磁共振T1、T2 值在腦膠質瘤分級及細胞增殖活性預測中的臨床價值

謝佳培，張衛東，朱婧怡，吳業君，楊帆，肖亮*

作者單位：1.中國醫科大學附屬第四醫院，沈陽110000；2.中國醫科大學附屬第一醫院，沈陽110000

腦膠質瘤是顱內最常見的原發腫瘤，可分為高級別膠質瘤(high grade glioma，HGG)和低級別膠質瘤(low grade glioma，LGG)兩類。不同級別的腦膠質瘤，其增殖活性及惡性程度不同，HGG和LGG的區分，有助于治療方案制定和預后評估［1-2］。Ki-67是一種增殖細胞相關的核抗原，可以反映腫瘤細胞的增殖活性［3］，與腫瘤的分化程度、浸潤和預后密切相關［4-5］。然而，腦膠質瘤的分級和Ki-67標記指數(Ki-67 LI)的檢測有賴于組織活檢或手術切除組織，因此，術前無創預測腦膠質瘤分級及Ki-67表達水平具有重要的臨床意義。

磁共振成像為診斷腦膠質瘤主要的影像學檢查，而常規MRI缺乏標準的、可量化的參數，對腦膠質瘤分級及增殖活性的評估有一定的局限性。測量T1、T2 值的方法很早就有，但由于采集時間長等原因，多用于實驗研究，尚未應用于臨床。多對比度一站式弛豫定量技術(magnetic resonance imaging compilation，Magic)可以從一次掃描中得到多種不同對比度的圖像，大大減少了掃描時間，同時可以獲得具有組織弛豫特性的定量指標T1、T2 值［6-7］，從而為疾病的定量診斷提供更多的信息。研究表明，Magic 序列具有可與常規掃描相媲美的圖像質量［7］，然而，T1、T2 值對于腦膠質瘤分級及增殖活性的預測少有報道。本研究中，對腦膠質瘤患者進行Magic掃描，定量分析T1、T2 值，評價其在病理分級及細胞增殖活性預測中的診斷價值。

1 材料與方法

1.1 一般材料

收集2018年10月至2020年8月于中國醫科大學附屬第一醫院放射科進行顱腦MRI掃描，經手術病理證實為腦膠質瘤的患者36例，其中男19例，女17例，年齡29～69歲，平均年齡為52.4歲。納入標準：(1)患者術前接受Magic 序列掃描；(2)患者在行MRI 檢查前未接受與腫瘤相關的任何治療；(3)術后病理證實為膠質瘤患者，免疫組化結果可獲得；(4)所有患者的MRI 檢查與手術間隔均小于1 周。排除標準：(1)腦膠質瘤復發患者；(2)圖像偽影重，影響結果評估。按照2007 年WHO 分級標準［8］，其中高級別(Ⅲ、Ⅳ級)有21 例，低級別(Ⅰ、Ⅱ級)有15 例。倫理委員會免除倫理審查。所有病例均簽署磁共振檢查知情同意書。

1.2 數據采集

所有患者均在帶有21 通道頭部線圈的3.0 T MRI系統(GE公司3.0 T Pioneer，美國)上進行MRI掃描。Magic 序列取軸位，增強前后各掃一次，其掃描參數均為：TR 4000 ms，TE 19ms，層厚5 mm，FOV 220 mm×220 mm，矩陣320×192，回波長度16，激勵次數2，掃描時間4 min 32 s。對比劑為釓特酸葡胺，劑量為0.1 mmol/kg，經肘靜脈注入。注射對比劑后8 min進行Magic對比增強掃描。

