DWI、DTI联合常规MRI可提高高级别脑胶质瘤的诊断准确度

刘 海，陈士新，付 伟，周新军

汉中三二〇一医院医学影像科，陕西 汉中 723000

脑胶质瘤为颅脑常见原发性恶性肿瘤，其发病受环境影响较大［1］，脑胶质瘤患病率呈现逐年上升趋势［2］。脑胶质瘤缺乏特异性症状，随着病情进展可出现认知功能障碍、颅内压增高等并发症，严重影响患者生活质量［3］。手术切除作为治疗脑胶质瘤主要方式，但级别不同的脑胶质瘤治疗方式存在一定的差异，术前正确评估脑胶质瘤病理分级对于患者的治疗及预后意义重大［4］。目前，临床常用的CT在显示脑肿瘤血供和肿瘤循环方面存在局限；常规MRI序列虽可较好的显示脑胶质瘤形态，并通过增强处理显示血脑屏障破坏情况，但对于脑胶质瘤的定性诊断仍存在一定局限性［5-6］。扩散加权成像（DWI）和扩散张量成像（DTI）可反映活体组织水分子扩散运动，常作为常规MRI的补充［7-8］。其中DWI对水分子扩散运动敏感性较高，当水分子弥散受限时，DWI即可出现异常高信号，其在高级别脑胶质瘤诊断中存在一定的限制；而DTI是描述大脑结构的新技术，对神经纤维束连接和走行显示清晰，且可反映活体组织水分子弥散方向［9-10］。既往临床关于DWI和DTI联合检测诊断高级别脑胶质瘤的研究并不多见。本研究采用3.0 T超导型MR扫描仪对脑胶质瘤患者进行DWI、DTI及常规序列分析，并评价其对脑胶质瘤分级诊断的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年10月～2020年7月医院收治的65例脑胶质瘤患者作为研究对象。纳入标准：年龄18～80岁；经手术病理证实为脑胶质瘤［11］；术前接受MRI检查，扫描序列包括T1WI、T2WI、DWI、DTI。排除标准：存在MRI检查禁忌证；检查前已接受相关治疗者；影像学资料模糊等无法用于研究者；合并其他类型恶性肿瘤、感染性疾病、重要脏器功能不全、垂体腺瘤、听神经瘤。根据病理结果分为高级别脑胶质瘤组和低级别脑胶质瘤组。高级别脑胶质瘤组36例，其中男性21例，女性15例，年龄21～72岁（46.36±10.41岁）；Ⅲ级15例，Ⅳ级21例。低级别脑胶质瘤组29例，其中男性19例，女性10例，年龄18～70岁（46.24±10.45岁）；Ⅰ级6例，Ⅱ级23例。两组患者性别和年龄比较，差异无统计学意义（P>0.05）。患者均签署知情同意书，本研究经医院伦理委员会批准。

1.2 方法

1.2.1 病理检查 手术取病理组织标本，常规制备石蜡切片，厚度4 μm；取石蜡切片脱蜡至水，滴加Harris苏木素染3～8 min，自来水冲洗；1%盐酸酒精分化3 s，自来水冲洗；0.6%氨水反蓝，流水冲洗；伊红染色1～3 min；置于酒精脱水，二甲苯透明，中性树胶封片，显微镜下观察染色情况。

1.2.2 MRI检查 采用Signa HDxt 3.0 T超导型磁共振扫描仪（GE），8通道相控阵头线圈。先行常规MRI序列扫描，横轴位T1WI序列：重复时间（TR）=300～600 ms，回波时间（TE）=16 ms，T2WI 序列：TR=3000～10 000 ms，TE=92 ms，视野24 cm×24 cm，层厚6 mm，层间距2 mm，矩阵256×256；矢状位T1WI序列：TR=300～600 ms，TE=14 ms，T2WI 序列：TR=3000～10 000 ms，TE=86 ms，视野26 cm×26 cm，层厚6 mm，层间距2 mm，矩阵256×256。弥散敏感系数（b）基准设置为1000 s/mm2，选择肿瘤实质部分中间区域为感兴趣区域（ROI），直径为0.8～1.2 cm，尽量避开坏死、周围水肿以及瘤内血管容积区域，测量瘤体及瘤周表观弥散系数（ADC）值，重复3次取平均值，记为ADCDWI。DTI成像采用单次激发自旋回波平面成像（EPI）序列，TE=100 ms，TR=8500 ms，视野24 cm×24 cm，层厚5 mm，层间距0 mm，矩阵128×128，激励次数1次，扩散梯度场施加30个不同方向，b1=0 s/mm2，b2=1000 s/mm2，原始图像数据传入ADW4.5工作站，Functool软件处理并获取ADC图和各向异性分数（FA）图，计算ADC值和FA值，重复3次取平均值，记为ADCDTI和FA。

