脑实质结核与脑转移瘤的MRI鉴别及多b值DWI量化分析

2017-04-13米日古丽沙依提刘丛学

中国医学计算机成像杂志 2017年1期

丁爽陈宏米日古丽•沙依提刘丛学

丁爽陈宏米日古丽•沙依提刘丛学

目的：分析脑实质结核的MRI特点，探讨多b值弥散加权成像(DWI)对脑实质结核与脑转移瘤鉴别诊断的应用价值。方法：对28例脑实质结核和31例脑转移瘤患者行MRI检查和多b值DWI成像，分析两者的MRI表现，测量实性强化病灶及环形强化病灶的强化环壁、中央坏死的各类表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值，包括ADC10b、ADChigh及ADCperf值，采用两样本t检验。结果：脑实质结核337个病灶，实性均匀强化病灶102个，69.6%≤3.0mm，25.5%在3.0～10.0mm之间；环形强化病灶235个，环壁厚薄均匀光整，32.4%在3.5～5.0mm之间，45.5%在5.0～10.0mm之间，22.1%≥10.0mm。脑转移瘤285个，实性欠均匀强化病灶74个，27.0%≤3.0mm，73.0%＞3.0mm；环形强化病灶211个，环壁凹凸不平，84.8%＞5.0mm。脑实质结核中实性强化结节、强化环壁的ADChigh值分别为（0.240±0.038）×10-3mm2/s、（0.249±0.039）×10-3mm2/s，均高于脑转移瘤，脑实质结核环形强化病灶干酪实性中心区的ADChigh值为（0.251±0.056）×10-3mm2/s，低于脑转移瘤的中心坏死区。环形强化病灶中环壁的ADC10b及ADChigh值分别以0.088×10-3mm2/s和0.241×10-3mm2/s为界，鉴别脑实质结核与脑转移瘤的灵敏度分别为83.9%、58.9%，特异度分别为72.5%、100%。结论：结合病灶大小、MRI强化方式及ADChigh值与ADC10b值的测量有利于脑实质结核和脑转移瘤的鉴别诊断。

颅内结核；脑转移瘤；弥散加权成像；表观扩散系数值

在我国西部地区，结核病仍是危害人群健康的主要问题。发生于脑实质内的结核病灶多为肉芽肿性病变，影像学表现复杂多样，有时与脑转移瘤鉴别较困难，尤其在不伴有脑外结核病、结核性脑膜炎的患者，且诸多学者们对颅内结核病的MRI影像表现理解存在差异[1-5]。因此在本研究中，笔者将重点观察脑实质结核病灶的MRI影像特征及分析多b值DWI的图像特点，测量相关ADC值，旨在进一步理解结核病灶的病理特征，从而提高脑实质结核的MRI诊断水平。

方法

1. 临床资料

收集2014年3月至2016年3月我院收治的脑实质结核病患者28例，年龄6～70岁。该组病例均不合并结核性脑膜炎，临床表现为头痛、恶心、呕吐，其中6例患有血行播散型肺结核，16例患有继发性肺结核，另6例未合并其他部位的结核，根据临床表现、胸片、CSF检查以及手术病理或抗结核药物诊断性治疗随访的方式，确立脑实质结核的诊断。收集脑内转移瘤患者31例，年龄35～74岁。原发病灶肺癌25例，乳腺癌3例，结直肠癌2例，食管癌1例。临床表现为头痛、脑神经损伤征象等，根据手术病理及临床原发病灶的发现确立脑转移瘤的诊断。

2. 检查方法

MR包括轴位T2WI（TR 4200ms/TE 104ms）、T1W（ITR 1700ms/TE 8.1ms）、FLAIR（TR 8800ms/ TE 81ms ）及T1WI增强扫描，视野FOV240mm，层数20层，层厚6.0mm，层间距0.6mm。多b值 DWI采用10个扩散敏感梯度因子b值，分别为 0s/mm2、50s/mm2、100s/mm2、150s/mm2、200s/mm2、250s/mm2、300s/mm2、500s/mm2、750s/mm2、1000s/mm2，TR/TE=3100ms/95ms，横断位扫描，层厚、层间距及层数同MRI平扫，扫描时间120s。

3. 图像分析

观察脑实质结核及转移瘤病灶的形态大小、信号以及强化特点。根据文献[6]利用biomap软件获得ADC10b图、ADClow图、ADChigh图，将ADClow图与ADChigh图剪影后获得ADCperf图。分别测量实性强化病灶及环形强化病灶的强化环壁、中央坏死区的ADC10b、ADChigh及ADCperf值，每个区域选择3～5个典型层面划取感兴趣后像素合并获得平均ADC值。

