DKI在鑒別腦膠質瘤復發與假性進展中的應用價值研究

黨佩，王立東，黃雪瑩，劉靜靜，呂瑞瑞，楊治花，王曉東*

膠質瘤是成人最常見的原發性腦腫瘤，患者的病死率和復發率高[1]。目前標準化治療方案為手術全切除腫瘤后輔以放療并同步行替莫唑胺化療[2]。增強MRI 檢查是膠質瘤患者標準化治療后主要的隨訪形式，常引起臨床困惑的是，膠質瘤復發與假性進展均會在術區及周圍出現新的或擴大的異常強化病灶或瘤周水腫，而且兩者的發生時間窗均在術后6個月內[3]。研究表明假性進展反映的是放、化療引起的炎癥增加和血腦屏障破壞，歸因于治療效果而非膠質瘤復發[4]。膠質瘤復發患者須二次手術或進一步放化、療治療，以改善臨床癥狀和提高整體生存率[5]。若假性進展誤判為膠質瘤復發不僅增加患者的焦慮情緒，還會導致標準化一線治療的中斷和不必要的手術。準確、及時區分膠質瘤復發和假性進展有利于為膠質瘤患者提供最有效的治療。

目前，MR 功能成像在鑒別腦膠質瘤復發與假性進展的應用主要有擴散加權成像、代謝成像以及灌注加權成像技術等[6-8]。擴散成像技術中擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可以描述膠質瘤內呈高斯分布的水分子受限程度以及腦白質纖維束的完整性，由于腫瘤細胞的異質性，DTI 提供的證據可靠性是有限的[9]。酰胺質子轉移成像(amide proton transfer，APT)是一種無創且定量測定膠質瘤內源性蛋白質及多肽含量的代謝成像技術，能間接反映細胞增殖，顯示腫瘤代謝最活躍的部分，但由于很多活體內代謝物質的飽和頻率非常接近，很容易發生相互交叉飽和從而影響APT 成像的特異性[10]。灌注加權成像技術中的動脈自旋標記技術將人體的內源性水分子作為示蹤劑而無需對比劑，對腎臟造成的負擔較少，但圖像的信噪比、空間分辨力較低[11]。擴散峰度成像(diffusional kurtosis imaging，DKI)是在DTI基礎上延伸的新興擴散成像技術，反映生物組織中水分子非高斯擴散特性，成像依賴于擴散敏感梯度方向及擴散敏感因子b值，一次掃描可獲得平均擴散峰度(mean kurtosis，MK)、平均擴散系數(mean diffusivity，MD)、徑向擴散峰度(radial kurtosis，RK)、軸向擴散峰度(axial kurtosis，AK)、各向異性分數(fractional anisotropy，FA)五個參數[12]。已有研究將DKI應用于腦腫瘤的鑒別診斷、腦膠質瘤的分級診斷、預測膠質瘤患者IDH基因分型等[13-16]。

本研究擬測量膠質瘤復發與假性進展患者增強病灶與瘤周水腫中的DKI參數值并進行標準化處理，用于探討DKI 技術鑒別腦膠質瘤復發與假性進展中的臨床應用價值。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析寧夏醫科大學總醫院2018 年10 月至2020 年12 月期間行手術并接受放、化療治療的腦膠質瘤術后患者資料。術前所有患者、術后22 例患者均在72 h內行增強MRI檢查，放療期間所有患者均行增強MRI檢查隨訪，隨訪期為6～10個月，隨訪截止時間為2020 年12 月31 日，主要記錄無進展生存期(gression free survival，PFS)。納入標準：(1)術后經病理確診腦膠質瘤并同步行放化療患者；(2)行增強MRI檢查隨訪中有新發或進行性增大的強化病灶；(3)圖像質量佳。符合以下標準之一診斷為復發[17]:(1)腦組織病理活檢或二次手術后組織學檢查可見腫瘤細胞；(2)增強檢查隨訪期間強化病灶逐漸擴大，瘤周水腫及占位效應逐漸加重，積極治療后臨床表現逐漸惡化。符合以下標準之一診斷為假性進展[17]:(1)組織學檢查未見有活性腫瘤細胞；(2)增強檢查隨訪期間強化病灶最終無變化或逐漸縮小,瘤周水腫及占位效應逐漸減輕,積極治療后臨床表現穩定或逐漸好轉。本研究經寧夏醫科大學總醫院倫理委員會批準，免除受試者知情同意，批準文號KYLL-2021-540。

