MR弥散张量成像及弥散张量纤维束示踪成像在不同级别脑胶质瘤诊断中的应用

万正国， 贾 雯， 孙源源， 吕晓清， 孟凯龙*

1. 邯郸市第一医院CT、MR室， 河北 邯郸 056000； 2. 河北工程大学临床医学院， 河北 邯郸 056000

脑胶质瘤具有生长迅速、术后复发率较高的特点，传统临床主要通过穿刺活检和临床病理对肿瘤进行分级，但由于肿瘤结构复杂并具有异质性特点，临床取样的组织可能无法对肿瘤分化情况准确反映，且上述取样方法属于有创性检查，患者接受程度低，因此有效的诊断和影像学评估较为重要[1]。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)对判断脑内多种纤维束和肿瘤性质具有较高的诊断价值，弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是现阶段临床用于观测水分子扩散运动幅度和方向的唯一方法；弥散张量纤维束示踪成像(diffusion tensor tractography，DTT)可对人体白质纤维束进行三维显示成像且无创伤性，可对肿瘤与白质纤维束关系进行立体、直观的判断[2,3]。本研究探讨了MR弥散张量成像及弥散张量纤维束示踪成像在不同级别脑胶质瘤诊断中的应用价值，旨在为临床脑胶质瘤的诊断和评估提供数据参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年1月至2020年8月在我院治疗的脑胶质瘤患者84例作为研究对象，其中男性47例，女性37例；年龄19～70岁，平均(48.92±9.11)岁；低级别脑胶质瘤41例，高级别脑胶质瘤43例；发生部位：基底节区31例，额叶21例，颞叶16例，顶叶11例，胼胝体5例。本研究经批准并患者知情同意。纳入标准：参照WHO 2000中枢神经系统肿瘤定性及分级标准[4]；均经病理学确诊；年龄超过18岁；临床影像资料完整。排除标准：影像检查前有放化疗等治疗；合并有其他恶性肿瘤者。

1.2 方法

采用超导型MR成像系统(美国GE公司生产，型号MR355)进行DTI和DTT检查。先予以常规磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)扫描显示肿瘤位置，对横轴面、冠状面及矢状面常规平扫，T1WI(层厚4 mm、矩阵320×256、TE 25.2 ms、TR 1750 ms)、T2WI(层厚5 mm、矩阵512×512、TE 91 ms、TR 4080 ms)、T2-FLAIR(层厚5 mm、矩阵256×160、TE 147 ms、TR 8400 ms)。

DTI采用单次激发平面自旋回波序列，间隔0 mm，层厚2 mm，TR/TE=5000/60 ms，60层，FOV 230×230，于16个各向同性方向上施加扩散敏感梯度，原始数据于机器附带处理软件生成部分各向异性(fractional anisotropy, FA)图，DTI扫描原始图像重建DTT白质纤维束，DTT依据Fiber tract软件生成重建图像，测量并计算感兴趣区DTT参数。最终获得病灶实质区部分各向异性(FA)值、表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)值、瘤周水肿区纤维密度指数(fiber density index, FDi)值，用于进一步研究。

1.3 统计学处理

采用SPSS 22.0软件，计量资料组间差异比较使用t检验，计数资料组间差异比较使用χ2检验；采用受试者操作特征(receiver operator characteristic, ROC)曲线分析：FA值、ADC值和FDi值鉴别诊断高级别脑胶质瘤的价值。检验水准：α=0.05。

2 结果

2.1 不同级别脑胶质瘤患者临床资料及瘤周白质纤维束关系比较

低级别和高级别脑胶质瘤患者性别、年龄、体质量指数、肿瘤部位等比较差异无统计学意义(P>0.05)；DTI检查中，低级别和高级别脑胶质瘤瘤周白质纤维束移位比例差异比较无统计学意义(P>0.05)；与低级别脑胶质瘤比较，高级别脑胶质瘤瘤周白质纤维束破坏比例降低(P<0.05)。见表1。