1.3 圖像后處理及參數測量

Magic 序列直接在主掃描控制臺處理，自動生成T1 mapping、T2 mapping，在增強后的T1WI 圖像上，選擇腫瘤實質內強化明顯且均勻的部分(若無強化，選擇T2 FLAIR 上等或高信號區域)，及對側鏡像部位的正常腦白質，并避開壞死、出血、囊變和鈣化等區域，病變及對側分別勾畫3～5 個感興趣區(region of interest，ROI)，其大小、數量均保持一致。測量各ROI 增強前T1 值(T1-pre)、T2 值(T2-pre)及增強后的T1 值(T1-Gd),取平均值,并計算增強前后的T1 差值(ΔT1)、T1 值 變化 百 分比(ΔT1/T1-pre×100%)。對Magic定量參數進行校正處理,用腫瘤區參數值除對側鏡像部位正常腦組織參數值,得到增強前T1 比值(ratio of T1-pre,rT1-pre)、T2 比 值(ratio of T2-pre, rT2-pre) 及增強后T1 比值(ratio of T1-Gd,rT1-Gd)。

1.4 病理檢查

術后取腦膠質瘤標本實質部分進行HE 染色及Ki-67 免疫組化染色，作出病理診斷。使用Ki-67 抗體進行Ki-67蛋白的免疫組化分析，細胞核內出現棕褐色染色顆粒表示Ki-67染色陽性，對陽性細胞染色最高的區域進行計數。根據5 個高倍鏡視野的平均陽性細胞率，以百分數表示Ki-67 LI，代表腫瘤細胞的增殖活性。

1.5 統計學分析

所有數據均采用SPSS 20.0軟件進行分析，各組進行正態分布及方差齊性檢驗，符合正態分布及方差齊者以±s表示，不符合正態分布的用中位數(上、下四分位數)表示。用Spearson 相關分析分析各項Magic參數值及Ki-67 LI之間的相關性；采用獨立樣本t 檢驗或Mann-Whitney U 檢驗分析腦膠質瘤高低級別組間Magic 參數值及Ki-67 LI 之間的差別。當P＜0.05 時，具有統計學差異。對差異具有統計學意義的MRI 參數進行ROC 曲線分析得出最佳診斷閾值，從而獲得診斷的敏感度、特異度及曲線下面積。

2 結果

2.1 高低級別組間Magic定量參數及Ki-67 LI的差異

高級別組膠質瘤T1-pre (P=0.006)、ΔT1 (P=0.001)、T1 值變化百分比(P=0.003)、Ki-67 LI (P=0.000)明顯高于低級別組,T1-Gd (P=0.006)、rT1-Gd(P=0.007)低于低級別組,差異均具有統計學意義。rT1-pre、T2-pre、rT2-pre 在兩組之間無明顯差異(表1)。ROC 曲線分析可得T1-pre、T1-Gd、rT1-Gd、ΔT1、T1 值變化百分比曲線下面積分別為0.759、0.752、0.746、0.816、0.790 (表2),其中ΔT1 對區分高、低級別膠質瘤的效能最好,其最佳診斷閾值為373.25 ms,敏感度為90.5%,特異度為60%,P=0.001。高、低級別膠質瘤的常規MRI、T1 mapping、T2 mapping及免疫組化病理切片如圖1、2所示。

2.2 腦膠質瘤Magic定量參數與Ki-67 LI間的相關性

T1-pre (r=0.502,P=0.002)、rT1-pre (r=0.331,P=0.048)、T1-Gd (r=-0.351,P=0.036)、ΔT1 (r=0.537,P=0.001)、T1 值變化百分比(r=0.473,P=0.004)均與Ki-67 LI 具有顯著相關性,均具有統計學意義。此外,其余各項參數與Ki-67 LI 無明顯相關性,詳見表3。

表1 高、低級別膠質瘤Magic參數及Ki-67 LI的比較結果Tab.1 Comparison of Magic parameters and Ki-67 LI between high and low grade glioma

表2 Magic參數及Ki-67 LI在最佳截斷值區分高、低級別膠質瘤的敏感度、特異度、曲線下面積Tab.2 Sensitivity,specificity and area under the curve of Magic parameters and Ki-67 LI for distinguishing high and low grade gliomas under the optimal truncation value