1.3 统计学分析

采用SPSS20.0软件对数据进行统计分析。计量资料以均数±标准差表示，两组比较行独立样本t检验。采用受试者工作特征（ROC）曲线，计算曲线下面积（AUC）、敏感度、特异性，评价量化指标（ADCDWI、ADCDTI、FA）诊断高级别脑胶质瘤的价值。以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 不同级别脑胶质瘤病理结果

65例患者经术后病理检查均确诊为脑胶质瘤，其中低级别脑胶质瘤29例，高级别脑胶质瘤36例（图1）。

图1 不同级别脑胶质瘤病理结果Fig.1 Pathological results of different grades of gliomas(HE,×400).

2.2 不同级别脑胶质瘤MRI图像分析

低级别脑胶质瘤，T1WI示等或高信号，T2WI示瘤体和瘤周水肿及浸润区域高信号，瘤体见片状囊变、坏死，周围水肿明显，DWI 示瘤体等或稍高信号，DTIADC示瘤体以高信号为主，DTI-FA示瘤体以低信号为主（图2）。高级别脑胶质瘤，T1WI示瘤体等低信号，瘤体边缘不规则呈片状或结节状，边界模糊，瘤周有不规则水肿信号，受累区域脑组织灰白质分界不清，T2WI示瘤体异常高信号，部分为混杂信号，DWI示瘤体高信号，弥散受限，与实质区比较浸润区信号减低，瘤周水肿区域信号更低，DTI-ADC示瘤体以等或稍高信号为主，DTI-FA示瘤体以低信号为主，与实质区比较，浸润区各向异性增加，瘤周水肿区域较前两者更高，对侧脑组织各向异性减低（图3）。

图2 低级别脑胶质瘤MRI图像Fig.2 MRI images of low grade gliomas.

图3 高级别脑胶质瘤MRI图像Fig.3 MRI image of high grade gliomas

2.3 不同级别脑胶质瘤ADC和FA值比较

不同级别脑胶质瘤瘤周ADCDWI、ADCDTI和FA值的差异无统计学意义（P>0.05）；不同级别脑胶质瘤瘤体FA值的差异无统计学意义（P>0.05）；高级别脑胶质瘤瘤体ADCDWI和ADCDTI值显著低于低级别脑胶质瘤（P<0.05，表1）。

表1 不同级别脑胶质瘤ADC和FA值比较Tab.1 Comparison of ADC and FA values in different grades of gliomas（Mean±SD）

2.4 瘤体ADCDWI、ADCDTI、FA诊断高级别脑胶质瘤阈值、敏感度及特异性分析

瘤体ADCDWI、ADCDTI、FA诊断高级别脑胶质瘤的AUC分别为0.775、0.817、0.716。DWI和DTI联合检测诊断高级别脑胶质瘤敏感度和特异性较高，AUC 为0.903（P<0.05，表2、图4）。

图4 瘤体ADCDWI、ADCDTI、FA诊断高级别脑胶质瘤的ROC曲线Fig.4 ROC curve of ADCDWI,ADCDTI and FA in the diagnosis of high grade glioma.

