多參數(shù)彌散磁共振成像評估膠質(zhì)瘤IDH1基因型及腫瘤增殖活性

高璐月， 李元昊， 李麗， 申楠茜， 李詩卉， 張佳璇， 劉宇飛， 朱虹全， 朱文珍

膠質(zhì)瘤是最常見的腦部原發(fā)腫瘤，2016版世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System,CNS)腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)首次在組織學(xué)基礎(chǔ)上加入了分子學(xué)特征，特別是異檸檬酸脫氫酶1(Isocitrate dehydrogenase 1,IDH1)基因[1]。許多研究表明IDH1野生型膠質(zhì)瘤的預(yù)后明顯差于IDH1突變型膠質(zhì)瘤[2]。Ki67是一種與細(xì)胞分裂增殖相關(guān)的核蛋白，研究表明其在正常腦組織中呈低表達(dá)狀態(tài)，而在膠質(zhì)瘤組織中呈明顯高表達(dá)狀態(tài)。隨著病理級別的升高，ki67的表達(dá)顯著升高，腫瘤生長更快，分化更差[3,4]。

雖然通過手術(shù)或活檢組織病理是獲取膠質(zhì)瘤分子生物學(xué)特征的金標(biāo)準(zhǔn)，但由于其侵入性以及腫瘤的異質(zhì)性等因素影響，其并不適用于所有類型的膠質(zhì)瘤。因此，無創(chuàng)全面地評估膠質(zhì)瘤的分子生物學(xué)行為特征在臨床上是至關(guān)重要的。彌散磁共振成像可以檢測組織水分子的微觀彌散特性，被廣泛應(yīng)用于評估膠質(zhì)瘤的病理分級和分子生物學(xué)特征等方面[5-8]。彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)假設(shè)水分子的擴(kuò)散符合高斯分布，可表征微觀結(jié)構(gòu)如白質(zhì)纖維束完整性等。既往研究報(bào)道DTI能評估少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的IDH1基因型[9]。且在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma,GBM)中IDH1野生型比突變型更具有侵襲性，這可能有助于確定患者的手術(shù)及放療范圍[10]。彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)基于非高斯分布能表征水分子運(yùn)動(dòng)偏離高斯分布的程度[11]。有研究報(bào)道DKI能有效評估膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后[12]，以及區(qū)分低級別膠質(zhì)瘤(low grade glioma,LGG)與高級別膠質(zhì)瘤(high grade glioma,HGG)[13]。神經(jīng)突方向離散與密度成像(neurite orientation dispersion and density imaging,NODDI)將組織分成神經(jīng)突內(nèi)、神經(jīng)突外和腦脊液三個(gè)隔室，能夠反映更接近真實(shí)情況的水分子彌散[14]。NODDI已在評估膠質(zhì)瘤所致白質(zhì)損傷、病理分級以及分子分型中初步應(yīng)用[15-17]。標(biāo)準(zhǔn)成像模型(standard model imaging,SMI)是由Novikov等[18]提出的一種多高斯隔室重建模型，它將每個(gè)體素根據(jù)方向分布函數(shù)(orientation distribution function,ODF)劃分為軸突、軸突外空間以及腦脊液。SMI已在脫髓鞘[19]、軸突/樹突丟失[20-22]、缺血性腦卒中后的軸突串珠改變[23]、炎癥和水腫[24]中初步應(yīng)用。

以上不同的彌散磁共振重建模型各有優(yōu)勢，能分別從不同的角度評價(jià)由腫瘤分子生物學(xué)行為改變所引起的微觀結(jié)構(gòu)變化。因此，本研究旨在評價(jià)DTI、DKI、NODDI以及SMI模型衍生參數(shù)對膠質(zhì)瘤IDH1基因型的診斷效能，以及評價(jià)不同彌散磁共振重建模型與腫瘤細(xì)胞增殖活性的相關(guān)性。

