弥散峰度成像预测皮质脊髓束周围高级别胶质瘤患者肌力下降

江少凡，邓凯吉，胡晓梅，戴艺海，陈伟涛，蒋日烽*

(1.福建医科大学附属协和医院放射科，2.病理科，3.神经外科，福建 福州 350001)

胶质瘤是颅内最常见的恶性肿瘤之一[1]，高级别胶质瘤(high-grade glioma，HGG)易累及邻近纤维束。皮质脊髓束(corticospinal tract，CST)是最具代表性的运动纤维通路，其损伤多引起对侧肢体肌力减弱。胶质瘤术前评价CST受累情况至关重要，有助于减少手术损伤[2]。弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)已广泛用于无创评估CST损伤[2-4]。作为DTI的延伸，弥散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)能提供反映组织微观结构复杂性的峰度信息，还可检测灰质变化及纤维交叉情况，且诊断效能优于DTI[5-6]，但目前少见DKI用于评价手术治疗胶质瘤及CST的报道。本研究观察DKI预测CST周围HGG患者肌力下降的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2019年3月—2020年9月21例于福建医科大学附属协和医院经手术病理证实的HGG患者，男12例，女9例；年龄30～72岁，中位年龄47岁；Ⅲ级胶质瘤6例，Ⅳ级15例；原发性胶质瘤15例，继发性6例；8例HGG携带IDH1R132H突变；中位Ki-67标记指数为40.00%(25.00%，60.00%)。纳入标准：术前4周内MRI显示HGG病灶位于CST走行区及其周围20 mm内。排除标准：①图像质量不佳；②肿瘤累及双侧CST。检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Magnetom Prisma 3.0T MR扫描仪及64通道接收线圈，行头颅常规序列扫描后，采用平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列采集轴位DKI图像，TR 3 900 ms，TE 88 ms，FOV 230 mm×230 mm，GRAPPA×2，Multi-Band加速因子2，NEX 1，体素2.5 mm×2.5 mm×2.5 mm，层间隔0；以Grid采样方案采集128个弥散q空间样本，b值为250、500、750、1 000、1 250、1 500、2 000、2 250、2 500、2 750、3 000、3 250、3 500及4 000 s/mm2，分别沿3、6、4、3、12、12、6、15、12、12、4、12、24及3个弥散梯度方向采集图像，采集时间8 min 44 s，重建冠状位图像；采用双极脉冲于序列层面消除涡流伪影。

1.3 图像分析 采用Diffusion Kit工具对DKI图像进行运动校正，基于Siemens NeuDiLab软件计算全脑平均弥散系数(mean diffusivity，MD)、轴向弥散系数(axial diffusivity，AD)、径向弥散系数(radial diffusivity，RD)、各向异性分数(fractional anisotropy，FA)、平均峰度(mean kurtosis，MK)、轴向峰度(axial kurtosis，AK)及径向峰度(radial kurtosis，RK)。

采用DSI-studio软件，根据文献[3]方法追踪CST，使用“纤维束统计”功能评估CST的纤维束数量、平均纤维长度及纤维束体积，分别计算沿CST的MD、AD、RD、FA、MK、AK和RK[7]；计算相对CST定量参数：相对参数=患侧参数/健侧对应参数，得到相对纤维束数量、平均纤维长度及纤维束体积，相对MD(relative MD，rMD)、相对AD(relative AD，rAD)、相对RD(relative RD，rRD)、相对FA(relative FA，rFA)、相对MK(relative MK，rMK)、相对AK(relative AK，rAK)和相对RK(relative RK，rRK)。见图1、2。

图1 患者男，72岁，Ⅳ级胶质瘤(正常组)，肌力5级 A.冠状位MR TIWI示左侧颞叶低信号肿物；B～H.于冠状位T1WI上融合DKI序列图像，并测量双侧CST的AK、MK、RK、AD、MD、RD及FA