4. 统计学分析

采用两样本t检验比较脑内结核病灶与转移瘤病灶不同区域的ADC10b、ADChigh及ADCperf值。检验标准α=0.05。

结果

1.常规MRI的表现特点

图1 脑实质结核中实性强化病灶T2WI呈稍高信号，周围轻度水肿，强化较均匀，高b值DWI呈稍低信号。

图2 脑实质结核中直径＜5.0mm的环形强化病灶在T2WI呈稍低信号，增强环壁较厚，内外壁均匀光整。

图3 部分脑实质结核中直径＞5.0mm的环形强化病灶在T2WI呈中心稍低信号，周围环绕稍高信号，增强后环壁略薄，厚薄略欠均匀，高b值DWI病灶中心呈稍低信号，周围环绕稍高信号。

图4 部分脑实质结核中直径大于5.0mm的环形强化病灶在T2WI呈中心高信号，周围环绕稍低信号，增强后环壁略不规则，高b值DWI病灶中心呈高信号，周围等信号。

图5 脑转移瘤实性强化结节在高b值DWI上呈稍高混杂信号。图6 脑转移瘤环壁强化不规则，在高b值DWI上中心呈低信号，周围环绕稍高或等信号。

表1 两组病例中实性强化结节各ADC值的比较（×10-3mm2/s）

表2 两组病例中环形强化结节中心与环壁各ADC值的比较（×10-3mm2/s）

28例脑实质结核共337个病灶，96.4%为多发结核结节，分布广泛，其中236个病灶（70.0%）周围见轻中度水肿。增强后实性强化病灶102个，强化均匀，大小1.5～12.3mm不等，71个病灶（69.6%）≤3.0mm，26个病灶（25.5%）在3.0～10.0mm之间，5个病灶（4.9%）≥10.0mm。直径＞3.0mm的病灶呈稍长T2信号（图1）。环形强化病灶235个，大小3.5～22.1mm不等，其中76个病灶（32.4%）位于3.5～5.0mm之间，107个病灶（45.5%）在5.0～10.0mm之间，52个病灶（22.1%）≥10.0mm。环形强化直径≤5.0mm的病灶中，55个病灶（72.4%）T2WI均匀稍低信号，增强后环壁较厚，内外壁均匀光整（图2）；直径＞5.0mm的环形强化病灶中，112个病灶（70.44%）T2WI中心稍低信号，周围环绕稍高信号，增强后环壁略薄，厚薄略欠均匀（图3），47个病灶（29.56%）中心T2WI稍高信号，周围环绕稍高、等或稍低信号，增强后环壁欠光整，形态略不规则（图4）。

31例脑转移瘤共285个病灶，9例（29.0%）脑转移瘤呈单发结节。239个病灶（83.9%）周围中重度水肿。增强后实性强化病灶74个（包括不规则斑片状强化病灶31个），大小1.5～31.5mm不等，其中20个病灶（27.0%）≤3.0mm，41个病灶（55.4%）在3.0～10.0mm之间，13个病灶（17.6%）≥10.0mm。直径＞3.0mm的病灶T2WI等、稍低及稍高信号，形态欠规则（图5）。环形强化病灶211个，大小3.8～50.1mm不等，其中32个病灶（15.2%）≤5.0mm，102个病灶（48.3%）在5.0mm与10.0mm之间，77个病灶（36.5%）≥10.0mm。直径≤5.0mm的病灶强化环壁厚薄较均匀；环形强化直径＞5.0mm的病灶形态不规则，信号不均匀，增强后内壁强化凹凸不平（图6）。

2.结核结节及转移瘤DWI的图像特点及定量参数的测量

实性强化病灶中直径≤3.0mm的病灶在DWI上难以显示，而环形强化病灶中直径≤5.0mm的病灶在DWI上无法区分强化环壁及中心坏死区，因此无法进行DWI相关定量参数的测量。脑实质结核中，实性强化直径＞3.0mm的病灶在高b值的DWI上呈稍低信号（图1）；直径＞5.0mm的环形强化病灶中，112个病灶在高b值的DWI上呈稍低信号，部分病灶边缘呈稍高信号（图3），47个病灶在高b值DWI上病灶内部呈稍高，边缘呈稍低信号或等信号（图4）。脑转移瘤中，实性强化直径＞3.0mm的37个病灶（68.5%）呈稍高混杂信号（图5），其余病灶呈稍低或等信号；环形强化直径＞5.0mm的131个病灶（73.2%）中心在DWI上呈稍低信号，周围环绕不规则或均匀环状稍高信号（图6）；48个病灶（26.8%）在DWI上呈高低混杂信号。分别测量脑实质结核及脑转移瘤的实性强化区、强化环壁及中心坏死区的ADC10b值、ADChigh值及ADCperf值，进行统计学分析，具体结果见表1及表2。

