胶质瘤是成人最常见的中枢神经系统原发肿瘤。按照世界卫生组织（World Health Organization，WHO）的标准^[1]，胶质瘤按病理学良性到恶性的程度分为4级，不同级别的肿瘤其治疗方式及预后评估有显著差异。因此，术前准确地判断肿瘤的级别有重要的临床意义。磁共振功能成像可以反映细胞分子水平的病理变化，因而在肿瘤分级方面的价值越来越受到关注。

       灌注成像可以反映组织血供和微血管分布，而肿瘤的级别则与血管生成有密切的联系，因而理论上灌注成像技术可帮助进行胶质瘤良恶性的鉴别。动脉自旋标记技术（artery spin labeling ，ASL）则是使用上游动脉血内的水分子为对比剂的一种灌注成像技术^[2]。ASL成像技术繁多，而目前专家共识并推荐的ASL标记技术为伪连续脉冲式标记，这种方式不但提高了标记效率，并且能实现脑血流量（cerebral blood flow ，CBF）的精确定量。

       扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）可以测量活体内水分子的扩散运动，而基于单指数模型定量的表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）对病变的鉴别诊断有一定的辅助作用。然而，一部分高、低级别胶质瘤的ADC值还是存在较大的重叠。在Le等^[3,4]体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）的理论中，水分子的运动包括单纯水分子的扩散和毛细血管灌注，组织信号强度的改变则基于双指数模型。相比单指数模型的ADC值，双指数模型的扩散系数D值、假扩散系数D^*值及灌注分数f值则对扩散运动的描述要更接近真实情况。

       上述两项成像方法中，单个技术对胶质瘤分级中的应用在国内外已有一些探讨，但联合两者对胶质瘤分级的研究国内外报道不多，而且大多基于3.0 T平台。本研究在1.5 T磁共振上联合3D ASL成像及IVIM技术，探讨CBF结合IVIM参数定量在胶质瘤分级中的临床价值。

1　材料与方法

1.1　一般资料

       本研究通过我院伦理委员会批准并获得所有患者的知情同意。纳入2014年5月至2016年8月期间到我院就诊的胶质瘤患者36例，其中男性20例，女性16例。年龄23~74岁，平均年龄43岁。纳入标准：(1)磁共振检查均在治疗前进行；(2)所有诊断结论均基于2007年WHO分级标准。排除标准：（1）图像质量不能满足要求，如患者头动；(2)肿瘤实体部分太小，无法测量。4例患者图像有明显运动伪影而排除。最终有32例纳入研究，其中I级7例，Ⅱ级6例，Ⅲ级9例，IV级10例。

1.2　仪器与方法

       采用GE HDxt 1.5 T超导型MR系统。扫描线圈使用8通道头线圈。扫描序列：(1)Ax T2 Propeller，视野24 cm×24 cm，回波时间124 ms，矩阵352×352，层厚6 mm，层间距2 mm，激励次数2。(2)Ax 3D T1 BRAVO增强序列，视野24 cm×24 cm，矩阵256×256，层厚2 mm，激励次数2。（3）多b值Ax DWI，视野24 cm×24 cm，矩阵128×128，层厚6 mm，层间距2 mm，b值分别为0 s/mm²、20 s/mm²、50 s/mm²、100 s/mm²、150 s/mm²、200 s/mm²、400 s/mm²、800 s/mm²、1000 s/mm²、1200 s/mm²。(4)Ax 3D ASL，视野24 cm×24 cm ，延迟标记时间（post label delay，PLD）1525 ms，层厚4 mm，采用螺旋状K空间填充方式，采集8螺旋，每个螺旋采集512点，激励次数3。

1.3　图像分析

       在GE Advantage Workstation 4.6工作站上，用ASL及MADC软件分别测量肿瘤的CBF值和IVIM参数。IVIM参数计算基于以下公式：Sb/S0=（1-f）×exp(-b×D)+f×exp[-b×(D^*+D)]，其中D值为扩散系数，代表纯的水分子扩散运动，单位为mm²/s；D^*值为假扩散系数，代表灌注相关的扩散运动，单位为mm²/s；f值为灌注分数。两名影像硕士研究生在有经验的主治医师指导下分别在病变区取6个感兴趣区（region of interest，ROI）进行测量，ROI选择尽量避开坏死区，在实质区以CBF/D/D^*/f伪彩图上数值最高／低的区域，取这6个ROI的平均值作为最终数值，最后由一名副主任医师对数据进行复核。当在CBF/D/D^*/f值图上不易确定时，与T2图及b= 0时的DWI图对照辨认准确定位后测量，以避免误差。

