1.前言
1）脑胶质瘤现状
脑胶质瘤是是指起源于脑神经胶质细胞的肿瘤，是中枢神经系统最常见的原发性恶性肿瘤之一。目前，临床诊断主要依靠CT及MRI等影像学诊断。脑胶质瘤确诊需要通过肿瘤切除手术或活检手术获取病理标本，进行组织病理和分子病理整合诊断，确定病理分级和分子亚型。由于
2021年世界卫生组织(World Health Organization，WHO)发布的第五版中枢神经系统肿瘤最新分类及分级系统进一步融合了肿瘤的分子特征。诸如第二代测序、RNA表达谱和DNA 甲基化谱等新技术为肿瘤的发现及分类提供了更为精确的手段。这一系统的采纳对于肿瘤的准确诊断、治疗和预后评估至关重要，并对临床试验的设计、实施和解读产生深远影响。
脑胶质瘤治疗以手术切除为主，结合放疗、化疗等综合治疗方法。其中，恶性程度较高的胶质母细胞瘤的标准治疗包括尽可能完整的手术切除后，配合同步放化疗(放射治疗常规剂量为60Gy/30次，老年患者为40Gy/15次)以及
目前，对于脑胶质瘤何时复发和复发后的病理类型是无法预测的。特别是放疗后由于脑血管的改变和血脑屏障的破坏也被认为是放疗后的影像学表现(如假性进展)，在MRI的表现与胶质瘤复发等强化病变难以区分。
2）多模态MRI影像组学概述
MRI作为一种常用的诊断和治疗监测工具，提供了优异的软组织成像能力，并可无创地评估组织代谢状态。常规MRI主要显示脑胶质瘤出血、坏死、
多模态影像组学综合应用了诸如
其独特的优势在于能够揭示通常位于解剖变化之前或与解剖变化不同的生化变化，从而提供对基线及整个治疗周期内肿瘤状态的连续监控。这种技术在提升放射治疗效果方面展示了巨大的潜力，并且预计在放疗患者管理中将发挥越来越重要的作用。
2.影像组学技术在脑胶质瘤诊断及放疗中的应用
多模态MRI影像组学是结合两种及两种以上MRI技术辅助疾病诊断的方式，便于进一步获取疾病诊断相关信息。多模态MRI影像组学技术的应用能够在脑胶质瘤诊断、鉴别、放疗和预后评估等方面的研究进展，进而促进临床上放疗方案的个体化和精准制定。通过结合先进的影像技术，我们可以更全面地理解脑胶质瘤的复杂性，从而为患者提供更精准的诊断与治疗方案，显著提升治疗成效及患者生存率。本文旨在综述基于多模态MR影像组学技术的影像组学在脑胶质瘤诊断、鉴别、放疗和预后评估等方面的研究进展，进而促进临床上放疗方案的个体化和精准制定。
1）动态对比增强
动态对比增强磁共振成像(DCE-MRI)是一种使用磁共振成像技术结合造影剂来观察组织血流动力学等的方法。该技术不仅可以确定肿瘤病灶的具体位置和大小，还能通过定量分析参数提供肿瘤的血流、血管通透性以及肿瘤缺氧等功能信息，有效地表征肿瘤微环境，从而在肿瘤的诊断和预后评估中发挥关键作用。
2021版WHO中枢神经系统肿瘤分类将脑胶质瘤分为1~4级，将具有较低侵袭性生物学行为的1、2级归组为LGG，而高侵袭性生物学行为的3、4级为HGG，两者在影像学的诊断与鉴别诊断上存在困难。不同级别的脑胶质瘤预后和治疗策略差异较大，因此明确病理分级非常重要。众多研究表明肿瘤新生血管的通透性与肿瘤的分级、恶性程度相关，不同级别胶质瘤的微血管生成和微血管结构改变的程度不同。与常规MRI相比，DCE-MRI能够测量脑胶质细胞瘤组织周围血流动力学，为脑胶质瘤的病理分级、诊断及鉴别诊断提供依据。
