體素內(nèi)不相干運動模型參數(shù)在腦膠質(zhì)瘤分級診斷及腫瘤細胞增殖活性評估中的應用

張廣鳳 李華峰 周健 馬小明 金淼 孟鑫

(1深圳市第三人民醫(yī)院放射科,廣東 深圳 518112;2深圳大學附屬華南醫(yī)院內(nèi)分泌與代謝病科;齊齊哈爾醫(yī)學院附屬第三醫(yī)院 3磁共振科;4超聲科)

腦膠質(zhì)瘤在顱內(nèi)惡性腫瘤中占比35.26%～60.96%,且惡性程度極高,文獻報道病死率在年齡≤34和35～54歲的人群中分別居于惡性腫瘤第2位和第3位〔1～2〕。根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)分級標準,腦膠質(zhì)瘤共分為Ⅰ～Ⅳ級,其中低級別腦膠質(zhì)瘤(LGG)為Ⅰ～Ⅱ級,高級別膠質(zhì)瘤(HGG)為Ⅲ～Ⅳ級,不同級別腦膠質(zhì)瘤手術(shù)治療效果差異顯著,因此術(shù)前準確判斷腫瘤級別是提升療效的關(guān)鍵〔3〕。影像學檢查是腦膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷和分級重要參考依據(jù),其中磁共振成像(MRI)具有多序列、多參數(shù)和多模式成像特征,近年來有研究表明體素內(nèi)不相干運動成像(IVIM)可通過定量分析組織灌注水平為腦膠質(zhì)瘤診斷、分級和預后評估提供參考依據(jù)〔4,5〕。Ki-67標記指數(shù)(Ki-67LI)為腫瘤細胞核抗原,可作為評估細胞增殖活性的重要標志物,文獻報道與ki-67LI腦膠質(zhì)瘤分級有關(guān),HGG組Ki-67LI高于LGG組〔6〕。本研究主要分析腦膠質(zhì)瘤IVIM參數(shù)及其與Ki-67LI的關(guān)系,為腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級診斷和腫瘤細胞增殖活性評估提供更多循證醫(yī)學證據(jù)。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2016年12月至2019年5月深圳市第三人民醫(yī)院經(jīng)手術(shù)病理證實的42例腦膠質(zhì)瘤患者臨床資料為樣本進行回顧性分析,其中男性22例、女20例;年齡25～83歲,平均(53.29±12.07),根據(jù)WHO分級標準〔3〕,Ⅱ級20例、Ⅲ級12例、Ⅳ級10例。納入標準:①患者MRI檢查前均未接受任何抗腫瘤治療;②均于MRI檢查后2 w內(nèi)完成手術(shù)治療,并對腫瘤標本進行組織病理學診斷和免疫組化分析,獲得膠質(zhì)瘤Ki-67LI。排除標準:①MRI檢查圖像存在明顯運動偽影,無法完成診斷和評估;②合并急性感染等其他影響機體代謝的病變。

1.2數(shù)據(jù)采集 囑患者仰臥平躺,固定頭部并以橡膠堵塞雙耳,采用discovery 750W 3.0 T MRI掃描儀(美國GE公司)首先進行常規(guī)掃描,T1加權(quán)成像(T1WI)采用軸位液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(FLAIR)序列,參數(shù)設(shè)置為重復時間(TR)2 004 ms、回波時間(TE)22.4 ms、 層厚5 mm、層間距1 mm,視野240 mm×192 mm,矩陣320×224。T2加權(quán)成像(T2WI)采用軸位基于快速自旋回波(FSE)的周期性旋轉(zhuǎn)重疊平行線采集和增強重建技術(shù)(PROPELLER)序列,參數(shù)設(shè)置為TR 6 656 ms、TE 105 ms、層厚4 mm、層間距1 mm,視野240 mm×240 mm,矩陣288×224。IVIM掃描采用自旋回波-平面回波(SE/EPI)序列,參數(shù)設(shè)置為TR 4 500 ms、TE 100 ms、層厚4 mm、層間距1 mm、視野240 mm×240 mm,矩陣160×160,b值分別取0、10、20、30、50、100、150、200、400、800、1 200、2 000和3 000 s/mm2,相對應的激勵次數(shù)分別為2、1、2、1、1、1、1、1、1、2、2、3、3、5和6。將掃描結(jié)果導入GEAW 4.6后處理工作站,采用Functool MADC軟件分析IVIM-彌散加權(quán)成像(DWI),采用雙指數(shù)模型軟件活得真性水分子擴散系數(shù)(D)圖和微循環(huán)灌注系數(shù)(D*)圖,選取b值=1 000 s/mm2時,DWI圖像信號最高,且表觀彌散系數(shù)(ADC)圖像信號最低處為感興趣區(qū)域(ROI),測量D、D*和灌注分數(shù)(f),每個病灶均由兩名高年資神經(jīng)放射學醫(yī)師分別測量后取均值。