1.2 檢查方法

采用PHILIPS Medical Systems/Ingenia 3.0 T掃描儀，標準8通道頭線圈采集數據。常規序列包括軸位T1加權成像(T1 wighted imaging，T1WI)、T2加權成像(T2 wighted imaging，T2WI)和T2液體衰減反轉恢復(fluid attenuated inversion recovery，FLAIR)以及軸位T1WI增強序列；具體參數為：T1WI序列：TR/TE 2000 ms/20 ms；T2WI序列：TR/TE 4000 ms/107 ms；T2 FLAIR序列：TR/TE 7000 ms/120 ms；軸位T1WI增強序列：TR/TE 2000 ms/20 ms；各常規序列其他參數分別為：層厚6 mm，層間距1 mm，掃描層數21層，FOV 230 mm×230 mm，矩陣288×167。DKI序列采用單次激發自旋回波序列，擴散敏感梯度場參數(b值)設置為0、1000、2000 s/mm2，每個梯度場施加32個擴散方向，其他參數為：FOV 220 mm×220 mm，矩陣84×84，激勵次數1次，TR/TE 3809 ms/98 ms，層厚6 mm，層間距1 mm，掃描層數21，掃描時間390 s。使用雙筒高壓注射器經前臂靜脈注入對比劑釓雙胺注射液(通用醫療保健，愛爾蘭)，劑量為0.1 mmol/kg，注射流率為3.0 mL/s。

1.3 圖像后處理

將DKI數據導入Diffiisional Kurttosis Estimator(DKE，https://www.nitrc.org/projects/dke)中，生成DKI的各參數圖：MK、RK、AK、MD、FA。由兩位具有15年工作經驗的磁共振醫師采用盲法并獨立使用IT-KSNAP軟件(http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php)分別在增強病灶(T1軸位增強序列)、瘤周水腫(T2 FLAIR序列)的最大層面進行感興趣區(region of interest，ROI)的勾畫和測值，ROI勾畫時避開壞死、囊變、出血和鄰近的正常組織。ROI范圍根據腫瘤實質大小決定，重復測3次取平均值，數據均保留小數點后兩位。為了保證實驗結果的可靠性，減少由于患者大腦內不同區域所致的參數差異影響，將病變值除以鏡像正常腦白質值得到標準化后參數值，分別為相對平均擴散峰度(ratio of MK，rMK)、相對軸向擴散峰度(ratio of AK，rAK)、相對徑向擴散峰度(ratio of RK，rRK)值和相對擴散各向異性分數(ratio of FA，rFA)、相對平均擴散系數(ratio of MD，rMD)。

1.4 統計學分析

所得資料均采用SPSS 23.0統計軟件分析，以患者PFS 作為事件的觀察終點。采用組內相關系數(intraclass correlation efficient,ICC)分析觀察者內和觀察者間的可重復性，ICC＞0.75說明一致性較好。符合正態分布的計量資料用均數±標準差表示，不符合正態分布的計量資料用中位數(上下四分位數)表示。采用單樣本K-S檢驗進行正態性檢驗，采用兩獨立樣本t檢驗(方差齊)或Mann-WhitneyU檢驗(方差不齊)檢測組間差異，繪制不同參數值的受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，計算曲線下面積(area under the curve，AUC)及最佳診斷閾值，Cox 比例風險模型(cox proportional-hazards model)用于多因素分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 入組病例資料