Choi等运用DCE-MRI对33例病理证实为脑胶质瘤的患者进行研究，发现高级别胶质瘤的Ktrans和Ve值均高于低级别胶质瘤，Ktrans和Ve在高、低级别胶质瘤的鉴别诊断中差异均有统计学意义。同样王国杰等纳入120例胶质瘤及90例
Zhao等通过比较脑肿瘤区域和瘤周区域的表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)及DCE-MRI定量参数，对胶质瘤、
恶性胶质瘤具有浸润性、弥漫性生长的特点，与正常脑组织无明显边界。因此，复发也作为胶质瘤的一大主要特性。假性进展多发于放化疗后3个月内，从临床表现和常规MRI来看，难以准确区分肿瘤复发与假性进展。通常假性进展的病变后续会稳定或缩小，无需进一步治疗。根据Qiu J等通过一项纳入了616名患者的荟萃分析发现，DCE-MRI在区分复发性
此外，Baine等人在其回顾性综述中分析了72例接受了放射治疗的患者的MR前影像组学数据。这些患者大多接受60Gy/30F的放射治疗，同时使用TMZ进行化疗。在这些被详细评估的患者中，35例被识别为可能出现假性进展，其中8例(占22.9%)确实观察到了假性进展的现象。综上所述，动态对比增强磁共振成像技术在肿瘤诊断及放疗后鉴别诊断中具有重要的临床价值，为胶质瘤患者的治疗方案选择提供了重要的参考依据。随着相关技术的持续进步和研究的深入，我们有望进一步优化此技术，为患者提供更为精准的诊断及个性化的治疗方案。
2）磁共振波谱成像(MRS)
磁共振波谱成像(MRS)是一种非侵入性的医学成像技术，与常规MRI类似，均基于人体组织中氢原子核的信号进行成像。然而，MRS不仅可以提供组织的形态和结构信息，还可以通过定量分析不同化学物质的特征峰来获得其浓度和空间分布情况。是目前唯一一种能够无创观测活体组织的代谢和生化变化的技术，使得MRI诊断达到分子代谢水平，成为诊断疾病、监测疾病进展的有效工具。其中质子磁共振波谱(1H-MRS)应用最广泛，在胶质母细胞瘤(GBM)的研究中发现。
MRS可以测量胆碱(Cho)、N-乙酰天冬氨酸(NAA)和肌酸(Cr)等代谢物的空间分布和浓度，这些代谢物分别是细胞膜和神经元的标志物，此外还包括乳酸(坏死和厌氧代谢的指标)、肌酸/
Cr为细胞内能量利用和储存的标志，与代谢状态成负相关，因其在脑内总量较恒定，常作为其他代谢物峰的参照物。升高的Cho/NAA 指数(CNI)表明细胞增殖和神经元密度降低，这一比例特别是当CNI大于2时(CNI+)，已被认为是高级别胶质瘤中肿瘤代谢活性区的显著特征，且是GBM患者生存率和复发位置的有意义的预测因子。因此，Cho/NAA、Cho/Cr比值的升高和NAA/Cr比值的降低常用于预测脑胶质瘤的复发。
Iwahashi H在一项临床实验中发现，2-羟基戊二酸磁共振波谱(2HG-MRS)对IDH 突变型成人脑干胶质瘤的预测具有较高的敏感性和特异性。通过对患者进行术前2HG-MRS评估，并结合后续的肿瘤活检结果，研究发现2HG 浓度与IDH 突变状态密切相关。具体来说，对于IDH 突变型胶质瘤，2HG浓度≥1.8mm 时的敏感性和特异性均达到100%，该临界值具有统计学意义。以上研究表明，MRS技术在神经生物学代谢研究中具有巨大潜力。
通过对肿瘤细胞代谢异常的分析，结合MRS影像组学和深度学习的代谢产物量化分析，可以更准确地评估胶质瘤的预后和诊断，为临床治疗提供更为客观的依据。此外，基于MRS影像组学与深度学习的代谢产物量化分析，通过检测这些异常产物，可以在术前对胶质瘤的预后和诊断提供一个客观的评价。
