磁敏感加權成像及3D-ASL在各級腦膠質瘤分級中的價值

杜常月，苗娜，齊旭紅，董衛(wèi)敏，于洋，溫智勇

作者單位：首都醫(yī)科大學電力教學醫(yī)院放射科，北京 100073

膠質瘤占惡性腦腫瘤的81%，有顯著的死亡率和發(fā)病率[1]。近年來，影像學的發(fā)展為其提供了更多的信息。然而，各級之間是否存在影像差異，通過哪些影像手段進行級別區(qū)分，具體怎么區(qū)分等問題仍未完全清楚；且病理級別影響患者的生存率及預后。磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging，SWI)及三維動脈自旋標記(three-dimensional arterial spin labeling，3D-ASL)成像可以反映腫瘤的微血管、微出血及血流灌注。本研究主要探討SWI及3D-ASL對鑒別各級膠質瘤的價值。

1 材料與方法

1.1 病例資料

回顧性分析2016年5月至2018年3月期間，到我院就診并經(jīng)術后病理證實的腦膠質瘤患者92例：Ⅱ級35例平均年齡為(41.89±12.76)歲；Ⅲ級13例，平均年齡為(40.92±12.51)歲；Ⅳ級44例，平均年齡為(54.41±10.97)歲。所有患者檢查前均簽署了知情同意書，均未接受過任何放化療，于術前完成了頭顱MRI平掃、SWI及3D-ASL序列掃描，并進行了頭顱MRI增強掃描；所得圖像較清晰。腫瘤實體部分太小、運動偽影太重影響檢測的患者未納入其中。

1.2 儀器與方法

采用GE Discovery 750W 3.0 T磁共振掃描儀及24通道頭顱表面線圈，進行MRI檢查，掃描序列包括：(1)頭顱MRI平掃：軸位T1WI (TR 2087.4 ms，TE 24.0 ms)、軸位T2WI (TR 5281.0 ms，TE 104.0 ms)、軸位T2 FLAIR (TR 9000.0 ms，TE 95.0 ms)，視野24 cm×24 cm，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm。(2) SWI采用Ax SWAN序列(TR 38.3 ms，TE 22.9 ms)，F(xiàn)A 15°，視野 24.0 cm×21.6 cm，矩陣352×288，層厚2.0 mm，無層間距，NEX為0.69。(3) 3D-ASL掃描：采用基于FSE的3D Spiral全腦采集，帶寬62.5 KHz，矩陣512×512，NEX為3，Post Lable Delay 1525.0 ms，TR 4683.0 ms，TE 10.7 ms，層厚4.0 mm，無間隔，層數(shù)40，掃描時間4 min 32 s，掃描范圍包括顱底至顱頂?shù)娜X范圍。(4)頭顱T1WI序列的增強掃描(軸位、矢狀位及冠狀位)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

將圖像載入GE ADW 4.6工作站進行后處理，測量并記錄各參數(shù)值。在SWI MinIP圖上的腫瘤所在區(qū)域，半定量評估腫瘤內的敏感性信號強度(intratumoral susceptibility signal intensity，ITSS)[2]，其中微出血為類圓形直徑＜5 mm低信號灶，腫瘤范圍內連續(xù)出現(xiàn)的迂曲低信號為病理血管。可為以下幾個等級[2]：0分為沒有ITSS；1分為1～5個點狀或細線性ITSS；2分為6～10個點狀或細線性ITSS；3分為11個或更多的點狀或細線性ITSS。利用鈣化在相位圖上表現(xiàn)為高信號，可以剔除鈣化的影響。評分采用雙盲法，由2名有經(jīng)驗的影像診斷醫(yī)師獨立分別對各組進行一次ITSS評分，如果2名醫(yī)師的結果不一致，則以第三名高級職稱的影像診斷醫(yī)師結果為準。

