MRI 灌注和扩散加权成像对脑胶质瘤分级的比较研究

　　作者：邹艳1,陆正齐2*,杨钦泰3　　作者单位：中山大学附属第三医院 1. 放射科; 2. 神经内科; 3. 耳鼻喉头颈外科， 广东 广州

　　【摘要】【目的】分析同一组脑胶质瘤的MRI灌注和扩散加权图像信息，对比这两种功能成像对脑胶质瘤病理分级的诊断价值。【方法】 42例(低级胶质瘤20例，高级胶质瘤22例)脑胶质瘤患者行MRI灌注及扩散加权成像，测量肿瘤实质的灌注参数和弥散参数，进行差异的t检验，采用受试者操作特征曲线(ROC曲线)确定找到诊断阈值，计算敏感性及特异性。对两种诊断方法进行评价并对诊断符合率进行?字2检验。【结果】 低级胶质瘤20例，高级胶质瘤22例。低级胶质瘤的rCBV，rMSD，rMTT， ADC和rADC值分别为2.25 ± 1.07，1.82 ± 0.70，1.07 ± 0.08，(1.36 ± 0.14) × 10-3 mm2·s-1和1.69 ± 0.23。高级胶质瘤的rCBV，rMTT，rMSD，ADC和rADC值分别为4.83 ± 1.84，3.36 ± 0.88，1.04 ± 0.06，(1.10 ± 0.12) × 10-3 mm2·s-1和1.41 ± 0.18。高级与低级胶质瘤的rCBV，rMSD，ADC和rADC值有统计学意义。以rCBV值3.5为阈值，诊断敏感度为81.8%，特异度为90%;rMSD值2.1为阈值，诊断敏感度为95.5%，特异度为80%;ADC阈值为1.23 × 10-3 mm2/s时，诊断敏感度为86.4%，特异度为85%。通过对AUC的计算和假设检验，发现PWI和DWI诊断准确度较高，差异无统计学意义。【结论】 以PWI和DWI的rCBV值3.5、rMSD值2.1、ADC值1.23 × 10-3 mm2·s-1为阈值时，均有利于鉴别胶质瘤级别。这些阈值对于评价胶质瘤的术前病理分级以及指导肿瘤的治疗和估计预后具有一定的价值。

　　【关键词】 胶质瘤,磁共振成像,灌注,扩散

　　Abstract： 【Objective】 To evaluate the value of MRI perfusion-weighted imaging (PWI) and diffusion-weighted imaging (DWI) in the grading of glioma by comparing the related parameters. 【Methods】 A total of 42 (22 high-grade gliomas，20 low-grade gliomas) patients verified glioma by pathology underwent DWI and dynamic contrasted-enhanced T2*-weighted PWI. Relative cerebral blood volume (rCBV)， relative maximum slope of decrease (rMSD)， relative mean transit time (rMTT)， apparent diffusion coefficient (ADC) and ADC ratios (rADC) data of high-grade and low-grade gliomas were measured and their difference was analyzed with t-test. Receiver operating characteristic (ROC) analyses were performed to determine optimum thresholds for tumor grading and also to calculate the sensitivity and specificity for tumor grading. 【Results】 The rCBV， rMSD， rMTT， ADC， and rADC values of low-grade gliomas were 2.25 ± 1.07， 1.82 ± 0.70， 1.07 ± 0.08， (1.36 ± 0.14) × 10-3 mm2·s-1，and 1.69 ± 0.23， respectively. The rCBV， rMTT， rMSD， ADC， and rADC values of low-grade gliomas were 4.83 ± 1.84， 3.36 ± 0.88， 1.04 ± 0.06， (1.10 ± 0.12) × 10-3 mm2·s-1， and 1.41 ± 0.18， respectively. The results of rCBV， rMSD， ADC and rADC were between low- and high-grade gliomas (P < 0.0001)， while there was no significant difference in rMTT. The threshold of rCBV， rMSD， and ADC value were 3.5， 2.1， and 1.23 × 10-3 mm2·s-1 respectively， and the diagnosis sensibility were 81.8%， 95.5%， and 86.4%， respectively， and the specificity were 90%， 80%， and 85% respectively. Both PWI and DWI showed high diagnosis accuracy， between which had no significant difference. 【Conclusion】 The threshold values of rCBV， rMSD， and ADC， which are 3.5， 2.1， 脑胶质瘤是颅内最常见的原发性肿瘤，其恶性程度不同，对于治疗方法的选择、预后就不同，因此术前的评估对于选择合理的治疗方法尤为重要。常规磁共振能显示脑胶质瘤的形态及信号特点，但对于胶质瘤的定性诊断仍存在局限性。近年来MR灌注加权成像(perfusion-weighted imaging，PWI)和扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)因为能够提供靶组织的生理、生化信息和动态的定量信息，可以弥补常规MRI在脑胶质瘤定性和判断肿瘤恶性程度方面的不足[1-3]。笔者通过对42例脑胶质瘤DWI和PWI的研究，并与病理分级进行对比，比较同一组病例，两种MR功能成像技术提供的信息，评价其在脑胶质瘤诊断中的价值。

