18F-FDG PET/MR成像對腦內腫瘤樣脫髓鞘病的診斷價值

王凱，張姝，喬真，吳桐，樊迪，陳謙，艾林

作者單位：首都醫科大學附屬北京天壇醫院核醫學科，北京 100070

腫瘤樣脫髓鞘病變(tumefactive demyelinating lesions，TDL)是中樞神經系統(central nervous system，CNS)中相對特殊的免疫介導的炎性脫髓鞘病變，主要發生在大腦內[1-3]，發病率約為0.3/100 000[4]，發病高峰年齡為20～30歲，男女比例大致為1∶3[5]。TDL在神經影像學上有占位效應，伴或不伴有對比增強，極易容易誤診為膠質瘤或原發性中樞神經系統淋巴瘤(primary central nervous system lymphoma，PCNSL)[6]。目前在臨床工作中，如何有效鑒別TDL和腦腫瘤是臨床和影像學醫生共同面對的難題，也是患者能否接受正確治療以及影響患者預后的重要因素。既往研究發現，在多發性硬化(multiple sclerosis,MS)患者中部分初診為TDL的病灶最終病理診斷為腦腫瘤[7]；同時，一些患者可能有復發性TDL，與腦腫瘤病程高度相似。這些證據進一步說明了TDL和腦腫瘤的臨床鑒別診斷存在較大難度。盡管腦組織病理活檢是診斷TDL的金標準，當病變伴有膠質增生或多形性時，可能存在不典型的TDL病理特征，難以與膠質瘤區分[8-9]。目前診斷TDL的影像學方法主要是MRI，既往研究發現磁共振彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)[10-11]、灌注加權成像(perfusion weighted imaging，PWI)[12]、磁 共 振 波 譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)[13-15]、彌 散 張 量 成 像(diffusion tensor imaging，DTI)[16]，以及基于MRI的人工智能影像組學技術可用于TDL的臨床診斷和鑒別診斷[17]。但是利用磁共振成像鑒別TDL和腦腫瘤還存在一些短板。以18F-氟代脫氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose，FDG) 正電子發射斷層成像(positron emission tomography，PET)/MR為代表的葡萄糖代謝顯像能夠反映病灶組織的增殖旺盛程度。因此，將MRI和PET成像優勢聯合起來能夠從結構功能成像和代謝顯像多個角度對TDL病灶進行分析，提高臨床診斷準確性，從而避免不必要的病變活檢。此外，既往研究發現碳11標記的蛋氨酸(methionine，MET) PET在診斷TDL方面也具有一定優勢[18]。

目前，對腦內TDL的影像學研究主要為單獨應用MRI 或PET 進行多參數診斷及鑒別診斷，而多模態PET/MR 在TDL 診斷優勢方面的研究較少。由于TDL和腦腫瘤在病理成分和代謝程度方面存在一定差異，二者代謝活性的差異對鑒別診斷具有重要的參考價值。因此，本研究旨在將MRI 多序列成像與PET代謝顯像的優勢結合起來，探究多模態18F-FDG PET/MR 對腦內TDL 的診斷價值，為TDL 患者的臨床治療管理提供新的思路和方法。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析我院2019年11月至2021年11月間可疑診斷TDL患者病例共39例，其中男22例(8～73歲，中位年齡40.5歲)，女17例(年齡25～80歲，中位年齡51歲)。入組標準：(1)首次發現腦內病變；(2)臨床擬診TDL不明確且需要與腦腫瘤鑒別診斷；(3)于我院行18F-FDG PET/MR多模態成像。排除標準：(1)18F-FDG PET/MR影像學檢查前行手術或實驗性治療；(2)因患者于檢查期間移動產生圖像偽影，或高血糖狀態抑制了腦組織18F-FDG攝取而造成18F-FDG PET/MR圖像質量下降，影響對病灶的判讀和定量分析；(3)活檢病理或隨訪無明確診斷。根據腦內病灶活檢病理結果或隨訪結果將入組患者分為TDL組和非TDL組。本研究經首都醫科大學附屬北京天壇醫院倫理委員會批準，批準文號：KYSQ 2020-129-01，免除受試者知情同意。

1.218F-FDG PET/MR圖像采集

本研究入組患者均在首都醫科大學附屬北京天壇醫院核醫學科進行18F-FDG PET/MR多模態腦成像。使用成像設備為Discovery 750w PET/MR 一體機(GE Healthcare，美國)。多模態MRI采集序列包括軸位T1WI、T2WI、液體衰減反轉恢復(fluid attenuated inversion recovery，FALIR)、DWI、動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)、PWI、MRS和對比增強T1WI。層厚為5 mm，層間距為0.5 mm。成像參數如表1所示。