1.4　统计学方法

       使用SPSS 16.0统计软件，对高低级别胶质瘤的CBF及IVIM参数采用独立样本t检验进行统计分析，并利用受试者工作特性曲线（receiver operator characteristic curve，ROC曲线）评估存在统计学差异的各参数值对于胶质瘤分级的诊断效能。P<0.05表示差异有统计学意义。

2　结果

2.1　影像表现及CBF和IVIM参数

       胶质瘤常规扫描表现，ASL-CBF和IVIM各参数图像见图1、图2。统计分析结果表明，高级别脑胶质瘤的CBF值、D、D^*及f值分别为（75.6±12.3） ml/(100g•min)、(0.59±0.15)×10^-3 mm²/s、(40.3±23.5)×10^-3 mm²/s和11.1±6.9，而低级别胶质瘤的CBF值、D、D^*及f值分别为（55.8±8.9） ml/(100g•min)、(0.73±0.26)×10^-3 mm²/s、(19.2±7.5)×10^-3 mm²/s和7.2±4.1，其中高级别胶质瘤的CBF及D^*值均高于低级别胶质瘤，差异有统计学意义(P<0.01)，而D值及f值差异无统计学意义（表1）。

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图1  男性，36岁，右额叶占位性病变，病理证实为胶质瘤Ⅱ级。A：常规T2平扫；B：ASL-CBF图；C：单指数模型ADC图；D：D图；E：D^*图；F：灌注分数f图
图2  女性，55岁，右额叶占位性病变，周围可见明显水肿，病理证实为胶质瘤Ⅲ级。A：常规T2平扫；B：ASL-CBF图；C：单指数模型ADC图；D：D图；E：D^*图；F：灌注分数f图
Fig. 1  36-year-old male patient with right frontal lobe lesion and the pathology confirmed grade Ⅱ glioma. A: Routine T2WI; B: ASL-CBF Map; C: Mono-exponential ADC Map; D: D Map; E: D^* Map; F: f Map.
Fig. 2  55-year-old female patient with right frontal lobe lesion and massive edema. The pathology confirmed grade Ⅲ glioma. A: Routine T2WI; B: ASL-CBF Map; C: Mono-ADC Map; D: D Map; E: D^* Map; F: f Map.

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表1  高、低级别胶质瘤CBF及IVIM模型参数比较
Tab.1  The comparison of CBF and IVIM parameters between high and low grade gliomas

2.2　ROC曲线分析

       在高、低级别脑胶质瘤的分级中，CBF值曲线下面积（area under curve，AUC）为0.891，D^*值的AUC为0.794，CBF值联合D^*值的AUC为0.935。当CBF临界值为61.5 ml/（100g•min）时，其敏感性为84.2%，特异性为76.9%；当D^*临界值为26.4×10^-3 mm²/s时，其敏感性为78.4%，特异性为84.6%(图3)。联合CBF及D^*值诊断的敏感性和特异性分别为91.5％及89.6%。

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图3  动脉自旋标记ASL-CBF及IVIM模型参数对胶质瘤分级诊断ROC曲线图
Fig. 3  The ROC curve of parameters of ASL-CBF and bi-exponential IVIM for grading gliomas.

3　讨论

3.1　灌注成像对胶质瘤分级评价

       肿瘤新生血管的旺盛程度是胶质瘤分级的重要依据，高级别胶质瘤的血管生成的程度明显高于低级别胶质瘤，因而对肿瘤新生血管的间接评价有助于准确地分级。灌注加权成像能评价肿瘤组织的血流量，因此可以反映局部血管生成的丰富程度，因而可以帮助肿瘤分级。传统的磁敏感动态灌注成像（dynamic susceptibility contrast，DSC）在进行CBF定量时，要考虑诸多因素的影响，首先必须选择动脉输入函数，其次血脑屏障的完整性也对定量结果有直接影响，再次，磁敏感灌注成像采用回波平面成像（echo planar imaging，EPI）的信号读取方式，在磁敏感效应显著的区域会引起图像严重的变形。以上种种因素都限制了DSC技术的进一步应用。本研究采用的灌注成像技术为动脉自旋标记，这种方法采用内源性水分子作为示踪剂，和磁敏感对比剂灌注成像相比，无需考虑动脉输入函数，也不受血脑屏障是否完整的影响，可进行精准定量。动脉自旋标记按标记方式可分为脉冲式（pulsed ASL，PASL）和连续式（continuous ASL，CASL）。PASL使用绝热脉冲对成像层面上方的厚块进行翻转，而CASL则使用连续射频脉冲标记上方直至达到稳态，PASL及CASL均有各自的优势和缺陷。本研究结果表明，pCASL对于磁敏感效应显著部位的病灶也能清楚显示灌注结果，对于灌注的精准量化提供了保证。高级别胶质瘤的CBF值显著高于低级别胶质瘤，这与Wolf等^[5]研究结果一致，即ASL灌注成像可以帮助进行胶质瘤的分级。与以往的研究均基于3.0 T磁共振不同，本研究在1.5 T上进行研究，其信噪比和T1弛豫时间都与3.0 T不同，也会对灌注的定量结果产生影响。

