体素内不相干运动模型参数在脑胶质瘤分级诊断及肿瘤细胞增殖活性评估中的应用

张广凤 李华峰 周健 马小明 金淼 孟鑫

(1深圳市第三人民医院放射科,广东 深圳 518112;2深圳大学附属华南医院内分泌与代谢病科;齐齐哈尔医学院附属第三医院 3磁共振科;4超声科)

脑胶质瘤在颅内恶性肿瘤中占比35.26%～60.96%,且恶性程度极高,文献报道病死率在年龄≤34和35～54岁的人群中分别居于恶性肿瘤第2位和第3位〔1～2〕。根据世界卫生组织(WHO)分级标准,脑胶质瘤共分为Ⅰ～Ⅳ级,其中低级别脑胶质瘤(LGG)为Ⅰ～Ⅱ级,高级别胶质瘤(HGG)为Ⅲ～Ⅳ级,不同级别脑胶质瘤手术治疗效果差异显著,因此术前准确判断肿瘤级别是提升疗效的关键〔3〕。影像学检查是脑胶质瘤术前诊断和分级重要参考依据,其中磁共振成像(MRI)具有多序列、多参数和多模式成像特征,近年来有研究表明体素内不相干运动成像(IVIM)可通过定量分析组织灌注水平为脑胶质瘤诊断、分级和预后评估提供参考依据〔4,5〕。Ki-67标记指数(Ki-67LI)为肿瘤细胞核抗原,可作为评估细胞增殖活性的重要标志物,文献报道与ki-67LI脑胶质瘤分级有关,HGG组Ki-67LI高于LGG组〔6〕。本研究主要分析脑胶质瘤IVIM参数及其与Ki-67LI的关系,为脑胶质瘤术前分级诊断和肿瘤细胞增殖活性评估提供更多循证医学证据。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2016年12月至2019年5月深圳市第三人民医院经手术病理证实的42例脑胶质瘤患者临床资料为样本进行回顾性分析,其中男性22例、女20例;年龄25～83岁,平均(53.29±12.07),根据WHO分级标准〔3〕,Ⅱ级20例、Ⅲ级12例、Ⅳ级10例。纳入标准:①患者MRI检查前均未接受任何抗肿瘤治疗;②均于MRI检查后2 w内完成手术治疗,并对肿瘤标本进行组织病理学诊断和免疫组化分析,获得胶质瘤Ki-67LI。排除标准:①MRI检查图像存在明显运动伪影,无法完成诊断和评估;②合并急性感染等其他影响机体代谢的病变。

1.2数据采集 嘱患者仰卧平躺,固定头部并以橡胶堵塞双耳,采用discovery 750W 3.0 T MRI扫描仪(美国GE公司)首先进行常规扫描,T1加权成像(T1WI)采用轴位液体衰减反转恢复(FLAIR)序列,参数设置为重复时间(TR)2 004 ms、回波时间(TE)22.4 ms、 层厚5 mm、层间距1 mm,视野240 mm×192 mm,矩阵320×224。T2加权成像(T2WI)采用轴位基于快速自旋回波(FSE)的周期性旋转重叠平行线采集和增强重建技术(PROPELLER)序列,参数设置为TR 6 656 ms、TE 105 ms、层厚4 mm、层间距1 mm,视野240 mm×240 mm,矩阵288×224。IVIM扫描采用自旋回波-平面回波(SE/EPI)序列,参数设置为TR 4 500 ms、TE 100 ms、层厚4 mm、层间距1 mm、视野240 mm×240 mm,矩阵160×160,b值分别取0、10、20、30、50、100、150、200、400、800、1 200、2 000和3 000 s/mm2,相对应的激励次数分别为2、1、2、1、1、1、1、1、1、2、2、3、3、5和6。将扫描结果导入GEAW 4.6后处理工作站,采用Functool MADC软件分析IVIM-弥散加权成像(DWI),采用双指数模型软件活得真性水分子扩散系数(D)图和微循环灌注系数(D*)图,选取b值=1 000 s/mm2时,DWI图像信号最高,且表观弥散系数(ADC)图像信号最低处为感兴趣区域(ROI),测量D、D*和灌注分数(f),每个病灶均由两名高年资神经放射学医师分别测量后取均值。

1.3数据分析 根据WHO肿瘤分级标准〔3〕,比较LGG组和HGG组、D、D*、f和Ki-67LI等定量参数,分析D、D*和f与Ki-67 LI的相关性及其对脑胶质瘤分级的诊断价值。

1.4统计学方法 应用SPSS22.0软件进行χ2检验、Kolmogorov-Smirnov检验、独立样本t检验、Mann-WhitneyU检验、采用Pearson积差系数分析D、D*和f与Ki-67 LI的相关性,作受试者工作特征(ROC)曲线并计算曲线下面积(AUC)分析D、D*和f对胶质瘤术前分级的诊断价值。

2 结 果

2.1不同级别脑胶质瘤MRI常规扫描结果比较 HGG组囊性坏死、占位效应和不均匀强化占比均高于LGG组,差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

表1 不同级别脑胶质瘤MRI常规扫描结果比较〔n(%)〕

2.2不同级别脑胶质瘤D、D*和f和Ki-67LI比较 HGG组D*、f和Ki-67LI均高于LGG组,D低于LGG组,差异有统计学意义(P<0.05),见表2。

