浅论脑胶质瘤术前30T磁共振弥散张量成像分级

1、浅论脑胶质瘤术前30T磁共振弥散张量成像分级 作者简介李子孝(1978),男,福建福州人,硕士,医师。研究方向:功能影像在神经系统疾病中的应用。E-mail: 参考文献1Wu J, Dai JP, Jiang T, et al. Diffusion tensor MR imaging of glio-blastoma multiforme. Chin J Med Imaging Technol, 2008,24(7):992-995?吴静,戴建平,江涛,等.多形性胶质母细胞瘤MR弥散张量成像应用研究.中国医学影像技术,2008,24(7):992-9952Lu H, Ma L, Xu X, e

2、t al. Preliminary study of diffusion tensorimaging and fiber tractography in diffuse gliomas at 3?0T MRI.Chin J Med Imaging Technol, 2007,23(8):1139-1142?陆虹,马林,徐贤,等.弥漫性胶质瘤3?0T磁共振扩散张量成像及纤维束成像的初步研究.中国医学影像技术,2007,23(8):1139-1142?脑胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发性肿瘤,手术后可辅以放疗和化疗等综合治疗手段,但高级别胶质瘤如胶质母细胞瘤患者的预后仍非常差1。术前正确评价脑胶质

3、瘤级别有助于优化治疗方案和预测患者的预后。弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是一种基于单位体素内水分子各向异性弥散状态的成像技术,可反映单位体素内微观的组织构筑情况,间接提示组织内细胞的密度2。目前已有较多研究表明弥散加权成像或DTI可在术图1ADC和FA值的测量方法ADC(A)、FA(B)和DWI图(C)之间进行图像配准后,测量各感兴趣区的值(圆圈:瘤实体区)图2不同级别脑胶质瘤ADC和FA图像特点第1列为ADC图,第2列为FA图,第3列为DWI图;第1行为低级别胶质瘤(AC),第2行为间变性胶质瘤(DF),第3行为胶质母细胞瘤(GI)前对脑胶质瘤进行

4、分级3。本研究探讨3?0T DTI的表观弥散系数(appar-ent diffusion coefficient, ADC)和部分各向异性参数(fractional anisotro-py, FA)在脑胶质瘤术前分级中的应用价值,观察DTI参数如ADC或FA值在术前区分不同级别脑胶质瘤的作用。1资料与方法1?1一般资料2004年10月2006年10月首都医科大学北京天坛医院胶质瘤治疗中心收治的经病理证实的脑胶质瘤患者104例,男72例,女32例,年龄1773岁,平均43岁;均接受常规T1WI、T2WI和DTI检查。1?2 DTI检查采用Siemens Trio3?0T MR扫描仪,梯度场40

5、mT/m,切换率200 T/(m?s)。使用弥散敏感单次激发回波平面成像序列进行轴位扫描。扫描参数:TR/TE 6400 ms/103 ms,FOV 230 mm230 mm,在相位编码方向上重复取样率为100%,矩阵256256,层厚3?5 mm,无间隔,体素大小1?5 mm1?2 mm3?5 mm。采用AC-PC定位线总计获取40层图像,覆盖整个大脑半球和脑干;使用2个弥散权重,b值分别为0和1500 s/mm2,在12个方向上分别施加弥散敏感梯度,信号3次平均,采集时间4 min 56 s。1?3图像处理及ADC和FA值的测量扫描完成后,将采集到的DTI原始数据经工作站(Leonardo

6、 syngo 2003A, Sie-mens)提供的DTI分析软件包进行分析。导入原始数据,采用高斯平滑消除采集数据噪声,应用内插方法和平行处理进一步提高图像分辨率。经工作站处理自动计算产生ADC图、FA图和DWI图。各参数图进行图像配准,以DWI显示的高信号区为肿瘤实体区,获取感兴趣区ADC和FA参数的值(图1)。感兴趣区范围为20120个像素单位。1?4统计学分析使用SPSS 11?0统计学软件,采用单因素方差分析LSD检测法分析不同级别脑胶质瘤间ADC和FA值的差异,P0?05为差异有统计学意义。2结果2?1组织病理学结果根据2000年WHO脑肿瘤分类分级标准4,104例幕上脑胶质瘤患者

