弥散加权成像在不同病理类型的脑膜瘤鉴别中的应用

余 浩 朱炜炜 上官泽敏 姚振威 刘 洪

DWI和测量ADC值在颅内各种原发肿瘤的诊断中已有应用,但是采用DWI分析脑膜瘤的比较少。虽然有作者发现良性脑膜瘤的ADC值要比恶性脑膜瘤值低[1],也有些学者得到相反的结果[2]。而关于各种脑膜瘤病理亚型的ADC值研究较少,良性和恶性脑膜瘤都有各种不同的亚型,其组织的组成和细胞排列方式不同,DWI信号和ADC值可能也有差异,本研究对象为常见病理亚型的脑膜瘤DWI,以及测量其ADC值,分析它们在不同亚型脑膜瘤鉴别的应用价值。

方 法

1.研究对象

收集徐州市第一人民医院及华山医院2006年1月至2010年12月的脑膜瘤病例。①全部经过手术证实且经过病理分型;②行常规MRI增强检查和DWI检查;③体积足够大,至少在三个轴面上显示;④舍去DWI图像严重变形的病例。所有病理结果参照2007年“WHO中枢神经系统肿瘤的病理分类”,分别为:纤维型脑膜瘤67例,上皮型脑膜瘤51例,血管瘤型脑膜瘤9例,非典型脑膜瘤(WHO Ⅱ级)7例,间变型脑膜瘤(WHO Ⅲ级)7例。男女比例1:2.7,最低年龄36岁,最高年龄75岁,平均年龄57.8岁。临床症状主要是头痛、恶心、视野减小等。

2.扫描序列和测量方法

所有的病例由GE公司1.5T磁共振仪器扫描,除常规扫描外,均加扫轴位 DWI序列扫描,b=1000s/mm2。

测量ADC值方法:ROI为30～50mm2,避开肿瘤边缘、颅骨,容积效应和囊变坏死区。肿瘤实质部分平均ADC值至少多层面5次取平均。对侧正常白质ADC,ROI为30～50mm2,避开水肿、侧脑室白质疏松区,缺血灶,至少5次取平均值。水肿区域ADC均在肿瘤边缘1cm范围内,ROI为30～50mm2,取平均值。然后用肿瘤实质ADC比正常白质ADC,得到相对ADC,即rADC和水肿rADC。

3.统计学处理

利用SPSS17.0软件,对良性和恶性脑膜瘤rADC进行正态分布检验,然后进行两组数据t检验,判断是否有差异。再对良性脑膜瘤和恶性脑膜瘤做ROC曲线,寻找理想诊断的阈值。再进一步对每种病理亚型rADC值进行正态分布检验,然后采用单因素ANOVA方差分析进行两两比较,统计结果均以均数±标准差表示,P＜0.05为差别有显著性意义。

结 果

1.良性脑膜瘤和恶性脑膜瘤rADC

将脑膜瘤分为两组,良性脑膜瘤(WHO I级)和恶性脑膜瘤(WHO II级和III级),测量肿瘤实质ADC和rADC(表 1)。

表1 良性脑膜瘤和恶性脑膜瘤ADC和rADC(10-3mm2/s)

应用SPSS 17.0软件先对良性和恶性脑膜瘤rADC进行正态分布检验,符合正态分布。再对良性脑膜瘤和恶性脑膜瘤rADC进行t检验,良性脑膜瘤和恶性脑膜瘤rADC两组数据有明显统计学差异(P＜0.01)。将良性脑膜瘤和恶性脑膜瘤的rADC由SPSS 17.0作ROC曲线(图1),结果可以得到良性恶性脑膜瘤rADC阈值为1.05,敏感性79.1%,特异性70.0%。

2.不同病理亚型脑膜瘤rADC

进一步将脑膜瘤按照病理亚型分组,测量各病理亚型的脑膜瘤ADC和rADC见表2。

血管型脑膜瘤rADC最高(图2),而纤维型(图3)和上皮型(图4)较高,非典型脑膜瘤较低(图5),间变型脑膜瘤最低 (图6)。将不同病理亚型脑膜瘤rADC进行正态分布检验,采用SPSS 17.0进行ANOVA方差分析,之后进行两两比较。血管瘤型脑膜瘤的实质rADC都要比其他病理亚型高 (P＜0.01),间变型脑膜瘤rADC比纤维型、上皮型、血管瘤型低 (P＜0.05)。而纤维型、上皮型和非典型脑膜瘤之间rADC没有统计学差异(P＞0.05)。

图1 良性脑膜瘤和恶性脑膜瘤ROC曲线。

表2 不同病理类型脑膜瘤ADC和rADC(10-3mm2/s)

3.不同病理亚型脑膜瘤瘤周水肿rADC

测量不同病理类型脑膜瘤个体病例瘤周水肿ADC平均值,然后由此值比对侧正常白质ADC值,得到瘤周水肿相对ADC值,即rADC(表3)。

表3 不同病理亚型瘤周水肿ADC和rADC(10-3mm2/s)

图6 间变型脑膜瘤。间变型脑膜瘤在ADC图上为明显低信号。

间变型脑膜瘤瘤周水肿rADC值最高,纤维型脑膜瘤rADC值最低,上皮型、血管瘤型和非典型脑膜瘤瘤周水肿居中。将各种病理亚型脑膜瘤瘤周水肿rADC进行正态分布检验,采用SPSS 17.0软件进行但因素方差分析(ANOVA),进行两两比较,得到不同组织类型脑膜瘤瘤周水肿rADC的比较中,间变型脑膜瘤瘤周水肿rADC大于纤维型脑膜瘤 (P＜0.05),其他病理亚型脑膜瘤瘤周水肿 rADC无统计学差异(P＞0.05)。

讨 论

根据《2007年WHO CNS肿瘤分类》,脑膜瘤有15种病理分型,三种分级:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ[3]。本文收集较常见的其中5种分型,纤维型脑膜瘤67例、上皮型脑膜瘤51例、血管瘤型脑膜瘤9例(WHO Ⅰ)、非典型脑膜瘤 7例(WHO Ⅱ)以及间变型脑膜瘤7例(WHO Ⅲ)。

DWI反映组织水分子的布朗运动,通过测量ADC值可以定量的评价水分子运动。高ADC值一般表示病灶细胞致密性较低、坏死或者囊变,反映细胞间隙增大,水分子弥散自由度增加,而低ADC值反映病灶细胞致密度高。也就是说,细胞致密度高的病灶ADC值低,细胞致密度低的病灶ADC值高[4]。

本次研究先测量每个病例病灶的平均绝对ADC值和对侧正常白质ADC值,然后用病灶的绝对ADC值比正常白质ADC值,得到相对ADC值,即rADC。根据先前的一些经验,rADC在颅脑肿瘤的鉴别中,比绝对ADC值要有更高的敏感性和特异性[5-6]。

本研究在较大样本的基础上,将良性脑膜瘤(WHOI级)和恶性脑膜瘤(WHOII和III级)rADC比较,采用SPSS17.0 t检验,良性脑膜瘤和恶性脑膜瘤rADC有显著性差异(P＜0.01),并且可以作出ROC曲线,0.84作为rADC的界值,在鉴别良性和恶性脑膜瘤上拥有较高的敏感性和特异性。因此可以作为临床上鉴别良-恶性脑膜瘤重要的辅助诊断方法。

进一步测量不同病理亚型脑膜瘤,测量其rADC,探讨rADC在不同病理亚型鉴别中的应用价值。研究显示,血管型脑膜瘤的rADC值要比其他病理亚型脑膜瘤都高,差异有统计学意义,表示该型脑膜瘤水分子布朗运动较少受限制。本研究将纤维型、上皮型和不典型脑膜瘤rADC相互比较,认为这三者rADC差异没有统计学意义,可能和这三种脑膜瘤细胞致密程度或(和)间质成分导致的细胞外水分子布朗运动的差异度大致相同有关。纤维型脑膜瘤、上皮型脑膜瘤和非典型脑膜瘤细胞外水分子布朗运动的自由度相差并不是很明显,这解释了本次研究纤维型脑膜瘤、上皮型脑膜瘤和非典型脑膜瘤三者rADC没有显著性差异。间变型脑膜瘤DWI图像为高信号,ADC图为明显低信号,其rADC和其他病理亚型脑膜瘤有明显差异。本研究通过研究不同病理亚型脑膜瘤的rADC值之间的差异,进一步阐述rADC和不同病理亚型脑膜瘤的相关性,对术前判断脑膜瘤的病理亚型,进而对评价肿瘤的边界、质地和血供提供重要的信息,因而具有重要的实践意义[7]。

脑膜瘤周围常会出现脑组织水肿,其产生机制尚未完全弄清[8]。一些研究认为脑膜瘤周围水肿和肿瘤的良、恶性相关[9]。一些学者持有不同意见,认为脑膜瘤水肿范围与程度和脑膜瘤的病理分型并没有显著性差异[10]。一些学者认为脑膜瘤的水肿信号主要和肿瘤边缘形状,轮廓和T2WI图像信号的高低有关,T2WI信号越高,水肿越明显[11]。目前少量关于脑膜瘤瘤周水肿DWI研究,得到各种病理类型的脑膜瘤瘤周水肿ADC值没有显著性差异[12];国外少量文献认为WHOⅢ级间变型脑膜瘤由于具有浸润脑组织的趋势,使瘤周水肿区域因肿瘤细胞浸润使水分子弥散受限,导致ADC值降低[13]。而本研究分析每种病理亚型脑膜瘤瘤周水肿的rADC值,发现间变型脑膜瘤的瘤周水肿rADC最高,可能和间变型脑膜瘤更容易形成不成熟的血管,肿瘤细胞分泌更多的促血管生长因子,使血管通透性增加,血管内更多的水分子进入到脑组织中;或者因为脑膜瘤生长速度较快,对周围静脉压迫比较明显,使静脉回流受阻,微血管内压力升高,导致血管内更多水分子进入到脑组织,使脑组织细胞间隙含有更多水分子而导致细胞间隙增大,水分子布朗运动自由度增加,ADC值增高。这个效应可能远远大于间变型脑膜瘤瘤周浸润的肿瘤细胞对水分子弥散的限制,最终使间变型脑膜瘤周水肿水分子弥散增高,ADC值增高。测量脑膜瘤瘤周水肿rADC明显增高,可能提示脑膜瘤为间变型可能增大。在我们的研究中,纤维型脑膜瘤水肿rADC值最低,与间变型脑膜瘤rADC有统计学差异 (P＜0.05),纤维型脑膜瘤间质胶原纤维成分比较多,并且伴有玻璃样变性,使新生的血管较少,并且纤维型脑膜瘤生长速度较慢,对引流静脉的压迫比较轻微,使血管内的水分子较少进入脑组织,脑组织细胞间隙增加不明显,从而使细胞外水分子弥散自由度增加不明显,在ADC图上表现为比其他类型脑膜瘤明显低。

一些学者对DTI在脑膜瘤瘤周水肿的研究,证实了良性脑膜瘤内的水分子比恶性脑膜瘤内水分子运动更自由,可以将DTI作为脑膜瘤术前评价一种影像学检查方式[14]。而一些学者将PWI技术应用于研究脑膜瘤瘤周水肿的灌注,认为水肿指数和rrCBV有很强的相关性,有明显水肿的脑膜瘤的rrCBF和rrCBV比水肿轻微的脑膜瘤明显要低,瘤周水肿灌注降低可能是水肿引起的结果,由于过多水滞留组织间隙,压迫血管使该区灌注下降[15]。

DWI能反映不同病理亚型脑膜瘤和瘤周水肿水分子弥散情况,肿瘤实质rADC可以在鉴别良性和恶性脑膜瘤以及不同病理亚型脑膜瘤发挥重要作用,瘤周水肿在鉴别间变型脑膜瘤有重要意义。DWI对脑膜瘤术前评价有较高的实践价值。

1.Hakyemez B,Yildirim N,GokalpG,et al.The contribution of diffusion-weighted MR imaging to distinguishing typical from atypical meningiomas.Neuroradiology,2006,48:513-520

2.Yamasaki F,Kurisu K,Satoh K,et al.Apparent diffusion coefficient of human brain tumors at MR imaging.Radiology,2005,235:985-991

3.Louis DN,Ohgaki H,Wiestler OD,et al.The 2007 WHO classification of tumours of the central nervous system.Acta Neuropathol,2007,114:97-109

4.YangD,Korogi Y,Sugahara T,et al.Cerebralgliomas:prospective comparison of multivoxel 2D chemical-shiftproton MR spectroscopy,echoplanarperfusion and diffusion-weighted MRI.Neuroradiology,2002,44:656-666

5.Bulakbasi N,Guvenc I,Onguru O,et al.The added value of the apparent diffusion coefficient calculation to magnetic resonance imagingin the differentiation andgradingof malignant brain tumors.J Comput Assist Tomogr,2004,28:735-746

6.Hein PA,Eskey CJ,Dunn JF,et al.Diffusion-weighted imagingin the follow-upof treated high-gradegliomas:tumor recurrence versus radiation injury.AJNR,2004,25:201-209

7.陶英群,卢亦成,白如林,等 .脑膜瘤生物学特征性与MRI信号特征的相关性研究.中华神经外科疾病研究杂志,2008,7:391-394

8.张竞文,伍建林 .颅内肿瘤瘤周水肿的功能性MRI研究 .国外医学◦临床放射学分册,2005,28:146-149

9.Mattei TA,Mattei JA,Ramina R,et al.Edema andmalignancy in meningiomas.Clinics,2005,60:201-206

10.任 军,王凤丽.脑膜瘤瘤周水肿与病理特性之间的关系 .中国临床神经科学,2001,9:279-280

11.Nakanoa T,Asanoa K,Miurab H,et al.Meningiomas with brain edema:Radiological characteristics on MRI and review of the literature.Clin Imaging,2002,26:243-249

12.Nagar VA,Ye JR,Ng WH,et al.Diffusion-weighted MR imaging:diagnosingatypical or malignant meningiomas and detecting tumor dedifferentiation.AJNR,2008,29:47-52

13.Server A,Kulle B,Mhlen J,et al,Quantitative apparent diffusion coefficients in the characterizationof brain tumors and associated peritumoral edema.Acta Radiologica,2009,50:682-689

14.Toh CH,Castillo M,Wong AMC,et al,Differentiation between classic and atypical meningiomas with use of diffusion tensor imaging.AJNR,2008,29:1630-1635

15.Bitzer M,Klose U,Geist-BarthB,et al,Alterations in diffusion and perfusion in the pathogenesis of peritumoral brain edema in meningiomas.Eur Radiol,2002,12:2062-2076