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磁共振扩散成像技术IVIM、DTI、DKI在胶质瘤分级中
发布时间发布时间:2020-08-06 13:20

  ,具有高度血管化、侵袭性强、中位生存期短、复发率高等特点。传统分类标准依其恶性程度分为高级别与低级别胶质瘤,不同等级的胶质瘤患者治疗方案及预后也差别较大,2016年Louis

  近年来,随着各种影像技术日新月异的发展,胶质瘤的基本诊断及分型已取得很大进展,但对于胶质瘤的分级仍主要依赖于术后病理。本文将通过介绍磁共振扩散成像技术IVIM、DTI、DKI对胶质瘤进行分级,使胶质瘤在影像学分级方面取得更多有价值的信息。

  传统意义上的DWI是通过单指数模型定量计算出反映组织内水分子扩散状态的ADC值,其与肿瘤恶性程度呈负相关。尽管DWI在胶质瘤的分级方面已取得一定的研究进展,但由于受到毛细血管微循环灌注效应的影响,其计算出的ADC值偏离了真实水平,尤其是在富血管性肿瘤中。1986年LeBihan等提出了用于描述体素内水分子的微观运动的新理论即体素内非相干运动(intravoxelincoherentmotion,IVIM),IVIM双指数模型是运用多组b值采用双指数拟合算法,通过公式:Sb/S0=(1-f)×exp(-bD)+fexp(-bD*)拟合得出相关参数,从而真正分离体素内水分子扩散和灌注成分。IVIM双指数模型所得参数有灌注参数(D*、f)及扩散参数D。D*值反映毛细血管网微循环灌注相关成分;f值反映与微循环灌注相关扩散成分占总扩散的百分比;D值反映真实组织中水分子。目前国内外关于IVIM成像在胶质瘤分级方面有不少研究,并且IVIM可以作为胶质瘤术前分级的非侵入性预测因子。

  国外学者OsamuTogao等人在评估IVIM在鉴别高低级别胶质瘤组的诊断性能时得出:高级别胶质瘤组f值明显高于低级别组,D值低于低级别组;两组的D*值无差别,另外,该研究还得出f值与用DSC成像获得的rCBV呈强相关性,f值在鉴别高低级别胶质瘤的诊断性能最高,因此f值是一个可靠的定量参数可评估胶质瘤的血流灌注,这与Wu等学者研究得出结果一致,甚至有研究者认为IVIM中的灌注参数可用于替代动态对比增强MRI(DCE-MRI)成像的灌注参数,并且能反映其动态变化,然而,Hu等人的研究与上述学者不一致的是,他们发现f值在鉴别胶质瘤级别时并不可靠。

  Zou与林园凯等人则得出D*值在鉴别胶质瘤级别中无差别,曲源等则认为f值无差别,而黄珊等则得出三者差异都有统计学意义。因此,IVIM虽然在胶质瘤分级方面已经取得了一定的研究进展,但是其灌注参数D*、f值的稳定性较差常产生偏差,其原因可能是与b值及ROI的选取有关,因此IVIM仍然值得我们去深入的探索研究。

  扩散张量成像(diffusiontensorimaging,DTI)是基于DWI技术上新的磁共振成像技术,通过施加6个以上方向的扩散敏感梯度场,从而在三维空间内能更全面的获得体素内水分子的各向异性程度及弥散情况。胶质瘤是弥漫性浸润周围白质束(WM)的最常见的脑肿瘤,常规MRI主要用于肿瘤定位和诊断,并不能提供有关围绕肿瘤的WM浸润的准确信息。

  目前DTI成像中较常用的参数有:平均弥散率(meandiffusivity,MD)及各向异性程度,前者反映弥散程度,后者可以同时反映弥散程度及方向,其中FA(fractionalanisotraphy,FA)图因显示脑白质纤维束的独特优势,在脑肿瘤中应用广泛。国内有学者研究得出各级胶质瘤与其镜像侧实性区域的FA值有差别,并且各级胶质瘤实性区的FA值差异有统计学意义,同时它与VEGF、MMP-9的表达密切相关。

  韩武等则得出低级别胶质瘤FA值较高,这与王伟研究一致,同时王伟还得出FA值与Ki-67表达呈正相关。Wang等人也通过大鼠试验证实FA值与Ki-67密切相关,因此FA值还可以通过Ki-67指数从而间接预测胶质瘤的级别。国外有学者在比较MD、RD、AD几个参数时得出:MD在鉴别胶质瘤的级别最有价值,El-SerougyL等也得出高、低级别胶质瘤MD值有显著差异并且MD值为1.42×10-3mm2/s是分级的临界值,联合肿瘤实性部分的MD值与瘤周区域的FA值区分胶质瘤级别的诊断性能及准确性较高。