表2 瘤体ADCDWI、ADCDTI、FA诊断高级别脑胶质瘤阈值、敏感度及特异性分析Tab.2 Analysis of threshold,sensitivity and specificity of ADCDWI,ADCDTI and FA in the diagnosis of high-grade glioma

3 讨论

我国的脑胶质瘤发病占全部颅内肿瘤的40%～70%，已成为威胁居民生命健康的主要颅脑疾病［12］。手术切除为脑胶质瘤主要治疗手段，但不同级别脑胶质瘤存在一定差异，即高级别在保留功能基础上，应尽量彻底甚至扩大切除范围［13］。术前正确判断脑胶质瘤病理分级对治疗和预后有重要意义。目前，临床常用的CT和MRI等影像学手段来诊断脑胶质瘤，然而CT对脑肿瘤血供和肿瘤循环显示存在局限，且有同征异病现象，同一脑胶质瘤可有多种表现，定性判断亦有局限性［14-15］。常规MRI无法客观反映肿瘤组织密度、微血管结构和功能以及瘤周纤维束受损范围［16］。DTI是描述大脑结构的新技术，对神经纤维束连接和走行显示清晰，且可反映活体组织水分子弥散方向［17］，DTI相关参数FA和rFA值可为脑胶质瘤术前分级诊断提供有价值参考［18］。DWI对水分子扩散运动敏感度较高，当水分子弥散受限时，DWI即可出现异常高信号，其在诊断脑胶质瘤病理分级方面具有一定的价值。

随着脑胶质瘤实质区域肿瘤细胞的高度随机分布，并在一定方向上限制了水分子的作用，导致细胞膜、磷脂含量减少，进而导致各向异性降低。FA图像显示，瘤体实质区域的信号明显下降；同时，由于白质纤维遭到破坏，再加上细胞间隙中水分增多，ADC图像显示瘤体实质区域出现较高信号［19-20］。肿瘤的病理分级不同，水肿区DTI的参数分布图也有差异，低级别肿瘤的周围水肿程度较轻，而高级别肿瘤则恶性程度较高，肿瘤周围水肿程度较高。由于瘤体周围水肿区白质纤维的破坏和肿瘤细胞的侵润，使该区域FA值降低，FA图像信号减弱；由于血管渗透性增强，血管内皮生长因子增多，瘤体周围细胞间隙水分增加，ADC图像信号增高［21-22］。本研究中，高级别脑胶质瘤图像特点表现为T1WI示瘤体等低信号，瘤体边缘不规则呈片状或结节状，边界模糊，瘤周有不规则水肿信号，受累区域脑组织灰白质分界不清；T2WI示瘤体异常高信号，部分为混杂信号；DWI示瘤体高信号，弥散受限，与实质区比较，浸润区信号减低，瘤周水肿区域信号更低；DTI-ADC示瘤体以等或稍高信号为主，DTI-FA示瘤体以低信号为主，与实质区比较，浸润区各向异性增加，瘤周水肿区域较前两者更高，对侧脑组织各向异性减低。这与现有研究结论［23］相似。

高级别脑胶质瘤瘤周ADCDWI和ADCDTI值高于低级别脑胶质瘤，FA值低于高级别，可能与高级别脑胶质瘤瘤周水肿区血管源性水肿严重，纤维束密度降低，水分子易扩散有关［17］，但差异无统计学意义，与既往研究结果［24］不符，可能与样本量过少有关；高级别脑胶质瘤瘤体ADCDWI和ADCDTI值显著低于低级别脑胶质瘤，其原因可能是随着脑胶质瘤恶性程度的加深、肿瘤级别的升高，肿瘤细胞的密度、数量均有较大幅度的增加，且核浆体积比、多核与巨核细胞构成比明显增加，加之核异形性大，决定了脑胶质瘤实体微环境中的水分子弥散明显受限，体现在ADC值便表现为ADC值降低［25］。而FA值未表现出显著差异，与既往研究肿瘤增殖导致内部结构紊乱、细胞密度改变，引起肿瘤组织FA值降低［26］的结果不一致，需在今后研究中进一步明确。ROC曲线分析发现，DWI和DTI联合检测诊断高级别脑胶质瘤敏感度和特异度较高，表明常规MRI联合DWI、DTI有助于提高脑胶质瘤诊断和病理分级准确度。

综上所述，常规MRI联合DWI、DTI有助于提高脑胶质瘤诊断和病理分级准确度。