磁共振扩散加权成像和灌注加权成像在非典型脑炎与低级别胶质瘤鉴别诊断中的价值

黄欣瑶，杨谢峰，苏妍，邢振

脑炎是中枢神经系统常见的感染性疾病，伴有神经功能障碍；低级别胶质瘤是常见的原发性颅内肿瘤，两者的治疗策略不同且预后差异较大［1，2］。通常大多数脑炎及低级别胶质瘤，结合临床症状及影像检查，可进行鉴别诊断。然而，某些脑炎（本文称之为“非典型脑炎”，主要是病毒性脑炎）由于病变范围大，出现了与胶质瘤相似的占位效应，呈非典型影像表现，且病灶的病理变化与低级别胶质瘤鉴别等方面仍有不足之处，常导致临床误诊，而采用手术治疗，对患者造成伤害［3］。近年来随着医学影像技术的发展，不少文献通过磁共振扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）和磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）对二者进行鉴别诊断，具有一定的临床意义［4］，然而MRS对操作者的技术要求高，检查时间长，而且谱线结果常不稳定。磁共振灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）稳定性好，结果可靠，检查时间短，患者易于接受，已广泛运用于中枢神经系统疾病诊断［5］。因此本研究利用PWI和DWI对非典型脑炎与低级别胶质瘤进行鉴别诊断，以期提高其诊断准确性。

1 材料和方法

1.1 研究对象

纳入标准：①具有完整的常规MRI、DWI和PWI检查；②经手术病理活检证实；③MRI检查前未进行治疗。排除标准：①临床病理结果不明；②图像伪影大，无法进行分析者。本研究经医学伦理委员会批准。

依照上述标准收集2016年5月至2020年12月期间于我院就诊的非典型脑炎患者14例，4例女性，10例男性，平均年龄49±14岁，患者临床表现多样，包括发热、头痛、意识障碍和癫痫；低级别胶质瘤患者31例，男性18例、女性13例，平均年龄37±13岁，临床症状有呕吐、头痛、癫痫、运动与感觉障碍。

1.2 仪器与方法

所有患者均在3.0T磁共振扫描仪（Siemens Verio）上进行颅脑MR扫描，使用头颅16通道相控阵线圈。所有患者均以仰卧位、头先进，以前联合-后联合（AC-PC）线为定位线，确保所有序列横轴位扫描方位一致。常规MRI扫描序列：①T1WI序列参数设置：重复时间（time of repetition，TR）＝250 ms，回波时间（time of echo，TE）＝2.48 ms，扫描视野（field of view，FOV）＝220 mm×220 mm，层厚＝5 mm，层间距＝1 mm；②T2WI序列参数设置：TR=6000 ms，TE=96 ms，FOV=220 mm×220 mm，层厚=5 mm，层间距=1 mm；③T2FLAIR序列参数设置：TR=9000 ms，TE=94 ms，反转时间（time of inverse TI）＝2500 ms，FOV=220 mm×220 mm，层厚=5 mm，层间距=1 mm；④DWI序列采用单次激发自旋回波-平面回波成像序列（spin echo-echo planar imaging，SE-EPI），扫描参数：TR=8200 ms，TE=102 ms，FOV=220 mm×220 mm，层厚=5 mm，层间距=1 mm，b值＝0、1000 s/mm2；⑤PWI序列采用梯度-平面回波（gradient-recalled echo-planar，GREEPI）序列，扫描参数：TR＝1500 ms，TE＝30 ms，FOV＝220 mm×220 mm，层厚＝5 mm，层间距＝1 mm。每位患者均扫描20层，每层扫描60个时相，扫描至第2时相时，注射对比剂钆贝葡胺（gadobenate dimeglumine，Gd-BOPTA），使用的剂量为0.1～0.2 mmol/kg，注射速率为3～4 mL/s，注射时间小于5 s，并以相同速率注射20 mL生理盐水。

