彌散加權成像在腦腫瘤診療中的應用現狀

唐 潔(綜述)，趙新湘，閆 東(審校)

(昆明醫科大學第二附屬醫院磁共振室，昆明 650101)

顱腦腫瘤是除腦血管病外神經系統最常見的疾病，是影像和臨床醫師共同關心和研究的對象[1]。顱腦腫瘤種類較多，危害很大，手術切除是目前治療的首選方法，但手術的成功與否與腫瘤的大小、惡性程度、腫瘤生物學邊界的確定以及腫瘤與周圍結構密切相關，腫瘤本身或者手術過程均可致殘，這些因素均會影響手術方案的制訂[2]。因此，術前正確評估腫瘤生長情況顯得尤為重要。隨著影像學的發展，新的成像技術不斷涌現，對腦腫瘤的診斷、惡性程度分級、隨訪有很大幫助。磁共振彌散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)基于平面回波成像技術，由于掃描時間短，可以在不延長掃描時間的情況下獲得多層圖像的數據，后處理簡單，不僅能提供形態學信息，而且能顯示分子微觀運動，并可利用表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值量化分析活體組織中水分子的擴散運動狀態，無創性地反映活體組織在生理和病理生理狀態下水分子微觀運動的情況，間接了解細胞的密度、功能狀態及微觀結構的改變，更適于臨床常規應用。

1 DWI在腦腫瘤鑒別診斷中的應用

1.1在腫瘤與非腫瘤中的鑒別診斷價值 在臨床工作中，腦膿腫是常見的感染性疾病，其在膿腫包膜形成后CT和磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)增強掃描時多呈環狀強化，環壁厚薄較均一，而不典型者環壁可厚薄不均且不規則，有的還可伴有結節狀強化。腦膠質瘤或轉移瘤可表現為厚薄不均的花環樣強化，囊變的星形細胞瘤表現為環壁厚薄較均一的強化。通過常規MRI特征鑒別腦膿腫、腦膠質瘤和轉移瘤有一定困難，而DWI在腦內環狀強化病變良、惡性鑒別診斷中具有直觀、特征性的應用價值。腦膿腫的環狀強化病變在DWI上多直觀表現為高信號，而腦膠質瘤或轉移瘤的環狀強化病變多顯示為低信號[3]。腦膿腫ADC值顯著低于腦腫瘤囊變壞死灶ADC值[4]。Alam等[5]研究發現，結合常規MRI信息，DWI鑒別腦膿腫和腦腫瘤的靈敏度為94.73%，特異度為94.44%，準確度為94.5%，陽性預測值為94.73%，陰性預測值為94.44%。而黃敏華等[6]研究發現，腦膿腫包膜期DWI為高信號，ADC值低，與壞死囊變腦轉移瘤DWI及ADC值正好相反，但吸收期及腦炎期腦膿腫DWI為低信號或等信號，而ADC值高信號或等信號，與壞死囊變腦轉移瘤正好相類似，DWI及ADC值有助于鑒別包膜期腦膿腫與壞死囊變腦轉移瘤，對吸收期腦膿腫與壞死囊變腦轉移瘤的鑒別診斷無明顯意義。

1.2在不同腦腫瘤中的鑒別診斷價值

1.2.1高級別膠質瘤與淋巴瘤 淋巴瘤對放化療比較敏感，手術后的生存期與膠質母細胞瘤不同，但在臨床工作中，由于這兩種腫瘤可能存在高細胞密度、高血供以及伴發的囊變壞死等相似的特質，常規MRI鑒別診斷仍存在難度。張德輝等[7]回顧性研究發現，12例淋巴瘤腫瘤實質在DWI上呈稍高或高信號，ADC值顯著低于對側正常白質；而15例膠質母細胞瘤體實性部分的DWI多為等或稍低信號，ADC值顯著高于對側正常白質；淋巴瘤與膠質母細胞瘤間的ADC值以及rADC(相對ADC值)(病變組織的ADC值/對側正常腦組織的ADC值)具有明顯差異。以ADC值為0.805×10-3mm2/s作為鑒別淋巴瘤與膠質母細胞瘤的界值，其靈敏度為100%，特異度為92%，準確度為96%；而rADC的界值取1.08時，靈敏度為100%，特異度為95%，準確度為100%，定量測量腫瘤實質ADC值有助于腦淋巴瘤及膠質母細胞瘤的鑒別診斷，可以作為常規MRI檢查的補充手段。但也有研究表明，淋巴瘤與高級別膠質瘤的ADC值和rADC值差異無統計學意義[8]。