共收集符合納入標準患者資料40例，年齡21～65(49.6±11.2)歲。16例診斷為假性進展，其中2例經二次手術病理證實，14例以RANO標準為診斷依據。24例診斷為腫瘤復發，其中3例經二次手術病理證實，21例以RANO標準為診斷依據，其余臨床資料見表1。

表1 復發組和假性進展組膠質瘤患者的臨床特征分析Tab.1 Analysis of clinical characteristics of glioma patients in recurrence group and pseudoprogression group

2.2 增強病灶、瘤周水腫的一致性檢驗

DKI 各參數觀察者間及觀察者內一致性均較好，ICC值均＞0.75，見表2。

表2 DKI各參數觀察者間及觀察者內一致性檢驗Tab.2 Inter-observer and intra-observer consistency test of parameters of DKI

2.3 復發組與假性進展組增強病灶、瘤周水腫的DKI參數值比較

復發組與假性進展組的增強病灶中，rMK、rRK、rMD 值對比組間差異具有統計學意義，與假性進展組相比，復發組增強病灶的rMK、rRK 升高，rMD 降低；復發組與假性進展組的瘤周水腫中，rMK、rRK 值對比組間差異具有統計學意義，與假性進展組相比，復發組瘤周水腫的rMK升高，rMD降低，具體見表3和圖1。

圖1 膠質瘤術后同步放化療患者增強MRI圖像。1A～1F：男，43歲，膠質瘤術后復發患者。1A(T1WI增強序列)可見右側顳葉異常團塊狀強化病灶，增強病灶對應的部位在1B(MK偽彩圖，MK值為0.97)、1C(RK偽彩圖，RK值為0.83)顯示為高信號，在1D(MD偽彩圖，MD值為1.17)顯示為低信號，病理圖1E(HE×10)、1F(HE×200)可見癌細胞彌漫性分布，二次手術病理證實為復發。1G～1L：女，61歲，膠質瘤術后假性進展患者；1G(T1WI增強序列)可見右側頂葉異?；ōh樣強化病灶，增強病灶對應的部位在1H(MK偽彩圖，MK值為0.78)、1I(RK偽彩圖，RK值為0.63)顯示為稍低信號，在1J(MD偽彩圖，MD值為1.40)顯示為稍高信號，病理圖1K(HE×10)、1L(HE×200)未見腫瘤細胞，二次手術病理證實為假性進展。注：MK：平均擴散峰度；RK：徑向擴散峰度；MD：平均擴散系數。Fig.1 Enhanced MRI images of patients with postoperative concurrent radiotherapy and chemotherapy for glioma.1A-1F:43-year-old patient with postoperative recurrence of glioma. 1A(T1WI enhanced sequence) shows an abnormal mass-like enhancement lesion in the right temporal lobe.The corresponding part of the enhancement lesion is shown as high signal in the 1B (MK pseudo-color image, the values of MK is 0.97) and 1C (RK pseudo-color image, the values of RK is 0.83), the 1D (MD pseudo-color image,the values of MD is 1.17)is low signal.1E(HE×10)and 1F(HE×200)shows the diffuse distribution of cancer cells.Pathologically proved to be a progressive disease patient.1G-1L:61-year-old female patients with postoperative pseudoprogression of glioma.1G(T1WI enhanced sequence)shows an abnormal rosette-like enhancement lesion in the right parietal lobe.The corresponding part of the enhancement lesion is shown as a slightly low signal in the 1H(MK pseudo-color image,the values of MK is 0.78)and 1I(RK pseudo-color image,the values of RK is 0.63),the 1J(MD pseudo-color image,the values of MD is 1.40)shows a slightly higher signal.1K(HE×10)and 1L(HE×200)shows no tumor cells.Pathologically proved to be a pseudoprogressive patient.Note:MK:mean kurtosis;RK:radial kurtosis;MD:mean diffusivity.