材料與方法

1.病例資料

回顧性搜集2017年6月-2022年4月間本院經(jīng)手術(shù)切除或穿刺活檢病理證實(shí)的166例膠質(zhì)瘤患者。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①具有術(shù)前完整的影像學(xué)資料，包括常規(guī)磁共振掃描以及彌散磁共振成像；②IDH1基因型明確。經(jīng)篩查，共60例患者被排除，排除標(biāo)準(zhǔn)為：①缺乏術(shù)前彌散磁共振成像或圖像質(zhì)量差(n=28)；②IDH1基因型未明確(n=30)；③病灶絕大部分囊變(n=2)。本研究最終納入106例患者，包括58例IDH1野生型膠質(zhì)瘤和48例IDH1突變型膠質(zhì)瘤。另外由于部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，在研究彌散磁共振評估Ki67部分，最終納入94例患者。本研究已得到本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有患者在接受磁共振檢查前均已簽署知情同意書。

2.檢查方法

所有進(jìn)行后處理的磁共振掃描圖像均使用32通道頭部線圈，在3.0T磁共振掃描儀(Discovery MR750,GE Medical System,Milwaukee,Wisconsin,USA)上獲取。常規(guī)結(jié)構(gòu)相序列掃描參數(shù)如下：T1液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid-attenuated inversion recovery,FLAIR)序列，TR 2992 ms，TE 24 ms，TI 869 ms，激勵(lì)次數(shù)1，矩陣320×320。T2FLAIR序列，TR 8000 ms，TE 160 ms，TI 2100 ms，NEX 1，矩陣256×256。T2快速自旋回波(fast spin echo,FSE)序列，TR 4599 ms，TE 102 ms， NEX 2，矩陣320×224。對比增強(qiáng)T1FSE序列，TR 2009.3 ms，TE 24 ms，NEX 1，矩陣352×256。所有常規(guī)結(jié)構(gòu)相序列均采取橫軸面掃描，并具有相同的視野(field of view,FOV)=240 mm×240 mm，層厚5 mm,層間距1.5 mm。

在注射對比劑前，通過自旋回波平面回波成像(spin-echo echo planar imaging,SE-EPI)獲得磁共振擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)數(shù)據(jù)，在3個(gè)b值(b=0、1250和2500 s/mm2)和25個(gè)非共線梯度方向上進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)：TR 6500 ms，TE 85 ms，NEX 1，矩陣128×128，視野256 mm×256 mm，層厚3 mm，層間距0 mm，掃描時(shí)間5分45秒。另外，DKI的掃描定位與結(jié)構(gòu)相保持一致。

3.磁共振數(shù)據(jù)分析

對采集的原始DKI掃描圖像進(jìn)行頭動(dòng)矯正、渦流矯正、偏置場矯正以及腦組織分割的預(yù)處理操作后，分別進(jìn)行如下不同彌散模型參數(shù)圖的重建：

DTI模型的參數(shù)圖由DKI采集得到的b=0和1250 s/mm2的數(shù)據(jù)計(jì)算得到，該模型基于高斯分布，公式如下：

其中λ為本征值，AD=λ1，RD=(λ2+λ3)/2。提取的參數(shù)包括軸向彌散系數(shù)(axial diffusivity,AD)、平均彌散系數(shù)(mean diffusivity,MD)、徑向彌散系數(shù)(radial diffusivity,RD)、各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)。

DKI模型的參數(shù)圖由b=0、1250和2500 s/mm2的數(shù)據(jù)計(jì)算得到，該模型基于非高斯分布，公式如下：

其中Dapp是表觀彌散系數(shù)，Kapp是表觀彌散峰度。提取的參數(shù)包括軸向彌散峰度(axial kurtosis,AK)、平均彌散峰度(mean kurtosis,MK)、徑向彌散峰度(radial kurtosis,RK)。

NODDI模型的參數(shù)圖由b=0、1250和2500 s/mm2的數(shù)據(jù)計(jì)算得到，該模型基于沃森分布函數(shù)以及高斯分布，公式如下：

