區(qū)血流量)、r2 (TBFmax/對側正?；屹|區(qū)血流量)及r3(TBFmax/鏡像區(qū)腦血流量)。為了盡可能的避免測量誤差，感興趣區(qū)的設置盡可能的避開囊變、壞死。(3)通過利用Functool軟件對IVIM圖像進行后處理，獲得各參數(shù)的偽彩圖像。分別在各參數(shù)（fast ADC、slow ADC、f值）的偽彩圖上選取40mm2左右的感興趣區(qū)(ROI)，ROI的設置在腫瘤實質區(qū)，保證同一患者的ROI大小一致，最終獲得ROI的平均值進行記錄。為避免誤差，ROI的選擇盡可能避開囊變、壞死區(qū)域。

各參數(shù)的測量都是由兩位有經驗的研究人員測量取得。當兩位的測量結果差距比較大時，由另一名高級職稱的影像診斷醫(yī)師進行測量，獲得結果。

1.4 統(tǒng)計學方法應用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件，用Mann-Whitney U 檢驗對SWI的參數(shù)進行統(tǒng)計學分析，P＜0.05表示有統(tǒng)計學差異。用兩獨立樣本t檢驗的方法對3D-ASL及IVIM各參數(shù)進行統(tǒng)計學分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。并采用ROC曲線對SWI、3D-ASL及IVIM各參數(shù)以及擬合的三種技術進行分析。

2 結果

腦膠質瘤SWI、IVIM及3D-ASL后處理圖像見圖1。統(tǒng)計結果表明，SWI的參數(shù)ITSS值表現(xiàn)為，在高級別膠質瘤組明顯高于低級別膠質瘤組(P＜0.05)(見表1)。3D-ASL的參數(shù)（包括TBFmax值、r1值、r2值及r3值）表現(xiàn)為，在高級別膠質瘤組明顯高于低級別膠質瘤組(P＜0.05)(見表2)。IVIM的參數(shù)（包括fast ADC值、f值）表現(xiàn)為，在高級別膠質瘤組明顯高于低級別膠質瘤組(P＜0.05)；而高級別膠質瘤組的slow ADC值低于低級別膠質瘤組，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)(見表2)。

表1 高、低級別腦膠質瘤組的SWI參數(shù)表

通過ROC曲線評估SWI、3D-ASL及IVIM在鑒別高低級別膠質瘤中的意義。利用約登指數(shù)最大，確定各參數(shù)的診斷敏感性、特異性，見表3。并通過擬合，獲得三種技術在腦膠質瘤分級中的AUC值、診斷敏感性、特異性(見表4，圖3)。

表3 各參數(shù)在膠質瘤分級中的效能表

表4 SWI、3D-ASL和IVIM三種技術在膠質瘤分級中的效能表

腦膠質瘤各序列參數(shù)圖。圖1 男，49歲，右側額葉，少突膠質細胞瘤，WHO II級。圖1A:SWI后處理的MinIP圖。圖1B:IVIM參數(shù)fast ADC偽彩圖。圖1C:IVIM參數(shù)slow ADC偽彩圖。圖1D:IVIM參數(shù)f值偽彩圖。圖1E:3D-ASL的血流灌注圖像。圖2 女，53歲，右側額葉，膠質母細胞瘤，WHO IV級。圖2A:SWI后處理的MinIP圖。圖圖2B:IVIM參數(shù)fast ADC偽彩圖。圖2C:IVIM參數(shù)slow ADC偽彩圖。圖2D:IVIM參數(shù)f值偽彩圖。圖2E:3D-ASL的血流灌注圖像。圖3 SWI、3D-ASL和IVIM三種技術鑒別高、低級別膠質瘤的ROC曲線圖。

