MRS聯合多b值DWI對高級別膠質瘤與單發腦轉移瘤的鑒別診斷價值

羅旭琳，彭俊紅，李雷，郭芳芳

大腦高級別膠質瘤(high grade glioma，HGG)和單發轉移瘤(metastatic tumor，MET)均為成人中常見的惡性腦腫瘤，HGG約占中樞神經系統原發性惡性腫瘤的70%[1]。腦轉移瘤占所有成人腦腫瘤的40%[2]，其中50%為單發病灶[3]，僅憑常規MRI有時無法對MET做出明確的術前診斷[4]。但是兩類腫瘤的起源不同，治療方法及預后均有顯著差異，術前準確的鑒別診斷非常重要。本實驗探討氫質子磁共振波譜成像(1H-MRS)聯合多b值DWI對HGG與MET的鑒別診斷價值。

材料與方法

1.研究對象

選取2016年5月-2018年10月就診于本院的住院患者。納入標準：術前常規MRI檢查考慮為幕上單發的HGG或MET的住院患者，術前未行放療、化療及手術治療，最后在本院行手術切除或經臨床證實獲得可靠的病理結果為HGG或MET；患者的病灶位置及大小可以保證在瘤體區、瘤周及對側正常腦白質區獲得圖像質量符合要求的譜線，即興趣區(ROI)要避開出血、顱骨及含氣竇腔等部位，且上述各區至少可以放置一個完整的體素(1 cm×1 cm×1.5 cm)而不受周圍區干擾，最后重建的基線平穩。

總共有49例入組，男33例，女16例，年齡27～81歲，平均(60.82±11.07)歲。HGG(圖1) 24例，男14例，女10例，年齡27～79歲，平均(60.54±12.10)歲。單發腦MET(圖2) 25例，男19例，女6例，年齡43～81歲，平均(61.08±10.23)歲。

2.MRS及DWI掃描參數

采用Siemens 3.0T超導磁共振掃描儀(Magnetom prisma)及高分辨率64通道的頭線圈進行數據采集。常規MR成像序列及參數：矢狀面高分辨率T2WI序列(TR 3200 ms，TE 412 ms，FOV 230 mm×230 mm)，矢狀面高分辨率T1WI序列(TR 2300 ms，TE 2.27 ms，FOV 230 mm×230 mm)，上述序列層厚1.0 mm，掃描范圍從顱頂至枕骨大孔。SWI掃描參數：TR 28 ms，TE 20 ms，FOV 220 mm×220 mm，評價是否存在出血灶。1H-MRS成像掃描參數：在采集的矢狀面高分辨率T2WI圖像上進行矢狀面、冠狀面、橫軸面三個方位的重建。根據被試常規MR平掃及增強掃描的圖像特點，在上述3個方位的圖像上選擇合適的層面進行多體素二維化學位移成像，參數如下：TR 1700 ms，TE 135 ms，FOV 160 mm×160 mm。多b值DWI掃描參數：單次激發自旋回波-平面回波序列，TR 3300 ms，TE 71 ms，FOV 220 mm×220 mm，層厚5.0 mm。b值取1000、2000、4000、6000、8000、10000 s/mm2共6個值。

3.圖像后處理及數據測量

1H-MRS圖像后處理及數據測量：將原始數據導入Siemens Syngo via工作站生成擬合譜線。根據情況分別在瘤體區、瘤周區及對應正常腦質區選擇1～3個譜線質量良好的體素作為ROI，記錄每個ROI的Cho/Cr值、NAA/ Cr值及Cho/ NAA值。

多b值DWI的圖像后處理及數據測量：將所得的原始數據導入到西門子工作站得到各個b值相應的ADC圖，根據情況分別在瘤體區、瘤周區及對應正常腦質區取1～3個ROI。先在b=1000 s/mm2時所對應的ADC圖各區畫好面積均為20 mm2的圓形ROI，然后將其復制到剩下5個b值(b值分別為2000、4000、6000、8000、10000 s/mm2)對應的ADC圖上，記錄下各個ROI的ADC值。上述結果最后取各區平均值進行統計學分析。