S=(1-Viso)(VicSic+(1-Vic)Sec)+VisoSiso

其中S是總信號強(qiáng)度，Viso是腦脊液的體積分?jǐn)?shù)，Vic和Sic是細(xì)胞內(nèi)體積分?jǐn)?shù)和信號強(qiáng)度，Sec是細(xì)胞外信號強(qiáng)度，Siso是腦脊液的信號強(qiáng)度。提取的參數(shù)包括細(xì)胞內(nèi)體積分?jǐn)?shù)(intracellular volume fraction,ICVF)、定向離散指數(shù)(orientation dispersion index,ODI)。

SMI模型的參數(shù)圖由b=0、1250和2500 s/mm2的數(shù)據(jù)計(jì)算得到，該模型基于高斯分布，公式如下：

提取的參數(shù)包括軸突彌散系數(shù)(axonal diffusivity,Da)、軸突外平行軸突方向彌散系數(shù)(extra-axonal parallel diffusivity,De∥)、軸突外垂直軸突方向彌散系數(shù)(extra-axonal perpendicular diffusivity,De⊥)、軸突信號分?jǐn)?shù)(fraction,f)以及軸突外自由水信號分?jǐn)?shù)(free water fraction,fw)。

4.感興趣區(qū)勾畫

使用ITK-SNAP軟件(version 3.8.0,NIH,USA)對所獲取的參數(shù)圖進(jìn)行分析。感興趣區(qū)(region of interest,ROI)的勾畫由一位神經(jīng)影像方向醫(yī)師在不知道病理分級及免疫組化結(jié)果的前提下進(jìn)行，在每例受試者的參數(shù)圖上的腫瘤實(shí)質(zhì)部分放置5～8個(gè)總大小為80～110像素的ROI，其中腫瘤實(shí)質(zhì)部位的判斷參考結(jié)構(gòu)相掃描圖像，并小心避開出血、壞死、囊變及鈣化部分。

5.病理分級及免疫組化

腫瘤的組織學(xué)分類及病理級別根據(jù)WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)分類標(biāo)準(zhǔn)[1]確定。IDH1基因型由下一代測序法或針對IDH1 R132H位點(diǎn)的免疫組化染色方式確定，腫瘤細(xì)胞增殖活性由Ki67標(biāo)記指數(shù)(Ki67 labeling index,Ki67 LI)評估，其被定義為通過免疫組化染色在400×的高倍鏡下觀察染色陽性細(xì)胞計(jì)數(shù)與總細(xì)胞數(shù)的比值。

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS軟件(Version 25.0.0,IBM,Armonk,NY,USA)和 MedCalc軟件(Version 20.100,MedCalc Software,Acaialaan,Ostend,Belgium)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對于不同IDH1基因型膠質(zhì)瘤的分類變量(性別、病灶數(shù)量、強(qiáng)化方式等)，采取卡方檢驗(yàn)或R×C列聯(lián)表比較其差異。對于各彌散磁共振成像衍生參數(shù)，首先根據(jù)Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)判斷其正態(tài)性，然后對符合正態(tài)分布的參數(shù)采取t檢驗(yàn)進(jìn)行組間比較，對不符合正態(tài)分布的參數(shù)采取Mann-WhitneyU檢驗(yàn)進(jìn)行組間比較。使用受試者工作特性(receive operating characteristic,ROC)曲線評價(jià)各參數(shù)對IDH1基因型的診斷能力，曲線下面積(area under curve,AUC)用于評價(jià)診斷效能高低。采用Delong檢驗(yàn)比較不同參數(shù)AUC值之間的差異。對于腫瘤細(xì)胞增殖活性指標(biāo)，采取Spearman相關(guān)分析評價(jià)其與各參數(shù)的相關(guān)性。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.患者一般情況