對腦血流量灌注圖與軸位T1增強圖進行融合，由2名影像碩士研究生在有經(jīng)驗的醫(yī)師指導下，于腫瘤灌注最明顯的層面(偽彩圖上實性部分色彩最鮮艷的部分)設置3個感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，得到腫瘤最大腦血流量值(maximum cerebral blood flow，CBFmax)，ROI大小在50 mm2左右，取這3個ROI的平均值作為最終數(shù)值。同樣的方法，獲取同層面健側腦白質區(qū)血流量CBF1、健側腦灰質區(qū)血流量CBF2、對側鏡像區(qū)正常腦組織CBF3。通過計算，得出相對參數(shù)r1 (CBFmax/CBF1)、r2 (CBFmax/CBF2)及r3 (CBFmax/CBF3)。為避免誤差，ROI的選擇均在腫瘤實質區(qū)域，盡可能避開囊變、壞死、鈣化及周圍水腫。測量完成后由1名副主任醫(yī)師進行審核；如果2名醫(yī)師的結果不一致，則以第三名高級職稱的影像診斷醫(yī)師結果為準。

1.4 統(tǒng)計學方法

應用SPSS 24.0統(tǒng)計軟件進行分析，ITSS采用非參數(shù)Mann-Whitney U檢驗，3D-ASL各參數(shù)值采用單因素方差ANOVA分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。利用受試者工作特性曲線(receiver operator characteristic curve，ROC)評估兩種技術對膠質瘤分級的診斷效能。

2 結果

Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級腦膠質瘤的常規(guī)增強掃描、3D-ASL和SWI序列圖像詳見圖1～3。各參數(shù)統(tǒng)計分析結果詳見表1、2。利用ROC曲線分析SWI及3D-ASL在各組比較中的曲線下面積(the area under the curve，AUC)，詳見圖4。根據(jù)Youden指數(shù)確定各參數(shù)的最佳診斷界值、診斷敏感性、特異性(表3)。

表1 3D-ASL參數(shù)統(tǒng)計分析(±s)Tab. 1 Statistical analysis of 3D-ASL parameters (±s)

表1 3D-ASL參數(shù)統(tǒng)計分析(±s)Tab. 1 Statistical analysis of 3D-ASL parameters (±s)

注：CBFmax、r1、r2和r3值在各級膠質瘤內的結果。P≤0.05差異有統(tǒng)計學意義，P＞0.05無統(tǒng)計學意義

分級 CBFmax r1 r2 r3Ⅱ級(35例) 82.59±55.07 3.24±1.93 1.72±1.02 1.95±1.26Ⅲ級(13例) 115.47±83.21 4.54±3.50 2.30±1.86 2.71±2.00Ⅳ級(44例) 118.45±48.46 5.34±2.51 2.95±1.50 3.19±1.32 P值Ⅱ級比Ⅲ級 0.181 0.520 0.410 0.225Ⅱ級比Ⅳ級 0.018 0.000 0.001 0.001Ⅲ級比Ⅳ級 0.985 0.825 0.303 0.527

表2 ITSS值統(tǒng)計分析(例)Tab. 2 Statistical analysis of ITSS values (n)

