IVIM 成像与 DSC 灌注 MRI 在区分肿瘤复发和治疗后改变中的价值

《Neuroradiology》：Intravoxel incoherent motion imaging and dynamic susceptibility contrast perfusion MRI in differentiation between recurrent intracranial tumor and treatment-induced changes

本文对比了体素内不相干运动（IVIM）成像和动态磁敏感对比增强（DSC）灌注 MRI 区分肿瘤复发与治疗后改变的能力。

　　### 引言
在胶质瘤切除术后接受放疗的患者中，区分肿瘤复发和对比增强的治疗效果往往颇具挑战。治疗相关的改变在联合替莫唑胺治疗时更为常见。动态磁敏感对比增强（DSC）灌注 MRI 测量相对脑血容量（rCBV）是常用的区分方法。

体素内不相干运动（IVIM）成像于 20 世纪 80 年代由 le Bihan 等人提出，基于多 b 值扩散加权序列，能分离扩散和灌注效应。其信号变化可用双指数模型表示：S0?S?=(1?f)e?bD+fe?b(D?+D) ，其中 S 是信号强度，S0? 是无运动敏感梯度时的基线信号强度，f 是灌注分数（毛细血管占据的体素体积），D 是水扩散系数（表征血管外空间水分子的扩散），D? 是伪扩散系数（反映毛细血管中灌注引起的相位失相） 。

IVIM 方法的优势在于可同时记录扩散和灌注参数，且无需注射静脉造影剂。不过，目前缺乏标准化的图像采集和分析，相关临床应用研究较少，尤其是在区分肿瘤复发和治疗后改变方面，此前仅有三项研究，且样本量有限。本研究旨在对比 IVIM 和 DSC 灌注 MRI 在区分肿瘤复发和治疗后改变方面的能力，重点测量灌注最高或血容量最高区域。

材料和方法

• 研究人群：研究方案经国家伦理委员会批准，所有患者均签署书面知情同意书，研究遵循 1964 年《赫尔辛基宣言》及其后续修正案或类似伦理标准。研究纳入 81 例患者，纳入标准为曾接受颅内肿瘤放疗且在照射区域出现新的或增大的对比增强病灶；排除标准包括 IVIM 或 DSC 灌注数据缺失或损坏、病灶在首次检查时完全消退、临床随访数据不完整。有 3 例患者因出现符合纳入标准的新病灶被纳入两次。
• 成像协议：患者接受常规随访 MRI 检查，出现符合纳入标准的病灶时，使用专用成像研究协议进行额外 MRI 检查。采用 Avanto 1.5T 系统（西门子医疗系统），扫描协议包括轴向扩散加权图像（b 值为 0、50、100、150、200 和 1000 s/mm² ）、轴向 T1 加权图像系列，静脉注射钆对比剂钆布醇（0.1 mmol/kg 体重，注射速率 5 ml/s，随后用 30 ml 生理盐水冲洗），并进行 DSC 灌注研究。
• 图像处理：扩散追踪图像和原始 DSC 灌注数据导入 Olea Sphere 3.0 软件。通过贝叶斯方法计算扩散参数，得到灌注分数 f 、D 和 D? 图；DSC 灌注数据用于生成校正渗漏后的 CBV 图。
• 图像分析：尽可能在灌注热点区域测量 f 和 rCBV，否则测量整个对比增强区域。热点定义为灌注值高于病灶其他区域且排除噪声影响的区域，测量时避开磁敏感伪影区域。由两名独立读者盲法测量，测量前对 10 例随机选择的病例进行回顾以统一热点判断标准。测量时将 IVIM f 参数图和 rCBV 图与对比增强 T1 加权图像叠加，排除 f 值大于 0.3 的非生理像素。
• 神经病理学：手术标本在外科病理科数据库中识别，重新评估样本并根据 2021 年世界卫生组织中枢神经系统肿瘤分类进行分类，进行分子分析和免疫组化分析。若样本不可用，则使用原始神经病理学评估数据。
• 最终诊断：若病灶进行活检或切除，以神经病理学诊断为最终诊断；若缺乏诊断组织样本，则以研究纳入 6 个月后的临床诊断为最终诊断，诊断由肿瘤学家综合患者临床状况和放射学检查结果做出。
• 统计方法：使用 R studio 1.4.1717 和 R 4.1.0 进行计算。通过皮尔逊 r 系数评估 f 和 rCBV 的相关性；用 Cohen's kappa 评估热点判断的一致性；用组内相关系数（ICC）评估观察者间和观察者内一致性；用 Welch's t 检验比较肿瘤复发和治疗后改变的 f 、D? 和 D 值，用 Mann-Whitney U 检验比较 rCBV 值；通过受试者工作特征（ROC）分析计算最佳截断值。