1.4 临床资料 记录入组患者性别、年龄和Karnofsky功能状态(Karnofsky performance status，KPS)评分。于术前1周评估上、下肢肌力，根据文献[8]标准分为0～5级；遇上、下肢肌力评分不一致时，录入较低级别结果。根据手术前肢体肌力改变情况，将患者分为正常组(n=14，手术前肌力均为5级)和肌力下降组(n=7，术前2例为1级肌力、1例为2级、4例为4级，术后均未改善)。

图2 患者女，62岁，Ⅳ级胶质瘤(肌力下降组)，肌力2级 A.冠状位MR TIWI示右侧颞叶低信号肿物；B～H.于冠状位T1WI上融合DKI序列图像，测量双侧CST的AK、MK、RK、AD、MD、RD及FA

1.5 统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件。以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布的计量资料，采用配对Wilcoxon检验比较患侧和健侧各参数差异，采用Mann-WhitneyU检验比较肌力下降组与正常组各参数差异；以频数表示计数资料，组间比较采用Fisher精确概率法。绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线，计算曲线下面积(area under the curve，AUC)，评价CST相对定量参数预测患者术前肌力下降的效能。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

与健侧比较，患侧纤维束数量、体积、FA、MK、AK及RK均显著降低(P均<0.05)，而MD及RD均显著增高(P均<0.05)；两侧平均纤维长度及AD差异均无明显统计学意义(P均>0.05)，见表1。

表1 CST 周围HGG患者患侧与健侧CST定量参数比较[中位数(上下四分位数)，n=21]

肌力正常组与下降组患者性别、年龄差异均无统计学意义(P均>0.05)；肌力下降组KPS评分、rFA、rMK、rAK及rRK均明显低于正常组(P均<0.05)，rMD、rAD及rRD均明显高于正常组(P均<0.05)；组间相对纤维束数量、平均纤维长度和体积差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表2。

表2 21例CST 周围HGG患者临床资料及CST定量参数比较

各相对CST定量参数预测肌力下降的效能均较高(AUC均高于0.850)，见表3。

表3 CST定量参数预测肌力下降的ROC曲线分析结果

3 讨论

胶质瘤病理表现为不同程度的细胞过度增生、核异型、内皮增生及微血管密度改变，取代正常脑组织并浸润邻近组织如CST等，进而改变脑结构微环境，导致患侧CST定量参数出现相应改变。本研究中，HGG患者患侧CST的纤维束数量、体积、FA、MK、AK和RK均显著低于健侧，而MD和RD均显著高于健侧。

临床常以不可逆转的肌力下降作为胶质瘤患者CST损伤的指标[2]。FA、MK等CST定量参数具有良好的双侧对称性，但受年龄及个体差异影响较大[3]。本研究通过标准化患侧与健侧CST定量参数而获得相对定量参数，以最大限度地减少该类影响；肌力下降组rMD、rAD及rRD较正常组显著升高，但rFA、rMK、rAK及rRK显著降低，原因在于患侧CST中纤维因胶质瘤浸润而破坏，导致其弥散屏障破坏(如髓鞘)，表现为弥散系数增加而FA减低，与既往研究[2]结果基本相符；而CST纤维束自身MK、AK和RK较高，提示CST纤维束微观结构较为复杂，受到胶质瘤浸润破坏后，CST微观结构复杂程度下降，因而rMK、rAK及rRK显著降低。本研究ROC曲线结果显示，各相对CST定量参数预测肌力下降的效能均较高，提示通过CST定量参数可间接判断CST损伤情况。

本研究肌力下降组与正常组的CST相对形态学特征差异均无统计学意义，与既往研究[2]结果基本相符，即定量DTI参数评估神经纤维损伤较形态学改变更为可靠；但肌力下降组相对纤维束数量及体积轻度减少，可能提示其CST受损较为严重，而平均纤维长度轻度增加则表明患侧CST纤维束受压、移位。

本研究的局限性：①样本量小，未能进一步比较各弥散系数及峰度参数的预测效能；②无法直接证明CST损伤，仅凭借四肢肌力不可逆下降进行间接判断。

总之，肌力下降HGG患者肿瘤周围CST的DKI定量参数改变显著；术前DKI可揭示HGG累及后CST微观结构改变，可预测术前患者肌力下降，从而间接判断CST损伤。