3）磁共振指纹成像(MRF)
磁共振指纹成像(Magnetic Resonance Fingerprinting，MRF)通过随机的成像序列获得该序列下信号演变图，再与预先计算的数据库(称为“字典”)进行匹配，该数据库包含了不同组织在磁场中的行为知识，随后，实测信号与预测的字典信号在体素层面上进行拟合，以生成定量参数图像。
MRF利用多参数成像框架以提高扫描效率的多参数输出，使得T1和T2测量能够与ADC映射或vp表征结合，从而有效评估病变的异质性。这一特征通常与肿瘤的大小或体积联合使用，以区分恶性肿瘤与良性肿瘤。Badve C等进行的一项临床研究对31例未经治疗的轴内脑肿瘤患者进行了MRF采集，涵盖了胶质母细胞瘤、WHO II级低级别胶质瘤和转移性肿瘤。
研究发现，低级别胶质瘤周围白质的平均T1与胶质母细胞瘤周围的瘤周白质的平均T1显著不同(分别为218±1578ms和331±004ms；P=2，经Bonferroni校正后具有统计学意义)，表明基于MRF的弛豫测量能够识别不同级别胶质瘤的瘤周区域之间的数量差异。
另一项由Dastmalchian等进行的研究包括了31例患者的MRF采集，其中包括胶质母细胞瘤、低级别胶质瘤和转移性肿瘤。该研究通过计算灰度共现矩阵和灰度运行长度矩阵的二阶纹理特征，比较了三种肿瘤组的选定特征。结果表明，通过分析肿瘤周围白质在T1和T2图像上的逆差归一化和均匀性值，可以有效区分这三种类型的肿瘤。此外，实体肿瘤在T2图像中的熵值较低、最大概率值较高以及高灰色运行强调值与胶质母细胞瘤患者的长期生存相关。这些研究结果强调了MRF在肿瘤分级、鉴别不同类型的脑肿瘤以及预测患者生存期等方面的应用潜力，为精准医疗研究的发展提供了宝贵的信息。
4）弥散加权成像(DWI)
弥散加权成像(DWI)是磁共振成像(MRI)技术中的一种重要方法，通过测量水分子的扩散运动状态来评估其在组织中的自由度，并以表观扩散系数(ADC)来量化。这项技术在评估肿瘤的恶性程度、浸润程度以及预测治疗反应和疾病进展方面发挥着关键作用。目前，DWI已被广泛应用于脑胶质瘤的术前分级、预测、预后评估和临床研究中。
Nuessle NC等收集了500例经组织病理学确诊的胶质瘤患者的数据。在研究中，他们对DWI采集的六个b值在所有六个测量方向进行了平均处理，生成了表观扩散系数(ADC)、平均峰度(MK)和平均扩散系数(MD)图。研究比较了IDH突变型与IDH野生型星形细胞瘤及1p/19q共缺失的少突胶质瘤的相关指标，发现高b值的ADC具有优越的诊断性能。传统的弥散加权成像(DWI)及其表观弥散系数(ADC)在区分细胞性肿瘤方面可能表现为非特异性，因此在某些情况下其诊断能力有限。然而，增加弥散权重至高b值(即b=3000s/mm2)可以更具体地描述细胞性肿瘤的特征。
有研究表明，即便在增强MRI指导下最大限度切除后，仍有大量高细胞性肿瘤区域体积(TVHCV)未被增强。约40%的高细胞TVHCV区域在常规增强MRI中未显示出增强，这与胶质母细胞瘤(GBM)患者较差的无进展生存期(PFS)和更早的肿瘤复发显著相关。在一项由Priyanka P 等进行的研究中，使用高b值DWI揭示了放射治疗前胶质母细胞瘤的潜在高细胞量区域(HCV)的有效性。