表3 膠質瘤復發組與假性進展組間增強病灶、瘤周水腫差異分析結果Tab.3 The results of difference in enhanced lesions and peritumoral edema between glioma patients in recurrence group and pseudoprogression group

2.4 DKI鑒別復發與假性進展組的ROC曲線分析

增強病灶rMK、rRK、rMD 的AUC 分別0.94、0.83、0.70。瘤周水腫的rMK、rMD 的AUC 分別0.82、0.73，其中rMK 值在增強病灶和瘤周水腫中的敏感度和特異度最高，具體見表4和圖2。

圖2 DKI 參數值在鑒別膠質瘤復發與假性進展的增強病灶(2A)、瘤周水腫(2B)中ROC曲線分析。Fig. 2 The ROC curve analysis of DKI parameter values in the enhancement lesions (2A) and peritumoral edema (2B) that distinguish the progressive disease and pseudoprogression of glioma.

表4 復發組和假性進展組增強病灶、瘤周水腫ROC曲線分析Tab.4 The enhanced lesions and peritumoral edema in recurrence group and pseudoprogressive group with ROC analysis

2.5 40 例膠質瘤患者無進展生存期Cox 模型因素分析

單因素單變量Cox 風險模型顯示術前病灶侵犯腦室下區(subventricular zone，SVZ)、增強病灶的rMK、rRK、rMD以及瘤周水腫的rMK、rMD均與無進展生存期有關，多因素單變量Cox比例風險模型提示增強病灶的rMK是無進展生存期的獨立危險因素(表5)。

表5 40例膠質瘤患者無進展生存期Cox模型因素分析Tab.5 Factors of progression-free survival in 40 glioma patients analysis by Cox

3 討論

本組資料顯示累及SVZ 區的膠質瘤病灶、IDH 和MGMT 基因型在復發與假性進展患者間存在差異，單變量Cox 分析表明病灶累及SVZ 區與PFS 具有相關性，這可能與SVZ包含大量的神經原始細胞及腫瘤干細胞，而腫瘤干細胞具有自我更新、無限繁殖、多向分化和遷移特性有關[18]。2016 年世界衛生組織(World Health Organization，WHO)[19]根據治療方案和預后效果的差異，增加了膠質瘤的分子類型，特別是分子標志物的狀態，其中IDH野生型患者易復發導致整體生存率低，MGMT 甲基化可以增加化療的敏感性，是膠質母細胞瘤患者重要的預后指標，這可能是本組資料中膠質瘤復發與假性進展患者間IDH 和MGMT 基因型差異有統計學意義的原因。兩組間性別、年齡、術前KPS 評分、WHO 分級、放療、化療等差異均不具有統計學意義，可能與樣本量太少有關，今后需要加大樣本量。

