对比单指数、双指数及拉伸指数DWI鉴别诊断胶质母细胞瘤术后复发与假性进展

廖 旦，刘远成，唐 斌，王 頔，李小海，代 斌，王荣品

(贵州省人民医院放射科，贵州 贵阳 550002)

胶质母细胞瘤是颅内常见的原发性恶性肿瘤，具有高度血管化、侵袭性强、复发率高等特点。术后联合放化疗可显著提高患者生存期，是治疗胶质母细胞瘤的标准方法[1]。部分胶质瘤患者在放化疗后病灶强化范围增大或出现新的强化表现，这种现象称为假性进展[2]。胶质瘤术后复发与假性进展的影像学表现相似，常规MRI难以鉴别。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion， IVIM) DWI采用多组b 值和指数拟合算法模型，可敏感地获得组织水分子扩散、微循环灌注及异质性等信息，目前已广泛应用于胶质瘤术前分级及诊断其他部位肿瘤[3]。本研究探讨单指数、双指数、拉伸指数模型IVIM DWI在鉴别胶质母细胞瘤术后复发及假性进展中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入2016年5月—2018年3月于我院接受手术及放化疗的38例高级别胶质瘤患者，男23例，女15例，年龄17～42岁，平均(27.3±5.4)岁。纳入标准：①经神经外科手术治疗，术后病理为胶质母细胞瘤；②术后于我院接受放化疗联合治疗2～6个月；③放化疗后每2个月复查1次MRI，随访至少1年；④放化疗结束后复查首次MRI出现新发强化病灶，或强化病灶范围扩大。放化疗结束1年后，根据最新的神经肿瘤反应评价(response assessment in neuro-oncology， RANO)诊断标准[4]将患者分为假性进展组和术后复发组：复查过程中病灶强化程度减低或病灶缩小，或经二次手术证实为假性进展；若病灶强化范围增大或出现新的强化病灶，或经二次手术证实为术后复发。本研究经我院医学伦理委员会审核通过，所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750W 3.0T超导型MR扫描仪，8通道相控阵头线圈。扫描序列包括MR平扫、增强和IVIM DWI。扫描参数：轴位T1W，TR 2 225 ms，TE 34 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵288×288，激励次数2，层厚6 mm，层间隔1.5 mm；轴位T2W，TR 4 463 ms，TE 118 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵512×512，激励次数2，层厚6 mm，层间隔1.5 mm。IVIM，TR 2 800 ms，TE 82 ms，激励次数6，矩阵128×128，层厚4 mm，层间隔1.5 mm，共12个 b值，分别为0、10、20、30、50、70、100、200、400、600、800、1 000 s/mm2，扫描时间4 min 36 s。增强扫描对比剂采用钆特酸葡胺，剂量0.1 mmol/kg体质量，流率2 ml/s；注射对比剂后行T1W轴位、冠状位和矢状位扫描，扫描参数同平扫。

1.3 图像后处理及分析 将随诊中首次出现新发强化病灶的IVIM数据传输至GE AW 4.6后处理工作站，采用Functool工具包中的 MADC软件对图像进行后处理分析。分别获得单指数模型参数(ADC值)、双指数模型参数[真扩散系数(true diffusion coefficient, D)、伪扩散系数(pseudo-diffusion coefficient, D*)、灌注分数(perfusion fraction, f)]和拉伸指数模型参数[拉伸因子(α)及分布扩散系数(distributed diffusion coefficient, DDC)]的伪彩图。参照同层面轴位增强T1WI所示强化最大区域手动勾画ROI，大小为35～55 mm2，尽量避开血管、坏死、囊变等区域，获得上述各参数值。由2名具有5年以上工作经验的影像学医师独立进行图像处理和测量，每个参数均测量3次，取平均值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 24.0及Medcal统计分析软件。首先采用Kolmogorov-Smirnov检验数据是否符合正态分布，符合正态分布者以±s表示。以组内相关系数(intraclass correlation coefficient， ICC)评价2名医师测量结果之间的一致性。采用两独立样本t检验比较术后复发组与假性进展组间各不同扩散模型参数的差异；对有统计学差异的参数绘制ROC曲线，评价其鉴别诊断胶质母细胞瘤术后复发与假性进展的效能；以Z检验比较各参数AUC的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

术后复发组20例，其中5例经二次手术证实，15例随访发现病灶强化范围持续增大或强化程度增加。假性进展组18例，其中3例经二次手术证实，15例随访中发现病灶较前范围明显减小或强化程度明显减低。

2名医师测量ADC、D、D*、f、DDC及α值的ICC值分别为0.831、0.789、0.892、0.904、0.912和0.792。

胶质母细胞瘤术后复发组ADC、D、DDC、α值均小于假性进展组，而D*、f值大于假性进展组，差异均有统计学意义(P均<0.05)，见表1和图1、2。ADC、D、D*、f、DDC和α值鉴别诊断胶质母细胞瘤术后复发与假性进展的AUC分别为0.908、0.925、0.804、0.743、0.901和0.961，各参数诊断阈值和诊断效能见表2、图3。其中α和ADC值的AUC均大于f值的AUC(Z=2.206、2.242，P=0.028、0.025)，余差异无统计学意义(P均>0.05)。

表1 胶质母细胞瘤术后复发组与假性进展组各IVIM参数比较(±s)

表1 胶质母细胞瘤术后复发组与假性进展组各IVIM参数比较(±s)