3.2　体素内相位不相干运动对胶质瘤分级评价

       越来越多的研究发现，脑实质扩散成像信号的衰减基于多指数模型，而目前采用最多最便于解释的为体素内不相干运动的双指数模型，即将信号的变化归因为水分子的扩散和毛细血管微循环两个方面，可以同时得到扩散系数D、灌注扩散系数D^*值和灌注分数f值。已有研究表明，IVIM的参数在肝脏病变^[6,7]、乳腺病变^[8]、前列腺癌^[9]及直肠癌分级^[10]等的临床诊断及鉴别诊断的价值要优于单一的ADC值。本研究结果也证实，高级别胶质瘤的D^*值要高于低级别胶质瘤，而D、f值尚无差异，这与Bisdas等^[11,12]的研究结果类似，而与国内林园凯等^[13]的研究有不同之处。D值代表真实扩散，可以反映病变的细胞密度，而f值反映体素内快速扩散所占的体积分数，因而理论上高级别胶质瘤的D值应该降低，而f值应该升高。笔者考虑结果不同的原因之一可能在于b值选择的差异，在林园凯等^[13]的研究中，最大b值达到了3500 s/mm²。有文献报道^[14]，当b值超过2000 s/mm²以后，水分子的扩散会表现为非高斯分布，信号强度的衰减又会变成另外一种数学模型。同时笔者考虑，b值使用越高，就需要更长的扫描时间保证信噪比，而扫描时间的延长会增强患者头部运动的风险，反而引起数据测量的偏差。基于上述考虑，在扫描时选择的最大b值为1200 s/mm²。其次，ROI的选择也对结果影响很大，本研究尽可能选择肿瘤实体部分，但ROI的信号会受到周围毛细血管甚至脑脊液信号的影响。另外，Lemke等^[15]认为，扫描序列的参数的设置尤其是回波时间（echo time，TE）对于f值有一定的影响，本研究中使用的1.5 T其梯度场强要低于3.0 T，因此TE会不同于3.0 T ，f值则会受到影响。本研究发现，高级别胶质瘤的D^*值均高于低级别胶质瘤，这一结果也符合IVIM的理论基础，即D^*值可以反映组织的灌注信息，而高级别胶质瘤的灌注要更加旺盛。

3.3　联合两种技术对胶质瘤分级评价

       ASL可以反映肿瘤血供丰富程度，而IVIM参数中的D^*值从不同的理论假设也能反映肿瘤组织的灌注情况，因而从理论上联合两种技术能进一步反映肿瘤组织毛细血管丰富程度，推测病理类型。本研究结果也表明，相比单个CBF及D^*值，联合CBF及D^*值更进一步提高了胶质瘤分级的准确性。

3.4　不足之处与下一步工作

       本研究也有一些不足之处，首先，研究纳入的病例较少，仍需要进一步收集病例来验证本研究的初步结果。其次，扫描序列的参数设置也对结果有直接影响。ASL扫描过程中，PLD时间的设定至关重要。本研究对所有患者扫描均选择常规推荐的1525 ms，但实际上，不同患者、不同病灶的血流速度不同，固定PLD时间会造成灌注结果的误差。IVIM参数设置中b值的个数和大小对结果有直接影响，Lemke等^[16]建议使用30个以上的b值会更好地评估IVIM各参数，但考虑到时间因素的影响，10个以上、分布合理的b值也可以满足实验要求，本研究正是参考了这一建议，在笔者浏览范围之内，b值的大小和数量并没有统一，上述问题将在临床工作中继续探索。

       总之，本研究通过3D ASL及IVIM多参数分析发现，联合CBF和D^*值可进一步提高术前肿瘤分级评估的敏感性和特异性，为临床提供一种无创的更准确的胶质瘤分级方法。