3、脑实质结核ADC值的ROC曲线分析

分析实性强化结节ADC10b、ADChigh及ADCperf值的ROC曲线，其中，ADC10b值以0.081×10-3mm2/s为阈值，大于或等于该阈值者诊断为脑实质结核的灵敏度及特异度分别为87.1%和48.1%；ADChigh值的阈值为0.199×10-3mm2/s，其灵敏度及特异度分别为87.1%和74.1%；ADCperf值的阈值为0.141×10-3mm2/s，其灵敏度和特异度分别为71.0%和51.9%。环形强化病灶环壁ADC10b值及ADChigh值的最佳诊断切点值分别为0.088×10-3mm2/s和0.241×10-3mm2/s，其灵敏度分别为83.9%、58.9%，特异度分别为72.5%、100%。

讨论

颅内结核多数源于结核杆菌的血行播散，可发生于脑内任何部位。目前，按照结核病发病部位及临床与影像学特点，将颅内结核分为脑膜结核、脑实质结核和混合型颅内结核[1-2]。由于脑膜结核具有特征性的MRI表现，往往诊断不存在困难。而脑实质结核包括结核病变的不同病理阶段，MRI影像表现复杂多样，临床缺乏特征性表现，与脑转移瘤等颅内病变鉴别存在一定困难，且学者们对脑实质结核的MRI影像表现与分型一直存在着不同认识[3-5]。

结核结节的不同强化方式在一定程度上反映了它的病理特征。本组337个脑实质结核病灶根据强化方式分为实性强化结节及环形强化结节。环形强化病灶中心部分表现为T2WI低信号，部分为T2WI高信号。实性强化结节在病理上为增生性炎症，环形强化结节反映结核结节的干酪性改变及是否合并液化坏死，符合多数学者对结核结节的分型，即均匀强化的非成熟性结核结节及环形强化的成熟性结核结节（包括干酪伴实性中心和干酪伴液性中心）[1-2]。但过丽芳等研究认为以3.0mm及10.0mm为界将脑实质结核分为粟粒型、多发结节型及结核瘤型能在一定程度上包括结核病变的不同病理阶段，可以将脑实质结核的MRI表现描述的更为完全[4，7]。本组病例中粟粒型结核结节多表现为均匀实性强化（69.6%），未见环形强化，表明粟粒型结核结节主要处于结核的增殖性炎症期；而环形强化结节在本组病例中最小直径大于3.0mm，77.9%的病灶位于3.0～10.0mm之间，属于多发结节型，且T2WI低信号，反映结核病灶的干酪样病理改变；直径大于10.0mm的结核瘤型病灶中心多出现T2WI高信号的液化坏死区。因此本研究亦认为过丽芳等关于脑实质结核的MRI影像学分型能综合反映结核结节的大小特点及不同阶段的病理特征。

分析脑实质结核和脑转移瘤的灶周水肿、病灶形态大小及强化方式有助于两者的鉴别。本组资料中脑实质结核96.4%为多发病灶，29%脑转移瘤为单发，符合文献报道[8]。本组脑实质结核70.0%出现灶周水肿，高于文献报道[8]。结核灶周水肿可出现在结核的不同病理时期，且水肿程度反映结核的活动性及病程的长短，本组脑实质结核多伴有肺内活动性结核，因此灶周水肿较明显。本组病例中83.1%脑实质结核病灶小于10.0mm，而68.4%的脑转移瘤病灶小于10.0mm，略高于其他文献报道[8]，可能与本组病例数略少及原发病灶不同有关，且随着肿瘤患者管理的加强，能及早发现较小的脑转移灶。增强扫描在两者的鉴别诊断中具有重要作用。脑实质结核实性强化结节多呈均匀粟粒状强化，69.6%的病灶直径小于3.0mm，而脑转移瘤73.0%的实性强化结节直径大于3.0mm，且强化幅度欠均匀，可呈斑片状强化，这与脑转移瘤易早期发生微小坏死有关。本组脑实质结核的强化环壁厚薄较均匀光整，而脑转移瘤的强化环壁厚薄不均、内壁凹凸不平，外壁毛糙，这些强化特点有助于鉴别诊断。