本研究共納入106例患者，包括58例IDH1野生型膠質(zhì)瘤及48例IDH1突變型膠質(zhì)瘤。由于部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，在評估Ki67時(shí)共納入94例患者，包括31例WHO Ⅱ級、20例WHO Ⅲ級以及43例WHO Ⅳ級患者。不同IDH1基因型膠質(zhì)瘤患者的臨床信息及常規(guī)影像學(xué)表現(xiàn)，包括性別、年齡、病灶數(shù)量、邊緣、壞死以及病理級別見表1，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示年齡(P<0.001)、病灶數(shù)量(P=0.037)、壞死(P=0.003)以及病理級別(P<0.001)在IDH1野生型與突變型膠質(zhì)瘤之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；性別及邊緣在兩組間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1 不同IDH1基因型膠質(zhì)瘤患者的臨床特征及常規(guī)影像學(xué)表現(xiàn) (例)

2.各彌散磁共振成像衍生參數(shù)評估IDH1基因型

各彌散磁共振衍生參數(shù)在不同IDH1基因型膠質(zhì)瘤中的平均值比較及其鑒別診斷AUC值、95%置信區(qū)間(confidence interval,CI)、靈敏度以及特異度分別見表2、3。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示，除De∥外，其他參數(shù)在IDH1野生型(圖1)與IDH1突變型膠質(zhì)瘤(圖2)之間的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；其中IDH1野生型膠質(zhì)瘤的AD、MD、RD、Da、De⊥以及fw值顯著高于IDH1突變型膠質(zhì)瘤，F(xiàn)A、AK、MK、RK、ICVF、ODI以及f值顯著低于IDH1突變型膠質(zhì)瘤。各參數(shù)鑒別診斷IDH1野生型與IDH1突變型膠質(zhì)瘤的AUC值范圍為0.648-0.788，其中f具有最佳的診斷效能，其AUC值為0.788，95%CI為0.702～0.875，靈敏度為70.8%，特異度為75.9%。且f的AUC值顯著高于FA、ODI、Da以及fw(P=0.034、0.035、0.002、0.044)。

圖1 IDH1野生型星形細(xì)胞瘤患者，男，58歲。a) T1增強(qiáng)掃描圖像示病灶實(shí)質(zhì)明顯強(qiáng)化(箭)； b) T2 FLAIR圖像; c) MD圖； d) FA圖； e) MK圖； f) ICVF圖； g) ODI圖； h) Da圖； i) De⊥圖； j) f圖。圖2 IDH1突變型星形細(xì)胞瘤患者，女，35歲。a) T1增強(qiáng)掃描圖像示病灶實(shí)質(zhì)不強(qiáng)化(箭)； b) T2 FLAIR圖像; c) MD圖； d) FA圖； e) MK圖； f) ICVF圖； g) ODI圖； h) Da圖； i) De⊥圖； j) f圖。IDH1野生型膠質(zhì)瘤的MD、Da及De⊥低于IDH1突變型膠質(zhì)瘤，MK、ICVF、ODI及f高于IDH1突變型膠質(zhì)瘤，F(xiàn)A對比不明顯。

表2 IDH1野生型與突變型膠質(zhì)瘤之間的參數(shù)值比較

表3 各參數(shù)對IDH1野生型與突變型膠質(zhì)瘤的鑒別診斷效能

3.在較低級別膠質(zhì)瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤亞組中各彌散磁共振成像衍生參數(shù)的比較

在Ⅱ級和Ⅲ級的較低級別膠質(zhì)瘤(lower grade gliomas,LrGG)亞組中，IDH1野生型膠質(zhì)瘤17例，突變型膠質(zhì)瘤40例；在Ⅳ級的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma,GBM)亞組中，IDH1野生型膠質(zhì)瘤41例，突變型膠質(zhì)瘤8例。各彌散磁共振衍生參數(shù)在LrGG亞組中不同IDH1基因型膠質(zhì)瘤之間的平均值比較及其鑒別診斷IDH1基因型的AUC值、95%CI、靈敏度、特異度分別見表4、5。GBM亞組中不同IDH1基因型膠質(zhì)瘤之間的參數(shù)值比較見表6。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示，在LrGG亞組中，除FA、Da以及De∥外，其他參數(shù)在IDH1野生型與突變型膠質(zhì)瘤之間的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。其鑒別診斷IDH1基因型的AUC值范圍為0.703～0.772(圖3)，其中f具有最佳的鑒別診斷效能，其AUC值為0.772，95%CI為0.629～0.915，靈敏度為77.5%，特異度為70.6%。其AUC值與其他參數(shù)之間的差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。在GBM亞組中，各參數(shù)的組間差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，因而未進(jìn)行后續(xù)的ROC曲線分析。

