計(jì)算擴(kuò)散加權(quán)成像對腦腫瘤顯示能力的評估

陳中偉，趙悠帆，葉瓊，張昭，薛英楠，陳勇春，李建策

（溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 放射影像中心，浙江 溫州 325015）

擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion-weighted imaging，DWI）對于腦腫瘤的診斷、治療后評價(jià)等方面具有較高價(jià)值[1-8]，已廣泛應(yīng)用于腦腫瘤的診治過程。常規(guī)顱腦DWI掃描b值取0、1000 s/mm2，而近來已有研究表明高b值DWI能夠鑒別高級別與低級別膠質(zhì)瘤，并能夠有效預(yù)測患者預(yù)后[4]。但基于常規(guī)MR設(shè)備或掃描時(shí)間的限制，存在圖像信噪比（signalnoise ratio，SNR）較低，渦電流圖像失真等問題，直接掃描獲取高b值DWI圖像不能很好地在臨床中應(yīng)用。而計(jì)算擴(kuò)散加權(quán)成像（computed diffusionweighted imaging，cDWI）是一種通過直接采集的2個(gè)或2個(gè)以上的低b值DWI圖像數(shù)據(jù)，應(yīng)用單指數(shù)模型擬合重建獲得任何b值cDWI圖像的方法，能有效地改善或解決直接采集獲取高b值DWI圖像的諸多難題[9-10]。之前cDWI在前列腺癌、乳腺癌或其他腫瘤方面的研究已經(jīng)表明，高b值的cDWI圖像能夠提高腫瘤與正常組織之間的對比度（contrast ratio，CR）[11-15]，且1.5T磁共振也能夠獲得相對高SNR的高b值圖像[9]。目前該技術(shù)應(yīng)用于腦腫瘤方面的研究相對較少。本研究通過比較不同b值cDWI圖像和臨床常規(guī)掃描所得DWI圖像，來評估cDWI圖像對腦腫瘤的顯示能力。

1 資料和方法

1.1 一般資料 回顧性分析溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院2016年3月至2017年10月符合以下入組條件的患者：①經(jīng)手術(shù)及病理證實(shí)為腦腫瘤；②術(shù)前1個(gè)月內(nèi)進(jìn)行過磁共振檢查。共26例患者，其中2例圖像由于運(yùn)動(dòng)偽影無法完全校正而剔除，最終24例；男15例，女9例，年齡13～73歲，平均（49±15）歲。其中包括腦膜瘤11例，彌漫性星形細(xì)胞瘤、間變型星形細(xì)胞瘤、間變型少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤各1例，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤4例，海綿狀血管瘤1例，轉(zhuǎn)移瘤2例，室管膜下巨細(xì)胞1例，中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤1例，血管母細(xì)胞瘤1例。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 MR掃描方法 采用Philips Achieva 3.0T超導(dǎo)型MR掃描儀，8通道頭部線圈。MR掃描序列主要包括橫斷位快速自旋回波序列（turbo spin-echo，TSE）T2WI、T1WI-FLAIR、T2WI-FLAIR和多b值DWI序列。其中DWI序列采用平面回波成像（echoplanar imaging，EPI），TR 5000 ms，TE 95 ms，F(xiàn)A 90°，層厚5 mm，層間距0 mm，F(xiàn)OV（RL/AP/FH）220/220/100 mm，矩陣512×512，激勵(lì)次數(shù)為1次，在6個(gè)不共線擴(kuò)散方向上，b值分別取0、10、25、50、75、100、150、200、350、500、800、1000 s/mm2。在DWI后進(jìn)行T1WI增強(qiáng)橫斷位、冠狀位、矢狀位掃描，對比劑為釓噴替酸葡胺（Gd-DTPA），按0.2 mmol/kg，以2.0 mL/s高壓注射器靜脈注射。mDWI為掃描所得DWI圖像，cDWI為計(jì)算所得DWI圖像。

1.3 系列cDWI圖重建及感興趣區(qū)（region of interest，ROI）測量方法 經(jīng)FSL軟件進(jìn)行配準(zhǔn)校正后，根據(jù)方程S（b）=S（0）×e-b·ADC，其中S（b）及S（0）分別為b值為其他值和0時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，ADC為表觀擴(kuò)散系數(shù)，應(yīng)用b=0，1000 s/mm2計(jì)算ADC值，再根據(jù)方程cDWI（b）=S（0）×e-b·ADC計(jì)算系列不同b值（b=1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000 s/mm2）cDWI圖。將掃描mDWI圖及系列不同b值cDWI圖導(dǎo)入Image J軟件，參考T2WI及軸位增強(qiáng)圖像，使用多邊形工具描繪分別在B0圖像上的腫瘤區(qū)、瘤周水腫區(qū)、正常腦白質(zhì)區(qū)作ROI，腫瘤ROI避開出血、鈣化、壞死、囊變區(qū)。同步拷貝ROI至mDWI（b=1000 s/mm2）圖及系列cDWI圖像中，應(yīng)用測量工具獲得腫瘤信號(hào)強(qiáng)度平均值St、瘤周水腫區(qū)腫瘤信號(hào)強(qiáng)度平均值Se、正常腦白質(zhì)信號(hào)強(qiáng)度平均值Sn。定義腫瘤與正常腦白質(zhì)對比度（CRn）=（|St-Sn|）/（St+Sn），腫瘤與瘤周水腫對比度（CRe）=（|St-Se|）/（St+Se）。以mDWI 1000的CRn和CRe為基準(zhǔn)（記作1），分別對各b值cDWI的CRn和CRe進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。應(yīng)用Friedman檢驗(yàn)對mDWI圖像及不同b值cDWI圖像間的CRn及CRe值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同b值cDWI圖像與掃描mDWI 1000圖病灶CR比較 各b值cDWI圖像CRn分別與mDWI圖像CRn比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。由于5例患者瘤周未見明顯水腫帶，排除后對剩余19例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。mDWI圖像CRe及各b值cDWI圖像CRe間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。兩兩比較后，CRe2500、CRe3000、CRe3500、CRe4000與mCRe1000間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；其中位數(shù)及四分位數(shù)分別為3.163（2.474，4.245）、3.678（2.865，5.232）、4.079（3.199，6.308）、4.374（3.520，7.336）；而CRn1500、CRn2000與mCRn1000間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。標(biāo)準(zhǔn)化后CRe值與b值呈正相關(guān)（r=0.728，P＜0.001）。見圖1。

