体素内不相干运动扩散加权成像在高级别胶质瘤应用

段崇锋,宋双双,黄凯,牛蕾,刘学军,张丕宁

(1 青岛大学附属医院放射科,山东 青岛 266555； 2 首都医科大学宣武医院放射科； 3 昌邑市人民医院普放科)

高级别胶质瘤是中老年人颅内多见的恶性肿瘤，有较高的发病率和病死率，严重影响病人的生活质量。根据2007年世界卫生组织(WHO)的肿瘤分级标准，胶质瘤分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4个级别，其中Ⅲ～Ⅳ级为高级别胶质瘤，其分化程度低、恶性度高，术后易复发，预后不良。高级别胶质瘤一般主张采取综合治疗措施，前期进行肿瘤组织手术切除，术后配合放化疗等辅助治疗。高级别胶质瘤可伴坏死、出血、囊变等，常规MRI对肿瘤实质区域与瘤周水肿区鉴别诊断困难，而明确二者的范围对于手术等治疗具有比较重要的意义。体素内不相干运动(IVIM)采用多b值扩散加权成像(DWI)，可量化分析水分子扩散和微循环血流灌注两种运动成分，同时提供病变区的扩散和灌注情况，为疾病的定性诊断提供可靠依据。本研究采用IVIM-DWI技术，分别测量高级别胶质瘤肿瘤实质、瘤周1 cm水肿区及对侧正常半卵圆中心的灌注系数(D*)、扩散系数(D)以及灌注分数(f)值，探讨各区域的扩散及灌注情况，为其鉴别及诊断提供更丰富的信息。现将结果报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2016年6月—2017年6月青岛大学附属医院收治脑高级别胶质瘤病人24例，男17例，女7例；年龄32～80岁，中位年龄57.0岁。纳入标准：①病人均于术前或放化疗前同时行颅脑MR平扫、IVIM-DWI及MR增强检查；②均经手术病理证实；③所有病人脑内病变周围水肿区最大长径≥1 cm。排除标准：①图像存在运动伪影；②病变内部大范围出血、坏死；③病理结果不明确。所有病人检查前均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

采用GE HDx 3.0 T超导型MR扫描仪，8通道头部线圈。检查时病人取仰卧位。轴位T1WI FLAIR参数：TR 2 500 ms，TE 24 ms，TI 860 ms；FSE T2WI参数：TR 4 320 ms，TE 120 ms；T2FLAIR参数为：TR 8 000 ms，TE 165 ms，TI 2 100 ms；DWI参数：TR 5 500 ms，TE 73.9 ms。矩阵512×512，FOV 24 cm×24 cm，激励次数1；层厚5.0 mm，层间距1.5 mm。IVIM-DWI参数：TR 6 075 ms，TE 81.5 ms，13个b值分别为20、40、60、80、100、150、200、400、600、800、1 000、1 200、1 500 s/mm2，激励次数2，矩阵160×160，层厚5.0 mm，层间距1.5 mm，扫描时间8 min 12 s。增强扫描：用高压注射器，经肘静脉团注Gd-DTPA，剂量为0.1 mmol/kg体质量，流量为5 mL/s，行轴位、冠状位及矢状位T1FLAIR增强扫描，扫描参数同MR平扫。

1.3 图像分析与处理

将IVIM-DWI原始图像传至AW 4.6后处理工作站，采用MADC软件对数据行后处理并获得相应参数的伪彩图。参考MR平扫和增强图像，选择肿瘤实质区、强化病灶周围1 cm范围内的水肿区及对侧半球正常半卵圆中心为感兴趣区(ROI)，避开血管、囊变、坏死及出血部分，每个区域均分别选取3个ROI，获得D*、D、f的均值。

1.4 统计学分析

2 结 果

高级别胶质瘤的肿瘤实质、瘤周水肿区(1 cm内)、对侧正常半卵圆中心的D*、D、f值比较，差异均有统计学意义(t=-6.636～9.317,P<0.05)。其中肿瘤实质区的D*值高于瘤周水肿区(1 cm内)，而D值、f值均低于瘤周1 cm水肿区；肿瘤实质区D*值、D值、f值均高于对侧正常半卵圆中心；瘤周水肿区D*值、D值、f值均高于对侧正常半卵圆中心。见表1、图1。

图1 高级别胶质瘤肿瘤实质区与瘤周水肿区(1 cm内)IVIM-DWI检查

表1 高级别胶质瘤肿瘤实质区与瘤周水肿区(1 cm内)各参数值的比较

3 讨 论

LE BIHAN[1]在20世纪90年代初提出，在低b值情况下毛细血管内的微循环与分子扩散运动均对信号强度产生影响，IVIM-DWI拟合双指数模型不仅可评价体内水分子的运动情况，还可以反映毛细血管的灌注情况；通过双指数模型计算获得f值，其大小代表ROI的局部微循环所致灌注占总体组织容积的比率[2]；D为纯扩散系数，即ADCslow，代表组织内缓慢的扩散运动成分，即纯水分子扩散运动；D*为毛细血管微循环所产生的假扩散系数，即ADCfast，代表快速的扩散运动成分，即灌注相关的扩散运动。