在临床实践中，高b值的DWI已广泛应用于肿瘤的影像诊断，并在肿瘤分级、鉴别诊断以及预测治疗反应中扮演着关键角色。上述研究进一步证实了基于DWI数据的影像组学在辅助脑胶质瘤的分层诊断中的可行性，以及在指导放疗区域及放疗预后评估中的重要意义。
5）扩散张量成像(DTI)
扩散张量成像(DTI)是一种先进的磁共振成像技术，作为DWI的扩展应用，DTI通过计算平均扩散率(MD)和分数各向异性(FA)来描述水分子的运动特性。这些参数分别反映了水分子扩散的幅度和方向性。在脑肿瘤的临床评估中，DTI能够揭示脑肿瘤周围组织内水含量的增加和肿瘤的浸润程度，这些变化有助于区分高级别胶质瘤和转移性病变。
DTI技术已被广泛应用于分析肿瘤周围的水肿区。通过设定特定的临界值，可以有效区分肿瘤性质(例如高级胶质瘤和转移瘤)。肿瘤周围水肿区的范围与血管内皮生长因子(VEGF)的表达密切相关，这一点强调了新生血管在肿瘤周围区域发展中的作用。研究发现，高级胶质瘤(HGG)患者术前肿瘤水肿区体积的增加与生存率的降低直接相关，从而揭示了肿瘤水肿区范围与HGG患者预后之间的相关性。
Wang Z等的研究针对IDH 野生型的胶质母细胞瘤(GBM)，从DTI中提取的预后影像组学特征反映了由参与突触活动、细胞增殖、DNA损伤反应及复杂细胞功能的不同途径驱动的明显异质性。这些生物学上可解释的放射组学模型为IDH 野生型GBM 的诊断及临床治疗策略提供了新的见解。
综上所述，结合DTI与影像组学和深度学习对脑胶质瘤的瘤体及其边界范围进行评估，对患者的术前分级、鉴别诊断和生存预测具有重要意义。DTI技术的发展不仅为脑肿瘤的诊断和治疗提供了新的视角和方法，也对医学领域的进步和患者健康做出了重要贡献。
6）弥散峰度成像(DKI)
弥散峰度成像(DKI)是一种先进的磁共振成像技术，已逐渐成为中枢神经系统肿瘤，特别是神经胶质瘤的诊断、鉴别和预后评估中的有力工具。作为扩散张量成像(DTI)的直接扩展，DKI不仅提供了传统的扩散张量信息，还能估计扩散峰度张量，用于定量分析定向非高斯扩散的程度。在DKI的应用中，常见的参数包括平均峰度(MK)、经高斯水扩散校正后的表观扩散系数(ADC)、平行扩散峰度、径向扩散峰度和平均扩散率(MD)等。这些参数的综合应用能够为神经胶质瘤的详细诊断与治疗提供重要信息，并有助于改善鉴别诊断和疾病评估的准确性。
Hempel JM 等进行的一项回顾性研究显示，健康大脑组织与神经胶质瘤在DKI图像上表现出不同的MK和MD值分布。研究结果表明，神经胶质瘤在DKI图像中的扩散特征与其他脑部区域或颅内隔室显著不同，这种独特的弥散特征有助于快速且准确地识别和分类这类肿瘤。尽管DKI在采集时间较长、易产生运动伪影等方面存在局限，这些问题目前限制了其在临床实践中的广泛应用，但随着成像技术的持续进步和人工智能算法在肿瘤影像分析中的应用，预计DKI将在未来为神经胶质瘤诊疗领域带来更多创新和进展。
7）多模态成像引导放射治疗计划
近年来，多模态成像在放射治疗计划(RTP)中起着重要作用，准确描绘RTP的靶体积和正常组织是至关重要的。所描绘的轮廓线用于优化治疗计划，以最大化肿瘤剂量覆盖并最小化对关键结构的辐射剂量。准确的描绘是高质量RTP的必要前提。在RTP中应用多模态MRI的科学技术，例如图像采集和处理、多模态图像配准、分割、合成成像和规划方法，可以极大的提高靶区勾画的准确性。8.放疗预后 在