表1 不同级别脑胶质瘤患者临床资料及瘤周白质纤维束关系比较

2.2 不同级别脑胶质瘤ADC值、FA值比较

DTI检查中，高级别脑胶质瘤病灶实质区FA值明显高于低级别脑胶质瘤(P<0.05)，而ADC值明显低于低级别脑胶质瘤(P<0.05)。见表2。

表2 不同级别脑胶质瘤ADC值、FA值比较

2.3 不同级别脑胶质瘤FDi值比较

DTT检查中，与低级别脑胶质瘤比较，高级别脑胶质瘤瘤周水肿区FDi值降低(P<0.05)。见表3。

表3 不同级别脑胶质瘤FDi值比较

2.4 DTI、DTT参数诊断价值

瘤周白质纤维束破坏、病灶实质区FA值和ADC值、瘤周水肿区FDi值鉴别诊断高级别脑胶质瘤的ROC曲线下面积分别为0.857、0.877、0.965和0.828(P<0.05)。见表4。

表4 DTI、DTT参数诊断价值

3 讨论

脑胶质瘤多表现为严重的中枢神经系统症状，发病率居颅内肿瘤首位，属于最常见的原发性颅脑肿瘤，由于确诊时多已处于中晚期，患者死亡率较高且预后较差[5,6]。手术切除瘤体是治疗脑胶质瘤的主要方法，但需要避免对脑功能和脑组织的额外损伤[7]。故而，术前对脑胶质瘤进行有效的检查以了解脑胶质瘤恶性程度及皮质功能区与病灶、白质纤维束的关系，对提高治疗效果具有重要意义。

DTI利用脑组织内水分子向各方向弥散磁共振信号变化对脑组织微观结构成像，通过该技术能够在无创条件下对脑白质纤维束进行分析，而在此基础上延伸而成的DTT方法是现在临床唯一能够以成像的方式显示脑白质纤维束的技术，特别是颅内交叉纤维和瘤周水肿方面能够更清晰地显示肿瘤与脑白质纤维的位置关系[8-11]。本研究发现，高级别脑胶质瘤瘤周白质纤维束破坏比例明显高于低级别脑胶质瘤，提示高级别脑胶质瘤瘤周白质纤维束存在较为显著的破坏，通过分析瘤周白质纤维束有助于评价脑胶质瘤的严重程度。

ADC值是反映肿瘤组织细胞密度的重要指标，肿瘤的细胞密度越高，ADC值越低，因此肿瘤最恶性部位的ADC值最低，高级恶性肿瘤ADC值较低，低级恶性肿瘤ADC值较高；FA对弥散各向异性低值更敏感，其可对水分子弥散过程中方向和速度不均匀性进行定量描述[12]。本研究中，高级别脑胶质瘤病灶实质区ADC值明显低于低级别脑胶质瘤，而FA值明显高于低级别脑胶质瘤。高级别脑胶质瘤病灶实质区存在大量肿瘤细胞浸润，组织结构排列失常或破坏，自由水成分增加，进而导致FA值明显增高；此外，由于高级别脑胶质瘤的恶性程度更高，细胞密度更高，因此ADC值较低。

进一步研究发现，低级别脑胶质瘤FDi值显著高于高级别脑胶质瘤瘤周水肿区。FDi值能够反映单位面积纤维数量，属于纤维密度指数。既往研究[13]提示高级别脑胶质瘤瘤周水肿区细胞外水分子数量增加，单位面积内纤维束数量下降，故而FDi值显著下降。

本研究结果显示，瘤周白质纤维束破坏、病灶实质区FA值和ADC值、瘤周水肿区FDi值有助于高级别脑胶质瘤的诊断并具有较高诊断价值。DTI及DTT图像可对脑白质纤维束直接显示，进而对脑内白质纤维束走向直接观察，有助于分析病变对纤维束的破坏程度。有文献[14]提示三维神经束成像存在缺如和中断、周围脑白质破坏和浸润是高级别脑瘤和转移瘤的普遍表现，故此通过DTI及DTT图像可以对白质纤维束的变化及肿瘤的严重程度进行判断。截至目前，已有相关研究[15]提示FDi的大小依赖于后处理参数设置和数据采集的空间分辨率，而部分研究[16]针对不同的描述弥散张量特性参数进行了分析，其中使用最多的为FA，具有较高的特异性，这与本研究结论一致。

综上所述，DTI及DTT参数在不同级别脑胶质瘤中有所差异，在鉴别诊断中有一定应用价值，值得在临床上进一步推广并深入研究。