圖3 各參數(shù)鑒別診斷LrGG亞組中IDH1野生型與突變型膠質(zhì)瘤的ROC曲線。a) DTI各參數(shù)的鑒別診斷ROC曲線; b) DKI各參數(shù)的鑒別診斷ROC曲線; c) NODDI各參數(shù)的鑒別診斷ROC曲線; d) SMI各參數(shù)的鑒別診斷ROC曲線。 圖4 不同病理級別Ki67 LI柱狀圖。隨著病理級別的升高，Ki67 LI顯著升高。

表4 LrGG亞組中IDH1野生型與突變型膠質(zhì)瘤之間的參數(shù)值比較

表5 LrGG亞組中IDH1野生型與突變型膠質(zhì)瘤的鑒別診斷效能

表6 GBM亞組中IDH1野生型與突變型膠質(zhì)瘤之間的參數(shù)值比較

4.彌散磁共振衍生參數(shù)與腫瘤細(xì)胞增殖活性的相關(guān)性

由于部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，本部分共納入94例患者，包括31例WHO Ⅱ級、20例WHO Ⅲ級及43例WHOⅣ級患者。以Ki67 LI代表細(xì)胞增殖活性。在不同病理分級中，Ki67 LI的組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級分別為0.034±0.025、0.203±0.137、0.353±0.191，P<0.001)，隨著病理級別升高，Ki67 LI顯著升高。進(jìn)一步的兩兩組間比較結(jié)果顯示，Ki67 LI在任意兩組病理級別間的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001，圖4)。

各彌散磁共振衍生參數(shù)與Ki67 LI之間的相關(guān)性見表7，r表示斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)，結(jié)果表示AD、MD、RD、Da、De∥、De⊥、fw與Ki67 LI之間呈顯著負(fù)相關(guān)，F(xiàn)A、AK、MK、RK、ICVF、ODI、f與Ki67 LI之間呈顯著正相關(guān)。其中ICVF具有最大的相關(guān)系數(shù)為0.579。

討 論

本研究探討了彌散磁共振的重建模型DTI、DKI、NODDI以及SMI在鑒別IDH1基因型中的診斷效能，結(jié)果表明各模型均能提供有良好預(yù)測效能的參數(shù)，其中SMI模型的f參數(shù)在所有級別或較低級別膠質(zhì)瘤中都表現(xiàn)出最高的診斷效能，但在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中各模型各參數(shù)均未能有效鑒別IDH1基因型。此外，各模型各參數(shù)在評估腫瘤細(xì)胞增殖活性方面均表現(xiàn)出良好的應(yīng)用價(jià)值，其中NODDI模型的ICVF參數(shù)與ki67 LI的相關(guān)系數(shù)最大。

本研究中相較于IDH1野生型膠質(zhì)瘤患者，IDH1突變型患者更年輕，且更常見于較低級別膠質(zhì)瘤中，與既往研究結(jié)果一致[25,26]。IDH1野生型與突變型膠質(zhì)瘤的常規(guī)結(jié)構(gòu)相影像學(xué)表現(xiàn)存在差異，具體為IDH1突變型患者常表現(xiàn)為單發(fā)病灶，更易出現(xiàn)無強(qiáng)化或輕度強(qiáng)化病灶且病灶內(nèi)出現(xiàn)壞死的概率更低。這說明IDH1突變型膠質(zhì)瘤生長速度更慢，微血管相對不豐富。相比之下，IDH1野生型膠質(zhì)瘤結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，腫瘤異質(zhì)性更高，由于腫瘤生長速度快，其更易出現(xiàn)壞死，更豐富的微血管及血腦屏障破壞使得病灶常表現(xiàn)為明顯強(qiáng)化。

