單指數(shù)、雙指數(shù)、拉伸指數(shù)模型的磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像和擴(kuò)散峰度成像在腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的價(jià)值.pdf

1、背景與目的:
　　 膠質(zhì)瘤是成人最常見(jiàn)的原發(fā)性腦腫瘤，發(fā)病率約為4～7/100000。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WorldHealthOrganization，WHO）2007年的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)將其分為四級(jí)，Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)為低級(jí)別膠質(zhì)瘤，Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)為高級(jí)別膠質(zhì)瘤，級(jí)別越高則惡性程度越高。臨床上針對(duì)不同級(jí)別的膠質(zhì)瘤所采取的治療策略有著很大的不同，故術(shù)前對(duì)于膠質(zhì)瘤級(jí)別的準(zhǔn)確評(píng)估對(duì)于治療方案的選擇有著非常重要的臨床意義。
　　 目前，有多種磁共

2、振技術(shù)可用于高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤的分級(jí)，除了T1加權(quán)成像(T1weightedimaging，T1WI)、T2加權(quán)成像(T2weightedimaging，T2WI)、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluidattenuatedinversionrecovery，F(xiàn)LAIR)成像和基于釓對(duì)比劑(Gd—DTPA)的傳統(tǒng)增強(qiáng)T1WI等常規(guī)磁共振成像方法外，還包括擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusionweightedimaging，DWI)、擴(kuò)散張量成像(diff

3、usiontensorimaging，DTI)、動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比成像(dynamicsusceptibilitycontrast，DSC)、動(dòng)脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記(arterialspinlabeling，ASL)和磁共振波譜(magneticresonancespectroscopy，MRS)等高級(jí)磁共振成像技術(shù)。但是迄今為止，上述磁共振技術(shù)都存在著各自的不足，病理學(xué)檢查依然是決定膠質(zhì)瘤級(jí)別的“金標(biāo)準(zhǔn)”。故探索腦膠質(zhì)瘤分級(jí)的無(wú)創(chuàng)性MRI新方

4、法一直是研究的方向。
　　 DWI是一種利用水分子隨機(jī)和微觀的運(yùn)動(dòng)即布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)活體組織進(jìn)行成像的無(wú)創(chuàng)性磁共振技術(shù)。以前的研究通常采用單指數(shù)模型的磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像和定量的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparentdiffusioncoefficient，ADC)對(duì)膠質(zhì)瘤進(jìn)行分級(jí)。但是由于單指數(shù)模型計(jì)算出來(lái)的ADC值整合了活體組織中擴(kuò)散和灌注的信息，因此其定量準(zhǔn)確性受到活體組織中血管內(nèi)微循環(huán)的影響。近年來(lái)新提出的雙指數(shù)模型的DWI，即體素不相

5、干運(yùn)動(dòng)(intravoxelincoherentmotion，IVIM)成像，可將活體組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散和毛細(xì)血管內(nèi)的微循環(huán)區(qū)別開(kāi)來(lái)，提高了定量測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)也能分別反應(yīng)出組織擴(kuò)散和灌注兩方面的信息;而拉伸指數(shù)模型(stretched-exponentialmodel)可以描述體素內(nèi)擴(kuò)散速率的不均勻性(theheterogeneityofintravoxeldiffusion)和擴(kuò)散分布指數(shù)(distributeddiffusion

6、coefficient，DDC)，從而提供更多的組織生物學(xué)特性方面的信息。
　　 磁共振擴(kuò)散張量成像(diffusiontensorimaging，DTI)是可以在三維空間內(nèi)測(cè)量活體組織中水分子擴(kuò)散的方向和強(qiáng)度的磁共振技術(shù)。DTI生成的參數(shù)主要包括部分各項(xiàng)異性(fractionalanisotropy，F(xiàn)A)和平均擴(kuò)散系數(shù)(meandiffusivity，MD)，它們可以分別測(cè)量水分子擴(kuò)散的方向和強(qiáng)度，從而反應(yīng)腦組織內(nèi)白質(zhì)纖維束

7、完整性等微結(jié)構(gòu)特征。
　　 此前的一些研究曾利用DTI生成的主要參數(shù)FA和MD對(duì)高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤進(jìn)行研究，但得出的結(jié)論并不一致，這可能是由于DTI只能測(cè)量近似于高斯分布的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，不能用于測(cè)量符合非高斯分布的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而微結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的活體生物組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散更接近于非高斯分布。所以，DTI這種擴(kuò)散成像技術(shù)在反應(yīng)生物組織復(fù)雜程度方面可能還不夠準(zhǔn)確。
　　 近年來(lái)，磁共振擴(kuò)散峰度成像(diffusionkur

8、tosisimaging，DKI)作為一種可以提供生物組織內(nèi)非高斯分布水分子擴(kuò)散信息的成像新技術(shù)而出現(xiàn)，它能夠比DTI更加敏感的反應(yīng)組織微環(huán)境的復(fù)雜性。作為DTI技術(shù)的擴(kuò)展，DKI除了可以提供DTI所具有的MD、FA等參數(shù)外，還能夠生成平均峰度(meankurtosis，MK)這一新參數(shù)。
　　 本研究擬通過(guò)采用單指數(shù)、雙指數(shù)、拉伸指數(shù)模型的磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像和磁共振擴(kuò)散峰度成像的方法，研究和對(duì)比它們?cè)诟?、低?jí)別腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的