3 討論

膠質瘤的級別越高，具有細胞增殖、壞死、血管生成以及侵襲性等特點越顯著[9]，說明腫瘤細胞增殖、病理血管的形成是瘤細胞增殖的必備條件。

SWI對具有磁化作用的血液制品比較敏感，包括鐵血黃素和脫氧血紅蛋白[10]，所以能夠明顯的顯示出小靜脈和出血點，并進行放大，反映腫瘤血管的生成及瘤內出血情況，通過后處理得到的SWI Min IP圖，可以更好地顯示低信號，提高對磁效應差異的敏感性[11]。本研究結果顯示，高級別的膠質瘤表現(xiàn)出的ITSS評分值高于低級別，這與以往[12-15]的研究結果一致。這表明，高級別腦膠質瘤的新生血管系統(tǒng)比低級別膠質瘤更加密集，低級別膠質瘤的ITSS評分值一般在2分以下，而高級別腦膠質瘤的ITSS評分一般為2分或3分。然而，本研究中，在低級別膠質瘤組中存在2個患者的ITSS評分值是3。以往有部分研究表明，低級別的膠質瘤小部分可以出現(xiàn)出血的情況[16]。本研究中這種情況的產生，分析原因可能是腫瘤血管形成初期比較薄弱，以至于產生脫氧血紅蛋白及出血；或者是由于SWI沉積高濃度的含鐵血黃素，導致少量的出血將低信號灶放大[14]。同時，高級別腦膠質瘤組存在7例ITSS低于2分，并且存在1例的ITSS評分值為0。通過觀察這例患者的3D-ASL參數(shù)值，發(fā)現(xiàn)TBFmax為21.69mL/(min.100 g)，低于本研究所得的臨界值80.83mL/(min.100 g)，說明此例腫瘤病灶的血流灌注也比較低，血管生成較少，與SWI相吻合。之前有研究表明，高級別腦膠質瘤的靜脈結構存在各種形狀、不均勻厚度及成簇情況[15]，部分很難達到一定的數(shù)量，這可能影響實際的腦膠質瘤分級。

3D-ASL可以用于評估腫瘤的血流灌注情況，反映腫瘤內的微血管生成。通過量化腦血流量值(CBF)，預測各級別腦膠質瘤中的血管生成情況[17]，評估腦膠質瘤的級別。本研究中，高低級別腦膠質瘤的腫瘤區(qū)最大腦血流量TBFmax 及其相對值r1、r2及r3均具有統(tǒng)計學差異。這說明，高級別腦膠質瘤表現(xiàn)為更高的血流灌注，病理血管生成更加豐富，這一點與SWI的結果相吻合。但是，3D-ASL各參數(shù)鑒別高低級別腦膠質瘤的曲線下面積均比較低，敏感性和特異性也低于SWI、IVIM的各參數(shù)。而且，3D-ASL的診斷效能不如SWI、IVIM。分析原因可能是，新生血管形成并沒有引起相應程度的血流灌注增加，可能是因為在高級別膠質瘤中，血腦屏障破壞造成瘤周血管源性水腫，使正常腦組織血流灌注降低[18]。此外，3D-ASL設定的參數(shù)，包括標記后延遲、動脈通過時間，很容易影響結果的不準確[19]。

IVIM的雙指數(shù)模型公式為Sb/S0=(1-f)exp(-bD)+fexp[-b(D＊+D)][6]，D值(即slow ADC)表示腫瘤內的水分子彌散；D＊值(即fast ADC)表示腫瘤血管的微循環(huán)灌注；f值表示fast ADC在 IVIM中的百分比。在本研究中：IVIM的參數(shù)(包括fast ADC值、f值)表現(xiàn)為，在高級別膠質瘤組明顯高于低級別膠質瘤組(P＜0.05)；而高級別膠質瘤組的slow ADC值低于低級別膠質瘤組(P＜0.05)。這與以往的研究結果類似[20-22]。這提示：高級別膠質瘤表現(xiàn)的細胞增殖比較顯著，細胞密度及細胞體積更大，細胞間的空間減小，水擴散明顯受限[22]。同時說明，高級別腦膠質瘤的瘤內微血管比較密集。此外，這一結果進一步證實了，本研究中所選擇的b值具有一定的診斷效能。

本研究涉及的所有參數(shù)中，slow ADC值的AUC值(0.928)最大，具有較高的敏感性(93.5%)和特異性(85.7%) 。同時，SWI、3D-ASL及IVIM均可以用來鑒別高低級別腦膠質瘤，而且IVIM模型的AUC(0.975)、敏感性(88.7%)和特異性(97.1%)最高。有研究表明，多參數(shù)放射組學模型是較好的腦膜瘤分級預測模型[23]，這其中涉及到SWI及ADC值得參數(shù)，與本研究中兩項檢查方式類似。而本研究結果表明，聯(lián)合三種磁共振技術，可以進行優(yōu)勢互補，能更加準確的評估腫瘤細胞的增殖及血管生成情況，可以廣泛適用于臨床膠質瘤患者的術前分級。

本研究中存在的不足：3D-ASL的受影響因素較多，無法完全排除，需要未來技術升級，拓展其臨床應用。