4.統計學分析

采用SPSS 25.0進行統計學分析，采用獨立樣本t檢驗(正態分布)或Mann-WhitneyU檢驗(非正態分布)比較兩組病變的MRS及多b值DWI參數值間的差異。采用ROC曲線分別找出1H-MRS及多b值DWI鑒別HGG與MET的最佳參數，采用二元Logistic線性回歸建模找到MRS聯合多b值DWI鑒別兩者的預測概率，采用ROC曲線分析單一技術與聯合兩種技術的鑒別診斷效能，統計結果以均數±標準差表示，以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.1H-MRS鑒別HGG與MET的價值

HGG(圖1)與MET(圖2)瘤體區NAA/Cr值、Cho/NAA值及瘤周區NAA/Cr值、Cho/Cr值、Cho/NAA值間差異均有統計學意義(P<0.05，表1、2)；兩組其余各參數間差異均無統計學意義(P>0.05，表1～3)。

表2 HGG與MET瘤周區MRS測量結果及比較

表3 HGG與MET對應正常腦質區MRS測量結果及比較

利用ROC曲線分析瘤體區NAA/Cr值、Cho/NAA值及瘤周區NAA/Cr值、Cho/Cr值及Cho/NAA值鑒別兩種腫瘤的價值可知，瘤周區Cho/Cr值的鑒別診斷效能最高，其AUC為0.936，當臨界值為1.35時，敏感度和特異度分別為90%和87%，為MRS鑒別兩者的最佳參數(表4)。

表4 瘤體區及瘤周區各值鑒別兩種腫瘤的價值

2.多b值DWI鑒別HGG與MET的價值

當b=1000、2000、4000、6000、8000 s/mm2時，瘤周區的平均ADC值(圖1k～p、圖2i～n)在HGG與MET之間差異均有統計學意義(P<0.05，表6)，其余各項參數在兩者之間差異均無統計學意義(P>0.05，表5、7)。

采用ROC曲線分析不同b值時瘤周區ADC值鑒別兩種腫瘤的價值可知，b=1000 s/mm2時相應的瘤周區ADC值診斷效能最高，其AUC為0.863，臨界值為1.488時，敏感度和特異度分別為87%和78.9%，為DWI鑒別兩種腫瘤的最佳參數(圖3)。

表5 不同b值時瘤體區相應的ADC值及比較 (×10-3mm2/s)

表6 不同b值時瘤周區相應的ADC值及比較 (×10-3mm2/s)

表7 對應正常腦質區區相應的ADC值及比較 (×10-3mm2/s)

3.MRS聯合多b值DWI鑒別HGG與MET的價值

采用二元Logistic回歸分析瘤周區Cho/Cr值、b=1000 s/mm2時相應的瘤周區ADC值及兩者聯合鑒別HGG與MET的效能可知，兩者聯合時鑒別診斷的效能最大，此時AUC、敏感度、特異度分別為0.973、86.4%、100% (表8)。

表8 相應的瘤周區ADC值及兩者聯合鑒別兩種腫瘤的價值

討 論

腦HGG與MET的術前鑒別一直是影像學研究的一個熱點問題，關于這方面的問題做過許多假設及探討，例如利用擴散峰度成像鑒別兩者[5]。腦功能MRI由于能夠檢測組織的代謝情況而在鑒別兩者中發揮了重要的作用。MRS是目前唯一一種可以測定體內化學成分的無創技術。DWI是一種能在活體上利用水分子擴散運動的特性進行水分子擴散測量的功能成像技術。