既往研究已經(jīng)表明DTI和DKI在鑒別IDH1基因型方面有良好的診斷效能[9,27]。本研究結(jié)果顯示，無論是在所有級別膠質(zhì)瘤還是在LrGG中，IDH1突變型膠質(zhì)瘤的MD顯著高于IDH1野生型膠質(zhì)瘤，MK顯著低于IDH1野生型膠質(zhì)瘤。筆者認(rèn)為IDH1突變型膠質(zhì)瘤由于生長速度更慢，其腫瘤細(xì)胞密度更低，細(xì)胞外間隙更大，因此水分子彌散受限程度相對更輕，用于表示水分子單位時(shí)間內(nèi)平均彌散范圍的MD值更高，而表示水分子彌散受阻礙程度的MK值更低。相反，IDH1野生型膠質(zhì)瘤腫瘤細(xì)胞密度高，細(xì)胞外間隙小，因此水分子彌散受限程度相對更高，其MD值更低，MK值更高。FA只在所有級別膠質(zhì)瘤中顯示出組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但其診斷價(jià)值有限(AUC=0.648)，且在LrGG中并未表現(xiàn)出有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的組間差異，這可能是由腫瘤的高度異質(zhì)性和微環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致的，與既往研究結(jié)果一致[28]。在GBM中，各模型各參數(shù)在鑒別IDH1基因型方面均未表現(xiàn)出可觀的診斷價(jià)值。筆者認(rèn)為這與GBM的分子生物學(xué)行為有關(guān)，GBM絕大多數(shù)表現(xiàn)為IDH1野生型，只有約12%的患者表現(xiàn)為IDH1突變型[29]，這種分布的不均勻性可能是出現(xiàn)此結(jié)果的原因，這提示我們尚需收集大樣本數(shù)據(jù)來驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

基于沃森分布和高斯分布的NODDI模型在膠質(zhì)瘤病理分級中已有初步應(yīng)用，有研究報(bào)道ICVF和ODI可以有效區(qū)分高、低級別膠質(zhì)瘤[30]。此外，Zhao等[16]在對膠質(zhì)瘤患者NODDI與IDH1基因型的相關(guān)性研究中未發(fā)現(xiàn)腫瘤實(shí)質(zhì)部位的ICVF和ODI在不同IDH1基因型分組間存在差異，作者認(rèn)為這可能是樣本量較小所導(dǎo)致的。本研究結(jié)果顯示，無論是在所有級別膠質(zhì)瘤還是LrGG中，IDH1突變型膠質(zhì)瘤的ICVF和ODI值均顯著低于IDH1野生型，且均具有可觀的診斷效能(AUC>0.7)。筆者認(rèn)為IDH1野生型膠質(zhì)瘤的腫瘤細(xì)胞密度更高，白質(zhì)纖維束被破壞，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，因而表示軸突密度的ICVF值更高，表示纖維交叉程度的ODI值更高。

SMI模型是由Novikov等[18]于2018年提出的一種彌散磁共振重建模型，其假設(shè)水分子擴(kuò)散符合高斯分布。其主要衍生參數(shù)有代表軸突內(nèi)水分子彌散能力的Da、分別代表軸突外平行和垂直軸突方向上水分子彌散能力的De∥和De⊥、代表軸突信號分?jǐn)?shù)的f以及代表軸突外自由水信號分?jǐn)?shù)的fw。既往研究表明，De⊥與雙環(huán)已銅草酰二腙中毒導(dǎo)致的脫髓鞘及其恢復(fù)過程中的軸突含水量有高度相關(guān)性，有望成為脫髓鞘和髓鞘再生的生物標(biāo)志物[19]。f與束縛應(yīng)激導(dǎo)致的大鼠海馬樹突狀細(xì)胞丟失關(guān)系密切[22]。Da在細(xì)胞源性水腫，De∥和De⊥在血管源性水腫中也有初步應(yīng)用[24]。本研究結(jié)果顯示，在所有級別膠質(zhì)瘤和LrGG中，IDH1突變型膠質(zhì)瘤的De⊥和fw值顯著高于IDH1野生型膠質(zhì)瘤，f值顯著低于IDH1野生型膠質(zhì)瘤。且f均表現(xiàn)出最高的診斷效能，在所有級別膠質(zhì)瘤中其診斷效能顯著優(yōu)于FA、ODI、Da以及fw。筆者認(rèn)為De⊥和fw的升高意味著軸突外間隙的變大，即腫瘤細(xì)胞密度低，這與IDH1突變型膠質(zhì)瘤的生物學(xué)行為是相符的。相反，De⊥和fw的降低意味著軸突外間隙變小，即腫瘤細(xì)胞密度高，這也與IDH1野生型膠質(zhì)瘤的生物學(xué)行為是相符的。而f代表的是軸突的信號分?jǐn)?shù)，IDH1野生型膠質(zhì)瘤對白質(zhì)纖維束的破壞和病灶微環(huán)境更復(fù)雜，這可能是導(dǎo)致其f值升高的原因。f由于其良好的診斷效能，有望成為LrGG中IDH1基因型鑒別的影像生物標(biāo)志物。