圖1 男，32歲。左側額葉少突膠質細胞瘤(WHO Ⅱ)。A：T1WI增強圖；B：3D-ASL CBF圖，腫瘤實質區(qū)可見斑片狀低灌注；C：SWI MinIP 圖，ITSS為1；D：病理圖片(HE ×200) 圖2 女，53歲。右側顳葉間變性少突星形細胞瘤(WHO Ⅲ)。A：T1WI增強圖；B：3D-ASL CBF圖，腫瘤實質區(qū)可見高灌注；C：SWI MinIP 圖，ITSS為3；D：病理圖片(HE ×200) 圖3 女，50歲。左側額葉膠質母細胞瘤(WHO Ⅳ)。A：T1WI增強圖；B：3D-ASL CBF圖，腫瘤實質區(qū)可見高灌注；C：SWI MinIP 圖，ITSS為3；D：病理圖片(HE ×200)Fig. 1 Thirty-two years old man, a histologically verified grade Ⅱ oligodendroglioma in the left frontal lobe. A: Contrast enhancement on gadolinium-enhanced T1-weighted image. B: Tumor parenchyma showed patchy low perfusion on 3D-ASL CBF image. C: The ITSS was 1 on SWI MinIP image. D: The image of pathology (HE ×200). Fig. 2 Fifty-three years old woman, a histologically verified grade Ⅲ anaplastic astrocytoma in the right temporal lobe. A: Contrast enhancement on gadolinium-enhanced T1-weighted image. B: Tumor parenchyma showed high perfusion on 3D-ASL CBF image. C: The ITSS was 3 on SWI MinIP image. D: The image of pathology (HE ×200). Fig. 3 Fifty years old woman, a histologically verified grade Ⅳ glioblastoma in the left frontal lobe. A: Contrast enhancement on gadolinium-enhanced T1-weighted image. B: Tumor parenchyma showed high perfusion on 3D-ASL CBF image. C: The ITSS was 3 on SWI MinIP image. D: The image of pathology (HE ×200).

表3 SWI及3D-ASL的ROC曲線分析結果Tab. 3 Results of ROC curve analysis of SWI and 3D-ASL

3 討論

圖4 A：SWI、3D-ASL及兩種技術聯(lián)合在WHO Ⅱ與WHO Ⅲ膠質瘤比較中的ROC曲線；B：SWI、3D-ASL及兩種技術聯(lián)合在WHO Ⅱ與WHO Ⅳ膠質瘤比較中的ROC曲線；C：SWI、3D-ASL及兩種技術聯(lián)合在WHO Ⅲ與WHO Ⅳ膠質瘤比較中的ROC曲線Fig. 4 A: ROC curves of SWI, 3D-ASL and combining two techniques in the comparison of WHO Ⅱ vs. WHO Ⅲ glioma. B: ROC curves of SWI, 3D-ASL and combining two techniques in the comparison of WHO Ⅱ vs. WHO Ⅳ glioma. C: ROC curves of SWI, 3D-ASL and combining two techniques in the comparison of WHO Ⅲ vs. WHO Ⅳ glioma.

血管生成的程度是評估良惡性腫瘤、確定腦腫瘤侵襲性的重要標志[3]。不同級別膠質瘤的新生血管程度不一致，血供和缺氧情況也有所差異，這就會造成灌注及出血差異。所以，定量研究和評價膠質瘤區(qū)域的血管生成及灌注情況，理論上可以對腫瘤進行分級鑒別。SWI對新生血管(靜脈血和脫氧血紅蛋白)、出血和鈣化的檢測非常敏感，是檢測膠質瘤內部結構特征不可或缺的工具[4]。有研究表明，SWI可用于膠質瘤分級[5-6]。而ASL可以反映腫瘤的血供情況，可以作為評估腦腫瘤的工具[7]。以往大多數(shù)研究只是針對磁共振單個技術。但是，不同成像方式的組合可以提高診斷準確性、相互補充信息。目前，將SWI與其他技術結合起來對膠質瘤分級的研究不是很多[6]，而且對膠質瘤進行細化分級的研究也很少。筆者采用SWI和3D-ASL兩種技術，同時反映了腫瘤的微觀血管結構和腫瘤中的血供情況，對Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ級膠質瘤進行分級研究。