Sheikh等通过分析2009年至2018年间接受放疗的266名头颈部肿瘤患者的数据，开发了一个辐射组织学模型以预测治疗相关的口干症。研究比较了包括CT、MRI和临床数据的多种模型，发现辐射组织学分析可有效预测口干症的风险。此外，放射组学模型能够在放疗过程中监测腮腺的形态和大小的变化，从而为腮腺提供进一步保护，改善患者治疗后的生活质量。
同样，Yang等在一项放射组学研究中使用了15名头颈癌患者的核磁共振影像，这些影像通过放疗前后的扫描获得。研究团队开发了一个用于自动轮廓切割腮腺的模型，该模型能够实现放疗过程中腮腺形状和大小变化(即萎缩)的自动化监测。这一进步有望通过更精确地保护腮腺来改善患者的治疗后生活质量。在脑胶质瘤治疗中，假性进展和放射性脑坏死是常见的不良反应。研究表明，化疗前的肿瘤细胞密度(RT)与DWI的ADC值密切相关。
在同步放化疗期间，ADC值的增加与较长的生存期关联显著。此外，治疗后最小和平均ADC值的升高与患者的总生存期和无进展生存期显著相关。在放射性脑坏死的胶质瘤中，肿瘤周围的ADC结果与肿瘤复发相关，而放射性坏死通常表现为斑点状和明显的低强度病变，其最大ADC值较高。
Zamanian M 等进行的一项研究涵盖了75例各类型的胶质瘤患者，包括胶质母细胞瘤、
此外，弥散和代谢成像技术在预测治疗反应方面表现出高度的敏感性和特异性，特别是DWI/ADC在区分进展和非进展患者方面的表现，为所有类型胶质瘤患者的治疗反应提供了重要的评估手段。
3.总结
多模态MRI影像组学技术能够提供多维度信息反映肿瘤细胞的增殖、生长和侵袭程度等生物学行为信息，为脑胶质瘤的术前诊断提供宝贵的信息。影像组学通过对医学图像的高通量量化，可以在体素水平获得大量定量特征，辅助医师在疾病诊断方面得出更客观和准确的结论。多模态MRI结合影像组学技术，能够更全面地评估脑胶质瘤的病理特征，提高诊断的准确性。
在放疗计划制定过程中，多模态MRI技术能够提供精确的肿瘤边界和周围正常组织的信息，有助于确定放疗靶区和保护正常组织。通过影像组学分析，可以进一步量化肿瘤内部的异质性，为放疗剂量的优化提供依据。在放疗过程中和放疗结束后，多模态MRI技术可以用于评估放疗效果。通过比较放疗前后的图像变化，可以判断肿瘤是否缩小、坏死或复发。影像组学分析还可以提供肿瘤内部生物学行为的变化信息，如细胞增殖、凋亡等，有助于预测放疗的敏感性和预后。
根据多模态MRI影像组学技术的评估结果，可以及时调整放疗方案，如调整放疗剂量、改变放疗靶区等，以实现个体化精准治疗。这有助于提高放疗效果，减少放疗副作用，提高患者的生活质量。多模态MRI影像组学技术在脑胶质瘤的诊断及放疗中具有重要的应用价值。通过提供多维度信息、提高诊断准确性、辅助基因分型以及优化放疗计划和评估放疗效果等方面，该技术为脑胶质瘤的个体化精准治疗提供了有力支持。随着技术的不断发展和完善，多模态MRI影像组学技术在脑胶质瘤诊疗中的应用前景将更加广阔。
来源：李洲天，王宏伟.多模态MRI影像组学技术在脑胶质瘤诊断及放疗中的应用进展[J].立体定向和功能性神经外科杂志，2025，38(01):56-62.DOI:10.19854/j.cnki.1008-2425.2025.01.0011.
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