表2 不同级别脑胶质瘤D、D*和f和Ki-67LI比较

2.3脑胶质瘤患者D、D*和f与Ki-67LI相关性 Pearson积差系数分析显示D与Ki-67LI无显著相关性(r=0.214,P=0.174),D*和f与Ki-67 LI呈明显正相关(r=0.694、0.809,均P<0.001),见图1。

图1 脑胶质瘤患者D、D*和f与Ki-67LI相关性

2.4D、D*、f和Ki-67LI对脑胶质瘤术前分级的诊断价值分析 IVIM参数D、D*和f对脑胶质瘤术前分级均具有良好参考价值,其中D*特异度最高,f敏感度最高,较D均具有一定优势,采用D、D*和f进行联合诊断可明显提升诊断价值。见表3、图2。

表3 D、D*、f和Ki-67LI对脑胶质瘤术前分级的诊断价值

图2 D、D*、f和Ki-67LI对脑胶质瘤进行术前分级诊断的ROC曲线

3 讨 论

随着MRI检查设备和技术不断改进,在疾病诊断中的应用价值已逐渐从解剖形态观察发展为功能性定量分析,目前常用技术磁敏感加权成像(SWI)、三维动脉自旋标记(3D-ASL)及IVIM等通过对扫描数据进行处理,均可准确病变组织血流灌注信息和代谢特征〔7～9〕。脑胶质瘤术前分级对治疗方案选择和预后评估极为重要,既往研究表明,肿瘤微观结构和血管分布是影响脑胶质瘤恶性程度的关键〔10〕,因此采用MRI功能成像技术测量肿瘤组织扩散和灌注参数可为评估脑胶质瘤术前分级提供参考依据。

IVIM是在DWI基础上发展形成的MRI功能成像技术,其理论基础为机体组织水分子扩散状态除与水分子运动密切相关外,还受血液流动影响,常规DWI无法对两者进行有效区别〔11〕。1986年Le Bihan等〔12〕首次提出VIM概念,通过测量多个b值时信号强度并建立双指数模型对细胞内水分子扩散运动情况和组织血流灌注水平分别进行评估,常用参数为D、D*和f,其中D主要反映组织细胞内水分子扩散运动速度,为慢扩散系数,D*代表组织细胞微灌注水平,称为快扩散系数,f为D*的体积分数,称为灌注分数,通常也用来反映组织细胞灌注信息〔13〕。本研究结果显示,HGG组D*和f明显高于LGG组,D明显低于LGG组,与张晶等〔14〕报道结果相一致,但Togao等〔15〕研究认为HGG患者D、D*和f均明显高于LGG患者,可见不同研究结果存在一定差异,其原因可能与b值选择有关,此外肿瘤组织水肿或坏死等影响细胞分布的因素也可对D值造成影响,所以图像处理过程中需要精确选择ROI,目前普遍认为b=1 000 s/mm2时,DWI信号最高,且ADC图像信号最低处肿瘤恶性程度最高,因此选择该部位为ROI可有效减少D值测量误差。此外有研究认为D*值容易受心动周期〔16〕和CO2浓度〔17〕等因素影响,因此如何准确测量D、D*和f值还需要开展更多临床试验,探讨相对稳定和规范的检测条件,以提升其临床应用价值。

Ki-67是与细胞周期密切相关的核蛋白,只能在细胞周期的G1、S、G2和M期被检测到,可作为反映细胞增殖和生长的组织病理学指标〔18〕。Ki-67LI为Ki-67表达阳性肿瘤细胞核在所有肿瘤细胞核中所占百分比,对评估肿瘤细胞增殖活性具有重要参考价值,既往研究表明Ki-67LI与胶质细胞瘤的恶性分级及预后呈正相关性〔19〕。本研究结果显示脑胶质瘤患者D*和f均与Ki-67LI存在明显正相关性,分析认为HGG恶性程度较高,肿瘤细胞快速增殖,因此对血液灌注水平需要较高,而D*和f均可准确反映微灌注信息,因此随着脑胶质瘤恶性程度增加,肿瘤细胞增殖活性升高,D*、f和Ki-67LI均随之增加,因此检测脑胶质瘤IVIM模型参数也可反映肿瘤细胞增殖活性,且较Ki-67LI检查具有便捷、无创和可重复性良好等优势,用于脑胶质瘤术前诊断具有重要意义。本研究结果表明,术前采用MRI检查并测量IVIM模型参数D、D*和f值可为脑胶质瘤分级提供有效参考信息,对合理选择治疗方案和改善患者预后具有重要意义。

综上所述,脑胶质瘤IVIM模型参数D、D*和f值可用于反映肿瘤组织内水分子扩散运动状态和血流灌注水平,对术前肿瘤细胞增殖活性评估和恶性程度分级具有良好参考价值。本研究不足之处为样本容量较小,可能导致结果存在一定偏倚,同时由于D、D*和f测量结果受患者自身状态和检查环境等因素影响,因此结果可靠性还有待证实,后续将通过控制变量,对IVIM成像环境和b值等相关参数进行分析,探讨获得稳定结果的条件,为临床推广应用提供更多循证医学证据。