表3 Magic參數與KI-67 LI的相關性Tab.3 Correlation between Magic parameters and KI-67 LI

3 討論

3.1 影像學檢查在腦膠質瘤分級及腫瘤細胞增殖活性預測中的應用

磁共振成像是臨床常用的影像學檢查，其信號強度受很多因素影響，直接測量信號強度的絕對值并不能精確地反映組織特性。常規的MRI 無法獲得組織的T1、T2值，對腦膠質瘤分級的評估具有一定的主觀性。Law 等［9］對160 例膠質瘤患者的常規MRI 進行了分析，包括八個指標：對比劑增強、邊界清晰度、腫塊效應、信號強度的不均一性、出血、壞死、水腫程度、累及胼胝體或越過中線。綜合分析發現常規MRI檢測HGG 的敏感度為72.5%，特異度為65.0%。此外，功能磁共振技術可以對腦膠質瘤進行分級及預測腫瘤細胞的增殖活性。Bai 等［10］對69 例膠質瘤患者進行擴散加權成像和擴散峰度成像，發現平均峰度值(mean kurtosis，MK)在鑒別HGG 與LGG 方面具有更顯著的診斷效能，可作為膠質瘤分級的最佳擴散參數。Zhang等［11］發現MK與Ki-67 LI顯著相關(r=0.791，P＜0.001)，在無創性評估腫瘤細胞增殖方面有很大的潛力。Fudaba 等［12］發現Cho/Cr、Lac/Cr 與Ki-67 LI 成正相關(r=0.461、0.418)，兩者可對HGG 與LGG 進行區分差異具有統計學意義。Jain 等［13］采用動態對比增強MRI 對腦膠質瘤患者進行掃描并測量相對腦血容量(relative CBV，rCBV)，結果發現rCBV 可以鑒別HGG 與LGG，并 與Ki-67 LI 正 相 關(r=0.580)。Suh等［14］進行了一項Meta 分析，發現酰胺質子轉移成像的信號強度與Ki-67 LI 的相關系數在0.430～0.597 之間，呈中度相關。但這些成像方法存在掃描時間長或圖像后處理復雜等問題，具有一定的限度。

3.2 定量T1、T2值在腦膠質瘤分級中的應用

高級別腦膠質瘤相較于低級別其惡性程度更高，惡性程度高的腫瘤具有更多的異質性組織結構［15］，兩者組織成分的比例不同，相應的T1、T2 值也可能存在差異，定量測量T1、T2值對評估腦膠質瘤分級可能具有一定的臨床價值。

T1弛豫時間是MRI的一個基本的物理量，主要受間質含水量的影響［16］。本研究發現，高級別膠質瘤的T1-pre、ΔT1、T1 值變化百分比高于低級別膠質瘤，T1-Gd、rT1-Gd 低于低級別膠質瘤。這與王佳男等［17］的研究結果基本一致，他們發現增強后T1 值及增強后T1 值變化的百分比可以區分HGG 與LGG，但他們發現增強前T1值在區分高低級別膠質瘤時無統計學意義，這可能是與病例樣本量較少有關。經ROC曲線分析得到ΔT1 對區分HGG、LGG 的效能最高，當ΔT1≥373.25 ms 時，傾向于高級別膠質瘤的診斷。因此ΔT1可以作為膠質瘤分級診斷的最佳指標。

Hattingen等［18］強調了T2 mapping的重要性，他們發現相比于常規MRI，T2 mapping 可以通過T2 弛豫時間的變化，更早的檢測到腫瘤的進展。然而，在鑒別高、低級別腦膠質瘤方面尚未發現T2 值的應用價值，Kern等［19］對定量T2 mapping進行了研究，發現Ⅲ級膠質瘤的T2 值高于Ⅱ級膠質瘤，但無顯著性差異。這與本研究結果一致，本研究結果顯示T2-pre、rT2-pre 在高、低級別膠質瘤組間無差異，王佳男等［17］的研究也未發現T2 值在鑒別高、低級別膠質瘤上的價值。因此，目前尚不能根據T2 值來區分高低級別膠質瘤。