表1 MRI成像序列參數Tab.1 The sequence parameters of MRI

18F-FDG PET 腦顯像采集方法為通過肘靜脈注射18F-FDG 185～300 MBq (37 MBq/kg)后，于安靜和黑暗環境中休息40～60 min，后進行圖像采集，采集時間為8～10 min，采集范圍為1 個床位。PET/MR 多模態數據采集后圖像傳送至AW VolumeShare 4工作站進行圖像重建和數據測量。

1.3 圖像測量與分析

在GE AW VolumeShare 4工作站上讀取患者圖像，使用工作站內置測量軟件在腦內病灶部位勾畫感興趣區(region of interest，ROI)。由兩位具有主治醫師以上職稱的我院核醫學科醫師在不了解患者臨床和病理結果的情況下，采用單盲法在18例患者的18F-FDG PET/MR圖像上進行ROI勾畫，兩名醫師分別具有6年和8年神經影像診斷經驗。每例患者各參數測量結果取二人平均值。7天后兩名醫師均重復上述測量方法。對于每一位患者，各影像指標測量值取前后相隔7天兩次測量值的平均值納入統計分析。在18F-FDG PET圖像上，將病灶處18F-FDG攝取增高區勾畫為ROI，18F-FDG攝取閾值取42%，測量病灶ROI范圍內最大標準攝取值(maximumstandard uptake value，SUVmax)、平均SUV (SUVmean)、病灶代謝體積(metabolic tumor volume，MTV)、糖酵解總量(total glycolysis，TLG)。使用PET/MR工作站內置軟件對18F-FDG PET和MR圖像進行融合。利用圖像軟件同步定位功能，根據PET圖像的ROI區域范圍，在MRI圖像上勾畫相同范圍的病灶ROI區域，并測量病灶ROI內腦血流量(cerebral blood flow，CBF)、相對腦血容量(relative cerebral blood volume，rCBV)、表觀擴散系數(apparent diffusion coefficients，ADC)值。

1.4 統計學分析

TDL組和非TDL組之間的18F-FDG PET攝取參數和多模態MR圖像參數的差異比較，當兩組數據為計量資料并符合正態分布時，采用兩獨立樣本t檢驗，結果以均值±標準差表示；當不符合正態分布時，采用秩和檢驗(Mann-WhitneyUtest)比較，結果以中位數(四分位數間距)表示。采用卡方檢驗對兩組間分類變量進行比較。對兩名醫師勾畫ROI 的差異進行組內相關系數(intraclass correlation coefficient，ICC)一致性檢驗。采用單因素及多因素Logistic回歸方法篩選診斷相關指標，再通過受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析方法計算單一參數及聯合參數對診斷TDL的診斷效能并計算診斷閾值[ROC 曲線下面積(area under curve，AUC)及95%CI]、敏感度和特異度。統計學軟件為SPSS 22.0，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 患者特征

本研究初步納入的39例可疑TDL患者中，經入組標準和排除標準篩選后，共有18名患者納入本研究，根據腦內病灶活檢病理結果或隨訪結果將18例入組患者分為TDL組和非TDL組，其中TDL患者11例，非TDL患者7例。11例TDL患者中，年齡中位數為35歲(年齡范圍為19～52歲)，病程中位數為22天(時間范圍為16～129天)。7例非TDL患者中，年齡中位數為57歲(年齡范圍為40～67歲)，病程中位數為35天(7～175天)。影像醫師人工診斷TDL的準確度為72.2% (13/18)、敏感度為90.9% (10/11)、特異度為42.9% (3/7)、陽性預測值為71.4% (10/14)、陰性預測值為75.0% (3/4)。TDL與非TDL組18F-FDG PET/MR圖像如圖1、2所示。

2.2 TDL 組與非TDL 組患者間臨床信息和18F-FDG PET/MR參數比較

TDL 組與非TDL 組患者間臨床信息、PET 參數(SUVmax、SUVmean、MTV 和TLG)和 多 模 態MRI 參 數(ADC、CBF、rCBV)比較結果見表2。兩名醫師對腦內病灶ROI勾畫的一致性ICC值為0.893 (P＜0.001)。

