高b值扩散加权成像对胶质瘤分级的应用价值

1、高b值扩散加权成像对胶质瘤分级的应用价值    【摘要】目的评价高b值MR扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)对胶质瘤分级的应用价值。资料与方法经手术病理证实的36例胶质瘤(高级23例,低级13例)患者行常规MRI和DWI检查,分析其DWI表现。测量低、中、高b值(b=600 s/mm2、1000 s/mm2、3000 s/mm2)DWI图像中不同级别胶质瘤的肿瘤实性区域与对侧相应部位正常脑白质区的信号强度(SI)和表观扩散系数(ADC)值,计算肿瘤与正常区SI的比值即相对信号强度(rSI)和ADC的比值即相对AD

2、C值(rADC)。结果(1)在高b值时, 21例(91. 3% )高级胶质瘤呈高信号,而12例(92. 3% )低级胶质瘤呈低信号。(2)在b值相同时,高级胶质瘤的平均rSI明显高于低级胶质瘤,平均ADC值、平均rADC值明显低于低级胶质瘤,两组之间的差异均有统计学意义(P<0. 0001),其中rSI以及rADC的差异在高b值时更大。(3)对于高级胶质瘤,在高b值与中b值、高b值与低b值比较时平均rSI值以及平均rADC值的差异均有统计学意义(P<0. 0001);对于低级胶质瘤,在高b值与中b值、高b值与低b值比较时平均rSI的差异均有统计学意义(P<0. 0001)。结

3、论高b值DWI较中、低b值DWI对胶质瘤分级更有价值。【关键词】胶质瘤扩散加权成像表观扩散系数磁共振成像胶质瘤是中枢神经系统常见的原发性肿瘤, WHO根据胶质瘤的恶性程度,可将其分为低级(I级)和高级(级)胶质瘤。准确地判断肿瘤的级别对指导临床治疗、判断预后有重要的临床意义。利用扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)对胶质瘤进行定性、定量分析是近年来的研究热点14。目前,常规脑DWI多在中等扩散敏感系数(b=1000 s/mm2)值的条件下进行。随着高性能梯度场MR设备的推广,高b值DWI成为可能。近年来,国外有文献报道高b值DWI对胶质瘤分级更准确5,

4、6。本研究旨在进一步探讨高b值DWI在胶质瘤分级中的应用价值。1资料与方法1. 1临床资料将2009年10月至2010年8月于我院经手术病理证实的胶质瘤患者36例纳入本研究。根据2000年WHO分级标准包括:低级(级)胶质瘤13例,其中星形细胞瘤11例,少突神经胶质瘤2例;高级(III级)胶质瘤23例,其中间变性星形细胞瘤11例,胶质母细胞瘤12例。36例中男19例,女17例,年龄3170岁,平均48. 6岁。主要临床症状包括头昏、头痛、呕吐、运动或感觉障碍,或伴视力下降、语言障碍等。1. 2MRI检查方法采用GE SignaHDxt3. 0 T全身MR扫描系统,头部专用8通道相控阵表面线圈。

5、所有患者均在术前行常规MRI及DWI检查。DWI扫描应用自旋回波-回波平面成像(SE-EPI)序列,分别采用低、中、高b值(b=600 s/mm2、1000 s/mm2、3000 s/mm2)进行扫描。扫描参数:TR 5200 ms,TE 67. 495. 3 ms,扫描层数20层,层厚5 mm,层距1. 5 mm,视野24 cm×24 cm,矩阵160×160,激励次数1或2,扩散方向3,DWI扫描均一次完成。1. 3DWI图像及数据处理分析利用GE ADW 4. 4工作站进行图像后处理,采用Functool分析软件建立表观扩散系数(apparentdiffusion c

6、oefficien,t ADC)图。由两名高年资医师在不知病理结果情况下对3种不同b值DWI中病变信号强度进行评价,以对侧脑白质信号为参照物,分别用高(或稍高)信号、等信号、低信号描述肿瘤信号特点,以经讨论达成的共识意见作为评价结果。测量低、中、高b值DWI图像中不同级别胶质瘤的肿瘤实性区域与对侧相应部位正常脑白质区的信号强度(signal intensity, SI)和ADC值,计算肿瘤与正常区SI的比值即相对信号强度(rSI)和ADC的比值即相对ADC值(rADC)。不同级别胶质瘤组间的肿瘤实性区域的rSI、ADC及rADC值的平均值分别用平均rSI、平均ADC及平均rADC值来表示。感兴