1.MRS鑒別HGG與MET的價值

1H-MRS是基于化學位移原理測定體內化學成分的一種無創技術，它可以觀察多種在神經生物學上起重要作用的代謝物質的濃度，主要包括N-乙酰天門冬氨酸(N-acetyl aspartate，NAA)、膽堿(choline，Cho)、肌酸(creatine，Cr)等，為病變診斷和治療提供常規形態學檢查所不能提供的代謝信息。對于瘤體區MRS參數鑒別HGG與MET一直有爭議，這可能是由于腫瘤細胞密度、核大小、血管增生程度、同質成分、壞死、囊變、出血以及研究者選取ROI的部位等都會對瘤體區代謝物濃度造成影響而導致的。本實驗中MET的瘤體區Cho/NAA值為1.22～7.62，四分位距為1.77，中位數為2.247，由此說明MET瘤體區Cho/NAA異質性非常大。瘤周區的Cho/Cr值及Cho/NAA值在HGG與MET間差異具有統計學意義，這與以前報道的大多數研究結果相符[6-8]，這可能與兩種腫瘤的瘤周水腫形成機制有關。HGG表現為向周圍腦組織浸潤性生長，同時產生大量細胞外基質為腫瘤細胞沿細胞外間隙的粘附及后續遷移創造了條件，在腫瘤的生長、浸潤中起著重要的作用[9]。MET屬于顱內腦外腫瘤，不具有血腦屏障，且呈膨脹性生長，一般不向周圍組織浸潤。所以HGG瘤周區主要為腫瘤細胞的大量浸潤，MET瘤周區主要為受壓水腫的腦組織。

2.多b值DWI鑒別HGG與MET的價值

人體內水分子的擴散運動有很多種，其中包括細胞內擴散和細胞外擴散。細胞內擴散通常是慢擴散，在高b值DWI時更容易被探測到，基于高b值的ADC值將更準確地反映腫瘤細胞密度[10]；而細胞外擴散通常是快擴散，在相對低b值(b≤1000 s/mm2)的DWI時更容易被探測到。ADC值用來描述DWI中不同方向的分子擴散運動的速度和范圍，其大小與擴散能力呈正相關，即擴散能力越弱，ADC值則越小，反之則越大。當b值相同時，各個b值相應的瘤體區的平均ADC值在HGG與MET間差異沒有統計學意義，與Tsougos等[6]的研究結果相符。ADC值與腫瘤細胞的密度呈負相關，且在b=4000 s/mm2時的ADC值較b=1000 s/mm2時與細胞密度有更好的相關性[10]。HGG由于其生長方式的特點導致瘤周區存在腫瘤細胞浸潤，細胞密度增加，水分子的擴散運動受限。高b值時，慢擴散成分對ADC值的貢獻更大，而瘤周區主要為血管源性水腫所致，為快擴散成分增多，所以當b值太大(例如b=10000 s/mm2)，高b值反映瘤周區水分子運動受限的優勢明顯減弱。

3.MRS聯合多b值DWI鑒別HGG與MET的價值

聯合兩技術的最佳參數即瘤周區平均Cho/Cr值與b=1000 s/mm2時相應的瘤周區ADC值，評價不同區域的代謝物濃度及水分子擴散情況，減少單一技術鑒別診斷的重疊，這對于鑒別診斷非常有意義。

本研究不足之處：①沒有使用代謝物的絕對值來評估，ADC值及1H-MRS的代謝物比值都沒有與對應正常腦質的相應值相除進行標準化，不能排除不同層面腦白質本身的差異。②樣本數太少，HGG的病理診斷是按送檢標本內惡性度最高的腫瘤細胞級別為準，而惡性度最高的腫瘤細胞分裂繁殖快，細胞密度大，相應的ADC值最低，許多研究同時比較最小ADC值及平均ADC值對兩者的鑒別診斷效能，發現最小ADC值鑒別診斷效能更大，以后在樣本數較大的情況下，可以分析最小ADC值鑒別兩者的診斷效能，或者利用多種數學模型對采集的多b值ADC數據進行分析。

綜上所述，應用1H-MRS聯合多b值DWI對兩種腫瘤的鑒別診斷效能優于單一腦功能成像技術的鑒別診斷效能，可以幫助臨床更好地做出術前診斷。