  还有学者在研究DTI延伸指标在胶质瘤分级中的应用时得出:瘤周水肿区WM中的Cs是最佳指标,肿瘤实质区的AD值以及瘤周水肿区WM的Cs和Cl值将为胶质瘤的分级提供更多信息。此外关于纤维密度指数(FDi)目前国内外报道较少,它是由Roberts及其同事在2005年提出,FDi是对感兴趣区域(ROI)的每个像素中的纤维轨迹的定量描述,FDi值与FA值有良好的一致性。

  有学者研究得出高级别胶质瘤的FDi值较低,这是由于其瘤周纤维束完整性较差,损坏更显著。因此,FDi值也为胶质瘤的分级提供了帮助。上述DTI的传统常用参数、延伸参数均不同程度的有助于反映胶质瘤的恶性程度、瘤周情况及预后判断等。因此,DTI不仅有助于判断胶质瘤的级别,还可以提供肿瘤与周围WM的关系,避免重要的大脑功能区域,从而保证可以完全切除肿瘤。

  传统扩散成像技术(DWI、DTI)是基于水分子信号衰减呈单指数模型,扩散峰度成像(diffusionkurtosisimaging,DKI)是研究b值超过1000s/mm2时水分子偏离高斯分布的程度,它在描述组织微观结构优于传统的扩散成像。DKI的获取是采用两个以上非零b值在超过15个非线性方向上采集得到的数据,通过此模型,能够获得反映组织微观结构敏感性及特异性较高的平均扩散峰度(meankurtosis,MK)、轴向扩散峰度(axialkurtosis,AK)、径向扩散峰度(radialkurtosis,RK)。

  目前应用较广泛的是MK值,它与组织结构的复杂程度有关。DKI优于传统扩散成像的优势还有就是不依赖于组织结构的空间方向,并能避免组织纤维交叉缠绕以及周围脑脊液等的影响。Wang在比较扩散成像的各个模型及扩散峰度成像在胶质瘤的分级中的潜力时得出MK在胶质瘤分级中比其他扩散参数更准确,且高级别胶质瘤的MK值更高。Qi等也认为MK在DKI参数中是鉴别胶质瘤等级的最好的独立预测因子,其敏感性及特异性分别为88.5%和84.6%,这与Anna等学者观点一致并且他们也建议DKI应该添加到常规扫描序列中。

  有学者在比较峰度指标(MK,Ka和Kr)和常规弥散指标(MD,FA和ADC)在胶质瘤分级中的价值时得出:峰度指标通过间接预测胶质瘤的细胞增殖情况,从而在鉴别其级别上发挥更大潜力,峰度指标随着胶质瘤级别的增高而增加,这是由于恶性肿瘤组织微观结构的复杂程度更高。峰度指标对于显微结构变化的检测更为敏感和准确,这些变化可以在早期阶段通过峰度指标检测到,这也是峰度指标比常规扩散指标具有优势的原因。

  2016年5月WHO发布了最新胶质瘤分级标准,自此不少学者利用DKI成像及最新标准进行了相关研究。HempelJM等研究得出:IDH1/2型野生型胶质瘤、IDH1/2突变型胶质瘤、1p/19q杂合缺失型少突胶质细胞瘤间第25、50、75和90个百分位的MK值及平均MK值有显著差异,其中第50、75和90个百分位的MK值诊断性能高于平均MK值。该学者还在另外一篇研究中得出:1p/19q杂合缺失型少突胶质细胞瘤的MK值明显高于IDH突变型胶质瘤,并且MK值和2016年WHO胶质瘤分级呈正相关(r=0.6948;P<0.001)。DelgadoAF等人则利用DKI数据的直方图鉴别胶质瘤Ⅱ级、Ⅲ级以及胶质瘤亚型得出:除了轴向峰度(AD)外,所有DKI变量病变侧与对侧NAWM之间均存在显著差异。

  综上所述,MRI扩散成像IVIM、DTI、DKI不仅可以较好的反映组织和细胞微观结构对胶质瘤进行分级,还可为胶质瘤提供更多额外信息,如病理特征、分子表型等,从而有助于临床制定手术计划、改善治疗策略和预后等。北京快3,然而这几种技术在b值的选取与信噪比之间的平衡以及临床常规应用中的可行性仍面临着巨大的挑战。相信随着IVIM、DTI、DKI技术的日益发展及成熟,其在胶质瘤分级方面将发挥更大的潜力。

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