1.3 DWI图像后处理

DWI图像通过磁共振后处理工作站自动生成表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）图。由2名分别具有10年与5年神经影像学工作经验的医生，根据盲法原则，在不知患者临床资料、手术组织病理结果的情况下，对ADC图进行独立分析评价，将5个无重叠的感兴趣区（region of interest，ROI）放置于病灶实性成分扩散受限最明显处，取最小值作为病灶实性区域内最小的ADC值（ADCmin）。每个ROI的大小约20～40 mm2，尽可能避开囊变、出血、坏死及有明显血管的区域。此外，将5个同样大小的ROI置于对侧镜像正常脑白质区，测量5个ADC值，取5个ROI平均值，并进一步取两名医师的平均值计算病灶区/正常脑白质区ADC比值，获得相对最小ADCmin（rADCmin）。

1.4 PWI图像后处理

PWI原始图由磁共振工作站进行后处理，重建脑血容量（cerebral blood volume，CBV）伪彩图。由2名分别具有10年与5年神经影像学工作经验的医生，将5个无重叠的圆形ROI置于CBV伪彩图上病灶实性成分中信号最高的区域，取最大值作为病灶实性区域内最大的CBV值（CBVmax）。每个ROI的大小约20～40 mm2，尽可能避开囊变、出血、坏死及明显血管区域；另将5个同样大小的ROI置于对侧正常白质区，取平均值，计算病灶区与正常脑白质区CBV的比值，获得相对最大CBVmax（rCBVmax）。肿瘤实性区域ROI尽可能与ADC值ROI一致。

1.5 统计学处理

采用SPSS 20.0软件对所得数据进行统计分析，所有计量资料用均数±标准差（±s）的形式表示。采用Mann-WhitneyU检验，利用受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）与二元Logistic回归模型分析相关参数的诊断效能，计算最佳诊断界值，并得到其所对应的敏感性、特异性、阳性预测值（PPV）、阴性预测值（NPV）以及曲线下面积（area under the curve，AUC），评估最佳的诊断参数及诊断模型。采用DeLong检验比较不同参数的AUC之间的差异。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组常规MRI影像特点

常规MRI显示非典型脑炎病灶T1WI低信号，T2WI高信号，T2FLAIR上为高信号，有周围水肿，占位效应明显（图1-A、B）；低级别胶质瘤图像T1WI呈低信号，T2WI高信号，T2FLAIR表现高信号，部分有混杂信号，亦有周围水肿等占位效应（图2-A、B）；二者征象接近，鉴别诊断困难。

图2 女，45岁，低级别胶质瘤A：T2WI示右侧颞叶病灶呈稍高信号，周围见边界不清高信号水肿带环绕；B：T2 FLAIR示病灶呈稍高信号，周围见水肿带；C：ADC图显示病灶呈稍高信号，ADCmin值及rADCmin值分别为0.736×10-3 mm2/s、1.01；D：伪彩CBV图像显示病灶部分实性成分呈明显高灌注，rCBVmax为2.10

2.2 两组DWI和PWI相关参数比较结果

非典型脑炎组的rADCmin高于低级别胶质瘤组（1.36±0.17和1.10±0.05；P＜0.001），非典型脑炎组的rCBVmax低于低级别胶质瘤组（1.94±0.28和3.06±1.51；P＜0.033）（表1、典型的病例见图1-2）。

图1 男，35岁，非典型脑炎A：T2WI示右侧颞叶-基底节区病灶呈稍高信号，周围见更高信号水肿带环绕，边界欠清；B：T2 FLAIR示病灶呈等信号，周围见高信号水肿带环绕；C：ADC图显示病灶信号呈高低混杂，ADCmin值及rADCmin值分别为0.795×10-3 mm2/s、1.37；D：伪彩CBV图像显示病灶实性部分灌注未见明显增高，rCBVmax为1.20

表1 非典型脑炎与低级别胶质瘤的rADCmin与rCBVmax结果比较

2.3 DWI和PWI的诊断效能分析结果

rADCmin值鉴别非典型脑炎和低级别胶质瘤的阈值为1.14，其敏感性、特异性和AUC分别为96.77%、90.00%和0.903。rCBVmax值鉴别二者病变的阈值为2.26，其敏感性、特异性和AUC分别为64.52%、100%和0.726。联合rADCmin与rCBVmax鉴别二者病变，其敏感性、特异性和AUC分别为96.77%、90.00%和0.903（表2）。