　　1 材料和方法

　　1.1 一般资料

　　搜集2005年12月至2009年6月期间我院病理证实脑胶质瘤42例，所有患者均签署知情同意书。年龄22 ～ 70岁，平均年龄46岁，男23例，女19例，术前均行MR平扫，增强，灌注及扩散加权成像。

　　1.2 磁共振检查技术

　　所用设备为GE Signa ExciteII 1.5T超导型磁共振扫描仪，8通道头线圈，进行常规T1WI、T2WI轴位、T2WI矢状位及增强的T1WI轴位、矢状位、冠状位扫描，扩散及灌注扫描。扩散成像参数：采用自旋平面回波脉冲序列(SE-EPI)，参数为TR/TE 6 000/60.4 ms，翻转角90°，FOV 24 cm，矩阵128 × 128，激励次数 2，层厚5 mm，层间距1 mm，在相互垂直的3个方向上施加扩散敏感梯度，取b = 0和b = 1 000。灌注成像参数：采用梯度平面回波脉冲序列(GRE-EPI)，参数为TR/TE 2 000/60 ms，翻转角90°，FOV 24 cm，矩阵128 × 128， 激励次数1，层数14，层厚5 mm、层间距1 mm，40个时相，产生560幅灌注图像，扫描时间为80 s。对比剂为钆喷酸葡铵(Gd-DTPA)，剂量0.2 mmol·kg-1，注射速率3 mL·s-1， 21号套管针经肘前静脉注射，随后以相同速率注射20 mL生理盐水冲刷。注射对比剂的同时行灌注扫描。

　　1.3 灌注图像后处理

　　将数据传输到AW4.1工作站，使用Functool软件对灌注原始图像进行后处理，在脑血容量(CBV)、平均通过时间(MTT)、最大下降斜率(MSD)图上，找出肿瘤最亮处区，将感兴趣区(ROI，30 ～ 40 mm2)，置于该处4次，并取相应镜像对侧正常脑实质的CBV、MTT、MSD值，计算两者比值，取最大值，即为相对CBV、MTT、MSD(rCBV，rMTT、rMSD)值。

　　1.4 扩散图像后处理

　　将数据传输到AW4.1工作站，使用Functool软件对扩散原始图像进行后处理，手工绘制ROI，尽可能包括肿瘤实质部分，测量ADC值，避开肿瘤的囊变、坏死、出血的区域，并取相应镜像对侧正常脑实质的ADC值，病变区与正常区的比值即为rADC值。

　　1.5 统计分析

　　对低级、高级别胶质瘤rCBV、rMSD、ADC、rADC进行统计描述，采用SPSS15.0软件包进行统计学分析。通过t检验分析DWI和PWI，采用受试者操作特征曲线(ROC曲线)确定诊断阈值，并用曲线下面积(area under curve， AUC)，评价两者诊断的正确性。AUC为0.5 ～ 0.7，表示诊断准确性较低;AUC为0.7 ～ 0.9，表示诊断准确性为中等;AUC为0.9以上，表示诊断准确性较高。

　　2 结 果

　　2.1 术后病理结果

　　按2002年WHO脑肿瘤分级标准[1]，42例胶质瘤包括：Ⅰ级1例(毛细胞型星形细胞瘤);Ⅱ级19例(星形细胞瘤14例，其中1例为术后复发，少突胶质细胞瘤2例，室管膜瘤3例); Ⅲ级16例(14间变性星形细胞瘤，其中1例为术后复发，2例为少突胶质细胞瘤);Ⅳ级6例(5例胶质母细胞瘤，1例为室管膜瘤)。根据病理结果，将全部病例分为两组，低级组20例(Ⅰ、Ⅱ级)和高级组22例(Ⅲ、Ⅳ级)，进行分析。

　　2.2 各级别胶质瘤MR灌注、扩散图像特点

　　低级组rCBV图像上表现多数为病变实质为低信号，ADC图上表现为高信号(图1)。高级组在rCBV图像上多数表现为高信号(图2)，扩散的ADC图像呈低信号。

　　2.3 统计分析

　　2.3.1 高级胶质瘤和低级胶质瘤的灌注和扩散参数比较

　　对22例高级胶质瘤和20例低级胶质瘤行PWI和DWI，其rCBV、rMSD、MTT值和ADC、rADC值比较见表1。从表1可以看出，高级胶质瘤的rCBV值、rMSD值，ADC值和rADC值的差异有统计学意义。

　　2.3.2 PWI和DWI的应用价值比较

　　通过对22例高级胶质瘤和20例低级胶质瘤的研究，两者的ROC曲线(图3、4)，所得诊断临界值、敏感性、特异性见表2-2。rCBV、rMSD、ADC及rADC的准确度分别为90.2%，92.8%，91.7%，82.5%，前三者诊断准确性较高，而rADC准确性为中等水平。分别以rCBV值3.5，rMSD值2.10，ADC值1.23 × 10-3 mm2·s-1为阈值，其诊断符合率分别为83.3%，88.1%，85.7%，经过假设检验，三者差异无统计学意义(P = 0.942 > 0.05，?字2 = 0.119)。

