磁共振扩散峰度成像技术在脑胶质瘤诊断及预后评估中的价值研究

徐敏涛 杨学华 杨 洁 谢起伟 鲍国峰

脑胶质瘤作为原发性颅内肿瘤，约占颅内肿瘤的50%，致死率较高，预后较差[1]，临床治疗以切除术为主，并结合放、化疗手段。磁共振扩散峰度成像(Diffusion kurtosis imaging,DKI)是1种从微观领域评价组织结构完整性的成像技术。相比传统成像技术，DKI更能把握组织微观变化[2]。近年来关于DKI在脑胶质瘤中的研究[3-4]，多数集中于对分级诊断的报道，针对预后相关的探讨，并不多见。因此，本研究通过回顾性分析120例脑胶质瘤患者的临床病理资料，比较不同级别脑胶质瘤患者的DKI峰度参数，观察DKI峰度参数在预后评估中的作用，探讨其在脑胶质瘤分级预后中的价值，为DKI的临床应用提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2015年4月到2018年6月本院收治的120例脑胶质瘤患者，根据WHO肿瘤分级标准[5]分为低级别胶质瘤(LGG)组和高级别胶质瘤(HGG)组，其中HGG组52例(Ⅲ级36例、Ⅳ级16例)，男性34例，女性18例，平均年龄(46.08±10.62)岁；LGG组68例(Ⅰ级29例、Ⅱ级39例)，男性40例，女性28例，平均年龄(45.76±11.31)岁。组间一般资料比较，无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。

纳入标准：①符合脑胶质瘤的临床诊断标准[6]；②临床资料完整。排除标准：①患者有颅内手术史；②合并其他恶性肿瘤；③复发性脑胶质瘤；④患自身免疫性疾病；⑤患有精神疾病无法配合研究。

1.2 方法

1.2.1 检查方法 所有检查均采用美国通用电气公司3.0T Signa HDxt超导型MR仪。扫描参数:TR 10000 ms,TE 91.2 ms，层厚4 mm，层间距 0 mm，FOV 24 cm×24 cm，矩阵128×128，扩散方向25 个，b值分别为0 s/mm2、1000 s/mm2、2000 s/mm2。

1.2.2 图像处理与分析 DKI数据处理：将原始图像上传至 GE Advantage Workstation 4.6 后 处 理 工 作 站，使 用 Functool 软件，获得平均峰度(mean kurtosis,MK)、径向峰度(rdial kurtosis,RK)、平 均 扩 散 率 (mean diffusion,MD)、各异向性分数(Fractional anisotropy,FA)图，由两位放射科医师分别选取ROI，测量定量值，每组数据均测量3次，取其中平均值。

1.3 观察指标

记录不同级别患者的DKI峰度参数值，包括各异向性分数(fractional anisotropy,FA)、平均峰度(mean kurtosis,MK)、平均扩散率(mean diffusion,MD)、径向峰度(radial kurtosis,RK)。

1.4 随访

患者术后1月开始进行随访，全部脑胶质瘤患者定期随访至2020年6月或至疾病有进展时，通过门诊方式随访，观察患者的总生存率(overall survival,OS)、中位无疾病进展生存期(progression free survival,PFS)，生存期为实施手术到随访截止日期或死亡为止。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 LGG、HGG两组患者一般资料比较

结果显示，两组患者一般资料(年龄、性别、肿瘤位置、治疗方式、切除程度)比较，差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 LGG、HGG两组患者一般资料比较

2.2 DKI参数在LGG、HGG之间的比较

结果显示，HGG组的DKI参数FA、MD、MK、RK值均高于LGG组(P<0.05)，见表2。

表2 DKI参数在LGG、HGG之间的比较

2.3 DKI参数对脑胶质瘤HGG、LGG的鉴别效能

结果显示，采用ROC曲线分析FA、MD、MK、RK对HGG与LGG的鉴别效能，曲线下面积(AUC)、临界值、敏感度、特异度和置信区间如表2所示，MK鉴别HGG与LGG的效果最好，AUC为0.860(95%CI：0.785～0.917)(P<0.05)，特异度最高(85.51%)；MD的敏感度最高(78.43%)，见表3、图1。