此外，本研究還探討了DTI、DKI、NODDI以及SMI模型各衍生參數(shù)與Ki67 LI之間的相關(guān)性。既往研究顯示，核蛋白Ki67的表達(dá)與細(xì)胞增殖密切相關(guān)，隨著膠質(zhì)瘤級別的升高，腫瘤惡性程度增加，腫瘤細(xì)胞增殖活躍，Ki67 LI也隨之升高[4,31,32]，這與本研究結(jié)果一致。既往王寧等[33]在磁共振動(dòng)態(tài)對比增強(qiáng)掃描(dynamic contrast enhanced,DCE)與Ki67 LI的相關(guān)性研究中發(fā)現(xiàn)DCE-MRI定量參數(shù)均可評估膠質(zhì)瘤病理分級且與Ki67 LI顯著相關(guān)，可作為術(shù)前評估膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖程度的指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示，MD、Da、De∥、De⊥、fw與Ki67 LI之間呈顯著負(fù)相關(guān)，F(xiàn)A、MK、ICVF、ODI、f與Ki67 LI之間呈顯著正相關(guān)。Ki67 LI越高意味著腫瘤細(xì)胞增值越活躍，細(xì)胞密度變大，細(xì)胞外間隙變小，水分子的彌散越受限，因而MD、Da、De∥、De⊥以及fw值越低，表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。而隨著腫瘤細(xì)胞增殖的活躍，許多惡性生物學(xué)行為如出血壞死等所造成的腫瘤結(jié)構(gòu)和微環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致了FA、MK、ICVF、ODI以及f值升高，即表現(xiàn)為正相關(guān)。其中ICVF的相關(guān)系數(shù)最高表明其有望在術(shù)前無創(chuàng)預(yù)測膠質(zhì)瘤的細(xì)胞增殖活性。

本研究存在以下局限性：首先，未充分考慮到膠質(zhì)瘤腫瘤異質(zhì)性高的特點(diǎn)，將ROI放置在腫瘤實(shí)質(zhì)的方法雖然能有效避開出血、壞死、鈣化，但并不能代表病灶的整體；其次，病例數(shù)較少，尤其是IDH1突變型的GBM，后續(xù)仍需收集更多的病例以提高結(jié)果的可信度和準(zhǔn)確性；最后，ROI區(qū)域與供組織病理和IDH1基因型檢測的病灶組織存在一定的不匹配，影像學(xué)指標(biāo)與組織病理結(jié)果及分子分型無法精確對應(yīng)。

綜上所述，彌散磁共振成像的重建模型DTI、DKI、NODDI以及SMI在評估膠質(zhì)瘤IDH1基因型和腫瘤細(xì)胞增殖活性方面均表現(xiàn)出良好的效能，其中SMI模型的f參數(shù)顯著優(yōu)于其他參數(shù)。這些參數(shù)可作為影像標(biāo)志物反映因病理級別不同和分子生物學(xué)行為改變所引起的腫瘤微環(huán)境變化，有助于預(yù)后評估和臨床決策的制定。