关于脑实质结核的DWI表现及ADC值文献报道不一，这与结核病灶内复杂的病理成分有关[3，8，9]。本研究采用多b值DWI技术中ADC10b值、ADChigh值、ADCperf值从不同方面为脑实质结核及脑转移瘤的鉴别诊断提供一定信息。研究已证实ADC10b值及ADChigh值能反映组织细胞的水分子运动状态，而ADCperf值能反映组织的微循环及毛细血管通透性[6，10]。有文献报道脑实质结核的ADC值要低于肺癌脑转移瘤的ADC值[8]，但本组脑实质结核中实性强化结节的ADC10b值、ADChigh值、ADCperf值均高于实性强化的脑转移瘤，表明结核病灶在增生性炎症时期弥散不受限，且炎性肉芽组织中有新生血管形成；相对于脑转移瘤中致密肿瘤细胞而言脑实质结核的水分子运动较自由。两者环形强化结节的DWI表现多样，且强化环壁的ADC值测量存在较大误差，尤其是脑实质结核，可能与结核病灶构成环壁的炎性细胞、成纤维细胞、胶原纤维、脂质及巨噬细胞成分等组成比例不同有关[1]；其次由于DWI的信噪比较低，影响较小病灶的测量。环形病灶中心未强化区在DWI上表现不同，部分表现为稍低信号，其ADC10b值、ADChigh值低于脑转移瘤的中心液化坏死区，有学者认为结核结节中心出现的干酪坏死物质因含游离脂肪酸成分而使病灶弥散不受限[4]，但相对于转移瘤中心的液化坏死而言其弥散又是受限的。部分脑实质结核病灶中心在DWI上表现为高信号，与脑脓肿相似，其各ADC值明显低于脑转移瘤，表明该组病灶已形成了结核脓肿[11]。分析脑实质结核及脑转移瘤实性强化结节及强化环壁各ADC值的ROC曲线，研究显示两者鉴别中ADC10b值的灵敏度较好，而ADChigh值的特异度较好，说明上述两个参数值具有较高的诊断效能，高b值的DWI更能较真实地反映组织中水分子的扩散运动[10]。由此可见，DWI能从分子水平为脑实质结核及脑转移瘤的鉴别诊断提供一定的信息，但仍需结合常规MRI的影像学表现综合分析。

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Value of MRI and Quantitative Analysis of Multi-b-value DWI in Differentiating Brain Parenchymal Tuberculosis from Brain Metastases

DING Shuang, CHEN Hong, Miriguli-Shayiti, LIU Cong-xue

Purpose:To study the MRI findings of brain parenchymal tuberculosis, and to explore the valve of multi-b-value diffusion weighted imaging (multi-b-DWI) in differentiating parenchymal tuberculosis from brain metastases.Methods:The conventional MRI and multi-b-DWI were performed in 59 cases (28 cases with parenchymal tuberculosis, and 31 cases with brain metastases), their MRI findings were retrospectively summarized. Apparent diffusion coeffcient (ADC) values, including ADC10b, ADChighand ADCperf, were measured in the solid enhanced nodules, the rim and central of ring-like enhanced lesions. All the data were analyzed by t test.Results:There were 337 brain parenchymal tuberculosis lesions. Of them, 102 lesions were evenly enhanced nodules, 69.6% of the lesions were less than 3.0mm, 25.5% of the lesions were between 3.0mm to 1.0cm; 235 lesions showed ring-like contrast enhancement, 32.4% of the lesions were between 3.5mm to5.0mm, 45.5% of the lesions were between 5.0mm to 1.0cm, 22.1% of the lesions were more than 1.0cm. There were 285 brain metastases lesions. Of them, 102 lesions were heterogeneously enhanced nodules, 27.0% of the lesions were less than 3.0mm, 73.0% of the lesions were more than 3.0mm; 211 lesions showed unevenly ringlike enhancement, 84.8% of the lesions were more than 5.0mm. The ADChighof the solid nodules and ring wall of parenchymal tuberculosis were (0.24±0.038)×10-3mm2/s, (0.249±0.039)×10-3mm2/s, they were higher than that of the brain metastases. The ADChighof caseous solid center of ring enhancing lesions in parenchymal tuberculosis was (0.251±0.056)×10-3mm2/s, it was lower than that of the necrosis center of brain metastases. When ADC10band ADChighof the enhancing ring wall were set as 0.088×10-3mm2/s and 0.241×10-3mm2/s, the sensitivity in differentiating these two diseases were 83.9% and 58.9%, the specificity were 72.5% and 100% respectively.Conclusion:Combination of the lesion size, MRI enhanced features and ADC values are helpful in differential diagnosis of brain parenchymal tuberculosis and brain metastases.

Intracranial tuberculosis; Brain metastases; Diffusion weighted imaging; Apparent diffusion coeffcient

R445.2

1006-5741（2017）-01-0013-06

2016.06.15;修回时间：2017.01.03)

中国医学计算机成像杂志，2017，23：13-18

新疆医科大学第一附属医院影像中心

通信地址：新疆乌鲁木齐市鲤鱼山南路137号，乌鲁木齐 830054

丁爽（电子邮箱：dingshuangxxx@163.com）

新疆维吾尔自治区自然科学基金项目 No. 2015211C041

Chin Comput Med Imag，2017，23：13-18

Department of Radiology, The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University

Address:137 Liyushan South Rd., Wulumuqi 830054,P. R. C.