表2 TDL組和非TDL組患者臨床及影像參數比較Tab.2 Comparison of parameters of clinical and imaging between TDL and non?TDL groups

2.318F-FDG PET/MR各參數對TDL的診斷效能

18F-FDG PET/MR 各參數鑒別診斷TDL 和非TDL 的診斷效能如表3 所示。其中聯合指標(SUVmax+SUVmean+ADCmean)的AUC 最 高，為0.973，其 次 分 別 為ADCmean、SUVmean和SUVmax。

表318F?FDG PET/MR圖像參數對TDL和非TDL患者的診斷效能Tab.3 The diagnostic power of18F?FDG PET/MR parameters for TDL and non?TDL

3 討論

本研究發現18F-FDG PET/MR 圖像參數中的SUVmax、SUVmean和ADCmean能夠有效鑒別TDL 和非TDL 疾病，三種影像參數均具有較好的診斷效能。當18F-FDG PET/MR成像參數聯合應用于TDL疾病診斷時，其診斷效能較單一指標好，同時診斷敏感度和特異度優于人工診斷。本研究結果提示基于18F-FDG PET/MR 的多模態影像學診斷能夠提高影像醫生對腦內TDL 疾病的診斷準確性，減少臨床可疑TDL患者的有創性病理活檢以及不必要的手術治療，對有效鑒別TDL 病灶、給予及時準確的治療措施、減輕患者治療負擔具有重要意義。

3.1 MRI序列參數對腦內TDL診斷的意義

既往研究中應用MRI單參數診斷TDL較多，Lu等[10]和Mabray等[11]利用ADC圖和ADC值鑒別診斷TDL，發現ADC直方圖分析能夠較好地鑒別TDL和PCNSL，同時發現不完整環狀強化、較高的ADC值和多灶性有助于診斷TDL。DWI圖像上病灶中心出現彌散受限高信號時,也多提示為炎性病灶[18-20]。在本研究中，我們對ADC值診斷TDL的作用也做了進一步詳細的研究，同時選取ADCmean和ADCmax這兩個指標，發現TDL病灶的ADCmax和ADCmean均顯著高于非TDL病灶，與既往研究結論在一定程度上相吻合。其中ADCmean對診斷TDL具有較高的診斷敏感度(80.0%)和特異度(86.8%)；而ADCmax的診斷效能要低于ADCmean，這種差異可能與TDL病程狀態、病灶部位多樣化，以及病灶內炎性活動程度有關，這種差異性的表現也反映出了臨床TDL診斷和鑒別診斷存在一定的難度。PWI在TDL診斷中研究較少，Naik等[12]研究發現TDL病灶的rCBF及rCBV低于高級別膠質瘤。但是TDL與低級別膠質瘤和PCNSL的PWI參數較為接近。在本研究中，我們發現TDL病灶的CBF和CBV均高于非TDL病灶，與既往研究存在差異，引起這種差異的原因可能是由于非TDL組病灶病理類型的多樣性原因。本研究中非TDL組7例患者中，包含兩例PCNSL患者且同時存在低級別和高級別膠質瘤，由于PCNSL病灶的CBF和rCBV值一般較低，與低級別膠質瘤和TDL接近，可能是本研究中TDL病灶CBV和rCBV高于非TDL病灶的原因。同時本研究中CBF和rCBV參數尚未顯示出對TDL的診斷價值，也可能與研究樣本量較小有關。一項應用MRS鑒別TDL和PCNSL的研究發現，與PCNSL病灶相比，TDL病灶的Cho/Cr和Cho/NAA值均較低，因此可用于臨床TDL病灶的鑒別診斷[13-14]。Toh等[16]研究發現，TDL病灶的Cho/NAA比值明顯低于腦膠質瘤病灶，當Cho/NAA比值＞1.72時，提示腦膠質瘤的可能性大[15]。一項DTI研究發現，DTI能用于鑒別TDL和高級別膠質瘤。