7、趣区(ROI)根据平扫及增强T1-液体衰减反转恢复序列(FLAIR)图像选择病灶实质信号最高的区域,同时避免出血、坏死、钙化等的影响,面积为1025 mm2。同一病例3种不同b值图像中各测量点位置和测量面积尽量保持相同。1. 4统计学处理采用SAS8. 0统计软件对数据进行分析。对于满足正态性检验的两组计量资料的比较采用成组设计的t检验;不满足正态性检验的两组计量资料的比较采用成组设计的Wilcoxon秩和检验;对于满足正态性检验的3组计量资料的比较采用方差分析;不满足正态性检验的3组计量资料的比较采用3个样本比较的kruskal-WallisH检验。胶质瘤级别与rADC值之间的关系用Spea

8、rman秩相关分析。P<0. 05为差异有统计学意义。2结果2. 1不同b值时高级、低级胶质瘤实性部分的信号特点(图14)当b=600 s/mm2时, 23例高级胶质瘤在DWI上全部显示为高信号(图1A、2A); 13例低级胶质瘤中12例(92. 3% )显示为高(或稍高)信号, 1例为等信号(图3A、4A)。以高信号作为高级胶质瘤的诊断标准,诊断高级胶质瘤的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为100%、7. 7%、65. 7%和100%。当b=1000 s/mm2时, 23例高级胶质瘤中, 22例(95. 7% )显示为高信号, 1例为等信号(图1B、2B); 13例低级胶质瘤

9、中, 11例(84. 6% )显示为高(或稍高)信号, 2例为等信号(图3B、4B)。以高信号作为高级胶质瘤的诊断标准,诊断高级胶质瘤的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为95. 6%、15. 4%、66. 7%和66. 7%。当b=3000 s/mm2时, 23例高级胶质瘤中, 21例(91. 3% )显示为高信号, 2例为等信号(图1C、2C); 13例低级胶质瘤中12例(92. 3% )显示为低信号, 1例为稍高信号(图3C、4C)。以高信号作为高级胶质瘤的诊断标准,诊断高级胶质瘤的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为91. 3%、92. 3%、95. 5%和85. 7%

10、。2. 2高级和低级胶质瘤各观测指标的差异高级和低级胶质瘤在相同b值时的平均rSI、平均ADC值以及平均rADC值的比较见表1。无论是低、中或高b值,在b值相同时高级胶质瘤的平均ADC值、平均rADC值均低于低级胶质瘤,两组之间差异均有统计学意义(P值均<0. 0001);高级胶质瘤平均rSI均高于低级胶质瘤(P值均<0. 0001),而平均rADC值均小于低级胶质瘤(P<0. 0001),且在高b值时rSI和rADC值差异最大。高级和低级胶质瘤的平均rSI、平均ADC值以及平均rADC值在不同b值之间的比较见表2。对于高级胶质瘤,高b值与中b值、高b值与低b值比较时平均rS

11、I的差异均有统计学意义(P<0. 0001),而中b值与低b值之间平均rSI的差异无统计学意义(P>0. 05); 3种b值之间两两比较时,其平均ADC值的差异均有统计学意义(P<0. 05);高b值与中b值、高b值与低b值比较时,其平均rADC值的差异均有统计学意义(P<0. 0001),而中b值与低b值之间平均rADC值的差异无统计学意义(P>0. 05)。对于低级胶质瘤,在高b值与中b值、高b值与低b值比较时平均rSI的差异均有统计学意义(P<0. 0001),而中b值与低b值之间平均rSI的差异无统计学意义(P>0. 05); 3种b值之间两两

