多b值DWI在脑胶质瘤预后的研究

　　1体素内非相干运动成像

　　由于受到组织扩散和毛细血管微循环的影响，单指数模型DWI成像计算出的ADC值会偏离真实水平，IVIM双指数模型运用多组b值、采用双指数拟合算法得出相关参数，从而将灌注信息从扩散数据中分离出来。其定量参数有真实扩散系数D、灌注参数假扩散系数D*和灌注分数f。D代表真实水分子扩散运动，D*代表毛细血管网灌注信息，f为灌注相关扩散占总扩散的百分比。

　　Zhu等研究表明，具有恶性倾向低级别星形细胞瘤的D*和f值在评估2年生存率方面有很大潜力，其敏感度和特异度均较高。Puig等研究亦发现，病变对比增强区f和D*是GBM的预后标志物，高f和D*值与生存率变短有关。Federau等研究还发现，较大IVIM灌注分数f在评估胶质瘤生存率方面的表现略优于较大相对脑血容量（AUC值分别为0.84和0.76），且较大IVIMf升高与生存率降低有关。

　　HGG通过产生复杂的微血管网络来满足其营养需求，脑灌注信息又与肿瘤血管生成程度密切相关，因此通过检测脑灌注信息就可以了解胶质瘤的恶性程度进而评估其预后。f值与组织学上的血管密度呈正相关，f值越高，胶质瘤的预后越差，同理，D*值高的患者预后亦较差。IVIM因其不使用对比剂就可以反映组织灌注信息的特点，可以实现对于胶质瘤患者生存期更准确的评估，对于胶质瘤患者的临床决策和治疗具有重要意义。

　　2拉伸指数模型扩散加权成像

　　常规DWI的原理假设体内水分子扩散是不受限制的，呈高斯分布，因而可以建立单指数模型。然而，包括细胞膜、髓鞘、细胞外大分子等在内的一些屏障可以阻止自由水的扩散。SEMDWI基于水分子在体内的非高斯分布，可以更准确地反映组织内水分子的实际运动情况，其定量参数有扩散分布系数（distributed diffusion coefficient，DDC）和体素内扩散异质性指数α。

　　目前SEMDWI在脑胶质瘤的研究多为对病理分级及肿瘤增殖程度的评估。Bai等、Yan等及Kusunoki等研究表明，α可以无创性评估恶性胶质瘤增殖水平，α值越低，肿瘤增殖程度越高。α代表体素内水分子运动的异质性，取值为0～1，α值越接近于0提示水分子扩散的异质性越高。肿瘤的恶性程度越高，其引起的水分子运动异质性也越高，对应的α值就越低。因此，α值低的胶质瘤预后可能越差。

　　Chen等研究发现，DDC可能是一种更好的评价胶质瘤增殖活性的影像学标记物，并与Ki-67标记指数和增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）的表达呈负相关。Ki-67标记指数和PCNA是胶质瘤增殖活性评估和预后评估的可靠免疫组化标记物，且随胶质瘤恶性程度的增高而升高。

　　DDC可以反映体素内ADC值的连续分布情况，能更准确地描述组织内水分子的扩散运动。肿瘤恶性程度越高，细胞增殖水平越高，组织内水分子扩散就越受限，DDC值越低。因此，较低的DDC值与胶质瘤预后较差相关。SEMDWI参数α、DDC可以实现对于胶质瘤增殖水平的评估，目前其评估脑胶质瘤预后的文章尚未见报道，故需开展新的研究来验证上述假设。

　　3高b值DWI成像

　　IVIM及SEMDWI均是基于水分子跨膜转运的自由扩散，除此之外，水分子跨膜转运还可以通过水通道蛋白（aquaporin，AQP）进行，哺乳动物体内已发现至少13种AQP。多b值DWI成像可以提供丰富的水分子扩散信息，研究发现，高b值（b值＞1700s/mm2）DWI成像可以反映细胞膜上AQP的膜扩散信息及AQP表达情况，其相关参数水通道蛋白ADC（ADCaqp）可以为临床疾病的研究提供更有用信息。

　　Zhang等研究发现，高b值DWIADCaqp是影响直肠癌预后的决定因素。ADCaqp值可作为直肠癌AQP1表达的影像学标记物，且与AQP1的表达呈正相关；并可以反映直肠癌的恶性程度，ADCaqp值越高，恶性程度越高。其原因可能为，恶性程度高的肿瘤组织内水分子跨膜转运更丰富，因而需要更多的AQP表达，导致组织内水分子扩散受限的程度减小，ADCaqp值升高。

　　Tan等研究发现，高级别星形细胞瘤的高b值DWI参数ADC高于低级别星形细胞瘤，ADC与AQP4的表达呈正相关。研究表明，AQP与肿瘤发生有关，且高级别星形细胞瘤的AQP明显更高。笔者推断，AQP数量越多，组织内跨膜转运的水分子越多，扩散受限的程度就越小，ADC值越高。因此，较高的ADC值可能与预后较差有关。

　　高b值DWI成像已在直肠癌预后评估方面表现出价值，并可通过反映组织中AQP4的表达情况来评价胶质瘤的恶性程度，但其对于胶质瘤预后评估的价值仍有待研究。

　　4神经突起方向离散度与密度成像

　　NODDI由受阻和受限扩散模型发展而来，该模型假设了两种扩散过程:神经突起外部受阻的水扩散过程（基于高斯分布）和内部受限的水扩散过程（非高斯分布），可以区分包括细胞内、细胞外及脑脊液隔室在内的3种不同微观结构组织模型，因此具有更大的应用潜能。NODDI的常用参数包括：细胞内体积分数（intracellular volume fraction，ICVF）、方向离散度指数（orientation dispersion index，ODI）及各向同性扩散分数（isotropic diffusion fraction，ISO）等。

　　目前，尚无NODDI评估脑胶质瘤预后的相关文献，部分研究其在病理分级及肿瘤细胞增殖评估的价值，间接推断脑胶质瘤的预后信息。Zhao等研究发现，NODDI参数可能为胶质瘤细胞增殖提供更多信息，他们对于肿瘤实质区（tumour parenchyma，TP）和瘤周区（peritumoural area，PT）的NODDI定量参数分析表明，高ICVFTP和低ICVFPT的肿瘤更可能为HGG，且TP区ODI值越高胶质瘤的恶性程度越高。

　　此外，ICVF和ODI的平均值与TP区的Ki-67值呈正相关。在TP区，由于HGG具有更高的细胞密度及核多形性，组织内水分子运动的受阻和受限扩散就更，因此ICVF值越高；HGG因正常脑组织的损害更加明显，水分子扩散的各向同性程度越高，故ODI值就越高。而Ki-67值又与胶质瘤恶性程度呈正相关，这就可以进一步解释ICVF和ODI值与TP区的Ki-67值的正相关性。因此，TP区ICVF和ODI值越高，胶质瘤预后可能越差。

　　对于PT区而言，由于HGG具有更高的组织浸润性，正常脑组织的完整性受到损害，但并不能完全被肿瘤组织代替，因而水分子运动的受阻和受限扩散程度降低，ICVF值就越低。故PT区ICVF值越低，胶质瘤预后可能越差。Li等研究同样表明，NODDI是一种合适的胶质瘤细胞增殖评估方法，Ki-67LI与ICVF和ODI呈正相关，ICVF和ODI值越高，胶质瘤恶性程度越高，预后可能越差。基于受阻和受限扩散模型的NODDI成像可更多方位地反映水分子的扩散信息，评估脑胶质瘤的恶性程度，推测其能更准确地评估胶质瘤的预后。