3.2 一體化18F-FDG PET/MR 對腦內TDL 病灶的診斷價值

本研究采用一體化18F-FDG PET/MR 成像技術對腦內TDL 病灶進行一站式的數據采集，其中MRI 功能成像主要包括DWI 和PWI 序列，可探測活體組織內水分子的擴散運動情況。在病變組織中，水分子彌散狀態與組織成分和病變增殖狀態有關；其次，DWI 序列的ADC 值還與病變組織的血流灌注和微循環狀態有關，因此通過PWI 技術能夠同步獲取TDL 病灶內的血流供應和微循環情況[21]。以上MRI 功能成像技術主要從病灶的組織成分特點和微環境狀態方面對病灶進行描述，不能直接體現病灶組織自身的生理代謝活動狀態。18F-FDG 作為臨床上最常使用的放射性示蹤劑，能夠實時反映病灶組織的葡萄糖代謝狀況，為疾病的診斷和鑒別診斷提供重要的依據。因此，一體化18F-FDG PET/MR 融合成像技術能夠實時并同時獲得腦內病灶的功能和代謝信息，對于腦內TDL病灶的分析判定具有重要的臨床意義和價值。

在應用PET診斷TDL研究方面，Hashimoto等[18]和Yasuda等[22]發現11C-MET PET顯像在TDL和高級別膠質瘤鑒別診斷方面具有優勢，其研究認為高級別膠質瘤由于腫瘤細胞增殖旺盛，對MET的攝取較非腫瘤病灶明顯，因此11C-MET PET能夠在臨床上區別TDL和高級別膠質瘤病。Barbagallo[23]等應用18F-FET PET顯像鑒別TDL病灶，研究發現腫瘤病灶的SUVmax和最大腫瘤/本底比值(maximum lesion-to-background ratio，TBRmax)均顯著高于TDL病灶，其診斷截斷值分別為2.5和2.2，該研究僅研討了18F-FET PET成像參數對鑒別TDL的價值，尚未將PET技術與多模態模態MRI成像聯合應用。Chiavazza等[24]應用MRS和18F-FDG PET研究TDL診斷方面，認為應該將多模態MRI成像與18F-FDG PET整合起來，用于TDL臨床診斷和治療反應評估。鑒于既往研究中應用一體化18F-FDG PET/MR對腦內TDL病灶的研究較少，因此本研究將多模態MRI和PET成像的優勢結合起來，從結構特征和生物代謝兩個方面對TDL和非TDL病灶特征進行對比分析。本研究發現TDL病灶對18F-FDG的SUVmax和SUVmean均高于非TDL組，可能是由于FDG代謝在腫瘤性病變和炎癥性病變中均由不同程度的攝取，不同類型病變對FDG的攝取程度一方面取決于病灶組織的增殖程度(例如高級別膠質瘤)，另一方面也依賴病灶部位的炎癥反應程度[25]。此外，TDL作為MS的一種病理表現類型，當處于急性炎癥期時，病灶組織內炎性反應活躍，會出現對18F-FDG攝取增高的表現。

TDL 屬于多發性硬化癥譜的一部分，患者的短期預后比典型多發性硬化癥患者更差且需要更積極的治療[26-27]。臨床上TDL 和非TDL 疾病由于治療方式和預后轉歸具有較大差異，因此臨床上將二者進行鑒別診斷具有重要的實際意義[3]。綜上，一體化18F-FDG PET/MR 融合成像能夠從結構、功能、代謝和微環境等多個病理生理角度對腦內TDL病灶進行評估分析，為腦內TDL病灶的診斷的鑒別診斷提供豐富且重要的生物信息。在本研究中，我們利用18F-FDG PET/MR多模態顯像篩選出能夠用于診斷TDL和非TDL病灶的影像學指標，包括SUVmax、SUVmean和ADCmean。ROC 診斷效能分析顯示，三種指標均具有較高的AUC (0.920～0.960)，最高敏感度為92.6%，最高特異度為88.0%。將上述三種指標聯合應用于TDL診斷時，其診斷效能高于各指標單獨應用時的診斷效能，聯合指標的診斷敏感度為100.0%，特異度為80.0%。

3.3 局限性

(1)本研究樣本量較小，本研究中TDL組患者男性稍多于女性，與文獻報道具有一定差異；(2)腦內TDL病灶的解剖部位相對不固定，可能會影響病灶PET顯像參數穩定性；(3)非TDL 組中包含多種腦腫瘤類型，且不同類型腦腫瘤的MR 成像參數和FDG 代謝活性存在差異；(4) ROI的勾畫區域與病理取材無法保證完全一致，結果可能存在選擇偏倚；(5)本研究為回顧性研究，在患者臨床信息多樣性方面存在一定劣勢。

隨著近年來影像組學技術的應用發展，在影像數據深度挖掘和圖像細節分析方面具有明顯優勢。在基于一體化PET/MR 融合成像的基礎上，今后的研究將發揮影像組學技術在TDL 臨床診斷和患者治療管理方面的優勢。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。