多b值彌散加權成像對膠質瘤診斷的進展

劉沁茹　李香營　韓向君

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院，海南　海口　570208)

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多b值彌散加權成像對膠質瘤診斷的進展

劉沁茹李香營韓向君

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院，海南海口570208)

〔關鍵詞〕膠質瘤；彌散敏感因子；彌散加權

膠質瘤是中樞神經系統最常見的原發性惡性腫瘤，死亡率高，嚴重危害人類的生命健康。目前膠質瘤的診斷方法主要有計算機斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)、正電子發射型計算機斷層顯像(PET)等。CT曾經是膠質瘤診斷的首選影像學檢查方法，但是其靈敏度低于MRI，使用這種方法無法對腫瘤邊界及治療相關變化進行檢測。隨著MRI技術進步及功能磁共振(fMRI)廣泛應用，其已經成為腦腫瘤成像的金標準，不僅能夠提供清晰的解剖結構，還可以通過腫瘤的代謝(MRS)、灌注(PWI)及微觀結構(DWI)顯示其治療后變化，可靠的區分輻射壞死和治療后復發。PET對腫瘤治療反應的敏感性強于CT與MRI，但是假陽性率高。b值，即彌散敏感因子，主要反映組織內水分子彌散敏感程度，是DWI的一個重要參數。不同組織的生理環境不同，其病變在b值的取值上也有所不同，而同一個疾病，不同b值DWI所顯示出來的圖像質量及應用價值也有所不同。本文就不同b值的DWI在診斷膠質瘤上的應用及對膠質瘤分級的價值作一個綜述。

1彌散加權成像的基本原理及臨床應用

MRI技術是最近幾十年發展起來的一種新型醫學影像技術。它對軟組織特征的表達優于X線和CT，能夠非侵入性獲得各種腦腫瘤的形態和生理特征，并已經成為評估腫瘤的治療效果的首選影像技術手段〔1〕。MRI以高分辨率顯示病變的結構，提供多種生物學及功能信息。然而，常規MRI定性與定量診斷膠質瘤主要是取決于腫瘤的位置、大小、形狀以及MRI信號強度，很容易受到診斷醫生主觀因素的影響，所以分級仍然不能令人滿意。作為改進的MRI技術，DWI被認為是對早期病理變化最敏感的技術之一。

DWI是一種通過一對強擴散梯度來反映微觀水擴散的靈敏的技術，是一種無創檢查，其成像原理取決于水的微觀流動性，這種流動性被稱布朗運動。與DWI成像相關的因素有ADC，各向異性，T2穿透效應以及b值等。水分子在不同方向上的彌散能力可以用彌散系數(D)表示，D可以反映DWI的信號強度，兩者呈負相關。D容易受其他因素影響，比如彌散的影響以及機體生理狀態的影響，故Le Bihan 提出用表觀彌散系數(ADC)來反映活體彌散成像中的彌散情況，彌散能力越弱，ADC值則越小，反之則越大。人體內水分子的運動有很多種，其中包括細胞內和細胞外的運動。而且不同組織的細胞結構、數目及微循環灌注量均不同，彌散能力也各有差別，比如細胞數目多，排列緊密，水分子彌散受到限制，ADC值則小，DWI呈高信號。彌散加權序列主要是依賴在各側再聚焦射頻脈沖中平衡彌散編碼磁場梯度的自旋回波信號。通過矩形磁場梯度的振幅G、持續時間δ和梯度脈沖時間間隔Δ產生了彌散靈敏因子，即b值。

b=(γGδ)2〔Δ-δ/3〕

(1)

γ代表氫離子的磁化率，b值的常用單位為s/mm2。

S(b)=S0×e-b·ADCe-TE/T2

(2)

信號強度為S(b)，TE是脈波回沖時間，T2是組織弛豫時間。從公式(2)可以得知，DWI是某一b值下測得的信號強度的成像，b值越高，彌散加權越強，對水分子的彌散越敏感。同時b值對ADC值的測量有著顯著的影響，不同部位的腦組織隨著b值的增加，ADC值顯著下降。DWI包括組織ADC不同以及組織T2時間不同所形成的兩種圖像對比。當組織的T2值明顯增高時，在彌散加權成像上會有明顯的T2圖像對比存在，即T2穿透效應，干擾我們對病變進行診斷。b值與T2穿透效應關系也比較密切。b值由梯度脈沖的強度和持續時間決定，b值增加，則延長的是梯度脈沖的持續時間，那么TE增加，T2穿透效應就小；反之b值較小時，TE時間短，T2穿透效應就明顯。

