朱敏 邓克学 邱俊 刘钰婵

脑胶质瘤是成人颅内最常见的恶性原发性中枢神经系统肿瘤，呈侵袭性生长，根据2016年世界卫生组织(WHO)的标准可分为四个等级,Ⅰ、Ⅱ级为低级别胶质瘤，Ⅲ、Ⅳ级为高级别胶质瘤[1]。胶质瘤病人的术前分级对临床决策、疗效及预后评估尤为重要。从影像学检查来看，肿瘤可分为瘤体区和瘤周水肿区，瘤周水肿区是侵袭性肿瘤细胞和血管生成性水肿的组合[2]。常规形态学MRI对瘤周水肿是否有肿瘤浸润的评估有限，高级别胶质瘤的范围往往超出了强化区域，常规MRI很难完全判断胶质瘤的侵袭性。Ki-67是反应肿瘤增殖的标志物，在许多肿瘤的研究中显示与预后有关。本研究通过分析胶质瘤瘤体区及瘤周水肿区IVIM参数，并讨论其与Ki-67标记指数的相关性，了解IVIM技术对胶质瘤分级诊断价值。

对象与方法

一、对象

2019年4月～2020年12月我院收治的脑胶质瘤病人51例，男27例，女24例，年龄24～76岁，平均年龄(51.8±13.3)岁，术后病理诊断低级别胶质瘤(Ⅱ)9例，高级别胶质瘤(Ⅲ、Ⅳ)42例。纳入标准：(1)病理证实为胶质瘤；(2)术前行MRI平扫、增强、DWI及IVIM检查；(3)瘤周水肿区最大径≥1 cm；(4)适于勾画足够感兴趣区。排除标准：图像质量不佳；无法勾画足够数目感兴趣区。MRI检查与手术之间的最长间隔为12天。本研究经医院伦理委员会审批通过，病人知情同意并签署知情同意书。

二、方法

1.检查方法：51例病人术前采用 Discover GE 750W 3.T MRI行常规MRI平扫及增强、DWI、IVIM-DWI扫描。病人仰卧位，IVIM及增强定位同平扫横断面T1WI序列，扫描范围从颅顶至枕骨大孔，层厚5 mm，层距1.5 mm。 IVIM参数：TR 6 000 ms，TE 84 ms，10个b值分别为20、50、100、200、400、600、800、1 000、1 500、2 000(s/mm2)，扫描时间9分钟20秒。

2.图像处理：将原始图像传至AW4.7后处理工作站，采用MADC软件对数据进行后处理和测量。结合T2 FLAIR和T1增强图像，由两名经验丰富的放射科医生在R0I区域勾画IVIM的ROI(大小20～30 mm2),ROI尽量选择肿瘤实性部分，避开肿瘤内出血、坏死及囊变的区域,同时在对侧正常脑白质区放置同样大小的ROI。依据MRI平扫和增强图像分别选择肿瘤强化实质区以及强化病变周围1 cm内瘤周水肿区为感兴趣区，避开血管、囊变坏死及出血区(图1)。由2名具有5年以上经验的影像医师采用盲法将两个区域分别勾画5个等大圆形 ROI(大小20～30 mm2)，并计算每个区域ADC、D*、D、f的平均值。

1所示区域为强化瘤体区，呈高信号；2所示区域为无强化瘤周水肿区，呈低信号，瘤周水肿感兴趣区勾画在瘤体区周围1 cm内

3.免疫组织化学检查：采用过氧化物酶(S-P)法进行免疫组化染色。使用Olympus微光照相机检测肿瘤的致密区域，在400倍放大镜下观察三个视野。使用Image Proplus5.0软件分析阳性表达率。Ki-67采用envision法染色。根据染色区密度最高的阳性细胞百分比对肿瘤切片进行回顾和量化；所有具有核染色强度的细胞均视为阳性，Ki-67值定义为阳性细胞占计数总细胞的百分比。

三、统计学方法

表1 肿瘤实体区和瘤周水肿的IVIM参数值

表2 各级胶质瘤IVIM参数的Mann-Whitney-Wilcoxon检验

A：胶质瘤瘤体区所有IVIM参数鉴别高低级别胶质瘤的ROC曲线和AUC。B：瘤周水肿区所有IVIM参数鉴别高低级别胶质瘤的ROC曲线和AUC注：ROC：接受者操作特性曲线；AUC：曲线下面积；IVIM：体素内不相干运动；ADC ：表观扩散系数；D ：纯水扩散系数；D* ：假扩散系数；f ：灌注分数