本研究結果顯示：ITSS在鑒別(Ⅱ級與Ⅲ級比較)、(Ⅱ級與Ⅳ級比較)、(Ⅲ級與Ⅳ級比較)中差異均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。表現(xiàn)為級別越高，ITSS評分值越高。這與以往的研究部分類似[8-9]。分析原因可能是：(1)腫瘤級別越高，其內新生血管越多，這些新生血管由于生長迅速，多不成熟，容易引起破裂出血[10]。(2)高級別膠質瘤內瘤細胞生長迅速，需氧量增加，容易引起缺氧，導致血管內脫氧血紅蛋白增加，表現(xiàn)為低信號。但是，與以往大多數(shù)研究[2]不同的是，本研究中有2例Ⅱ級膠質瘤中ITSS值為3。分析原因可能是，部分Ⅱ級膠質瘤新生血管比較迂曲、密集，且血管發(fā)育不成熟，引起了缺氧，導致脫氧血紅蛋白的產生。

而CBFmax、r1、r2及r3僅在(Ⅱ級比Ⅳ級)組中，具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。分析原因可能是：(1) Ⅳ級膠質瘤中微血管密度比Ⅱ級更大(研究表明，ASL測量的CBF與腦膠質瘤組織中的微血管密度呈正相關[11-12])，灌注更為顯著，體現(xiàn)出更高的TBFmax值及r值(r1、r2、r3)。這與國內外報道部分相似[13-15]。關于這一點，WHO膠質瘤分級標準中也提到，Ⅳ級膠質瘤微血管增生情況更為顯著。以往也有文獻報道，血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)在高級別膠質瘤中的表達相對較高，可誘導不成熟的腫瘤血管增生[16]。(2) Ⅱ級屬于低級別，而Ⅲ級為高級別。3D-ASL各參數(shù)不能鑒別二者，而SWI可以鑒別，說明3D-ASL可能相對不穩(wěn)定，SWI具有更高的鑒別意義。(3) Ⅲ級中可能已經(jīng)存在一部分新生血管，血管密度已經(jīng)有所增加；或者是Ⅲ級和Ⅳ級均會造成血腦屏障破壞，導致灌注增加。從而導致3D-ASL無法區(qū)分Ⅲ級和Ⅳ級。此外，本研究中在低級別膠質瘤中出現(xiàn)3例高灌注，以往有研究認為，低級別腫瘤的血流量高估，可能是瘤內血管分流或少突膠質細胞瘤1p19q雜合性聯(lián)合缺失所致[17]。Ⅲ級中出現(xiàn)1例低灌注，Ⅳ級出現(xiàn)3例低灌注。分析原因可能是：部分高級別膠質瘤局部新生血管迂曲；或者局部血流緩慢；使灌注信息延遲。

在各參數(shù)均有統(tǒng)計學意義的(Ⅱ級比Ⅳ級)組中，SWI的AUC值(0.964)、敏感性(97.7%)和特異性(94.3%)均比3D-ASL大。而且，3D-ASL在各組中的AUC值、敏感性和特異性也不是很高。關于這一點，有研究表明，ASL由于對運動非常敏感，易出現(xiàn)大量偽影，運動偽影可能會使信號強度不準確，導致數(shù)據(jù)值偏高或偏低[18]。這進一步提示3D-ASL參數(shù)不夠穩(wěn)定。同時，本研究結果顯示，利用SWI可以將高級別中的Ⅲ級和Ⅳ級區(qū)分開，這對臨床有很大的價值。

本研究的不足之處：(1) SWI的評分是半定量評分，帶有一定的主觀成分，難免有偏倚。而這也直接影響統(tǒng)計分析的結果。因此，如何客觀、精確地進行SWI定量分析仍是急需解決的問題，也是目前研究的軟肋。(2) Ⅲ級的樣本相對于Ⅱ級和Ⅳ樣本量較少，仍需后期擴大Ⅲ級樣本量。

綜上，通過對比及聯(lián)合SWI、3D-ASL兩種技術，發(fā)現(xiàn)兩種技術可以用于各級膠質瘤之間的鑒別。而且，SWI在膠質瘤分級中比3D-ASL要準確一點。但是，聯(lián)合兩種技術的診斷效能均大于單獨應用某一種技術，具有更高的診斷效能。

利益沖突：無。