三種MRI灌注技術(shù)術(shù)前評估腦膠質(zhì)瘤分級的價值對比

梅鄒，畢俊英

作者單位：1.江漢大學(xué)附屬湖北省第三人民醫(yī)院放射科，武漢 430000；2.江漢大學(xué)附屬湖北省第三人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像介入和磁共振影像科，武漢 430000

腦膠質(zhì)瘤(brain glioma，BG)為常見顱內(nèi)原發(fā)性腫瘤，發(fā)病率可占顱內(nèi)腫瘤的35%～60%，并呈逐年上升趨勢[1]。外科手術(shù)為BG 的主要治療手段，但BG 生物行為復(fù)雜，選擇合適的手術(shù)方案方可達(dá)到理想療效，而術(shù)前準(zhǔn)確評估其病理分級是確定手術(shù)方案的關(guān)鍵[2]。常規(guī)磁共振成像可顯示腫瘤的形態(tài)及信號特征，常規(guī)增強(qiáng)檢查還能評估部分血腦屏障信息，輔助判斷腫瘤的良惡性，但難以準(zhǔn)確評估惡性腫瘤的分級[3]。影響縱向弛豫的T1 加權(quán)動態(tài)對比增強(qiáng)磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)，影響橫向弛豫的T2 動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging，DSC-PWI)，以水質(zhì)子為自身內(nèi)源性示蹤劑的三維動脈自旋標(biāo)記(three-dimensional arterial spin labeling，3D-ASL)，上述3種灌注技術(shù)均可用于判斷BG病理分級，但各具優(yōu)勢與不足[4]。基于此，本研究分析上述3種灌注技術(shù)在術(shù)前評估BG分級中的應(yīng)用價值，為BG診療提供臨床依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2017 年2 月至2020 年12 月我院48 例術(shù)前經(jīng)DCE-MRI 檢查，34 例 術(shù) 前經(jīng)DSC-PWI 及3D-ASL 檢查的BG 患 者臨床資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)術(shù)前接受相應(yīng)影像學(xué)檢查，術(shù)前未接受抗腫瘤治療；(2)經(jīng)手術(shù)病理診斷為BG 且首次診療；(3)年齡≥18 歲；(4)臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)因頭部偽影未獲得有效的MRI 掃描圖像；(2)既往腦部手術(shù)史。82 例BG 患者男43 例，女39 例；年齡18～71 (50.96±11.28)歲；臨床癥狀以頭痛頭暈、局灶性或全身性癲癇發(fā)作、運動障礙、顱內(nèi)壓增高為主。所有患者術(shù)后根據(jù)世界衛(wèi)生組織2007 年制定的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分級標(biāo)準(zhǔn)分級[5]，其中Ⅱ級32 例，Ⅲ級24 例，Ⅳ級26 例。本研究經(jīng)江漢大學(xué)附屬湖北省第三人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號：2021倫審科第19號)，免除受試者知情同意。

1.2 掃描方法

MRI 掃描采用西門子超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)MAGNETOM Verio 3.0 T，常規(guī)掃描T1 加權(quán)矢狀位、T1 加權(quán)橫斷位、T2 加權(quán)橫斷位及FLAIR 成像；T1 加權(quán)動態(tài)對比增強(qiáng)MR 先行T1 梯度回波容積插值屏息掃描(volume interpolated breath-hold examination sequence，VIBE)序列，TR 5.08 ms，TE 1.74 ms，F(xiàn)OV 260 mm×260 mm，矩陣138×192，層厚5 mm，翻轉(zhuǎn)角2°及15°；DCE-MRI 掃描采用T1 時間分辨交叉隨機(jī)軌跡成像(time-resolved angiography with interleaved stochastic trajectories，TWIST)序 列，TR 4.82 ms，TE 1.88 ms，F(xiàn)OV 260 mm×260 mm，矩陣138×192，層厚3.2 mm，翻轉(zhuǎn)角12°，共采集75次，間隔5.3 s，在采集第6次前，經(jīng)肘靜脈注入釓噴葡胺(批準(zhǔn)文號：H20080146，規(guī)格：0.5 mmol/mL，德國拜耳醫(yī)藥保健有限公司) 0.1 mmol/kg，注射速率4 mL/s。

DSC-PWI 掃描則采用平面回波序列(spin echo echo-planar image，SE-EPI)，TR 1500 ms，TE 30 ms，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，矩陣128×128，層厚4 mm，翻轉(zhuǎn)角90°，掃描時間約為1 min 50 s，共50期，每期20幀圖，在掃描第6期前注射釓噴葡胺對比劑，使用方法同上述DCE-MRI掃描。