2.2 高b值cDWI圖像對瘤周浸潤的顯示 2例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和1例中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤患者在高b值cDWI圖像上發(fā)現(xiàn)了常規(guī)掃描DWI圖及T1增強(qiáng)圖像未發(fā)現(xiàn)的瘤周浸潤征象，見圖2。

3 討論

臨床DWI研究顯示，更高的b值，在腫瘤的檢查、定位和治療評估等方面，都體現(xiàn)出更好的優(yōu)勢。但是直接掃描獲取高b值DWI圖像，需要更強(qiáng)的梯度脈沖和更長的回波時(shí)間，從而容易出現(xiàn)渦流相關(guān)幾何失真，增加掃描時(shí)間。而cDWI技術(shù)能夠從2個(gè)或2個(gè)以上低b值圖像合成任何b值的DWI圖像，避免了增加掃描時(shí)間等問題。cDWI圖像SNR隨著b值增加而下降，但仍然高于直接掃描獲取高b值圖像的SNR[16]。

圖1 腦腫瘤cDWI圖像CRe值隨b值變化線圖

本研究分別將各b值cDWI圖像CRn值與常規(guī)掃描b值為1000 s/mm2的DWI圖像CRn值作比較，結(jié)果均未顯示顯著差異。有研究表明前列腺癌、乳腺癌組織等與相應(yīng)器官正常組織信號(hào)對比隨b值增加而增強(qiáng)[11-15]，與本研究腦腫瘤與正常腦白質(zhì)組織之間信號(hào)對比結(jié)果不一致。研究顯示在低b值（b＜1000s/mm2）DWI圖像，腦灰質(zhì)信號(hào)低于白質(zhì)，而高b值（b＞3000s/mm2）DWI圖像，腦白質(zhì)信號(hào)高于灰質(zhì)，發(fā)生反轉(zhuǎn)[17-18]。這表明腦白質(zhì)組織中水分子擴(kuò)散可能相對受限，隨b值增加信號(hào)衰減相對較少。在低b值時(shí)腫瘤自身水分子擴(kuò)散受限和T2穿透效應(yīng)同時(shí)存在，隨b值增加，腫瘤及瘤周水腫的T2穿透效應(yīng)被抑制，擴(kuò)散受限組織仍保持高信號(hào)，這可能是高b值cDWI圖像能夠增強(qiáng)腫瘤及瘤周水腫之間對比，而不能有效增強(qiáng)腫瘤及正常腦白質(zhì)間對比的原因。

對于存在瘤周水腫的腦腫瘤，高b值cDWI圖像能更易發(fā)現(xiàn)低b值擴(kuò)散圖像未能檢出的病灶，提高敏感性。研究發(fā)現(xiàn)在高b值DWI圖像能夠顯示膠質(zhì)瘤周圍的浸潤灶[5，19]，在本研究中也顯示出同樣的潛在能力。而手術(shù)范圍直接影響腦腫瘤（尤其是惡性腫瘤）患者的預(yù)后結(jié)果[20]。

圖2 左額頂葉膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者不同系列b值cDWI圖及軸位T1WI增強(qiáng)圖

由于本研究為回顧性分析，樣本含量較少，有待大樣本、前瞻病理對照研究驗(yàn)證其診斷價(jià)值。其次，高b值cDWI圖像所顯示腫瘤浸潤區(qū)域未經(jīng)病理證實(shí)，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。再次，由于本研究磁共振掃描使用了SENSE技術(shù)，圖像噪聲非均勻分布，故未進(jìn)行cDWI圖像的SNR研究。同時(shí)，cDWI圖像只是基于一組數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，并沒有獲得額外新的信息，所得高b值cDWI圖像并不能完全代表真實(shí)高b值條件下組織中水分子的擴(kuò)散行為。

cDWI圖像獲得簡便，對存在瘤周水腫的腦腫瘤，高b值cDWI圖像能夠增強(qiáng)其與瘤周水腫的對比，同時(shí)顯示出了其對檢出腦惡性腫瘤灶周浸潤的潛在能力，是常規(guī)腦腫瘤多參數(shù)掃描序列的有益補(bǔ)充。