DKI在胶质瘤分级中的诊断应用

2019-08-14徐蒙莱汤群锋毛海霞陈宏伟通讯作者方向明

影像研究与医学应用 2019年16期

徐蒙莱，汤群锋，毛海霞，陈宏伟（通讯作者），方向明

（南京医科大学附属无锡人民医院江苏无锡 214000）

胶质瘤是中枢神经系统肿瘤中最常见的原发性恶性肿瘤[1]，胶质瘤根据微观结构的复杂改变分为四级。胶质瘤级别不同，对治疗方案和预后的影响也不相同。因此，胶质瘤的术前分级十分重要，影响着肿瘤治疗方法和预后评价[2]。

扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI），由纽约大学Jenson教授于2005年提出[3]。它建立在非高斯运动模型上，涉及到复杂的微环境[4]，提出了更加完全独立的成像指标[5]，对评估疾病进展和治疗预后有着重大意义。本研究的目的在评估胶质瘤分级间参数的差异性和诊断效能，为临床治疗提供帮助和指导。

1 资料与方法

1.1 一般资料

招募了30例（2015年12月—2018年12月）术前MRI检查的疑似胶质瘤患者入组（男21例，女9例，年龄19～78岁，平均年龄55.30±15.81岁）。排除标准如下：1在检查前患者已进行治疗手段；2患者经病理证实为其它肿瘤；3难以分析的图像质量。

1.2 MR检查方法和图像处理

均使用3.0T磁共振西门子成像仪进行扫描，序列包括常规平扫（轴位T1WI、T2WI）、增强扫描（轴位T1WI）及DKI，定位及扫描范围相一致，层厚均采用5mm，间隔均采用1.5mm。其中采用单次激发自旋回波平面成像的DKI序列扫描参数如下：FOV 215×230mm，矩阵128×128mm，TR 3100ms，TE 111ms，FA 90°，NEX三次。研究表明DKI比DTI至少施加两个不同b值和十五个不同梯度方向[6]，因此，b值取均施加30个方向的0、1000、2000s/mm2的b值。

应用DKE后处理软件分析所得图像，扩散参数（MD，DA，DR），峰度参数（MK，KA，KR），FA图，对比相应增强图像，采用边缘划线法圈入病灶（除外病灶周围水肿取和肿瘤坏死区），同时取对侧脑白质内相同感兴趣区，在固定软件MRicroN中取值测量三次取平均值。同时标准化处理，参数数据与对侧脑白质相比得到相应对比值即r值。

1.3 统计学方法

统计分析以P＜0.05为标准，在SPSS15.0中运行，以均数±标准差格式表示参数。由于样本量少，采用Mann-Whitney U检验（偏态分布）进行DKI参数差异性分析，同时采用受试者ROC曲线评估诊断效能（有诊断效能意义时AUC大于0.5，诊断效能较低时在0.5～0.7时，有一定的诊断效能时AUC在0.7～0.9，诊断效能较高AUC在0.9以上）。

2 结果

世界卫生组织将胶质瘤分为包括Ⅰ级和Ⅱ级胶质瘤的低级别胶质瘤、包括Ⅲ级胶质瘤和Ⅳ级胶质瘤的高级胶质瘤。本次研究中，30例包括11例低级别胶质瘤，均为Ⅱ级胶质瘤，MR表现见图1，增强后多不强化，在峰度K图上多呈低信号；19例高级别胶质瘤，其中含有1例Ⅱ～Ⅲ级胶质瘤、6例Ⅲ级胶质瘤，12例Ⅳ级胶质瘤），MR表现见图2，占位效应及瘤周水肿多见，增强后后多明显不均匀强化，可见花环样典型强化，在峰度K图上多呈高信号。统计学分析如下表。

表不同级别胶质瘤参数统计（±s）

参数值高级别胶质瘤（n=19）低级别胶质瘤（n=11） P MK 0.76±0.11 0.60±0.13 0.005*rMK 0.99±0.18 0.77±0.14 0.002*KA 0.76±0.13 0.62±0.11 0.021*rKA 0.98±0.21 0.76±0.13 0.003*KR 0.76±0.12 0.61±0.14 0.017*rKR 0.97±0.18 0.79±0.15 0.008*MD（×10-3mm2/s） 1.29±0.32 1.29±0.28 0.983 rMD 1.14±0.26 1.18±0.31 0.914 DA（×10-3mm2/s） 1.49±0.32 1.53±0.27 0.651 rDA 1.12±0.23 1.19±0.25 0.505 DR（×10-3mm2/s） 1.17±0.29 1.16±0.29 0.914 rDR 1.13±0.25 1.17±0.36 0.949 FA 0.19±0.08 0.20±0.07 0.426 rFA 1.13±0.62 1.13±0.30 0.237