12、比较时,其平均ADC值的差异均有统计学意义(P<0. 05); 3种b值之间的平均rADC值的差异均无统计学意义(P=0. 0751)。在高b值时,将区分高级胶质瘤和低级胶质瘤rADC值阈值设定为1. 31时,诊断高级胶质瘤的敏感性和特异性分别为96%和100%;在中b值时,将区分高级胶质瘤和低级胶质瘤rADC值阈值设定为1. 39时,诊断高级胶质瘤的敏感性和特异性分别为87%和92%;在低b值时,将区分高级胶质瘤和低级胶质瘤rADC值阈值设定为1. 42时,诊断高级胶质瘤的敏感性和特异性分别为91%和92%。在低、中、高b值时,胶质瘤级别与rADC值之间均呈明显负相关性(r=-0. 5

13、99,P<0. 0001;r=-0. 690,P<0. 0001;r=-0. 731,P<0. 0001),但高b值时r值的绝对值最高。3讨论本研究结果显示,在中、低b值DWI上,绝大部分高级和低级胶质瘤均显示为高信号,虽然两组病变rSI的差异有统计学意义,但肉眼难以判断;随着b值的增高(b=3000 s/mm2),两组病变的表现有明显不同:高级胶质瘤在高b值时绝大多数(91. 3% )仍为高信号,且rSI更高;而低级胶质瘤在高b值时绝大多数(92. 3% )转变为低信号,且rSI更低,与文献报道一致5, 6。b值的高低直接影响DWI检测组织水分子扩散运动的敏感性,如果b值较

14、低, DWI对水分子扩散运动的检测将不够敏感,且容易受T2WI的影响,图像偏重T2WI,即存在所谓的T2透射效应(T2shine-through effect)7。低b值DWI常用于观察速度较快的扩散运动8,而高b值DWI受T2WI的影响相对较小,能更敏感和真实地反映组织水分子的扩散情况,对鉴别扩散受限和“T2透射效应”有重要价值9。在3. 0 T高场强MRI设备上能够实现高b值DWI。因此,对于水分子扩散速度较慢的非囊性病变,高b值DWI更有鉴别价值。本研究表明,在相同b值时高级胶质瘤的平均ADC值明显低于低级胶质瘤,这与季学满等10的报道一致。其机制为:细胞密度是胶质瘤病理分级最重要的决定

15、因素11,细胞密度越高,肿瘤级别越高,高级别胶质瘤的高细胞密度限制了水分子的微观扩散运动11, 12。随着肿瘤恶性程度的增高,瘤细胞数量增加,细胞核多形性明显,细胞外间隙缩小,导致水分子扩散受限加剧,故ADC值降低;另一方面,笔者还发现,无论是高级胶质瘤或是低级胶质瘤,随着b值的增加其平均ADC值明显降低,且低、中、高b值之间的差异均有统计学意义。肿瘤实质区域平均ADC值随b值增加而降低可用双指数信号强度衰减来解释13,无论高级胶质瘤或是低级胶质瘤,在高b值DWI时其平均ADC值最低,这是因为高b值能够更真实地反映病灶组织内的扩散程度5。因此,采用高b值DWI测量ADC值能更准确地对胶质瘤进行

16、分级。本研究将平均rADC值作为其中一个观测指标的目的是消除绝对ADC值的个体差异。笔者发现,高级胶质瘤的平均rADC值随着b值的升高而逐渐降低,而低级胶质瘤平均rADC值随b值增高而增高。究其原因可能与高、低级胶质瘤以及正常脑实质的组织学结构不同,其ADC值随b值增加而减低的幅度不同有关。当采用高b值rADC值在<1. 31时,诊断高级胶质瘤的敏感性和特异性均最高。在3种不同b值中,在高b值时肿瘤实质区域平均rADC值与肿瘤级别的相关性最高,即呈明显负相关,这与Juan等5的报道一致。总之,在高b值DWI上,多数高级胶质瘤显示为高信号,而多数低级胶质瘤显示为低信号,根据高b值DWI信号特点,诊断高、低级胶质瘤的敏感性及特异性最高。结合常规MRI表现,在高b值时测量rSI、ADC及rADC值较在中、低b值时测量对胶质瘤分级更有价值,DWI尤其是高b值的DWI是个重要的补充。参考文献1Higano S,YunX,KumabeT, eta.lMalignantastrocytic tumors: clin-ical importance ofapparentdiffusion coefficient in prediction ofgradeand prognosis.Radiology, 2006, 241: