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磁共振扩散加权成像评估脑胶质瘤级别的应用价值

2020-12-01 260 上传者：管理员

摘要：目的：探究扩散加权成像(DWI)联合波谱成像技术(MRS)在评估胶质瘤等级中的临床应用价值。方法：回顾性分析自2017年1月至2020年8月就诊于大连大学附属新华医院的103例脑胶质瘤患者的临床资料。根据WHO中枢神经系统肿瘤分类,将病例分为两组:低级别胶质瘤(LGG)组(54例)和高级别胶质瘤(HGG)组(49例)。比较两组术前的磁共振检查结果中扩散系数(ADC),相对扩散系数(rADC))、胆碱(Cho)、肌酸(Cr)和N-乙醇天门东氨酸(NAA)的差异性。结果：HGG组和LGG组中,ADC的比值分别为(1.51±0.47)×10-3mm2/s和(1.37±0.29)×10-3mm2/s(P<0.01);rADC比值分别为(1.87±0.49)×10-3mm2/s和(1.66±0.37)×10-3mm2/s(P<0.01);Cho/Cr的比值分别为2.21±0.46和4.02±0.48(P<0.01);Cho/NAA的比值分别为2.19±0.41和4.21±0.58(P<0.01);NAA/Cr的比值分别为0.81±0.22和0.47±0.11(P<0.01)。受试者工作特征曲线(ROC)结果显示ADC、rADC、Cho/Cr、Cho/NAA和NAA/Cr的曲线下面积分别为0.750、0.842、0.766、0.801及0.751,差异均有统计学意义。结论：DWI及MRS在术前评估脑胶质瘤级别方面具有很高的应用价值,弥补了MRI常规序列的不足,对临床医生诊疗方案的制定起指导作用。

关键词：
磁共振成像
磁共振波谱学
神经上皮
肿瘤
肿瘤诊断
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胶质瘤是最常见的颅内原发恶性肿瘤,根据2016年WHO分级标准,胶质瘤可以分为Ⅰ～Ⅳ级[1,2]。Ⅰ～Ⅱ级的胶质瘤预后相对良好,称之为低级别胶质瘤(LGG),Ⅲ～Ⅳ级的胶质瘤预后较差,称之为高级别胶质瘤(HGG)。因此,准确判断胶质瘤等级及其恶性程度,对胶质瘤治疗方案的制定具有很大指导作用[3,4]。DWI技术于20世纪90年代即成熟应用于神经系统,它可以通过对比不同组织中水分子运动情况进行影像学成像,反映组织内水分子的扩散情况,广泛应用于脑血管病的早期诊断[5],MRS可以检测组织内的特殊代谢产物的代谢水平,在各种肿瘤疾病的鉴别诊断中发挥着重要作用[6]。本研究旨在探讨DWI和MRS在胶质瘤分级诊断方面的临床应用价值。

1、资料与方法

1.1一般资料

回顾性分析2017年1月至2020年8在我院神经外科接受手术病理证实的103例胶质瘤患者的临床和影像资料。纳入标准:(1)接受常规MRI、DWI及MRS扫描;(2)既往无神经系统相关疾病史(脑炎、颅脑外伤、卒中、放化疗等);(3)病理诊断符合2016年WHO中枢神经系统肿瘤中胶质瘤的相关诊断标准;(4)家属知情同意。排除标准:(1)合并其他中枢神经系统肿瘤;(2)临床资料不完整者。

1.2影像学资料

MRI为美国GE3.0T磁共振成像设备。患者接受常规MRI扫描(T1W1、T2WI、T2FLAIR)、DWI和MRS序列的扫描。DWI扫描参数为TR/TE4500ms/70ms,视野240×240,矩阵128×128,层厚为6mm,间距0.5mm,扫描层数20层,弥散敏感系数为0s/mm2及1000s/mm2。进行MRS扫描时,取肿瘤最大层面为MRS的兴趣区(ROI)并尽可能避免肿瘤的坏死、钙化等影响检测结果的区域,ROI区域的直径以(1.0±0.2)cm为宜。rADC值=肿瘤实质区域ADC值/健侧镜像正常脑组织ADC值。最后进行MRI增强扫描。由两名影像科副主任医师采用双盲法对患者所有影像结果进行评估,图像处理软件为GEADW软件工作站,当两名医师所得结论不一致时,需进行充分讨论后得出结论。

1.3统计学方法

所有数据采用SPSS20.0进行分析,连续变量以均数±标准差(x±s)表示,正态分布资料组间比较采用t检验或方差分析;分类数据采用百分比表示,组间比较采用卡方检验。采用ROC曲线分析DWI及MRS鉴别胶质瘤级别的敏感度和特异度。P<0.05为差异有统计学意义。

2、结果

2.1两组一般资料比较

103例胶质瘤患者中,男性55例(53.4%),女性48例(46.6%);年龄25～78岁,平均(43.8±10.3)岁。LGG54例(52.4%),HGG49例(47.6%),两组性别及年龄差异无统计学意义(P>0.05),见表1。

表1两组一般资料比较

2.2两组ADC和rADC值比较

LGG组肿瘤组织ADC值和rADC值低于HGG组(P<0.01),见表2。

表2两组ADC和rADC值比较

2.3两组各代谢物比值比较

LGG组Cho/Cr、Cho/NAA比值低于HGG组(均P<0.01);LGG组NAA/Cr高于HGG组(P<0.01),见表3。

表3两组各代谢物比值比较

2.4肿瘤实质ADC值的ROC曲线

利用肿瘤实质ADC值鉴别胶质瘤等级的ROC曲线下面积为0.75,大于0.5,差异有统计学意义。当肿瘤实质ADC值的界值取1.42时,敏感度为89.4%,特异度为75.0%,如图1所示。

图1肿瘤实质ADC值的ROC曲线

2.5rADC值的ROC曲线

利用rADC值鉴别胶质瘤等级的ROC曲线下面积为0.842,大于0.5,差异有统计学意义。当rADC值的界值取1.78时,诊断的敏感度为83.0%,特异度为82.7%,如图2所示。

图2rADC值的ROC曲线

2.6Cho/Cr的ROC曲线

利用Cho/Cr鉴别胶质瘤等级的ROC曲线下面积为0.766,大于0.5,差异有统计学意义。当Cho/Cr的界值取3.09时,敏感度为85.1%,特异度为71.2%,如图3所示。

图3Cho/Cr的ROC曲线

2.7Cho/NAA的ROC曲线

利用Cho/NAA鉴别胶质瘤等级的ROC曲线下面积为0.801,大于0.5,差异有统计学意义。当Cho/NAA界值取3.19时,敏感度为85.1%,特异度为71.2%,如图4所示。

图4Cho/NAAROC曲线

2.8NAA/Cr的ROC曲线

利用NAA/Cr鉴别胶质瘤等级的RCO曲线下面积为0.751,大于0.5,差异有统计学意义。当NAA/Cr的界值取0.63时,敏感度为73.1%,特异度为78.7%,如图5所示。

图5NAA/CrROC曲线

3、讨论

2018年WHO全球癌症统计中枢神经系统肿瘤约占癌症患者的2%,与我国癌症中心统计结果相近。胶质瘤发病率呈逐年上涨和年轻化趋势,这可能与电子设备的普及有关[7]。胶质瘤致残、致死率高。肿瘤高度异质性和极强侵袭性增加了治疗的复杂性。不同级别的胶质瘤患者治疗方案和预后截然不同[8],这也突出了胶质瘤术前肿瘤等级评估的重要性,LGG若被误诊为HGG,患者会接受不必要的放射治疗、化疗等,反之,如果HGG被误诊为LGG,术后未进一步的放疗和化疗,肿瘤将在短时间内复发。

不同级别的胶质瘤MRI影像学特征不一,LGG常呈等或稍长T1、长T2信号,肿瘤边界清楚,占位效应不明显。而HGG常呈不均匀信号,边界不清,占位效应明显,瘤周多有脑水肿[9]。MRI增强扫描能在一定程度区别LGG和HGG,一般来讲,肿瘤等级越高,血管通透性越强,强化越明显。因此增强MRI可术前初步评价胶质瘤等级,但存在一定局限性。

DWI通过探测水分子运动差异,反映人体分子功能和微观组织结构的改变。水分子在不同组织环境中,其扩散能力不同,通过DWI序列检测,进一步处理得到ADC值,ADC值越大,DWI信号越低,反映相应组织内水分子扩散能力越强[10]。如急性脑梗死,常规MRI平扫和CT平扫未显示病灶时,DWI上即可出现高信号区域,提示该区域水分子活动受限,在缺血发生后几分钟内即可出现。LGG恶性程度低,细胞生长缓慢,细胞间间隙大;HGG恶性程度高,细胞生长迅速,细胞间间隙小。因此,与LGG相比,HGGDWI呈高信号,ADC值相对较低。肿瘤的囊变和坏死区域里,ADC值会有不同程度的升高,因此需避开此类区域,以免影响结果[11]。Murakami等[12]认为肿瘤实质区域的rADC能够鉴别不同级别的胶质瘤。在本研究中,我们分别分析了ADC和rADC值用来鉴别LGG和HGG的特异度和敏感度。与HGG相比,LGG实质的ADC值明显偏低。LGG的rADC值也明显低于HGG的rADC值,通过ROC曲线进一步分析显示,以1.42为肿瘤实质ADC分界值时,敏感度为89.4%,特异度为75.0%。当rADC值的界值取1.78时,诊断的敏感度为83.0%,特异度为82.7%。然而鉴于影响ADC值的因素较多,rADC可能更具有实际意义。

在肿瘤发生发展过程中,代谢产物的变化往往早于病理结构的改变,通过检测组织的代谢改变情况能够更早发现肿瘤,因此,检测相关代谢成分进而评估肿瘤的良恶性程度成为了近年来研究的热点。MRS将磁共振成像与波谱技术完美结合,能够无创地对活体组织内部化学成分进行检测。目前最常用的为多体素氢质子磁共振波谱(1H-MRS)技术,通过检测神经递质如Cho、NAA、Cr等产物来反映被检测组织的代谢改变情况。Cho含量与细胞膜的合成密切相关,当检测组织部位增殖速度变快时,其数值升高。Cr参与机体内的能量代谢,其含量通常比较稳定,在肿瘤进展、感染等情况下,通常会有不同程度地下降。NAA是神经元合成过程中的重要代谢产物,正常脑组织的MRS图像中,NAA峰为最高峰,在胶质瘤等中枢神经系统肿瘤中,神经元含量减少甚至丧失,导致NAA峰不同程度地下降[13,14,15,16]。基于以上特征,部分研究者认为Cho/NAA、Cho/Cr,NAA/Cr能用来反映胶质瘤的良恶程度,胡旭磊等[17]认为当以2.40为Cho/Cr分界值时,其诊断HGG和LGG的敏感度为70%,特异度为76.9%;以2.43为Cho/NAA分界值时,敏感度为73.3%,特异度为73.1%;以0.66为NAA/Cr分界值时,敏感度为80.8%,特异度为73.3%。本研究中,低级别胶质瘤组Cho/Cr、Cho/NAA比值分别为2.21±0.46、2.19±0.41,低于高级别组的4.02±0.48、4.21±0.58,差异有统计学意义(均P<0.01);低级别胶质瘤组NAA/Cr为0.81±0.22,高于HGG组的0.47±0.11,差异有统计学意义(P<0.01)。当Cho/Cr界值取2.40时,敏感度为70%,特异度为76.9%;Cho/NAA的界值取2.43时,敏感度为73.3%,特异度为73.1%;NAA/Cr界值取0.63时,敏感度为73.1%,特异度为78.7%。3种代谢物的不同比值均能很好的区别LGG和HGG。我们的研究结果提示DWI和MRS在对胶质瘤进行肿瘤等级评估时,具有一定的参考价值,值得临床推广。

然而,本研究尚存在一定不足之处,由于样本量的限制,本研究未对WHOⅠ～Ⅳ级分别进行分析和讨论,而是根据肿瘤的良恶性程度分为LGG和HGG进行研究,需要进一步扩大样本进行更深入的探讨。此外,本研究未比较DWI、MRS单独或联合区别LGG和HGG的特异度和敏感度,仍需进一步探讨和研究。

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