表2 DWI和PWI鉴别非典型脑炎与低级别胶质瘤的ROC曲线分析结果

3 讨论

常规MRI在非典型的脑炎与无明显占位征象的低级别胶质瘤的鉴别诊断中存在局限性，而鉴别脑炎与低级别胶质瘤对临床制定治疗方案具有重要的临床意义。本研究分析了DWI和PWI的参数值ADC和CBV在非典型脑炎与低级别胶质瘤的鉴别诊断价值，研究结果显示非典型脑炎的rADCmin高于低级别胶质瘤，非典型脑炎的rCBVmax低于低级别胶质瘤，rADCmin鉴别诊断两者的AUC为0.903，rCBVmax的AUC为0.726，联合两者的AUC为0.903，显然，rADCmin具有最高的诊断效能。

DWI能够无创地反映组织、细胞中水分子的布朗运动，反映水分子扩散能力的改变，从而显示细胞组织结构功能的变化［6］。脑炎主要是脑实质细胞的损害，灰白质及周围血管皆发生病理改变，神经元变性、坏死，趋于软化灶形成，脑白质脱髓鞘改变、淋巴细胞浸润、脑血管扩张、充血及产生炎性反应［7］。有研究者［8］认为脑炎的神经元的损伤相对良性，损伤相对可逆性，而胶质瘤即使是低级别的胶质瘤仍呈浸润性生长，肿瘤细胞密集，细胞外间隙狭窄，水分子扩散受限明显，因此低级别胶质瘤的ADC值相对低于脑炎ADC值，本研究结果与之相符。然而脑炎在不同的病理的阶段，ADC图像有所差异，当炎症导致细胞代谢障碍，细胞毒性水肿，细胞内外水分子扩散受限，ADC值降低；神经元变性坏死、淋巴结细胞浸润，脱髓鞘改变导致细胞外间隙增大，表现为ADC值升高［9］。低级别胶质瘤为弥漫生长的肿瘤性病变，由于肿瘤细胞异常增殖，水分子扩散受限，ADC值降低；当胶质瘤出现坏死、囊变，ADC值则有升高表现［10］。因此，非典型脑炎与低级胶质瘤在ADC值上也存在重叠。

PWI反映脑内血管的血流灌注信息、脑微血管数量和血管生成情况，CBV代表脑血容量，较为直观地反映脑组织的血供情况［11］。有研究显示当脑炎患者处于急性发病期，CBV值升高，呈高灌注，考虑与脑组织炎性充血，脑血管扩张、血容量增加有关；一部分脑炎患者病灶呈CBV值降低，可能是由于水肿压迫血管，从而导致血容量减低，有部分病患未见异常灌注，考虑与患者进行治疗、病程至后期或个体敏感差异等因素相关［12］。因此，脑炎的灌注情况因病程情况而有所差异。本研究中非典型脑炎rCBVmax增高，但仍低于低级别胶质瘤rCBVmax，推测脑炎血容量升高是由于血管扩张致使血容量增高，未有新生血管生成。若病程变化，血容量相应变化降低，而低级别胶质瘤CBV升高，是因为肿瘤细胞浸润性生长，需要微血管大量快速生成，为肿瘤细胞生长提供代谢所需。肿瘤血管增殖旺盛所致血容量升高程度并非脑炎血容量升高所能及，低级别胶质瘤rCBVmax大于非典型脑炎rCBVmax［13］，本研究结果与其相似。

本研究将rADCmin和rCBVmax联合用于非典型脑炎与低级别胶质瘤的鉴别诊断，显示联合后的AUC与rADCmin的AUC相同。联合后并没有提高诊断效能，但是当rCBVmax大于2.26时，其诊断低级别胶质瘤的特异性达100%。rADCmin的诊断效能与联合后的诊断效能相似，因此，rADCmin具有最高的诊断效能，rCBVmax对于鉴别诊断具有一定的价值。

本研究存在一定的局限性：①由于非典型脑炎的病例数较少，无法针对不同病程进行分析研究，结果可能存在部分偏倚，有待进一步扩大样本量分析；②本研究未对PWI的CBF、MTT及TTP等参数进行研究，不够全面，这方面将是下一步的研究方向。

总之，在常规MRI的基础上，DWI和PWI对非典型脑炎与低级别胶质瘤的鉴别诊断具有明显优势，尤其是DWI序列。