结果

1.IVIM参数在胶质瘤各级别间的差异：Shapiro-Wilk检验显示，瘤体区和瘤周水肿区参数测量值不符合正态分布(P>0.05)。表1为所有参数中位数(下四分位P25，上四分位P75)。表2为Mann-Whitney U检验各组间IVIM参数差异结果。在瘤体区，Ⅱ级ADC值高于Ⅲ级、Ⅳ级，低级别胶质瘤高于高级别；Ⅱ级D值高于Ⅳ级，低级别胶质瘤高于高级别；Ⅱ级、Ⅲ级D*值低于Ⅳ级。Ⅱ级f值低于Ⅳ级。瘤周水肿区域，Ⅲ级ADC值高于Ⅳ级；Ⅱ级胶质瘤D值高于Ⅲ级，Ⅲ级胶质瘤D值低于Ⅳ级；D*值各级别间未见明显差异；Ⅱ级胶质瘤f值低于Ⅳ级； Ⅱ级f值低于Ⅳ级。水肿区诸参数在低、高级别胶质瘤间比较差异无统计学意义(P>0.05)。

2.IVIM参数在肿瘤分级中的诊断价值：采用ROC曲线比较各参数的诊断效能。区分低级别和高级别胶质瘤的瘤体区和瘤周水肿区所有参数的曲线及AUC。见图2。在瘤体区域，ADC、D值及D*表现出较高的AUC、敏感性和特异性(P<0.05)。在瘤周水肿区域，f值显示出最高的AUC(AUC：0.608)，但差异无统计学意义(P>0.05)。

3.IVIM参数与Ki-67的相关性：免疫组织化学方法检测了51例胶质瘤中Ki-67指数的表达，使用Spearman相关分析来评估Ki-67值与各参数之间的相关性。各级别间Ki-67差异有统计学意义(P<0.01)，且级别越高，Ki-67指数表达越高。Ki-67与瘤体区的ADC、D、D*参数相关，其中ADC及D值与Ki-67呈负相关，D*值与Ki-67呈正相关，Ki-67与瘤周水肿诸参数及瘤体区f值无显著相关性。见表3。

表3 肿瘤实体区和瘤周水肿的IVIM参数与Ki-67指数相关性分析

讨论

胶质瘤的细胞密度和新生血管灌注情况是胶质瘤分级的重要影响因素，ADC值和D值代表肿瘤细胞密度及水分子自由扩散[3]。本研究中，瘤体区高级别胶质瘤的ADC值及D值较低级别胶质瘤低，与既往研究结果一致[4-6]，提示随着组织病理级别的增高，肿瘤细胞增殖速度加快，导致细胞密度增大，细胞周围间隙缩小，水分子的扩散运动受限，ADC及D值在低级别及高级别的鉴别诊断中有较高的敏感度及特异度。D*值表示的是由血液微循环导致的假扩散系数。本研究Ⅳ级胶质瘤D*值高于Ⅱ及Ⅲ级，提示肿瘤级别越高，新生血管越多，微循环灌注成分越高，D*值对高低级别胶质瘤鉴别诊断有统计学意义。f值为灌注分数，是体内微循环灌注效应弥散在总体弥散效应中所占比率，反应肿瘤血容量。理论上，肿瘤级别越高，肿瘤血流灌注容量越大，f值越高。本研究中Ⅳ级胶质瘤较Ⅱ级大，但在其他级别间无明显差异，对鉴别高低级别胶质瘤无明显意义，f值与TE存在紧密联系。根据Takaya 等[7]的研究，计算f值的时候要考虑到T2值差异引起的误差。刘天助等[8]和Lin等[9]发现，随着肿瘤级别增高，f值也随之增大。Lin等[10]的实验结果显示，高级别组的f低于低级别组，由于f值易受TE时间、脑脊液和水肿的影响，这可能是本研究中f值在高低级别间无明显差异的原因。

Ki-67被认为是评估细胞增殖、肿瘤行为、治疗反应和预后信息最可靠的方法之一[11]，是评估肿瘤细胞增殖活性的可靠指标Wesseling 等[12]和Chatwin 等[13]研究结果显示，高低级别胶质瘤之间Ki-67表达存在差异。本研究中，Ki-67指数表达存在差异，级别越高，Ki-67指数表达越高。本研究中，Ki-67与肿瘤瘤体区的ADC、D、D*相关，其中ADC及D值与Ki-67呈负相关，可能是随着细胞增殖活性增强，细胞排列紧密，水分子弥散受到限制，ADC及D值相应减小。因此，与KI-67呈负相关。D*值与Ki-67呈正相关，肿瘤增殖活跃，微小血管生成增多，D*值增大。IVIM参数与Ki-67相关性表明，IVIM参数可以为胶质瘤实体瘤区域肿瘤细胞增值的评估提供新的指标。