DKI扩散参数、FA及相对值差异性无统计学差异（P＞0.05），参数MD、DA、DR、FA及相对值的AUC分别为（AUC=0.502、0.450、0.488、0.411，0.488、0.426、0.493、0.368），参数多无诊断意义；峰度参数及相对值具有统计学意义（P＜0.05），K值随着胶质瘤级别越高而越大；峰度参数MK、KA、KR及其相对值AUC分别为（AUC=0.813、0.756、0.766，0.847、0.833、0.794），诊断效能相对较高，rMK最为显著。

图1 62岁男性患者，Ⅱ级胶质瘤(红色箭头)。A～C分别为轴位T1WI平扫、T2WI平扫、T1WI增强，病灶位于右侧基底节区，均匀强化，边界清晰。D～F分别为呈明显低信号的KA、KR、MK图（KA=0.70，KR=0.71，MK=0.71）。

图2 68岁女性患者，Ⅳ级胶质瘤（红色箭头）。A～C分别为轴位T1WI平扫、T2WI平扫、T1WI增强，病灶位于左侧颞顶叶实性部分呈明显环形强化。D～F分别为高信号的KA、KR、MK图（KA=0.91，KR=0.80，MK=0.85）。

3 讨论

3.1 DKI的成像原理

传统的DWI扩散成像如水一样，它的运动随机不受限制。但是，就胶质瘤而言，组织微观结构的复杂性限制着水的自由扩散，这种受限的运动明显不符合传统DWI模型上的随机的布朗运动，偏离了传统的高斯分布。峰度，便是代表偏离高斯分布的改变，揭露着环境的复杂结构的存在。研究表明，峰度值总是大于0的[7]，峰度越高，扩散障碍越多，组织微环境结构越复杂。所以，级别越高的胶质瘤微观结构越复杂，而级别较低的胶质瘤微观环境较稳定[1,8]。

3.2 DKI参数在胶质瘤分级中的差异性分析

部分研究同本次一致，高级别的峰度参数显著性高于低级别胶质瘤，表明[9-10]峰度参数相对于传统的扩散参数，在分级中的诊断能力更加独立有效，描述微观结构更为直接。高级别的胶质瘤浸润性强，破坏更多的结构，肿瘤细胞增殖也明显，水分子扩散运动受限更为显著，峰度参数值因此相对更高。

多序列MR扫描时[11-13]，灌注参数最具有诊断效能。当灌注MRI失败时或灌注参数不确定时，MK可被认为是最有效的参数评估胶质瘤[14]。同时，Rifeng Jiang et al.[15]及王玉亮等[16]指出，DKI峰度指标可预测Ki-67表达，尤其MK表现出明显的优势和巨大的潜力，是理想的诊断胶质瘤分级和描述胶质瘤细胞增殖的影像学指标。在鉴别诊断中[17]中，也有研究显示瘤周水肿区的MK值在胶质瘤与转移瘤诊断中特异性、敏感性最高、最具有鉴别意义。这与本次研究一致，MK值诊断效能最高。所以，峰度参数尤其是MK，具有广阔的研究前景，在未来可作为生物学参数指标，反映组织微观结构的复杂性。

研究显示[18]年龄与峰度值有相关性，年龄越高，MK、KR值越低，这种改变可能由于退变的神经元细胞。在本次研究中，我们进行了标准化分析，采用相对值排除年龄差异性。相对峰度值均在研究中具有统计学意义，诊断效能也均高于绝对峰度值。

与以往研究[10,19]一致DKI的扩散参数D、FA值及相对值在胶质瘤中均无差异性。理论上，扩散参数D值反映细胞密度[20]，肿瘤级别越高，D值越高。测量中，感兴趣区的选择可能包括难以识别的坏死区，这些坏死成分D值往往偏高，影响着真实D值。FA值于体年龄等有关[21]，绝对值没有避免这种差异性不具有统计学意义。但是标准化的相对值仍与[22]部分研究结果一致不具有统计学意义，这可能需要更进一步研究。