3D-ASL 掃描前囑患者絕對制動，使用偽連續(xù)脈沖標(biāo)記及交錯的螺旋快速自旋回波序列背景抑制，達(dá)到全腦三維容積采集效果，TR 5000 ms，TE 36 ms，F(xiàn)OV 192 mm×192 mm，矩陣256×256，42 層，層厚3 mm，標(biāo)記后延遲時間1800 ms，采集時長約為4 min 29 s。

1.3 圖像處理方法

DCE-MRI 數(shù)據(jù)導(dǎo)入動態(tài)對比增強(qiáng)定量分析軟件(mini Kinetics tool)，應(yīng)用extended Tofts model 模型，輸入函數(shù)，獲得腦組織時間-信號強(qiáng)度曲線，經(jīng)藥代動力學(xué)計算并選擇感興趣區(qū)自動匹配相應(yīng)圖像(感興趣區(qū)避開壞死、囊變及出血區(qū)，下同)，得到后處理圖及灌注參數(shù)——容積轉(zhuǎn)運常數(shù)(volume transport constant，Ktrans)、速率常數(shù)(rate constant，Kep)、血管外細(xì)胞外間隙容積分?jǐn)?shù)(extravascular extracellular space fraction，Ve)、血漿容積分?jǐn)?shù)(plasma volume fraction，Vp)；由兩名醫(yī)師分別在DCE-MRI 后處理圖上采用“熱點法”手動放置感興趣區(qū)，面積為25～40 mm2，得到各參數(shù)測量值，該方法在異質(zhì)性腫瘤中選取侵襲性最高的實性部分分析，并結(jié)合專業(yè)醫(yī)師的經(jīng)驗，具有良好準(zhǔn)確性，兩名醫(yī)師分別取3 個感興趣區(qū)，取平均值為各參數(shù)的最終測量結(jié)果。

DSC-PWI 數(shù)據(jù)傳輸至后處理工作站(西門子Syngo.via)，行頭動校正調(diào)整閾值后，生成彩色腦血流量(cerebral blood flow，CBF)圖，采用“最大層面法”手動調(diào)節(jié)感興趣區(qū)，面積為25～40 mm2，取腫瘤最大血流量(tumour blood flow values of max，TBFmax)區(qū)，以對側(cè)正常半球、灰質(zhì)、白質(zhì)作參考，得到相對CBF (relative of CBF，rCBF)，兩名醫(yī)師分別取3個感興趣區(qū)，取平均值為各參數(shù)的最終測量結(jié)果。

3D-ASL數(shù)據(jù)傳輸至后處理工作站，自動得到偽彩圖，采用“最大層面法”手動調(diào)節(jié)感興趣區(qū)，面積為25～40 mm2，測得TBFmax，將TBFmax分別與對側(cè)正常半球、灰質(zhì)、白質(zhì)血流值作對比，計算rCBF，由兩名醫(yī)師分別取3 個感興趣區(qū)，取平均值為各參數(shù)的最終測量結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

數(shù)據(jù)分析用SPSS 22.0 軟件處理；計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較則用LSD-t檢驗；計數(shù)資料以例或百分比n(%)表示，采用χ2檢驗；診斷價值采用ROC 曲線評估；P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同BG病理分級者DCE-MRI參數(shù)比較

不同BG 病理分級者Kep、Vp比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)；BG病理分級Ⅱ級者Ktrans及Ve明顯低于Ⅲ級、Ⅳ級者(P＜0.05)，但Ⅲ級與Ⅳ級者間Ktrans、Ve比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，見表1，典型病例分析見圖1。

圖1 男性，73歲，右側(cè)額葉膠質(zhì)瘤Ⅲ級。動態(tài)對比增強(qiáng)磁共振成像定量Ktrans、Ve值較低，難以進(jìn)一步鑒別高級別腦膠質(zhì)瘤。 圖2 Ktrans、Ve診斷腦膠質(zhì)瘤病理Ⅳ級的ROC曲線。

表1 不同腦膠質(zhì)瘤病理分級者動態(tài)對比增強(qiáng)磁共振成像參數(shù)比較(±s)

注：a：與Ⅱ級者比較，P＜0.05。

分級Ⅱ級Ⅲ級Ⅳ級n Ve Vp 0.259±0.057 0.272±0.061 0.284±0.059 0.790 0.460 19 13 16 FP Ktrans (min-1)0.041±0.010 0.105±0.024a 0.118±0.029a 62.621＜0.001 Kep (min-1)1.301±0.219 1.289±0.227 1.257±0.211 0.183 0.834 0.171±0.028 0.604±0.127a 0.621±0.134a 106.117＜0.001