1.2.2高級別膠質瘤與轉移瘤 顱腦高級別膠質瘤與多發轉移瘤較易鑒別，但與單發轉移瘤鑒別較困難，DWI成像可增加診斷信息。有研究指出,腦轉移瘤瘤周主要為血管源性水腫，ADC值顯著高于瘤周有腫瘤細胞浸潤的高級別膠質瘤[9]。葉愛華等[10]研究顯示，高級別膠質瘤與轉移瘤瘤中心的ADC值相近，而轉移瘤瘤周水腫區ADC值顯著高于高級別膠質瘤，差異有統計學意義，有助于兩者間的鑒別。陳鑫等[11]研究發現，瘤灶區rADC值在單發腦轉移瘤與惡性膠質瘤之間差異無統計學意義，瘤周區rADC腦轉移瘤高于惡性膠質瘤。何曉鵬等[12]研究發現，DWI上36例惡性膠質瘤邊緣毛糙，其中27例呈“暈”狀改變；28例腦轉移瘤邊緣清楚，4例稍毛糙但無“暈”狀改變。惡性膠質瘤和腦轉移瘤近瘤水腫帶的ADC值和rADC值的差異有統計學意義，而遠瘤水腫帶差異無統計學意義；惡性膠質瘤近、遠瘤水腫帶的ADC值和rADC值的差異均有統計學意義；腦轉移瘤近、遠瘤水腫帶的ADC值和rADC值差異無統計學意義。

1.2.3不同病理類型膠質瘤的鑒別 研究表明，ADC值還有助于低級別的少枝膠質腫瘤、混合性少枝星形細胞瘤和低級別星形細胞瘤間的鑒別[13]，但是不同研究者得出的ADC閾值存在較大差別。另外，腫瘤的快速生長導致的血液供應相對不足而使腫瘤缺血也是ADC值降低的原因之一[14]。少枝膠質腫瘤的細胞密度一般較大，且不同級別和不同基因亞型的少枝膠質腫瘤細胞密度也不相同，最新的研究顯示，ADC與1p/19q 基因狀態有一定關系[15]。

2 DWI在膠質瘤分級中的應用

ADC值反映水分子的擴散運動，而水分子的擴散受組織細胞結構，包括細胞密度、核漿比例、細胞膜通透性、細胞外間隙、擴散介質的黏滯性、溫度以及毛細血管的軸流狀況等多種因素影響。惡性級別高的腫瘤組織內，細胞增殖周期短，細胞異型，核分裂明顯，核漿比高，細胞密集而細胞外間隙小，水分子不易擴散，ADC值低；惡性級別低的腫瘤細胞較少，結構稀疏，細胞外間隙大，水分子容易擴散，ADC值高，因此ADC值與細胞密度呈明顯的負相關[16-17]。許多學者對良、惡性膠質瘤進行定量的擴散測量表明，低級別膠質瘤實質部分ADC值顯著高于高級別膠質瘤實質部分ADC值，有助于判斷低、高級別膠質瘤[18-19]。張玉東等[20]測量經手術病理證實的36例膠質瘤低、中、高b值(600 s/mm2、1000 s/mm2、3000 s/mm2)DWI圖像中不同級別膠質瘤的腫瘤實性區域與對側相應部位正常腦白質區的信號強度和ADC值,計算腫瘤與正常區信號強度的比值，即相對信號強度和ADC的比值，即rADC，發現高b值DWI較中、低b值DWI對膠質瘤分級更有價值。

3 DWI在腫瘤邊界確定中的應用

惡性度高的膠質瘤多無明確的邊界，瘤周有許多非強化成分浸入正常腦組織，常規MRI所顯示的腫瘤范圍常小于術中實體所見。在結合常規MRI平掃及增強表現的基礎上，通過瘤周ADC值的測量與分析,在界定瘤體邊界方面對常規MRI無疑是一種有益的補充，從而有助于指導手術切除范圍和確定放療靶區。但是目前這方面研究較少。

4 DWI在腦腫瘤療效評價中的應用

4.1早期評價療效 常規影像學主要通過觀察腫瘤的大小及形態的變化來判斷治療效果，由于腫瘤化療、放療、伽瑪刀立體定向放射治療或基因治療后，分子或細胞水平的變化要早于腫瘤體積的變化，從細胞水平反映組織變化可為臨床評價治療反應或早期預測療效提供有價值的預測指標。腦腫瘤經過伽瑪刀治療后或細胞毒性藥物傷害腫瘤細胞后，首先改變細胞膜的完整性及通透性，腫瘤細胞發生變性壞死，密度降低，造成細胞外間隙擴大，進而會提高受損傷腫瘤組織中水的擴散[21]。Tomura等[22]分析了20例腦腫瘤立體定向放療前后的ADC值，結果發現，治療后2～4周腫瘤的rADC值(病變組織的ADC值/對側正常腦組織的ADC值)為1.91±1.67，顯著高于治療前的1.40±0.99，而腫瘤周圍組織放射治療后2～4周rADC較治療前沒有顯著改變[(1.29±0.69) vs (1.59±1.92)]；治療后8～12 周再次測量rADC，發現治療有效組rADC與治療無效組rADC有顯著差異[(2.52±1.93) vs (1.00±0.36)]，rADC值可以早期預測腫瘤立體定向放射治療的效果。Huang等[23]通過分析21例腦轉移瘤的ADC值發現，腦轉移瘤立體定向放療后1周腫瘤實質的ADC值可較治療前顯著升高，并且呈持續升高，表明腫瘤對治療反應良好，腫瘤生長已得到控制。

4.2鑒別腫瘤復發與放療后壞死 放射性壞死常發生于放療后3個月至1年多，組織學上與壞死一致，表現為白質和細胞壞死、內皮細胞凋亡、血管通透性增加、水腫和膠質細胞增生，不會很快消退[24-26]。早期鑒別腦腫瘤復發與放射性腦壞死，關系到腦腫瘤再次治療方案的選擇和預后的評估。但由于兩者有相似的表現，強化灶、水腫、占位效應，以及局部壞死囊變[27-29]。目前，多數研究者認為普通CT或常規MRI難以鑒別腦腫瘤復發與放射性腦壞死。而且腦腫瘤體積的縮小，也不能作為評價腫瘤治療后反應的可靠指標，而結合ADC值的測量可望能達到準確評價的目的。腫瘤復發，DWI呈高信號，ADC值下降，而放射性腦損傷通常存在不同程度的水腫、組織壞死含水量增加，細胞密度小，擴散受限少，DWI呈低信號，ADC值升高。Matsusue等[30]研究發現,腫瘤復發平均ADC值(0.75～1.3)低于放療后改變(1.29～2.06)，ADC臨界值取1.30時，診斷準確度為86.7%。但是，DWI的敏感性和特異性還有待進一步研究，而且受周圍水腫干擾。

5 小 結

DWI的分析結果受擴散敏感系數(b值)、感興趣區的選取的影響，如何選取合適的參數，還有待進一步探索；另外DWI圖像分辨率較低，對小病變顯示不清，也有待進一步研究。但隨著MRI硬件的改善、新技術的應用和圖像后處理方法的提高和推廣，DWI技術有望在顱腦腫瘤的診斷、分級、療效評估、隨訪中發揮更大的優勢。

[1] Zhao S，Lin Y，Xu W，etal.Glioma-Derived Mutations in IDH1 Dominantly Inhibit IDH1 Catalytic Activity and Induce HIF-1 alpha[J].Science，2009，324(5924)：261-265.

[2] Konukoglu E，Clatz O，Bondiau PY，etal.Extrapolating glioma invasion margin in brain magnetic resonance images:Suggesting new irradiation margins[J].Med Image Anal，2010，14(2)：111-125.

[3] 李子孝，王擁軍，張星虎，等.DWI參數圖在腦內環狀強化病變鑒別診斷中的應用價值[J].中國神經免疫學和神經病學雜志，2009，16(3)：199-201.

[4] 婁曉宇，程敬亮.DWI和ADC值測量在腦膿腫和囊變壞死性腦腫瘤鑒別診斷中 的價值[J].醫學影像學雜志，2011，21(2)：164-166.

[5] Alam MS，Sajjad Z，Azeemuddin M，etal.Diffusion Weighted MR Imaging of Ring Enhancing Brain Lesions[J].J Coll Physicians Surg Pak，2012，22(7):428-431.

[6] 黃敏華，郭勇，林偉，等.DWI及ADC值鑒別腦膿腫與壞死囊變腦轉移瘤的價值[J].第四軍醫大學學報，2007，28(5)：438-441.

[7] 張德輝，王麗君，魏強，等.表觀彌散系數對腦淋巴瘤與膠質母細胞瘤的鑒別診斷[J].磁共振成像，2011，2(3)：200-204.

[8] 邢振，曹代榮，李銀官，等.ADC值對顱內淋巴瘤與高級別膠質瘤鑒別診斷的價值研究[J].中國CT和MRI雜志，2010，8(1)：5-8.

[9] Kono K，Lnoue Y，Nakayama K，etal.The role of diffusion-weighted imaging in patients with brain tumors[J].AJNR，2001，22(6)：1081-1088.