7、中:WHO级58例,包括星形细胞瘤36例、少枝星形细胞瘤19例、少枝胶质细胞瘤3例;WHO级25例,包括间变性星形细胞瘤10例、间变少枝星形细胞瘤11例、间变少枝胶质细胞瘤4例,WHO级胶质母细胞瘤21例。2?2脑胶质瘤ADC图和FA图表现在ADC图上,与脑白质相比,肿瘤实性成分可表现为高、等、低混杂信号影,瘤内囊变坏死区信号最高,接近于脑脊液信号影,瘤周水肿区呈相对高信号。在FA图上,与脑白质相比,肿瘤实性成分可表现为等和低混杂信号影,瘤内囊变坏死区最低,接近于脑脊液信号影,瘤周水肿区呈相对低信号改变(图2)。2?3脑胶质瘤瘤实体区的ADC和FA值及与WHO不同病理级别的统计学意义WHO级肿

8、瘤ADC值(0?810?20)10-3mm2/s,显著低于级的(1?050?30)10-3mm2/s或级的(1?260?32)10-3mm2/s(P=0?008,P0?001);WHO级肿瘤ADC值显著低于级(P=0?003)。ADC值在WHO、级间差异均有统计学意义,可用于术前预测WHO不同级别的脑胶质瘤。WHO级肿瘤FA值(0?180?06)显著高于级(0?150?06)(P=0?046),WHO级与级(0?150?10)间、级与级间FA值差异无统计学意义。3讨论本研究结果证实,脑胶质瘤实体区的ADC值在WHO、和级间差异均有统计学意义,而FA值仅在WHO和间差异有统计学意义,其他级别间差

9、异无统计学意义,提示ADC值在预测脑胶质瘤级别方面优于FA值。DTI可反映水分子扩散运动方向特征,通常采用ADC定量分析组织微环境中水分子的平均弥散度,反映水分的弥散和弥散受阻的程度;采用弥散各向异性(diffusion anisotro-py),如FA描述水分子在弥散主向量轴上的运动强度5。在人体生理或病理的微环境中,阻碍水分子沿各个方向弥散运动的因素,除细胞内外水分子自身各种组织生化特征(如结合水和自由水)的影响外,还与微观、宏观的组织构筑(如细胞内细胞器、细胞膜、核浆比和细胞密度)有着密切的关系。脑胶质瘤增殖性的组织病理学特征使病变局部的微环境的组织构筑发生宏观变化,使局部水分子的弥散运

10、动发生相应的微观变化。脑胶质瘤组织病理学特点包括瘤细胞数量、细胞异形性程度(胞质和胞核)、核分裂活性及微血管内皮和(或)周细胞增殖、坏死的显著性程度等项。根据组织病理学特点,WHO 2000年神经系统肿瘤分级将脑胶质瘤分为低级别(WHO级)、间变性(WHO级)和胶质母细胞瘤(WHO级)4。与低级别胶质瘤相比,间变性胶质瘤与多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme, GBM)具有更高的细胞增殖比例,常见有丝分裂相6。肿瘤细胞增殖率与肿瘤生长行为密切相关,肿瘤增殖活性可作为肿瘤恶性度的重要指标之一,故术前在活体上通过DTI的ADC或FA等参数的值来预测脑胶质瘤的级别成为可

11、能。本研究结果表明,采用ADC值在术前能明确区分不同级别脑胶质瘤,而FA值仅能区分WHO和脑胶质瘤,提示在术前的脑胶质瘤分级中,ADC值可能更优于FA值。ADC值反映的是体素内水分子的各个方向弥散的平均值,水分子弥散运动明显,则ADC值增高。大多数研究认为低度恶性星形细胞瘤的ADC值显著高于高度恶性星形细胞瘤7-8。组织病理对照研究认为这是由于恶性星形细胞瘤的肿瘤实质部分细胞密度或肿瘤细胞核总面积高于低度恶性星形细胞瘤实质细胞密度所造成的8。也有少数研究发现低度恶性星形细胞瘤的ADC值与高度恶性星形细胞瘤的ADC值差异无统计学意义,认为ADC值不能预测肿瘤的分级情况9,可能与病例数量有关。同时