1.3數(shù)據(jù)分析 根據(jù)WHO腫瘤分級標準〔3〕,比較LGG組和HGG組、D、D*、f和Ki-67LI等定量參數(shù),分析D、D*和f與Ki-67 LI的相關(guān)性及其對腦膠質(zhì)瘤分級的診斷價值。

1.4統(tǒng)計學方法 應用SPSS22.0軟件進行χ2檢驗、Kolmogorov-Smirnov檢驗、獨立樣本t檢驗、Mann-WhitneyU檢驗、采用Pearson積差系數(shù)分析D、D*和f與Ki-67 LI的相關(guān)性,作受試者工作特征(ROC)曲線并計算曲線下面積(AUC)分析D、D*和f對膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的診斷價值。

2 結(jié) 果

2.1不同級別腦膠質(zhì)瘤MRI常規(guī)掃描結(jié)果比較 HGG組囊性壞死、占位效應和不均勻強化占比均高于LGG組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表1。

表1 不同級別腦膠質(zhì)瘤MRI常規(guī)掃描結(jié)果比較〔n(%)〕

2.2不同級別腦膠質(zhì)瘤D、D*和f和Ki-67LI比較 HGG組D*、f和Ki-67LI均高于LGG組,D低于LGG組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表2。

表2 不同級別腦膠質(zhì)瘤D、D*和f和Ki-67LI比較

2.3腦膠質(zhì)瘤患者D、D*和f與Ki-67LI相關(guān)性 Pearson積差系數(shù)分析顯示D與Ki-67LI無顯著相關(guān)性(r=0.214,P=0.174),D*和f與Ki-67 LI呈明顯正相關(guān)(r=0.694、0.809,均P<0.001),見圖1。

圖1 腦膠質(zhì)瘤患者D、D*和f與Ki-67LI相關(guān)性

2.4D、D*、f和Ki-67LI對腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的診斷價值分析 IVIM參數(shù)D、D*和f對腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級均具有良好參考價值,其中D*特異度最高,f敏感度最高,較D均具有一定優(yōu)勢,采用D、D*和f進行聯(lián)合診斷可明顯提升診斷價值。見表3、圖2。

表3 D、D*、f和Ki-67LI對腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的診斷價值

圖2 D、D*、f和Ki-67LI對腦膠質(zhì)瘤進行術(shù)前分級診斷的ROC曲線

3 討 論

隨著MRI檢查設(shè)備和技術(shù)不斷改進,在疾病診斷中的應用價值已逐漸從解剖形態(tài)觀察發(fā)展為功能性定量分析,目前常用技術(shù)磁敏感加權(quán)成像(SWI)、三維動脈自旋標記(3D-ASL)及IVIM等通過對掃描數(shù)據(jù)進行處理,均可準確病變組織血流灌注信息和代謝特征〔7～9〕。腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級對治療方案選擇和預后評估極為重要,既往研究表明,腫瘤微觀結(jié)構(gòu)和血管分布是影響腦膠質(zhì)瘤惡性程度的關(guān)鍵〔10〕,因此采用MRI功能成像技術(shù)測量腫瘤組織擴散和灌注參數(shù)可為評估腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級提供參考依據(jù)。

IVIM是在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展形成的MRI功能成像技術(shù),其理論基礎(chǔ)為機體組織水分子擴散狀態(tài)除與水分子運動密切相關(guān)外,還受血液流動影響,常規(guī)DWI無法對兩者進行有效區(qū)別〔11〕。1986年Le Bihan等〔12〕首次提出VIM概念,通過測量多個b值時信號強度并建立雙指數(shù)模型對細胞內(nèi)水分子擴散運動情況和組織血流灌注水平分別進行評估,常用參數(shù)為D、D*和f,其中D主要反映組織細胞內(nèi)水分子擴散運動速度,為慢擴散系數(shù),D*代表組織細胞微灌注水平,稱為快擴散系數(shù),f為D*的體積分數(shù),稱為灌注分數(shù),通常也用來反映組織細胞灌注信息〔13〕。本研究結(jié)果顯示,HGG組D*和f明顯高于LGG組,D明顯低于LGG組,與張晶等〔14〕報道結(jié)果相一致,但Togao等〔15〕研究認為HGG患者D、D*和f均明顯高于LGG患者,可見不同研究結(jié)果存在一定差異,其原因可能與b值選擇有關(guān),此外腫瘤組織水腫或壞死等影響細胞分布的因素也可對D值造成影響,所以圖像處理過程中需要精確選擇ROI,目前普遍認為b=1 000 s/mm2時,DWI信號最高,且ADC圖像信號最低處腫瘤惡性程度最高,因此選擇該部位為ROI可有效減少D值測量誤差。此外有研究認為D*值容易受心動周期〔16〕和CO2濃度〔17〕等因素影響,因此如何準確測量D、D*和f值還需要開展更多臨床試驗,探討相對穩(wěn)定和規(guī)范的檢測條件,以提升其臨床應用價值。

Ki-67是與細胞周期密切相關(guān)的核蛋白,只能在細胞周期的G1、S、G2和M期被檢測到,可作為反映細胞增殖和生長的組織病理學指標〔18〕。Ki-67LI為Ki-67表達陽性腫瘤細胞核在所有腫瘤細胞核中所占百分比,對評估腫瘤細胞增殖活性具有重要參考價值,既往研究表明Ki-67LI與膠質(zhì)細胞瘤的惡性分級及預后呈正相關(guān)性〔19〕。本研究結(jié)果顯示腦膠質(zhì)瘤患者D*和f均與Ki-67LI存在明顯正相關(guān)性,分析認為HGG惡性程度較高,腫瘤細胞快速增殖,因此對血液灌注水平需要較高,而D*和f均可準確反映微灌注信息,因此隨著腦膠質(zhì)瘤惡性程度增加,腫瘤細胞增殖活性升高,D*、f和Ki-67LI均隨之增加,因此檢測腦膠質(zhì)瘤IVIM模型參數(shù)也可反映腫瘤細胞增殖活性,且較Ki-67LI檢查具有便捷、無創(chuàng)和可重復性良好等優(yōu)勢,用于腦膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷具有重要意義。本研究結(jié)果表明,術(shù)前采用MRI檢查并測量IVIM模型參數(shù)D、D*和f值可為腦膠質(zhì)瘤分級提供有效參考信息,對合理選擇治療方案和改善患者預后具有重要意義。

綜上所述,腦膠質(zhì)瘤IVIM模型參數(shù)D、D*和f值可用于反映腫瘤組織內(nèi)水分子擴散運動狀態(tài)和血流灌注水平,對術(shù)前腫瘤細胞增殖活性評估和惡性程度分級具有良好參考價值。本研究不足之處為樣本容量較小,可能導致結(jié)果存在一定偏倚,同時由于D、D*和f測量結(jié)果受患者自身狀態(tài)和檢查環(huán)境等因素影響,因此結(jié)果可靠性還有待證實,后續(xù)將通過控制變量,對IVIM成像環(huán)境和b值等相關(guān)參數(shù)進行分析,探討獲得穩(wěn)定結(jié)果的條件,為臨床推廣應用提供更多循證醫(yī)學證據(jù)。