[10] 葉愛華，齊靜，王德杭.3.0T磁共振多體素1H-MRS及DWI在常見顱內腫瘤特征分析的價值[J].醫學影像學雜志，2009，19(5)：501-505.

[11] 陳鑫，張永利，唐震，等.MR彌散、灌注、波譜成像在單發腦轉移瘤與惡性膠質瘤鑒別診斷中的價值[J].實用放射學雜志，2008，24(11)：1450-1453，1466.

[12] 何曉鵬，韓福剛，陳東，等.磁共振擴散加權成像對惡性膠質瘤及腦轉移瘤瘤周水腫的鑒別診斷價值[J].臨床放射學雜志，2009，28(11)：1450-1453.

[13] 錢銀鋒，殷敏敏，余永強.擴散加權成像在低級別膠質瘤的鑒別診斷價值[J].磁共振成像，2010，1(1):19-22.

[14] Holodny AI，Makeyev S，Beattie BJ，etal.Apparent diffusion coefficient of glial neoplasms:correlation with fluorodeoxyglucose-positron-emission tomography and gadolinium-enhanced MR imaging[J].AJNR，2010，31(6):1042-1048.

[15] Jenkinson MD，du Plessis DG，Smith TS，etal.Cellularity and apparent diffusion coefficient in oligodendroglial tumors characterized by genotype[J].J Neurooncol，2010，96(3):385-392.

[16] Gupta RK，Cloughesy TF，Sinha U，etal.Relationships between choline magnetic resonance spectroscopy，apparent diffusion coefficient and quantitative histopathology in human glioma[J].J Neurooncol，2000，50(3):215-226.

[17] Guo AC，Cummings TJ，Dash RC，etal.Lymphomas and high-grade astrocytom as:comparison of water diffusibility and histologic characteristics[J].Radiology，2002，224(1):177-183.

[18] 崔建和，柏根基，郭莉莉.腦膠質瘤ADC值及H～1-波譜與病理分級的相關性研究[J].重慶醫學，2011，40(14)：1370-1372.

[19] Liu ZL,Zhou Q,Zeng QS,etal.Noninvasive evaluation of cerebral glioma grade by using diffusion-weighted imaging-guided single-voxel proton magnetic resonance spectroscopy[J].J Int Med Res,2012,40(1):76-84.

[20] 張玉東，羅天友，陳曉兵，等.高b值擴散加權成像對膠質瘤分級的應用價值[J].臨床放射學雜志，2011，30(6)：776-780.

[21] 高曉，張雪寧.磁共振新技術評價腦腫瘤伽馬刀治療效果的研究進展[J].國際醫學放射學雜志，2010，33(1)：14-17.

[22] Tomura N，Narita K，Lzumi J，etal.Diffusion changes in a tumor and peritumoral tissue after stereotactic irradiation for brain tumors:possible prediction of treatment response[J].J Comput Assist Tomogr，2006，30(3):496-500.

[23] Huang CF，Chou HH，Tu HT，etal.Diffusion magnetic resonance imaging as an evaluation of the response of brain metastases treated by stereotactic radiosurgery[J].Surg Neurol，2008，69(1):62-68.

[24] Fatterpekar GM，Galheigo D，Narayana A，etal.Treatment related change versus tumor recurrence in high grade gliomas:a diagnostic conundrum-use of dynamic susceptibility contrast enhanced perfusion MRI[J].AJR，2012，198(1):19-26.

[25] Wong CS，Van der Kogel AJ.Mechanisms of radiation injury to the central nervous system:implications for neuroprotection[J].Mol Interv，2004，4(5):273-284.

[26] Caroline I，Rosenthal MA.Imaging modalities in high grade glioma:pseudoprogression,recurrence or necrosis[J].J Clin Neurosci，2012，19(5):633-637.

[27] Hoffman JM.New advances in brain tumour imaging[J].Curr Opin Oncol，2001，13(3):148-153.

[28] Cao Y，Sundgren PC，Tsien CI，etal.Physiologic and metabolic magnetic resonance imaging in gliomas[J].J Clin Oncol，2006，24(8)：1228-1235.

[29] Hollingworth W，Medina LS，Lenkinski RE，etal.A systematic literature review of magnetic resonance spectroscopy for the characterization of brain tumours[J].AJNR，2006，27(7):1404-1411.

[30] Matsusue E，Fink JR，Rockhill JK，etal.Distincti on between glioma progression and post-rad iation change by combined physiologic MR imaging[J].Neuroradiology，2010，52(4):297-306.