2.2 DCE-MRI參數(shù)對BG病理Ⅳ級的診斷價值分析

ROC 曲線分析顯示，Ktrans、Ve均對BG 病理Ⅳ級具有一定診斷價值(P＜0.05)，見表2、圖2。

表2 Ktrans、Ve對腦膠質(zhì)瘤病理Ⅳ級的診斷價值分析

2.3 不同BG病理分級者DSC-PWI、3D-ASL參數(shù)比較

DSC-PWI、3D-ASL 檢查中，不同BG 病理分級者間與對側(cè)半球、灰質(zhì)及白質(zhì)對比的rCBF 差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，Ⅱ級者rCBF 均低于Ⅲ級、Ⅳ級者(P＜0.05)，Ⅲ級者低于Ⅳ級者(P＜0.05)，見表3，典型病例見圖3、4。

表3 不同腦膠質(zhì)瘤病理分級者DSC-PWI、3D-ASL參數(shù)比較(±s)

表3 不同腦膠質(zhì)瘤病理分級者DSC-PWI、3D-ASL參數(shù)比較(±s)

注：DSC-PWI：動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像；3D-ASL：三維動脈自旋標(biāo)記；rCBF：相對腦血流量；a：與Ⅱ級者比較，P＜0.05；b：與Ⅲ級者比較，P＜0.05。

分級Ⅱ級Ⅲ級Ⅳ級n DSC-PWI rCBF 3D-ASL rCBF對側(cè)白質(zhì)2.096±0.427 3.724±0.634a 4.752±0.672ab對側(cè)白質(zhì)1.936±0.389 3.551±0.611a 4.538±0.750ab對側(cè)灰質(zhì)1.408±0.304 2.227±0.415a 3.045±0.606ab對側(cè)灰質(zhì)1.482±0.305 2.182±0.441a 3.004±0.582ab對側(cè)半球1.428±0.311 2.934±0.395a 3.687±0.583ab 13 11 10對側(cè)半球1.481±0.296 2.993±0.428a 3.715±0.593ab 62.683＜0.001 58.442＜0.001 38.482＜0.001 33.241＜0.001 82.831＜0.001 FP 77.870＜0.001

圖3 男，60歲，左側(cè)顳葉膠質(zhì)瘤Ⅳ級。動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像測量相對腦血流量及腦血容量，能準(zhǔn)確評估腦膠質(zhì)瘤病理分級。

2.4 DSC-PWI、3D-ASL參數(shù)對BG病理Ⅳ級的診斷價值分析

ROC 曲線分析顯示，DSC-PWI 與3D-ASL 測量的rCBF 均對BG病理Ⅳ級具有較高診斷價值(P＜0.05)，見表4、圖5。

圖4 女，42 歲，左側(cè)額葉膠質(zhì)瘤Ⅱ級，三維動脈自旋標(biāo)記技術(shù)測量相對腦血流量分析微循環(huán)灌注，能準(zhǔn)確評估腦膠質(zhì)瘤病理分級。

圖5 DSC-PWI、3D-ASL 參數(shù)診斷BG 病理Ⅳ級的ROC曲線。

表4 DSC-PWI、3D-ASL參數(shù)對腦膠質(zhì)瘤病理Ⅳ級的診斷價值分析

2.5 DSC-PWI參數(shù)rCBF與3D-ASL參數(shù)rCBF比較

DSC-PWI 與3D-ASL 測量的rCBF 差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，見表5。

表5 DSC-PWI參數(shù)rCBF與3D-ASL參數(shù)rCBF比較(±s)

表5 DSC-PWI參數(shù)rCBF與3D-ASL參數(shù)rCBF比較(±s)

注：DSC-PWI：動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像；3D-ASL：三維動脈自旋標(biāo)記；rCBF：相對腦血流量。

對側(cè)白質(zhì)3.224±0.622 3.404±0.639 1.177 0.243檢查方法DSC-PWI rCBF 3D-ASL rCBF n 34 34 tP對側(cè)半球2.627±0.445 2.580±0.423 0.446 0.657對側(cè)灰質(zhì)2.156±0.430 2.154±0.419 0.019 0.985

