磁敏感加權成像用于診斷及治療膠質瘤研究進展

曾文婷，趙 靜，初建平

(中山大學附屬第一醫院放射科，廣東 廣州 510080)

膠質瘤是常見惡性原發性腦腫瘤，發病率為3/100 000～8/100 000，患者生存期約10～20個月[1]。磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging, SWI)[2]可根據不同組織磁化率的差異進行檢測。定量磁化率成像(quantitative susceptibility mapping, QSM)在SWI基礎上發展而來，可通過后處理得到組織磁化率定量圖[3]。本文就SWI用于診斷及治療膠質瘤的研究進展，包括診斷、分級、基因預測及輔助治療決策等進行綜述。

1 SWI及QSM成像原理

1.1 SWI SWI以T2*加權序列為基礎，利用不同組織磁化率的差異進行成像；其原始圖像包括幅度圖和相位圖，可經消除偽影、加權運算及最小密度投影法(minimum intensity projection, mIP)等后處理而生成SWI及mIP圖[2]。SWI具有空間分辨率高、噪聲小及可顯示組織磁化率差異等優點，已廣泛用于臨床[4-6]；但無法精確量化組織磁化率的差異。

瘤內出血通常表現為微小出血，其中有含鐵血黃素和脫氧血紅蛋白等順磁性物質。SWI對出血較敏感，且易與壞死區分：出血表現為低信號，而壞死區低信號通常不明顯。既往研究[7]表明，與二維梯度回波(gradient echo, GRE)序列相比，SWI可更好地顯示腦內微出血灶。鈣是常見反磁性物質；重建SWI上，鈣化及順磁性物質均呈低信號，但二者于相位圖像上呈相反的信號強度：在左手法則(如Siemens系統)相位圖中，順磁性物質為高信號、反磁性物質為低信號；而在右手法則(如GE、Philips系統)相位圖中則相反[2]。

1.2 QSM QSM可通過演算相位信息得到組織磁化率定量圖，后者具有較高的組織對比度及空間分辨率，能更精確地評估組織內磁化率的變化，進而間接反映磁敏感物質(如鐵等)的相對含量[8]。QSM的定量特性使來自不同成像中心或針對不同受試者的檢查結果的可比性更高[9]，且可通過縱向比較同一受試者在不同階段的磁化率而動態監測疾病進展。

重建QSM可量化組織中順磁性物質(主要為鐵沉積)的相對含量，且能直接區分鈣化與出血：出血表現為高信號，鈣化則為低信號。利用QSM可定量分析顱內鈣化及出血或鐵沉積，且結果具有較高的可重復性及穩定性[10-11]。

2 SWI鑒別診斷膠質瘤與其他腦腫瘤

SWI可顯示髓靜脈阻滯(medullary vein blockage, MVB)，即小的髓靜脈終止于腫瘤邊緣；MVB陰性指小的髓靜脈沿血管路徑連續穿過腫瘤且未終止于其邊緣，或不能確定SWI所示瘤內低信號是否為穿行的髓靜脈；MVB狀態有助于鑒別診斷高級別膠質瘤(high-grade glioma, HGG)與深部腦轉移瘤。YANG等[12]采用SWI觀察，發現MVB多見于深部腦轉移瘤(圖1)，而罕見于HGG及原發性中樞神經系統淋巴瘤(primary central nervous system lymphoma, PCNSL)；分析原因可能在于HGG具有浸潤性，PCNSL常表現為惡性淋巴細胞包繞血管生長，而腦轉移瘤與周圍腦實質及血管分界清晰[13]。

SAINI等[14]發現膠質母細胞瘤(glioblastoma, GBM)患者最大校正后相對腦血容量(corrected relative cerebral blood volume, rCBV_corr)、最小表觀彌散系數(minimum apparent diffusion coefficient, ADCmin)、腫瘤內磁敏感信號(intratumoral susceptibility signal, ITSS)及速率常數(rate constant, Kep)均明顯高于PCNSL患者，提示多參數評估可顯著提高MRI鑒別診斷GBM與PCNSL的能力。YU等[15]亦發現相對表觀彌散系數(relative apparent diffusion coefficient, rADC)與ITSS聯合模型可提高鑒別診斷側腦室HGG與腦膜瘤的能力。