12、,研究10发现无强化的高、低级别脑胶质瘤间平均弥散值差异有统计学意义,而两者间FA值差异则无统计学意义,提示ADC值更有助于术前对脑胶质瘤分级,尤其在无强化的不同级别胶质瘤中,可为常规MR提供更多补充信息11-12。本研究不同级别脑胶质瘤实体区的ADC值两两间比较差异均有统计学意义,且随着肿瘤级别的增加ADC值逐渐降低。在组织病理上,随着脑胶质瘤级别的增加,肿瘤细胞的数量和密度均增加、核异形性大、多核和巨核细胞构成比和核浆体积比增加,该肿瘤组织病理学特征决定了肿瘤实体微环境中水分子弥散明显受限,ADC值降低。WHO级星形细胞肿瘤实体区FA值高于级和级,在和级间差异有统计学意义。高FA值提示瘤实

13、体组织内部细胞呈相对有序性排列。胶质母细胞瘤(WHO)有“假栅栏样”或“菊团样”结构,有明显的血管和血管内皮增生。有序性的组织构筑可能影响局部微环境中水分子弥散的相对各向异性而提高FA值。肿瘤实体区组织的血管或微循环可能影响FA或MD值。Beppu等13对31例星形细胞肿瘤行DTI检查测量FA值,通过CT立体定向活检对FA进行统计,评价肿瘤组织的细胞构成和血管分布,发现肿瘤组织的FA与细胞构成和血管分布呈正相关。上述研究均提示脑胶质瘤的弥散各向异性机制可能是复杂的。脑胶质瘤比正常脑实质具有更低的FA值,可能是由于肿瘤细胞对白质的侵袭,导致白质的各向异性下降;而脑胶质瘤FA值不仅与上述因素有关,

14、还与肿瘤细胞内和细胞外的水分子弥散的各向异性相关,同时可能与肿瘤发生区域的正常白质的FA值具有相关性10。肿瘤囊变或坏死能分别降低和提高ADC与FA值13。本研究采用3?0T高场强的MR扫描仪,有助于细微观察病变结构,将囊变或坏死从瘤实体区区分开来14。在DWI图上,瘤实体区表现为相对高的信号、囊变和坏死显示为相对低的信号,在ADC图上,瘤实体区表现为相对低的信号、囊变和坏死显示为接近脑脊液的高信号。本研究采用ADC、FA和DWI参数图像相互配准,精确定位,降低囊变和坏死的干扰效应,从某种程度上降低数据的误差。本研究具有部分局限性。首先,因为脑胶质瘤实体感兴趣区的选择和肿瘤本身的组织异质性特点

15、使选择存在偏差,但大样本可能克服这些选择性的偏差;第二,本研究未对ADC和FA值与肿瘤感兴趣区的组织病理学特征进行相关性分析,无法客观评价两者的相关性,仅限于结合DTI原理而进行的推理评价。DTI获得的脑胶质瘤实体区ADC和FA的值能在术前区分不同级别的脑胶质瘤,尤其ADC值可更好地作为术前脑胶质瘤分级的评价工具,将有助于术前优化脑胶质瘤患者的治疗方案和判断预后。摘要目的探讨3?0T磁共振弥散张量成像(DTI)的表观弥散系数(ADC)和部分各向异性(FA)参数在脑胶质瘤术前分级中的应用价值。方法回顾性分析104例术后组织病理学证实为脑胶质瘤患者的DTI、ADC和FA参数图,测量瘤实体感兴趣区的ADC和FA值,并与WHO分级进行比较。结果104例幕上脑胶质瘤患者中:WHO级58例,级25例,级21例。级的ADC值(0?810?20)10-3mm2/s显著低于