弥散加权成像在脑肿瘤诊疗中的应用现状

唐 洁(综述)，赵新湘，闫 东(审校)

(昆明医科大学第二附属医院磁共振室，昆明 650101)

颅脑肿瘤是除脑血管病外神经系统最常见的疾病，是影像和临床医师共同关心和研究的对象[1]。颅脑肿瘤种类较多，危害很大，手术切除是目前治疗的首选方法，但手术的成功与否与肿瘤的大小、恶性程度、肿瘤生物学边界的确定以及肿瘤与周围结构密切相关，肿瘤本身或者手术过程均可致残，这些因素均会影响手术方案的制订[2]。因此，术前正确评估肿瘤生长情况显得尤为重要。随着影像学的发展，新的成像技术不断涌现，对脑肿瘤的诊断、恶性程度分级、随访有很大帮助。磁共振弥散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)基于平面回波成像技术，由于扫描时间短，可以在不延长扫描时间的情况下获得多层图像的数据，后处理简单，不仅能提供形态学信息，而且能显示分子微观运动，并可利用表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值量化分析活体组织中水分子的扩散运动状态，无创性地反映活体组织在生理和病理生理状态下水分子微观运动的情况，间接了解细胞的密度、功能状态及微观结构的改变，更适于临床常规应用。

1 DWI在脑肿瘤鉴别诊断中的应用

1.1在肿瘤与非肿瘤中的鉴别诊断价值 在临床工作中，脑脓肿是常见的感染性疾病，其在脓肿包膜形成后CT和磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)增强扫描时多呈环状强化，环壁厚薄较均一，而不典型者环壁可厚薄不均且不规则，有的还可伴有结节状强化。脑胶质瘤或转移瘤可表现为厚薄不均的花环样强化，囊变的星形细胞瘤表现为环壁厚薄较均一的强化。通过常规MRI特征鉴别脑脓肿、脑胶质瘤和转移瘤有一定困难，而DWI在脑内环状强化病变良、恶性鉴别诊断中具有直观、特征性的应用价值。脑脓肿的环状强化病变在DWI上多直观表现为高信号，而脑胶质瘤或转移瘤的环状强化病变多显示为低信号[3]。脑脓肿ADC值显著低于脑肿瘤囊变坏死灶ADC值[4]。Alam等[5]研究发现，结合常规MRI信息，DWI鉴别脑脓肿和脑肿瘤的灵敏度为94.73%，特异度为94.44%，准确度为94.5%，阳性预测值为94.73%，阴性预测值为94.44%。而黄敏华等[6]研究发现，脑脓肿包膜期DWI为高信号，ADC值低，与坏死囊变脑转移瘤DWI及ADC值正好相反，但吸收期及脑炎期脑脓肿DWI为低信号或等信号，而ADC值高信号或等信号，与坏死囊变脑转移瘤正好相类似，DWI及ADC值有助于鉴别包膜期脑脓肿与坏死囊变脑转移瘤，对吸收期脑脓肿与坏死囊变脑转移瘤的鉴别诊断无明显意义。

1.2在不同脑肿瘤中的鉴别诊断价值

1.2.1高级别胶质瘤与淋巴瘤 淋巴瘤对放化疗比较敏感，手术后的生存期与胶质母细胞瘤不同，但在临床工作中，由于这两种肿瘤可能存在高细胞密度、高血供以及伴发的囊变坏死等相似的特质，常规MRI鉴别诊断仍存在难度。张德辉等[7]回顾性研究发现，12例淋巴瘤肿瘤实质在DWI上呈稍高或高信号，ADC值显著低于对侧正常白质；而15例胶质母细胞瘤体实性部分的DWI多为等或稍低信号，ADC值显著高于对侧正常白质；淋巴瘤与胶质母细胞瘤间的ADC值以及rADC(相对ADC值)(病变组织的ADC值/对侧正常脑组织的ADC值)具有明显差异。以ADC值为0.805×10-3mm2/s作为鉴别淋巴瘤与胶质母细胞瘤的界值，其灵敏度为100%，特异度为92%，准确度为96%；而rADC的界值取1.08时，灵敏度为100%，特异度为95%，准确度为100%，定量测量肿瘤实质ADC值有助于脑淋巴瘤及胶质母细胞瘤的鉴别诊断，可以作为常规MRI检查的补充手段。但也有研究表明，淋巴瘤与高级别胶质瘤的ADC值和rADC值差异无统计学意义[8]。

1.2.2高级别胶质瘤与转移瘤 颅脑高级别胶质瘤与多发转移瘤较易鉴别，但与单发转移瘤鉴别较困难，DWI成像可增加诊断信息。有研究指出,脑转移瘤瘤周主要为血管源性水肿，ADC值显著高于瘤周有肿瘤细胞浸润的高级别胶质瘤[9]。叶爱华等[10]研究显示，高级别胶质瘤与转移瘤瘤中心的ADC值相近，而转移瘤瘤周水肿区ADC值显著高于高级别胶质瘤，差异有统计学意义，有助于两者间的鉴别。陈鑫等[11]研究发现，瘤灶区rADC值在单发脑转移瘤与恶性胶质瘤之间差异无统计学意义，瘤周区rADC脑转移瘤高于恶性胶质瘤。何晓鹏等[12]研究发现，DWI上36例恶性胶质瘤边缘毛糙，其中27例呈“晕”状改变；28例脑转移瘤边缘清楚，4例稍毛糙但无“晕”状改变。恶性胶质瘤和脑转移瘤近瘤水肿带的ADC值和rADC值的差异有统计学意义，而远瘤水肿带差异无统计学意义；恶性胶质瘤近、远瘤水肿带的ADC值和rADC值的差异均有统计学意义；脑转移瘤近、远瘤水肿带的ADC值和rADC值差异无统计学意义。

1.2.3不同病理类型胶质瘤的鉴别 研究表明，ADC值还有助于低级别的少枝胶质肿瘤、混合性少枝星形细胞瘤和低级别星形细胞瘤间的鉴别[13]，但是不同研究者得出的ADC阈值存在较大差别。另外，肿瘤的快速生长导致的血液供应相对不足而使肿瘤缺血也是ADC值降低的原因之一[14]。少枝胶质肿瘤的细胞密度一般较大，且不同级别和不同基因亚型的少枝胶质肿瘤细胞密度也不相同，最新的研究显示，ADC与1p/19q 基因状态有一定关系[15]。

2 DWI在胶质瘤分级中的应用

ADC值反映水分子的扩散运动，而水分子的扩散受组织细胞结构，包括细胞密度、核浆比例、细胞膜通透性、细胞外间隙、扩散介质的黏滞性、温度以及毛细血管的轴流状况等多种因素影响。恶性级别高的肿瘤组织内，细胞增殖周期短，细胞异型，核分裂明显，核浆比高，细胞密集而细胞外间隙小，水分子不易扩散，ADC值低；恶性级别低的肿瘤细胞较少，结构稀疏，细胞外间隙大，水分子容易扩散，ADC值高，因此ADC值与细胞密度呈明显的负相关[16-17]。许多学者对良、恶性胶质瘤进行定量的扩散测量表明，低级别胶质瘤实质部分ADC值显著高于高级别胶质瘤实质部分ADC值，有助于判断低、高级别胶质瘤[18-19]。张玉东等[20]测量经手术病理证实的36例胶质瘤低、中、高b值(600 s/mm2、1000 s/mm2、3000 s/mm2)DWI图像中不同级别胶质瘤的肿瘤实性区域与对侧相应部位正常脑白质区的信号强度和ADC值,计算肿瘤与正常区信号强度的比值，即相对信号强度和ADC的比值，即rADC，发现高b值DWI较中、低b值DWI对胶质瘤分级更有价值。