　　3 讨 论

　　脑胶质瘤是颅内最常见的肿瘤，磁共振是肿瘤术前评估及分级的的重要手段，常规磁共振对胶质瘤诊断敏感性为55.1% ～ 83.3%[2-4]，对胶质瘤分级存在局限性。而随着磁共振的发展，DWI和PWI也用于对胶质瘤的分级，但国内文献对同一组胶质瘤通过ROC曲线进行定量对比的研究报道比较少。通过本组研究，笔者发现以下几方面内容值得讨论：

　　3.1 DWI对胶质瘤分级的评价

　　ADC值是反映组织整体结构特征的扩散参数。正常脑组织水分子自由扩散程度低，而肿瘤组织微循环较正常组织快，间质比例高，故瘤组织细胞外水分子比例增加，导致瘤组织内水分子自由扩散程度较正常组织高，即ADC值增高。研究表明脑肿瘤ADC 值与肿瘤的细胞密度呈显著的负线性相关[5]，国外大量研究表明，细胞排列紧密并细胞成分多，与肿瘤的恶性程度相关。ADC值与肿瘤细胞成分具有相关性[6]，通过DWI观察肿瘤内水分子的运动，有助于肿瘤良恶性的判断，可以对胶质瘤进行分级[5，7-8]目前对于胶质瘤的ADC值各个学者有不同的研究结果，有的认为高级别胶质瘤最低的ADC值较低级别胶质瘤低，两者有统计学差异[5，7-8]，有的认为两者没有统计学差异[9-10]。可能与其所采用测量方法是选择肿瘤实质的最小值有关，本组研究是选择肿瘤最大层面，手工绘制ROI，尽可能肿瘤实质，测量ADC值，这样可以包括更多的肿瘤细胞内外的信息，结果更具有客观性、准确性。由于不同年龄组的正常人ADC值不同，因而本组研究是引入rADC值对肿瘤进行评估，在本研究中，rADC值ROC曲线下面积为0.825，其诊断正确性小于ADC值，说明ADC值已经代表了胶质瘤的自身结构特性，与对侧正常组织对比意义不大。

　　3.2 PWI对胶质瘤分级的评价

　　高级胶质瘤血管生成明显高于低级胶质瘤，已经为广大的病理学家和肿瘤学家认可。有研究表明，rCBV值与肿瘤的微血管密度、血管内皮生长因子的表达正相关[11]，因而MR灌注可以评估肿瘤的血管密度，从而对肿瘤的级别进行评估。研究表明，高级胶质瘤rCBV值明显高于低级胶质瘤[12-13]，我们研究与其结论一致。MSD值指灌注曲线的最大下降斜率，反映的是肿瘤组织中血流的达峰速度，我们发现高级胶质瘤rMSD值明显高于低级胶质瘤，以2.1为阈值，其诊断准确度相对较高。在常规MR增强图像上，病灶强化是由于血脑屏障破坏或局部新生的血管内皮不完整，对比剂渗漏到细胞间隙中，它不能真正反映肿瘤血管生成程度[14]，往往强化区域并不能代表肿瘤的恶性程度，而测量rCBV值能够提高诊断正确性，是对常规MR图像重要的补充。另外因为胶质瘤的不均质性，取材部位的不同，对肿瘤分级的判断也不同，MR灌注的CBV图可以判断肿瘤血供最活跃的部位，从而指导活检。

　　3.3 胶质瘤DWI和PWI应用价值比较

　　文献上有将4.91、2.93作为鉴别高级和低级脑胶质瘤的rCBV阈值[15-16]，另外对ADC值的阈值方面Arvinda HR 等[16]所设定的阈值为98.5 mm2·s-1，与本研究的单位不同(可能与采用的后处理软件不同)，采用1.48作为rADC 的阈值，阈值的不同，可能与不同研究者选取的ROI大小、不同的机型、不同的分析软件有一定的关系，所以目前对于鉴别高级和低级胶质瘤的PWI和DWI目前尚无统一的诊断阈值标准，有待临床研究标准化的制定。

　　本研究通过ROC曲线可直观确定诊断阈值。ROC曲线是一不同的诊断临界值下的真阳性率(敏感度)为纵坐标，假阳性率(1-特异度)为横坐标，连接各点绘制而成的曲线。ROC的AUC是客观评价诊断准确性的手段之一。通过AUC的计算和假设检验，发现PWI和DWI诊断准确度较高，而差异无统计学意义。故临床上应选择敏感度较高的PWI的参数rCBV和rMSD值。

　　因本组病例数较少是研究的局限性，相信随着研究病例的增加和研究的深入， DWI和PWI对脑胶质瘤的评价会更趋完善。

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