3.1 DKI 在鑒別膠質瘤復發與假性進展患者增強病灶中的差異分析

膠質瘤復發與假性進展均會在增強MRI 檢查中出現異?；蛟龃蟮膱F塊狀、結節狀、環狀等強化病灶，病理學上，膠質瘤復發時增強病灶的特征可能是腫瘤細胞增殖和血管增生等[20]，而假性進展可能與放、化療誘導的組織炎癥、血管擴張、血腦屏障障礙有關[21-22]。rMK值與水分子擴散受限程度成正比，rMD值與水分子擴散受限程度成反比[15]，本組資料顯示復發患者較假性進展患者的增強病灶rMK 值升高呈高信號(偽彩圖呈紅色，圖1)，rMD值降低呈低信號(偽彩圖呈綠色，圖1)，表明膠質瘤復發時腫瘤核異形明顯、細胞外間隙減少，水分子運動更受限。不同的是，rMK值診斷效能高于rMD值，由于復發時腫瘤細胞增殖使得水分子擴散成非高斯分布，rMD 只反映呈高斯分布的水分子[23]，rMK 可以很好地描述復發微環境中非高斯分布的水分子[15,24]。本研究中膠質瘤復發與假性進展患者增強病灶的組間rRK 值差異有統計學意義，可能原因為rRK主要反映徑向擴散的水分子運動，復發病灶較假性進展病灶的水分子徑向受限程度更高[9,14]。與以往研究[25-26]不同的是，本研究中兩組間rAK值、rFA值差異無統計學意義，可能是樣本量太小，rAK 檢測水分子軸向擴散的變化值以及rFA值顯示纖維束受損的程度不具有統計學意義，今后需要加大樣本量來證實這一結果。單變量Cox 分析表明rMK、rRK 和rMD 與PFS 有一定的相關性，但多變量分析表明增強病灶rMK 值是膠質瘤PFS 的獨立危險因素，因為rMK 是DKI 序列最有代表的參數，它可以真實反映復發與假性進展增強病灶的腫瘤微環境間差異。

3.2 DKI 在鑒別膠質瘤復發與假性進展患者瘤周水腫中的差異分析

目前臨床主要采用貝伐單抗類等抗血管內皮生長因子藥物治療膠質瘤復發患者[27]，該藥物導致部分復發的病灶不強化，最終造成假陰性的結果。故RANO指南T2 FLAIR序列顯示瘤周水腫的體積增加也可能表明腫瘤的進展[28]，因為瘤周水腫促進侵襲相關的細胞基質及黏附分子的運動加強，從而加快腫瘤的生長擴散，同時腦水腫滲出的蛋白為腫瘤生長提供基質和空間，導致膠質瘤術后的高復發率[29]。同時瘤周水腫范圍增加也繼發于假性進展患者中[30]。故通過DKI 序列鑒別膠質瘤復發與假性進展患者瘤周水腫的差異具有重要的臨床意義。本組資料T2 FLAIR 序列顯示復發患者與假性進展患者均出現瘤周水腫，統計發現復發患者的瘤周水腫中rMK值增高呈高信號(偽彩圖呈紅色，圖1)、rMD 值降低呈低信號(偽彩圖呈綠色，圖1)，表明復發患者的瘤周水腫區微觀結構比假性進展患者的瘤周水腫區微環境結構更復雜，同以往文獻報道[15,31]，因為復發患者的瘤周水腫中，腫瘤細胞的增殖以及復發病灶使得血腦屏障破壞而導致血管源性水腫并伴腫瘤細胞浸潤，而假性進展患者病灶周圍水腫反映了炎癥反應，即毛細血管通透性增加導致的血管源性水腫而無腫瘤細胞的浸潤[32]。復發與假性進展患者瘤周水腫的rMK 值比rMD 值具有更高的診斷效能，表明rMK 值可以敏感地反映復發時瘤周水腫浸潤相關的微環境，單變量Cox分析表明rMK和rMD與PFS有一定的相關性。rRK值、rAK值、rFA值在復發與假性進展組間的瘤周水腫中差異均無統計學意義，可能是瘤周水腫尚未對大腦白質的軸突、髓鞘及纖維束造成進一步破壞，但不除外DKI 序列基于平面回波成像在信號讀取中易受磁敏感效應的影響，最終導致數據測量時出現較大的偏倚。

目前的研究存在局限性。第一，本研究收集的總體病例數較少，進一步調查可能需要更大的樣本量。第二，ROI 可能會受到位置或組織成分偏差的影響，最終導致所測得的具體數值出現偏差，為了盡量減少這種偏差，我們繪制了三次ROI并計算三次測量的平均值。

綜上所述，DKI 技術在鑒別膠質瘤復發與假性進展中具有較好的敏感度和特異度，其中參數MK 值的診斷效能最高，今后有可能作為較好的影像學標記，其中增強病灶的MK值是PFS的獨立危險因素。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。