彌散峰度成像預測皮質脊髓束周圍高級別膠質瘤患者肌力下降

江少凡，鄧凱吉，胡曉梅，戴藝海，陳偉濤，蔣日烽*

(1.福建醫科大學附屬協和醫院放射科，2.病理科，3.神經外科，福建 福州 350001)

膠質瘤是顱內最常見的惡性腫瘤之一[1]，高級別膠質瘤(high-grade glioma，HGG)易累及鄰近纖維束。皮質脊髓束(corticospinal tract，CST)是最具代表性的運動纖維通路，其損傷多引起對側肢體肌力減弱。膠質瘤術前評價CST受累情況至關重要，有助于減少手術損傷[2]。彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)已廣泛用于無創評估CST損傷[2-4]。作為DTI的延伸，彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)能提供反映組織微觀結構復雜性的峰度信息，還可檢測灰質變化及纖維交叉情況，且診斷效能優于DTI[5-6]，但目前少見DKI用于評價手術治療膠質瘤及CST的報道。本研究觀察DKI預測CST周圍HGG患者肌力下降的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2019年3月—2020年9月21例于福建醫科大學附屬協和醫院經手術病理證實的HGG患者，男12例，女9例；年齡30～72歲，中位年齡47歲；Ⅲ級膠質瘤6例，Ⅳ級15例；原發性膠質瘤15例，繼發性6例；8例HGG攜帶IDH1R132H突變；中位Ki-67標記指數為40.00%(25.00%，60.00%)。納入標準：術前4周內MRI顯示HGG病灶位于CST走行區及其周圍20 mm內。排除標準：①圖像質量不佳；②腫瘤累及雙側CST。檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Prisma 3.0T MR掃描儀及64通道接收線圈，行頭顱常規序列掃描后，采用平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列采集軸位DKI圖像，TR 3 900 ms，TE 88 ms，FOV 230 mm×230 mm，GRAPPA×2，Multi-Band加速因子2，NEX 1，體素2.5 mm×2.5 mm×2.5 mm，層間隔0；以Grid采樣方案采集128個彌散q空間樣本，b值為250、500、750、1 000、1 250、1 500、2 000、2 250、2 500、2 750、3 000、3 250、3 500及4 000 s/mm2，分別沿3、6、4、3、12、12、6、15、12、12、4、12、24及3個彌散梯度方向采集圖像，采集時間8 min 44 s，重建冠狀位圖像；采用雙極脈沖于序列層面消除渦流偽影。

1.3 圖像分析 采用Diffusion Kit工具對DKI圖像進行運動校正，基于Siemens NeuDiLab軟件計算全腦平均彌散系數(mean diffusivity，MD)、軸向彌散系數(axial diffusivity，AD)、徑向彌散系數(radial diffusivity，RD)、各向異性分數(fractional anisotropy，FA)、平均峰度(mean kurtosis，MK)、軸向峰度(axial kurtosis，AK)及徑向峰度(radial kurtosis，RK)。

采用DSI-studio軟件，根據文獻[3]方法追蹤CST，使用“纖維束統計”功能評估CST的纖維束數量、平均纖維長度及纖維束體積，分別計算沿CST的MD、AD、RD、FA、MK、AK和RK[7]；計算相對CST定量參數：相對參數=患側參數/健側對應參數，得到相對纖維束數量、平均纖維長度及纖維束體積，相對MD(relative MD，rMD)、相對AD(relative AD，rAD)、相對RD(relative RD，rRD)、相對FA(relative FA，rFA)、相對MK(relative MK，rMK)、相對AK(relative AK，rAK)和相對RK(relative RK，rRK)。見圖1、2。

圖1 患者男，72歲，Ⅳ級膠質瘤(正常組)，肌力5級 A.冠狀位MR TIWI示左側顳葉低信號腫物；B～H.于冠狀位T1WI上融合DKI序列圖像，并測量雙側CST的AK、MK、RK、AD、MD、RD及FA

1.4 臨床資料 記錄入組患者性別、年齡和Karnofsky功能狀態(Karnofsky performance status，KPS)評分。于術前1周評估上、下肢肌力，根據文獻[8]標準分為0～5級；遇上、下肢肌力評分不一致時，錄入較低級別結果。根據手術前肢體肌力改變情況，將患者分為正常組(n=14，手術前肌力均為5級)和肌力下降組(n=7，術前2例為1級肌力、1例為2級、4例為4級，術后均未改善)。