9、價(jià)值。
　　 材料與方法:
　　 納入2012年4月～2013年2月間在河南省人民醫(yī)院就診并行磁共振檢查的34例腦膠質(zhì)瘤病人，包括19例(56％)高級(jí)別膠質(zhì)瘤病人和15例(44％)低級(jí)別膠質(zhì)瘤病人，其中男性18例，女性16例，年齡36～68歲，平均年齡47歲。
　　 所有病人均在3.0T高場(chǎng)磁共振成像儀(DiscoveryMR750;GeneralElectricMedicalSystems，Milwaukee，

10、Wisconsin)上進(jìn)行掃描并采用8通道頭部線(xiàn)圈(GEMedicalSystem)。對(duì)所有病人進(jìn)行常規(guī)磁共振序列、擴(kuò)散加權(quán)成像和擴(kuò)散峰度成像序列的掃描。
　　 DWI采用單次激發(fā)的平面回波序列(echo-planarsequence，EPI)，從0～5000sec/mm2范圍中選取15個(gè)不同的b值進(jìn)行軸位掃描(0,50,100,150,200,300,400,500,800,1000,1500,2000,2500,3000,4

11、000,5000sec/mm2)，并通過(guò)后處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行單指數(shù)、雙指數(shù)和拉伸指數(shù)模型的計(jì)算。通過(guò)單指數(shù)模型生成標(biāo)準(zhǔn)ADC（ADCstandard）圖。通過(guò)雙指數(shù)模型生成以下三個(gè)參數(shù):假擴(kuò)散系數(shù)（pseudo-diffusioncoefficient，ADCfast）、真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)(truediffusioncoefficient，ADCslow)和灌注分?jǐn)?shù)(fractionofperfusion，f)。水分子擴(kuò)散異質(zhì)性指數(shù)(wa

12、terdiffusionheterogeneityindex，α)和擴(kuò)散分布指數(shù)(distributeddiffusioncoefficient，DDC)由拉伸指數(shù)模型獲得。DKI掃描采用6個(gè)b值(0，500，1000，1500，2000和2500sec/mm2)，每個(gè)b值均為25個(gè)擴(kuò)散編碼方向。利用擴(kuò)散峰度模型除了可以獲得常規(guī)DTI掃描得到的主要參數(shù)FA和MD外，還可以獲得新的參數(shù)MK。
　　 通過(guò)在高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤的實(shí)質(zhì)區(qū)域

13、選取感興趣區(qū)(ROI)來(lái)比較各個(gè)參數(shù)在膠質(zhì)瘤分級(jí)中的價(jià)值。將高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤的各個(gè)參數(shù)分別同對(duì)側(cè)正常表現(xiàn)腦白質(zhì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后再次進(jìn)行對(duì)比。
　　 利用受試者特征曲線(xiàn)(ROC)對(duì)上述各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析。
　　 結(jié)果:
　　 1.高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的ADCstandard、ADCfast、ADCslow、α、DDC和MK值均具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以上各參數(shù)經(jīng)過(guò)與對(duì)側(cè)表現(xiàn)正常的腦白質(zhì)(NAWM)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后依然具有顯著統(tǒng)計(jì)

14、學(xué)意義。
　　 高級(jí)別膠質(zhì)瘤的ADCstandard、ADCslow、α和DDC值低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤，而ADCfast和MK值高于低級(jí)別膠質(zhì)瘤。
　　 在對(duì)高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的分級(jí)中，f、FA和MD值均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以上各參數(shù)經(jīng)過(guò)與對(duì)側(cè)表現(xiàn)正常的腦白質(zhì)(NAWM)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后仍無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　 2.在高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤中，ADCslow值均顯著低于ADCstandard(p＜0.001)。
　　 3.在

15、所有膠質(zhì)瘤病人中，ADCslow和DDC呈明顯正相關(guān)(r=0.842，p＜0.05)，MK和α之間呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.760，p＜0.05)。ADCstandard和DDC之間的Pearson相關(guān)系數(shù)在高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤中分別為:r=0.853和r=0.985(p＜0.05);α和DDC之間的Pearson相關(guān)系數(shù)在高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤中分別r=0.462和r=0.781(p＜0.05)。
　　 4.ROC曲線(xiàn)分析
　　

16、 在對(duì)高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的分級(jí)中，ROC曲線(xiàn)下面積最大的參數(shù)是MK值(0.996)，后面依次是α(0.986)、標(biāo)準(zhǔn)化的MK(0.982)、標(biāo)準(zhǔn)化的α(0.972)、ADCfast(0.968)，標(biāo)準(zhǔn)化的ADCfast(0.947)、標(biāo)準(zhǔn)化的ADCslow(0.930)、ADCslow(0.905)、標(biāo)準(zhǔn)化的ADCstandard(0.888)、ADCfast(0.884)、標(biāo)準(zhǔn)化的DDC(0.870)、ADCstandard(0.86