DWI不僅被常規應用于檢查早期腦缺血，而且也用于各種腫瘤的診斷和分級〔2，3〕，檢測或者預測抗癌治療療效〔4，5〕，同時在診斷及鑒別不同腫瘤的性質中也起到重要作用〔6〕。DWI通過檢測組織水分子的運動情況，間接反映生物組織在生理與病理狀態下的水分子微觀運動的區別，病理狀態下，局部組織的細胞水平發生變化，所以水分子的彌散也發生變化。在惡性程度高的腦腫瘤中水分子的彌散受到的限制較良性腫瘤高，很大可能是因為腫瘤細胞增多。因為腫瘤組織的細胞密度，細胞核漿比均發生變化，細胞的密度高，細胞外間隙變窄，水分子在細胞間的彌散受到抑制；細胞核漿比增大，細胞內水分子彌散受到限制，所以DWI在一定程度上能夠反映腫瘤的細胞密度，細胞的核漿比及腫瘤周圍組織的浸潤情況，從細胞及分子水平對疾病進行研究，從而對膠質瘤進行分級。

2不同b值下彌散加權成像在膠質瘤的應用

DWI對膠質瘤的診斷早已被應用于臨床，目前腦組織DWI大多選擇的b值為1 000 s/mm2。因為當b值較小時，T2穿透效應明顯，影響圖像質量；另外當b值太小時(比如b=100～150 s/mm2)，血流信號迅速衰減，可能被錯誤地歸咎于擴散，而腦組織血流豐富，所以對膠質瘤診斷與分級會產生干擾。b值增加，DWI對水分子彌散更加敏感，那是否b值越大，診斷及分級的準確性越高，在1.5T或者更低場強的核磁掃描，因為b值增加，圖像的信噪比下降，圖像質量并不盡如人意，所以在b值的選擇上是受限制的。由于現代影像技術的迅速發展，有較強的場強梯度和較快的轉換速率的3.0T核磁掃描儀的出現，其圖像分辨率及時間分辨率均高于1.5T，本身較高的信噪比正好彌補由于b值增加所導致的信噪比降低的影響，提供更大的信號噪聲比使高b值DWI成為可能。目前DWI被廣泛應用于膠質瘤的分級〔2〕，監測及預測膠質瘤對放射治療等的療效以及與其他疾病進行鑒別。Chu等〔7〕在研究不同b值DWI對放射治療伴替莫唑胺治療膠質瘤的真假進展區分的比較中，得出標準b值與高b值DWI在真假進展中均有一定的區分意義，但高b值得出的數據更加可靠。Doskaliyev等〔8〕則在研究高b值DWI對淋巴瘤與膠質瘤的表觀彌散系數的區別中，得出標準b值與高b值DWI均對這兩種腫瘤的區別起到作用，高b值DWI的敏感性與特異性高于標準b值。

3高b值與低b值對膠質瘤的分級價值

膠質瘤的分級主要依靠生物組織學特征，包括細胞結構、核異型性、有絲分裂活動、血管、壞死等。Ⅰ級膠質瘤通常為增殖能力低，手術可能治愈的膠質瘤，如毛細胞星形細胞瘤；Ⅱ級膠質瘤增殖活性雖低，但常復發，為浸潤性腫瘤，并具有進展為更高級別的惡性腫瘤傾向，例如，低級別彌漫性星形細胞瘤漫轉變為間變性星形細胞瘤和膠質母細胞瘤；Ⅲ級膠質瘤，保留惡性腫瘤的組織學證據，包括細胞核間變、有絲分裂活躍，如間變星形細胞瘤；Ⅳ級膠質瘤，如膠質母細胞瘤，具有惡性細胞學表現，有絲分裂活躍，有壞死的傾向，腫瘤術前及術后進展快，并且容易危及生命。不同級別的膠質瘤，由于各自的異質性，導致它們對相同的治療的效果不一致〔9〕，這種異質性不僅表現在形態學方面〔10〕，也表現在細胞和分子水平〔11〕，所以在選擇治療方案上面也會有所不同。因此在治療前確定腫瘤的級別對臨床選擇治療方案及判斷預后非常重要。