表3 DKI参数对脑胶质瘤HGG、LGG的鉴别效能

图1 FA、MD、MK、RK对脑胶质瘤HGG、LGG的鉴别效能

2.4 DKI参数对脑胶质瘤患者的预后

结果显示，随访截至2020年6月，无失访患者。较低MK值(MK<0.50)患者2年生存率和PFS分别为38.54%和20.30个月，均显著高于较高MK值(MK>0.50)患者的23.03%和17.50个月，差异有统计学意义(χ2=6.197，P=0.013)；较低MD值(MD<1.45)患者2年生存率和PFS分别为36.76%和19.90个月，均显著高于较高MD值(MD>1.45)患者的26.92%和16.53个月，差异有统计学意义(χ2=5.749，P=0.017)；较低RK值(RK<0.63)患者2年生存率和PFS分别为34.61%和21.10个月，均显著高于较高RK值(RK>0.63)患者的30.88%和17.90个月，差异有统计学意义(χ2=6.133，P=0.011)；较低FA值与较高FA值的患者2年生存率和PFS比较，差异无统计学意义(χ2=3.747，P=0.052)，见图2。

图2 FA、MD、MK、RK值的Kaplan-Meier生存曲线

3 讨论

磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)在脑胶质瘤中可用于鉴别HGG和LGG，是由于组织内水分子呈高斯分布扩散。然而实际组织内由于细胞膜、细胞屏障等复杂的生化特性，水分子运动轨迹概率分布偏离了正态分布[7]。DKI是在DTI基础上发展的新型磁共振成像技术，更符合水分子的实际扩散情况，能准确反映微观结构的不均匀和复杂性。同时也存在一定局限性，DKI相比DTI较易出现伪影，参数值容易受检测部位和设计方案的影响而产生一定波动[8]。目前DKI对脑胶质瘤的分级研究报道较多，而预后方面较为少见，本研究拟从以上方面，综合评估DKI在脑胶质瘤分级、预后的应用价值。

扩散参数MD是水分子扩散程度的均值，表现整体的扩散情况；FA表示水分子扩散在扩散主向上的运动强度，MK反映了梯度方向上扩散峰度的均值，RK一般指扩散径向上峰度的均值，主要表现轴突密度。本次研究结果发现，HGG组与LGG组的一般临床资料比较，差异无统计学意义，具有可比性。而HGG组的DKI参数FA、MD、MK、RK值明显高于LGG组，表明HGG组与LGG组的DKI参数差异明显，有利于临床HGG与LGG的鉴别，提示DKI可较好地对脑胶质瘤进行分级诊断。然而国内学者有研究发现[9]，HGG实质区的FA值高于单发脑转移瘤的参数值，但MD值比较无差异。导致这一结果，原因可能是恶性肿瘤实质区的细胞堆积成团，细胞核浆比较大，外间隙扩大而影响水分子扩散，导致肿瘤间的差异无法在MD值中显示。同时周立绥[10]的研究表明，DKI的峰度参数MK、AK、RK能较好地对不同级别的脑胶质瘤进行分级；而Hempel[11]在研究中指出，MK、MD可有效诊断HGG、LGG，但容易受到微毛细血管血液灌注的影响，与本研究结果基本保持一致，然而关于FA在脑胶质瘤分级诊断的价值，Zhang[12]在研究中指出，FA值在不同级别胶质瘤间差异无统计学意义；而谭朝元[9]和王佳[13]的研究报道HGG与转移瘤的FA值差异明显，故目前尚存在一定争议[14]，仍亟待深入探讨。

此外，本次研究使用ROC曲线分析DKI对HGG、LGG的鉴别效能，发现FA、MD、MK、RK值均有一定的鉴别价值，其中MK的AUC和特异度最高，提示MK对HGG、LGG的鉴别效能最高，是鉴别HGG、LGG较理想的影像学指标。同时FA的AUC最小，鉴别效能较低。有研究表明[15]，HGG与单发性脑瘤瘤周水肿区域的FA值差异明显；而程华等[16]在关于DTI在脑胶质瘤手术的报道中，发现FA在HGG、LGG有显著差异。与本研究结果不同，推测原因可能是脑胶质瘤患者肿瘤内部结构复杂，水分子扩散受到细胞膜、细胞器阻碍，偏离高斯分布，而无法准确描述水分子真实扩散情况。另外，针对脑胶质瘤患者预后的研究中，发现较高MD、MK、RK值的患者术后2年OS较低，说明较高MD、MK、RK值的患者预后较差，提示MD、MK、RK可帮助有效评估脑胶质瘤患者预后，同时应对该类患者予以重视，制定完善随访方案，以期改善患者预后。

综上所述，DKI的峰度参数可较好对脑胶质瘤分级，其中MK能有效鉴别HGG、LGG，MD、MK、RK对脑胶质瘤患者预后有一定评估价值。同时应留意到研究的不足之处，研究样本的病理类型较少，未对不同类型进行探讨，关于FA在脑胶质瘤分级诊断的价值，仍需大样本、前瞻性研究予以进一步证实。