European Radiology：DWI和ASL放射组学特征在区分胶质瘤复发和辐射损伤中的应用

众所周知，弥漫性胶质瘤是成年后最常见的原发性颅内肿瘤。放疗和替莫唑胺化疗（TMZ）并结合6个周期的TMZ，是胶质瘤的标准术后治疗方法，但该方法伴随着辐射诱导的脑损伤（RIBI），包括假性进展（PsP）和辐射坏死（RN）。PsP通常发生在放疗后数周至数月内（通常在12周或更长的时间内），由于继发于辐射损伤的胶质细胞髓鞘合成的短暂中断，表现为增强的病灶范围扩大，已被多项研究证明是一个短暂的自我修复过程。RN是一种延迟的辐射引起的脑损伤，常在治疗后几个月或几年后发生。影像学表现是由血管损伤、血脑屏障（BBB）功能障碍和炎症反应引起的不规则边缘或地图状强化。据报道，RIBI的发生率在20.6%-36%之间。

在临床上，病理诊断是RIBI的金标准，但作为一种侵入性检查并不能普遍适用。根据神经肿瘤学反应评估（RANO）的建议，MRI是评价治疗后肿瘤反应的标准诊断方法。然而，由放疗引起的PsP和RN在常规MRI中都表现为增强病变，与肿瘤复发（TR）相似。因此，诊断和处理MRI上的可疑增强病变对临床医生来说是一个挑战。

先进的MRI技术，包括扩散和灌注加权成像，已经显示出区分TR和RIBI的潜力。动脉自旋标记（ASL）作为一种无创的MRI灌注成像方法，可以避免BBB破坏引起的渗漏效应，并提供更准确的量化，是基于造影剂的动态磁敏感对比增强（DSC）的替代方法。然而，很少有研究专注于使用ASL来区分真正的肿瘤进展和RIBI，而且这些研究的样本量通常很小。

放射组学是一种新兴的诊断方法，可从图像中提取大量的特征并将其转换为高维特征，可以全面反映T1WI、T2WI和对比增强T1WI（CE-T1WI）等常规MRI序列的肿瘤空间结构的异质性，并提供非放射组学单参数方法无法获得的隐藏信息。

近日，发表在European Radiology杂志的一项研究通过结合ADC和CBF图建立了一个多参数MRI放射组学模型，在独立验证集上验证了模型的稳健性，并进一步与传统MRI和单参数放射组学模型进行了比较，为临床提供了更多的肿瘤生物学信息，并提高了区分TR与RIBI的诊断准确性。

本项研究从常规MRI、表观弥散系数（ADC）和脑血流（CBF）图中共提取了4199个放射组学特征，这些特征来自96个经病理证实的WHO 2~4级胶质瘤，每个肿瘤都在标准治疗后有增强的表现。使用类内相关系数（ICC）来测试两位医生之间的分割稳定性。使用Mann-Whitney U检验、LASSO回归和RFE算法选择放射组学特征，采用四种机器学习分类器来建立放射组学模型，并使用曲线下面积（AUC）比较了多参数、常规和单参数MRI放射组学模型的诊断性能。这些模型在随后的独立验证组（n = 30）中进行了评估。 
选择了8个重要的放射组学特征（3个来自常规MRI，1个来自ADC，4个来自CBF）。使用支持向量机（SVM）做为最佳分类器。数据显示，多参数MRI放射组学模型的诊断性能（AUC 0.96）高于常规MRI（AUC 0.88）、ADC（AUC 0.91）和CBF（AUC 0.95）放射组学模型。在亚组分析中，多参数MRI放射组学模型显示出类似的性能，在WHO 2~3级中AUC为0.98，在WHO 4级中为0.96。 

图 a 一位39岁的女性，右顶叶和枕叶有复发性IDH突变的少突胶质瘤。病变在T1WI上显示异质性低信号，在T2WI上显示高信号。CE-T1WI显示边缘强化，中心可见坏死。b 一位54岁的男性，右顶叶和枕叶有复发性IDH野生型胶质母细胞瘤。病变的特点是T1WI上的低信号和T2WI上的高信号，CE-T1WI上观察到环形强化，ASL上显示病变边缘有散在的点状高灌注。 C 82岁女性患者，右顶叶和枕叶IDH突变型星形细胞瘤的RIBI。病变在T1WI上显示异质性低信号，在T2WI上显示高信号，CE-T1WI显示边缘增强，中心无增强。ASL病变显示低灌注

本项研究表明，将无创的DWI和ASL纳入放射组学模型，特别是ASL序列，可显著提高区分RIBI和TR的诊断性能，其稳健性和准确性也在独立验证集上得到了验证。
原文出处：

Jun Zhang,Yue Wu,Yulin Wang,et al.Diffusion-weighted imaging and arterial spin labeling radiomics features may improve differentiation between radiation-induced brain injury and glioma recurrence.DOI:10.1007/s00330-022-09365-3