组别ADC(×10-3 mm2/s)D(×10-3 mm2/s)D*(×10-3 mm2/s)fDDC(×10-3 mm2/s)α术后复发组(n=20)1.310±0.3161.117±0.36152.175±27.7570.337±0.1131.258±0.7490.663±0.079假性进展组(n=18)1.942±0.3021.740±0.21224.144±10.3660.239±0.0861.688±0.3510.888±0.094t值-6.271-5.7614.0342.947-2.219-8.007P值<0.001<0.001<0.001<0.0010.033<0.001

表2 IVIM各参数鉴别胶质母细胞瘤术后复发与假性进展的诊断效能

图1 患者男，42岁，胶质母细胞瘤术后复发 A、B.轴位T1WI(A)及增强T1WI(B)示左侧顶叶术区混杂信号，增强后不规则强化； C～H.分别为ADC、D、D*、f、DDC和α伪彩图

图2 患者女，36岁，胶质母细胞瘤术后假性进展 A、B.轴位T1WI(A)及增强T1WI(B)示左侧额叶术区平扫呈低信号，增强后不规则强化； C～H.分别为ADC、D、D*、f、DDC和α伪彩图

图3 ADC、D、D*、f、DDC、α值鉴别胶质母细胞瘤术后复发与假性进展的ROC曲线

3 讨论

胶质母细胞瘤术后复发与假性进展的鉴别直接影响疾病诊疗及患者预后。胶质母细胞瘤术后复发、假性进展影像学表现均为术区软组织水肿、增强扫描呈明显强化，因此常规MRI难以鉴别。目前功能MRI已逐渐应用于临床。潘锋等[2]应用动脉自旋标记(arterial spin labeling， 3D-ASL)技术联合DWI鉴别高级别脑胶质瘤术后复发及假性进展，发现3D-ASL具有良好应用前景。张军霞等[5]采用动态磁敏感对比增强灌注成像鉴别胶质瘤复发和放射性脑损伤，发现其敏感度和特异度均较高。

DWI是目前唯一可在体反映组织水分子扩散运动的成像方法，能从分子水平反映局部组织内的微环境改变。随着MR设备的不断发展及对DWI研究的深入，通过设置较大范围内多个b值进行DWI扫描，并基于信号衰减理论及不同数学模型，可以得到与水分子运动相关的扩散及灌注参数，包括单指数模型参数(ADC)、双指数模型参数(D、D*、f)及拉伸指数模型参数(α、DDC)等。ADC值是传统的反映组织内细胞密度及微观结构状态的参数[6]。本研究中术后复发组ADC值低于假性进展组，原因可能是胶质母细胞瘤术后复发时肿瘤细胞异常增殖，细胞密度高，水分子扩散受限，使ADC值降低；而假性进展时大量组织细胞崩解、坏死，结构松散，致ADC值增大[7]。

Shen等[8]认为传统DWI基于单指数信号衰减模型，从数学理论来讲此模型并不合理，基于双指数模型的D值才是真正意义上的ADC值，可反映组织水分子真实的扩散情况。本研究发现术后复发组与假性进展组间D值差异有统计学意义，且D值略小于ADC值，可能与双指数模型剔除了微循环灌注对水分子真实扩散的影响有关，与Bisdas等[9]研究结果一致。

组织内水分子运动不仅与细胞密度相关，且与组织微循环灌注情况有关。IVIM利用不同b值下扩散和灌注的信号衰减时机不同的原理区分灌注和扩散信息。Miyoshi等[10]应用IVIM和3D-ASL观察贝伐珠单抗在治疗胶质瘤复发中的效果，发现D*值是预测胶质瘤术后复发的有效指标。王斌等[11]认为IVIM双指数模型D*、f值可为临床治疗胶质瘤提供可靠的影像学依据。Liu等[12]指出，IVIM双指数模型参数有助于胶质瘤患者术后随访及改善预后。本研究结果显示，胶质母细胞瘤术后复发组D*、f值较假性进展组明显增高，与既往研究结果一致[13]，可能是由于胶质母细胞瘤术后复发病灶血管内皮生长因子表达增强，新生血管形成，血管通透性及血容量增加，而假性进展的病理基础是放化疗引起血脑屏障破坏及血管源性水肿[14]。

拉伸指数模型DWI是新兴的非高斯扩散模型成像，可同时反映组织内水分子的运动情况和病变成分的复杂程度，其参数主要为DDC和α，α取值为0～1，α越趋于1，表明病变成分越单一。Federau等[15]认为α值在胶质母细胞瘤的分级中具有较高参考价值。付芳芳等[16]发现拉伸指数模型可用于评估慢性乙型病毒性肝炎肝纤维化的严重程度。本研究结果显示，与假性进展组相比，胶质母细胞瘤术后复发组DDC及α均明显降低，可能是胶质母细胞瘤术后复发形成的恶性组织细胞密度增加，阻碍水分子扩散运动；肿瘤细胞异型性大、增殖快，使自身出现缺血、坏死等改变，导致病变成分复杂。

ROC曲线结果显示不同扩散模型参数ADC、D、D*、f、DDC及α的曲线均位于参考线右上方，AUC均>0.7，表明其对于区分胶质母细胞瘤术后复发及假性进展均有一定诊断效能。单指数模型中的ADC值、拉伸指数模型中的α值对于胶质母细胞瘤术后复发及假性进展中的诊断效能高于双指数模型中的f值，α值AUC最大，提示其鉴别胶质母细胞瘤术后复发及假性进展更具应用价值。

总之，本研究结果显示，单指数、双指数、拉伸指数模型相关参数对于鉴别胶质母细胞瘤术后复发及假性进展均有较高价值，拉升指数模型中的α值可有效反映组织的特定信息，具有重要应用价值。