本研究对高级别胶质瘤病人3个区域的D*值比较显示，肿瘤实质区的D*值均大于对应瘤周水肿区(1 cm内)和对侧正常半卵圆中心，这是因为脑高级别胶质瘤生长的同时存在着明显的血管化过程，新生毛细血管使肿瘤呈现为相对高灌注和高血流量状态，而高级别胶质瘤瘤周水肿区虽也有肿瘤细胞浸润，但数量和程度明显低于肿瘤实质区。

本研究对胶质瘤病人的肿瘤实质、瘤周水肿区(1 cm内)和对侧正常半卵圆中心3个区域的D值比较显示，瘤周水肿区(1 cm内)最大，其次是肿瘤实质区，而对侧正常半卵圆中心的D值最小，这与CASTILLO等[3]的研究结果基本一致。因为正常脑组织被肿瘤破坏，瘤体的毛细血管内皮通透性大于正常毛细血管，血浆和一些大分子物质可渗透到细胞间隙；瘤周形成血管源性水肿，细胞外间隙随之增加，导致水分子扩散更容易，因此肿瘤实质区及瘤周水肿区的D值均高于对侧正常半卵圆中心。而病人，男，47岁。双侧额叶底部弥漫性间变性星形细胞瘤(WHO Ⅲ级)。①轴位T2FLAIR示双侧额叶底部不均匀稍高信号包块，周围见斑片状高信号水肿信号影；②轴位T1WI增强扫描示肿瘤信号不均匀，实质呈轻度强化；③轴位IVIM-DWI图像显示双侧额叶底部不均匀高信号包块，周围少许高信号影；④轴位灌注相关扩散参数D*色彩图(蓝-绿-红色递增顺序)，肿瘤实质的D*值最大，其次为瘤周水肿区，对侧正常半卵圆中心区的D*值最小(图中未显示，下同)；⑤轴位灌注分数f色彩图(蓝-绿-红色递增顺序)，瘤周水肿区及肿瘤实质区f值均高于对侧正常半卵圆中心；⑥轴位扩散相关扩散参数D色彩图(蓝-绿-红色递增顺序)，瘤周水肿区和肿瘤实质区均大于对侧正常半卵圆中心。

由于肿瘤实质区较瘤周水肿区(1 cm内)细胞密集程度更高、核浆比更大，肿瘤实质区的氷分子单纯扩散相对瘤周水肿区(1 cm内)更受限制，因而肿瘤实质区的D值较瘤周水肿区(1 cm内)低。

f为灌注分数，是体素内微循环灌注效应所致的扩散在总体扩散效应中所占的容积率，与血容量相关。D*与f均为灌注相关参数，理论上二者之间应该保持一致或存在一定的相关性。有研究运用IVIM-DWI技术研究胶质瘤的分级，结果显示灌注相关参数D*值、f值在不同分级中结果一致，高级别组的D*值、f值均高于低级别组[4-6]。理论上，组织内微循环灌注越大，f值也越大。但本研究结果与之相反，瘤周水肿区(1 cm内)最高，其次为肿瘤实质区，对侧正常半卵圆中心区域最小。关于f值与D*值不匹配也曾出现在其他研究中。HU等[7]研究显示，高级别胶质瘤的f值低于低级别胶质瘤，差异有统计学意义；ZHANG等[8]研究显示，鼻咽癌病人的D*值明显高于慢性增生性炎症，然而前者f值却低于后者；LEWIN等[9]认为f是评价肝细胞肝癌抗血管生成治疗早期效果的新指标，f值增加是治疗有效的标志。林园凯等[10]研究发现，随着回波时间(TE)的增加，尾状核头及壳核的D*值逐渐下降，而f值逐渐上升，与LEMKE等[11]研究结果一致。f值与TE存在紧密联系，随着TE的延长，低b值时信号衰减越来越突出，f值越来越大。尤其在横向弛豫时间(T2)明显小于血液T2值的组织中，f值对TE的依赖性就更加突出，而IVIM-DWI理论未考虑到TE对f值的影响。STANISZ等[12]研究显示，3.0 T磁共振扫描脑白质和脑灰质的T2值分别约69 ms和99 ms，而血液的T2值约为275 ms，与脑组织的T2值相差甚远，在计算f值的时候要考虑到T2值差异引起的偏差，可能会出现似乎与理论相矛盾的现象，有必要进行T2校正。

综上所述，IVIM-DWI双指数模型可分别获得灌注相关参数D*值和f值以及纯扩散参数D值，可同时无创获得病变的扩散和灌注信息，在脑高级别胶质瘤肿瘤实质区、瘤周水肿区及无病变区域的鉴别中有重要价值。但本研究存在以下局限：由于部分病人肿瘤信号欠均匀，尽管本文采取肿瘤实质区选取3个ROI取平均值的方法，但由于一方面病理与影像学图像无法一一对比，难以准确地获取符合病理切片的病变位置；另一方面本文结果为人为测量数据，主观因素的影响使结果存在一定的测量误差。本研究未测量组织的T2值，未进行T2校正，所得f值可能并不是真实的f值，有待进一步探讨；目前IVIM-DWI的最佳b值设定仍未获得统一标准，仍需进行大样本、多中心的临床研究，进一步优化参数设置，尽快达成专家共识。