此外，本組結果顯示Ki-67 LI 可以區分HGG、LGG，這與以往的研究一致［20-21］，可見Ki-67 LI 對腦膠質瘤的分級也有一定的臨床意義。

3.3 定量T1、T2 值在腦膠質瘤細胞增殖預測中的應用

在腦膠質瘤中，Ki-67 常作為表達腫瘤細胞增殖活性的生物標志物，Ki-67 LI 越高，腫瘤細胞的增殖活性越高［21］。腫瘤的增殖活性不同，其組織間水分含量也有不同，T1 弛豫時間主要受組織間水分含量的影響［22］。因此，不同增殖活性的腦膠質瘤，所引起的T1值的變化存在一定的差異。

在以往的研究中，Olsen 等［23］采用自旋回波脈沖序列1H-MRI 對人類黑色素瘤異種移植株A-07、D-12、R-18、U-25 的T1、T2 弛豫時間進行了研究，以腫瘤體積倍增時間(volume doubling time,Tvol)、潛在倍增時間(potential doubling time,Tpot)及S 期腫瘤細胞的比例表示增殖活性，發現高增殖活性腫瘤的T1、T2 弛豫時間高于低增殖活性腫瘤。這與我們的研究基本一致，本研究發現T1-pre、rT1-pre 與Ki-67 LI 呈正相關，T1-pre、rT1-pre 與腦膠質瘤的增殖活性正相關，這在以往的研究中鮮有報道。然而本研究發現T2-pre、rT2-pre 與Ki-67 LI 之間無相關性，這可能是由于膠質瘤為惡性腫瘤，腫瘤內的成分較復雜，而T2 值尚不足以區分出兩者的差別。靜脈注入對比劑后，可通過受損的血腦屏障進入腦內病變組織，或滯留于病灶內緩慢的血流中。病灶是否強化以及強化的程度，與病變組織血供是否豐富以及血腦屏障被破壞的程度有關。因此，高度惡性的膠質瘤血腦屏障破壞嚴重，T1 縮短比低度惡性膠質瘤明顯。本研究結果顯示ΔT1 與Ki-67 LI 呈正相關，T1-Gd 與Ki-67 LI 呈負相關，表明增殖活性越強，T1 縮短越多，T1-Gd 越低，增強前后T1 值變化越大。由此可見ΔT1值有望成為表達腫瘤細胞增殖活性的影像學指標。

因此，定量測量T1 值在腦膠質瘤細胞增殖預測中有一定的意義。此外，傳統的活檢方法其準確性會受到抽樣誤差的影響［24-25］，并且由于腫瘤的異質性，組織病理學檢查只能反映所取標本的生物學特性，而不能反映整個腫瘤的生物學特性［26］，導致腫瘤分級不準確。本研究結果ΔT1 與Ki-67 LI 呈正相關，在臨床上可為穿刺活檢的確定提供一定的幫助；同時也可指導放射治療照射野范圍的確定。

3.4 研究的局限性

本研究存在的不足：本研究的樣本量較少，尤其是低級別膠質瘤的患者數量較少，需要進一步擴大樣本量；本研究ROI 的選擇采取多層面采樣，并取平均值，盡可能與Ki-67 LI一致，然而未能做到與病理標本的取材一一對應，因此所得結果可能出現一定的偏差。本研究對所取ROI的平均值進行了研究，忽略了腫瘤的異質性，Matsuda 等［27］發現在乳腺癌患者中，增強后T1 值的標準差對預測Ki-67 的表達水平有一定的幫助，這種關系可能在腦膠質瘤中也存在，需要進一步的研究。

3.5 結論

綜上所述，Magic 掃描可以從一次掃描中得到多種不同對比度的圖像，明顯縮短掃描時間，使定量測量T1、T2 弛豫時間應用于臨床成為可能。T1 弛豫時間與腦膠質瘤的分級、增殖活性之間存在相關性，可以預判腦膠質瘤的分級及增殖活性，有助于臨床治療方案的制訂及預后判斷。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。