3 DWI在肿瘤边界确定中的应用

恶性度高的胶质瘤多无明确的边界，瘤周有许多非强化成分浸入正常脑组织，常规MRI所显示的肿瘤范围常小于术中实体所见。在结合常规MRI平扫及增强表现的基础上，通过瘤周ADC值的测量与分析,在界定瘤体边界方面对常规MRI无疑是一种有益的补充，从而有助于指导手术切除范围和确定放疗靶区。但是目前这方面研究较少。

4 DWI在脑肿瘤疗效评价中的应用

4.1早期评价疗效 常规影像学主要通过观察肿瘤的大小及形态的变化来判断治疗效果，由于肿瘤化疗、放疗、伽玛刀立体定向放射治疗或基因治疗后，分子或细胞水平的变化要早于肿瘤体积的变化，从细胞水平反映组织变化可为临床评价治疗反应或早期预测疗效提供有价值的预测指标。脑肿瘤经过伽玛刀治疗后或细胞毒性药物伤害肿瘤细胞后，首先改变细胞膜的完整性及通透性，肿瘤细胞发生变性坏死，密度降低，造成细胞外间隙扩大，进而会提高受损伤肿瘤组织中水的扩散[21]。Tomura等[22]分析了20例脑肿瘤立体定向放疗前后的ADC值，结果发现，治疗后2～4周肿瘤的rADC值(病变组织的ADC值/对侧正常脑组织的ADC值)为1.91±1.67，显著高于治疗前的1.40±0.99，而肿瘤周围组织放射治疗后2～4周rADC较治疗前没有显著改变[(1.29±0.69) vs (1.59±1.92)]；治疗后8～12 周再次测量rADC，发现治疗有效组rADC与治疗无效组rADC有显著差异[(2.52±1.93) vs (1.00±0.36)]，rADC值可以早期预测肿瘤立体定向放射治疗的效果。Huang等[23]通过分析21例脑转移瘤的ADC值发现，脑转移瘤立体定向放疗后1周肿瘤实质的ADC值可较治疗前显著升高，并且呈持续升高，表明肿瘤对治疗反应良好，肿瘤生长已得到控制。

4.2鉴别肿瘤复发与放疗后坏死 放射性坏死常发生于放疗后3个月至1年多，组织学上与坏死一致，表现为白质和细胞坏死、内皮细胞凋亡、血管通透性增加、水肿和胶质细胞增生，不会很快消退[24-26]。早期鉴别脑肿瘤复发与放射性脑坏死，关系到脑肿瘤再次治疗方案的选择和预后的评估。但由于两者有相似的表现，强化灶、水肿、占位效应，以及局部坏死囊变[27-29]。目前，多数研究者认为普通CT或常规MRI难以鉴别脑肿瘤复发与放射性脑坏死。而且脑肿瘤体积的缩小，也不能作为评价肿瘤治疗后反应的可靠指标，而结合ADC值的测量可望能达到准确评价的目的。肿瘤复发，DWI呈高信号，ADC值下降，而放射性脑损伤通常存在不同程度的水肿、组织坏死含水量增加，细胞密度小，扩散受限少，DWI呈低信号，ADC值升高。Matsusue等[30]研究发现,肿瘤复发平均ADC值(0.75～1.3)低于放疗后改变(1.29～2.06)，ADC临界值取1.30时，诊断准确度为86.7%。但是，DWI的敏感性和特异性还有待进一步研究，而且受周围水肿干扰。

5 小 结

DWI的分析结果受扩散敏感系数(b值)、感兴趣区的选取的影响，如何选取合适的参数，还有待进一步探索；另外DWI图像分辨率较低，对小病变显示不清，也有待进一步研究。但随着MRI硬件的改善、新技术的应用和图像后处理方法的提高和推广，DWI技术有望在颅脑肿瘤的诊断、分级、疗效评估、随访中发挥更大的优势。

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