DWI主要是通過ADC值對膠質瘤的進行分級。有研究通過術前對腫瘤進行DWI與ADC測值，術后病理組織檢查及腫瘤細胞密度測定得出，低級別膠質瘤(WHO Ⅰ～Ⅱ)的ADC值高于高級別膠質瘤(WHOⅢ～Ⅳ)的ADC值，低級別膠質瘤的細胞密度明顯低于高級別的〔12〕。ADC值與腫瘤的細胞密度呈負相關，腫瘤細胞密度與膠質瘤級別成正相關。該研究的b值取值為0 s/mm2、500 s/mm2、1 000 s/mm2，這也充分肯定了標準b值對膠質瘤分級的價值。

在探討高b值DWI對正常腦組織DWI的信號強度，圖像質量及表觀彌散系數的影響，Pelano等〔13〕得出大部分感興趣區的DWI信號強度、ADC值及信噪比隨著b值的增加而下降。當b=0 s/mm2時，跟腦灰質比較，在T2WI上白質呈明顯低信號；當b值<1 000 s/mm2時，白質信號稍低于灰質信號；當b值=1 000～2 000 s/mm2時，白質與灰質信號相等；當b值≥2 000 s/mm2，兩者信號對比倒置，白質信號明顯高于灰質信號，圖像的信噪比也明顯下降。而且隨著b值的增大，表觀彌散系數圖像上的灰白質對比也更加明顯。所以是否高b值DWI對膠質瘤的診斷與分級的準確性高于標準b值DWI？

Kang等〔14〕用ADC值直方圖分析高b值及標準b值DWI與膠質瘤分級的關系，得出高b值收集到的ADC值在高級別膠質瘤上出現低值的頻率高于低級別膠質瘤。研究顯示最小ADC值(b=1 000 s/mm2)和最小ADC值(b=3 000 s/mm2)均隨著膠質瘤級別的增高而降低。b=1 000 s/mm2時的ADC值直方圖的50%和75%的累積百分數在不同級別的膠質瘤中間存在顯著的差異(分別為P=0.015和0.001)，在b=3 000 s/mm2時同樣存在顯著差異(分別為P=0.015和0.014)。其得出的參數直方圖示高b值DWI對膠質瘤的診斷與分級性能均高于標準b值。Seo等〔15〕探討在3.0T上高b值DWI與低b值DWI在視覺與定量評估中b=1 000 s/mm2，DWI在b=3 000 s/mm2表現出在高級別膠質瘤更加突出的高信號以及低級別膠質瘤更低的低信號，靈敏性和特異性也更好(分別為83.7%，84.6 %和69.4%，76.9 %)；在b=1 000 s/mm2時，高級別及低級別膠質瘤的平均ADC值均高于正常腦白質，而在b=3 000 s/mm2時，高級別膠質瘤的平均ADC值低于正常腦白質，低級別膠質瘤的平均ADC值則高于正常腦白質。所以在區分高級別及低級別膠質瘤上面，b=3 000 s/mm2的DWI比b=1 000 s/mm2的DWI更加準確。同時在測量細胞密度方面，高b值DWI比標準b值DWI更能準確反映細胞的密度〔16〕。

4展望

綜上可知，無論是在特異性還是靈敏性方面，高b值DWI對膠質瘤的分級較標準b值更為準確。但是我們不能無限地增大b值，因為b值的增加主要是延長磁場梯度持續時間δ和梯度脈沖時間間隔Δ，可以導致回波時間增加，但是同時信號也將衰減，而這種信號衰減必須通過增加激勵次數來彌補，隨之而來的問題是掃描時間的延長，病人不易耐受；而且更高的b值在腦組織中各向異性明顯增強，可能限制其在腦白質神經束聚集區域的使用，所以在b值的選擇上還是受到一定的限制。但是影像學技術的發展非常迅速，在不久的將來會有新技術能克服這些局限性，使高b值DWI的應用常規化。

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〔2015-07-21修回〕

(編輯李相軍)

〔中圖分類號〕R445.2

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)08-2011-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.08.108

通訊作者：韓向君(1961-)，男，教授，碩士生導師，主要從事中樞神經系統的影像學診斷研究。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(No.81360228)；海南省自然科學基金資助項目(813259)

第一作者：劉沁茹(1989-)，女，在讀碩士，主要從事中樞神經系統的影像學診斷研究。