高级别胶质瘤常伴有瘤周水肿，由正常脑组织、血管生成性水肿，混杂少许浸润的肿瘤细胞组成，也是肿瘤的可能浸润区。胶质瘤最佳的治疗手段是彻底切除肿瘤，特别是切除瘤周水肿区有肿瘤浸润的部位，影响肿瘤全切除及预后，这在肿瘤位于大脑重要功能区域附近，最大限度地切除包括瘤周水肿区浸润肿瘤，同时保护脑功能，具有重要的临床意义[14]。

有研究发现，胶质瘤的级别越高，肿瘤细胞的侵袭性越强，瘤周水肿区的肿瘤细胞越容易迁移[15]。在MRI上对比增强区边缘外的瘤周水肿区有浸润性肿瘤细胞[16]。本研究发现，在瘤周水肿区Ⅲ级的ADC值高于Ⅳ级，Ⅱ级胶质瘤D值高于Ⅲ级，肿瘤级别越高，瘤周水肿越明显，当水肿区浸润异性细胞所致细胞增生不足以补偿血管生成性水肿导致水肿细胞排列疏松，这可能是导致水肿区级别增高ADC值及D值升高的原因。Ⅱ级胶质瘤f值低于Ⅳ级，瘤周水肿区IVIM参数与Ki-67相关性及鉴别高低级别胶质瘤均无统计学意义，瘤周水肿区结构复杂，包括正常脑组织、血管生成性水肿，混杂少许浸润的肿瘤细胞，胶质瘤特征是复杂性和微观结构异质性增加，尤其是高级别胶质瘤或高细胞增殖的胶质瘤[17]，比例较小的浸润细胞导致的细胞密度及灌注差异在IVIM参数表达不足以产生显著差异，这可能是这项研究中不同级别瘤周水肿区高低级别间参数差异不显著原因，还可能与我们的样本量小有关，特别是低级别胶质瘤组例数较少。虽然瘤周水肿区IVIM参数鉴别肿瘤高低级别没有统计学意义，但在不同级别的差异显示出可能的潜在的效用。

血管生成是胶质瘤的另一个标志，而致密的血管新生是胶质瘤病理分型的另一个重要标准。根据组织病理学研究，胶质瘤血管计数越高，胶质瘤等级越高。 灌注参数反映了这些血管特性。研究表明，神经胶质瘤细胞在血管周围积聚并挤压内皮和血管平滑肌细胞，导致血管失调。在胶质瘤的早期阶段，胶质瘤肿瘤细胞穿透现有的血管通道。在胶质瘤的后期，血管生成作为肿瘤细胞侵袭的替代途径。在以前的研究中，IVIM灌注参数描述了有关胶质瘤血液灌注的信息，包括新血管的形成以及预先存在的动静脉血管的失调。IVIM灌注参数值f是体素快速扩散部分，也是血流灌注部分的容积分数，即理论上，高级别胶质瘤应该比低级别胶质瘤具有更高的肿瘤血管灌注和更高的f值。 这与本研究一致，其中高级别胶质瘤的部分注射f值显着高于低级别胶质瘤。 以往的研究表明，高级别和低级别胶质瘤的f值不同，有的高级别的胶质瘤的f值较低级别胶质瘤高，有的则更低。这些相互矛盾的结果可能是由于肿瘤病例的变异性以及IVIM-DWI中回波和TE设置调整有关。IVIM扩散参数D值在诊断高级别胶质瘤和低级别胶质瘤的诊断性能优于ADC值，高级别胶质瘤和低级别胶质瘤的ADC值差异具有统计学意义。我们发现扩散参数的D值在诊断高级别和低级别胶质瘤方面比正常的ADC值更有价值。IVIM注射参数的D*值诊断效率低，这与肿瘤D*图中的D*值散布较大有关，这可能是由于肿瘤的高度异质性。f值诊断效能一般，这是因为许多因素会影响f值。

本研究有以下不足：(1)回顾性病例选择及ROI勾画的主观性可能影响参数；(2)缺乏瘤周水肿的组织学检查及新生血管等病理信息；(3)相对较小的样本量。

综上所述，瘤体区IVIM有定量反映脑胶质瘤水分子扩散、灌注情况的优点，ADC、D及D*值可作为高、低级别胶质瘤分级的参考依据。虽然瘤周水肿区IVIM参数鉴别肿瘤高低级别没有统计学意义，但在不同级别间的差异显示出可能的潜在的效用。IVIM技术尚未常规应用于临床工作中，其关于胶质瘤诊断及评估方面的价值仍需更多研究支持。