圖2 患者女，62歲，Ⅳ級膠質瘤(肌力下降組)，肌力2級 A.冠狀位MR TIWI示右側顳葉低信號腫物；B～H.于冠狀位T1WI上融合DKI序列圖像，測量雙側CST的AK、MK、RK、AD、MD、RD及FA

1.5 統計學分析 采用SPSS 20.0統計分析軟件。以中位數(上下四分位數)表示不符合正態分布的計量資料，采用配對Wilcoxon檢驗比較患側和健側各參數差異，采用Mann-WhitneyU檢驗比較肌力下降組與正常組各參數差異；以頻數表示計數資料，組間比較采用Fisher精確概率法。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，計算曲線下面積(area under the curve，AUC)，評價CST相對定量參數預測患者術前肌力下降的效能。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

與健側比較，患側纖維束數量、體積、FA、MK、AK及RK均顯著降低(P均<0.05)，而MD及RD均顯著增高(P均<0.05)；兩側平均纖維長度及AD差異均無明顯統計學意義(P均>0.05)，見表1。

表1 CST 周圍HGG患者患側與健側CST定量參數比較[中位數(上下四分位數)，n=21]

肌力正常組與下降組患者性別、年齡差異均無統計學意義(P均>0.05)；肌力下降組KPS評分、rFA、rMK、rAK及rRK均明顯低于正常組(P均<0.05)，rMD、rAD及rRD均明顯高于正常組(P均<0.05)；組間相對纖維束數量、平均纖維長度和體積差異均無統計學意義(P均>0.05)，見表2。

表2 21例CST 周圍HGG患者臨床資料及CST定量參數比較

各相對CST定量參數預測肌力下降的效能均較高(AUC均高于0.850)，見表3。

表3 CST定量參數預測肌力下降的ROC曲線分析結果

3 討論

膠質瘤病理表現為不同程度的細胞過度增生、核異型、內皮增生及微血管密度改變，取代正常腦組織并浸潤鄰近組織如CST等，進而改變腦結構微環境，導致患側CST定量參數出現相應改變。本研究中，HGG患者患側CST的纖維束數量、體積、FA、MK、AK和RK均顯著低于健側，而MD和RD均顯著高于健側。

臨床常以不可逆轉的肌力下降作為膠質瘤患者CST損傷的指標[2]。FA、MK等CST定量參數具有良好的雙側對稱性，但受年齡及個體差異影響較大[3]。本研究通過標準化患側與健側CST定量參數而獲得相對定量參數，以最大限度地減少該類影響；肌力下降組rMD、rAD及rRD較正常組顯著升高，但rFA、rMK、rAK及rRK顯著降低，原因在于患側CST中纖維因膠質瘤浸潤而破壞，導致其彌散屏障破壞(如髓鞘)，表現為彌散系數增加而FA減低，與既往研究[2]結果基本相符；而CST纖維束自身MK、AK和RK較高，提示CST纖維束微觀結構較為復雜，受到膠質瘤浸潤破壞后，CST微觀結構復雜程度下降，因而rMK、rAK及rRK顯著降低。本研究ROC曲線結果顯示，各相對CST定量參數預測肌力下降的效能均較高，提示通過CST定量參數可間接判斷CST損傷情況。

本研究肌力下降組與正常組的CST相對形態學特征差異均無統計學意義，與既往研究[2]結果基本相符，即定量DTI參數評估神經纖維損傷較形態學改變更為可靠；但肌力下降組相對纖維束數量及體積輕度減少，可能提示其CST受損較為嚴重，而平均纖維長度輕度增加則表明患側CST纖維束受壓、移位。

本研究的局限性：①樣本量小，未能進一步比較各彌散系數及峰度參數的預測效能；②無法直接證明CST損傷，僅憑借四肢肌力不可逆下降進行間接判斷。

總之，肌力下降HGG患者腫瘤周圍CST的DKI定量參數改變顯著；術前DKI可揭示HGG累及后CST微觀結構改變，可預測術前患者肌力下降，從而間接判斷CST損傷。