结果

• 最终研究人群：排除不符合标准的患者后，60 例患者纳入研究，中位年龄 49 岁（20 - 77 岁），44 例患者肿瘤复发，16 例患者出现治疗后改变。19 例诊断基于神经病理学标本，其中 18 例为复发性肿瘤，1 例为治疗后改变。
• 观察者间和观察者内一致性：在 f 图方面，读者 1 和读者 2 首次读数对热点判断的一致性为 80%（Cohen's kappa 值为 0.6，中度一致），读者 2 两次读数间一致性为 67%（Cohen's kappa 值为 0.34，公平一致）；ICC 显示读者间和读者 2 的观察者内一致性均为中度可靠。在 rCBV 图方面，读者 1 和读者 2 首次读数对热点判断的一致性为 77%（Cohen's kappa 值为 0.53，中度一致），读者 2 两次读数间一致性为 67%（Cohen's kappa 值为 0.34，公平一致）；ICC 显示读者间和读者 2 的观察者内一致性均为良好可靠。
• f 和 rCBV 的相关性：f 和 rCBV 均值的皮尔逊 r 系数为 0.45（95% CI 0.22 - 0.63，p = 0.0003），排除异常值后为 0.50（95% CI 0.28 - 0.67，p = 0.00006），呈现中度相关性。
• 灌注参数值的比较：肿瘤复发组的平均 f 值为 0.090，治疗后改变组为 0.058（p = 0.002）；平均归一化 rCBV 值在肿瘤复发组为 3.52，治疗后改变组为 1.79（p = 0.002）。肿瘤复发组和治疗后改变组的 D? 和 D 值无显著差异。
• 受试者工作特征：ROC 分析显示，单个参数中 rCBV 的 90th 百分位数曲线下面积（AUC）最大，为 0.79，敏感性、特异性和准确性分别为 80%、75% 和 78% 。平均 rCBV 和平均 f 的截断值分别为 2.26 和 0.073 时，敏感性、特异性和准确性均为 73%。

讨论

本研究通过测量热点区域（若有）或整个对比增强区域的灌注值，利用 IVIM 参数和 rCBV 区分肿瘤复发和治疗后改变。发现 rCBV 的观察者间和观察者内一致性高于 f 。两种技术均显示肿瘤复发的灌注明显高于治疗后改变，但存在较大重叠。平均 f 和 rCBV 的鉴别诊断价值相似，使用 rCBV 的 90th 百分位数可将准确性从 73% 提高到 78%，而 D 和 D? 在鉴别诊断中无作用。

f 和 rCBV 均值存在中度相关性，但相关性不高，可能是因为它们反映的血管部分不同，f 依赖于微血管网络，rCBV 还受较大血管影响。rCBV 在区分肿瘤复发和辐射损伤方面应用广泛，但不同研究的截断值不一致。本研究中平均 f 和 rCBV 的敏感性和特异性相同，此前研究因样本量和肿瘤类型不同结果有所差异。

使用 90th 百分位数的 f 或 rCBV 在鉴别诊断中可能有较好结果，但本研究中 90th 百分位数的 f 在肿瘤复发和治疗后改变间无差异，可能与测量区域不同有关。此外，本研究中 D? 和 D 在两组间无显著差异，与部分先前研究结果不同。

本研究存在一定局限性。多数高等级肿瘤会复发，难以确定部分患者是否仅存在治疗效果；许多病灶是治疗后改变和肿瘤细胞的混合，给病理诊断带来困难。本研究仅约三分之一的诊断基于肿瘤标本，且未对所有患者进行全增强区域测量。此外，灌注因子 f 热点判断的一致性仅为公平到中度，IVIM 和 DSC 序列空间分辨率不同，IVIM 存在多种误差来源，如信号衰减模型的局限性、水含量差异的影响等。

结论

IVIM 参数 f 和 rCBV 在区分肿瘤复发和治疗后改变方面能力相似，二者均值存在中度正相关。对于无法使用对比剂检查的患者，IVIM 成像可作为潜在选择。未来需进一步标准化 IVIM 序列参数和参数提取方法，以提高结果的可重复性和准确性。