3 討論

DCE-MRI 的定量參數(shù)Ktrans、Ve是評估血管通透性的重要參數(shù)，正常血腦屏障完整時，對比劑不能由血管滲透至血管外，Ktrans、Ve值近乎為0[6-7]。在出現(xiàn)惡性腫瘤時，新生血管基底膜不完整，通透性升高，對比劑可滲透至血管外，Ktrans、Ve值隨之增加[8-9]。本研究中，BG 病理分級Ⅱ級者Ktrans及Ve明顯低于Ⅲ級、Ⅳ級者，BG 病理分級與Ktrans、Ve也呈顯著正相關(guān)，提示Ktrans及Ve值可隨BG病理分級的升高而增加，能輔助術(shù)前診斷，與既往報道一致[10]。然而，近年有研究發(fā)現(xiàn)[11-12]，Ⅲ級與Ⅳ級BG的腫瘤新生血管基底膜均不完整，血管通透性相近，對比劑滲透至血管外情況相同，DCE-MRI 參數(shù)難以鑒別Ⅲ級與Ⅳ級BG。本研究結(jié)果顯示，Ktrans、Ve雖然對BG病理Ⅳ級具有一定診斷價值，但BG Ⅲ級與Ⅳ級者間Ktrans、Ve比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。這也說明，DCE-MRI 參數(shù)在術(shù)前評估BG 病理分級方面存在一定缺陷，只能初步分辨低級別與高級別BG，難以進(jìn)一步鑒別高級別BG的具體分級[13-14]。

與DCE-MRI 不同，DSC-PWI 是測量CBF 及腦血容量的標(biāo)準(zhǔn)方法，可評估腫瘤組織血管密度，能反映BG 血流動力學(xué)及新生血管具體數(shù)量，與血腦屏障破壞程度、血管通透性變化無相關(guān)性[15-16]。本研究中，DSC-PWI 測量的rCBF 在Ⅲ級與Ⅳ級BG間差異有統(tǒng)計學(xué)意義，且對BG 病理Ⅳ級具有較高診斷價值，提示DSC-PWI參數(shù)能準(zhǔn)確評估BG病理分級。考慮該結(jié)果與隨著BG病理分級的升高，腫瘤體積增大、新生血管增生，使rCBF逐漸增加有關(guān)[17-18]。

3D-ASL 則是一種無創(chuàng)灌注技術(shù)，可利用自身循環(huán)動脈血中水質(zhì)子，行射頻脈沖磁化標(biāo)記，具有安全無創(chuàng)、可重復(fù)等優(yōu)點[19]。近年國外研究還發(fā)現(xiàn)[20]，3D-ASL 技術(shù)能利用rCBF 參數(shù)分析腫瘤微循環(huán)灌注情況，對BG 病理分級診斷有利。本研究中，BG 病理分級隨3D-ASL 對側(cè)半球rCBF、對側(cè)灰質(zhì)rCBF、對側(cè)白質(zhì)rCBF 的升高而升高，且3D-ASL 測量的rCBF 均對BG 病理Ⅳ級具有較高診斷價值，提示3D-ASL 也能準(zhǔn)確評估BG 病理分級，與上述國外報道相似。本研究還發(fā)現(xiàn)，3D-ASL 與DSC-PWI 測量的rCBF 數(shù)值相近，均能用于術(shù)前BG 分級評估。然而，兩種技術(shù)具有各自特點，3D-ASL 雖然具有安全無創(chuàng)的優(yōu)點，但僅能獲得rCBF 一種參數(shù)，還易受腦脊液污染，影響診斷[21]；DSC-PWI 需要使用對比劑，腎功能不全、對比劑過敏等患者限制應(yīng)用，但圖像分辨率較3D-ASL高，還能測量血流通過的時間特點，通過多種參數(shù)綜合判斷BG 分級[22]。因此，DSC-PWI、3D-ASL 均能輔助判斷BG 病理分級，但各具優(yōu)勢，臨床可結(jié)合實際情況選擇合適的灌注技術(shù)。另外，DCE-MRI 作為臨床廣泛應(yīng)用的灌注技術(shù)，應(yīng)用范圍廣，可輔助鑒別低級與高級BG，若臨床要進(jìn)一步明確高級BG 的分級，則需聯(lián)合DSC-PWI 或3D-ASL 技術(shù)觀察，具體聯(lián)合方案應(yīng)結(jié)合二者優(yōu)缺點選擇個性化的灌注方案。此外，本研究作為回顧性分析，樣本量較小，結(jié)果可能存在一定偏倚，為保證本結(jié)論的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性，還需后續(xù)大樣本量前瞻性研究的論證。

綜上所述，DCE-MRI 及DSC-PWI、3D-ASL 均能通過參數(shù)判斷BG 病理分級，但DCE-MRI 在鑒別BG Ⅲ級與Ⅳ級時存在欠缺，DSC-PWI 能測量多種參數(shù)準(zhǔn)確判斷BG 分級，3D-ASL 能無創(chuàng)、準(zhǔn)確判斷BG分級，各有其優(yōu)劣性。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。