3 SWI評估膠質瘤

3.1 腫瘤內磁敏感信號(intraltumoral susceptibility signal intesity， ITSS) ITSS指SWI示腫瘤內呈低信號的線形或點狀結構,可根據無明顯ITSS、1～5個、6～10個及≥11個點狀或細線狀ITSS分為4個等級(圖2)[16]；ITSS級別越高，對應腫瘤分級越高，其基因分型越偏向于非異檸檬酸脫氫酶1(isocitrate dehydrogenase1, IDH1)突變或非O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉移酶(O6-methylguanine-DNA methyltransferase, MGMT)啟動子甲基化。另一方面，ITSS評估結果易受觀察者主觀因素的影響。

3.2 分形分析(fractal analysis, FA) FA是評估自然物體形態特征(如粗糙度和幾何復雜性)的數學模型；分形維數(fractal dimension, FD)為其常用參數，可量化腫瘤內部SWI信號，從而評估腫瘤內部血管及出血情況，較ITSS更具客觀性。有學者[17]發現低級別膠質瘤(low-grade glioma, LGG)的FD低于HGG、腦轉移瘤及腦膜瘤，而HGG及腦膜瘤的FD高于淋巴瘤。

4 SWI預測膠質瘤分級及基因分型

4.1 分級 既往研究[18-19]表明，ITSS分級與病理分級呈正相關。KONG等[16]發現HGG的ITSS分級顯著高于LGG，且ITSS分級 1.5為預測LGG及HGG病理分級的最佳臨界值。LIN等[20]報道，SWI聯合動態磁敏感對比灌注加權成像(dynamic susceptibility contrast perfusion-weighted imaging, DSC-PWI)亦有助于鑒別高、低級別少突膠質細胞瘤。SU等[21]發現SWI結合常規MRI及動態增強MRI紋理分析有助于鑒別LGG與HGG。

兒童膠質瘤的SWI特征與成人存在差異。GAUDINO等[22]分析2類常見于兒童的膠質瘤，即低級別毛細胞型星形膠質細胞瘤(n=27)和高級別H3K27M基因突變的彌漫性中線膠質瘤(n=13)；其中，高級別H3K27M基因突變彌漫性中線膠質瘤患兒的ITSS分級多為0級，而ITSS分級為0級者在低級別毛細胞型星形膠質細胞瘤患兒中占比不足50%，故認為兒童膠質瘤病理分級并不與ITSS分級呈正相關；但該研究樣本較小，其結果尚待證實。

4.2 基因分型 2021年WHO最新中樞神經系統腫瘤分類標準強調了基因診斷的作用[23]。預后良好的膠質瘤基因分型常為IDH突變、1號染色體短臂和19號染色體長臂(1p/19q)共缺失及MGMT啟動子甲基化[17，24-26]。KONG等[16]發現，IDH1突變和MGMT啟動子甲基化的膠質瘤ITSS分級明顯低于野生型IDH1和無MGMT啟動子甲基化的膠質瘤，但1p/19q缺失狀態則與ITSS分級無明顯相關；ITSS分級2.5為預測IDH1突變狀態及MGMT啟動子甲基化狀態的最佳臨界值。YANG等[27]發現，聯合應用常規MRI、SWI、彌散加權成像(diffusion weighted image, DWI)及DSC-PWI等技術有助于預測IDH突變LGG的1p/19q共缺失狀態。

5 SWI及QSM輔助臨床制定治療方案及預測預后

抗血管生成藥物可通過減少腫瘤內供血血管而降低腫瘤供氧；腫瘤內部血管越多，其潛在作用越大。SWI可通過顯示腫瘤內血管而預估抗血管生成藥物療效。LUPO等[28]發現，在T1WI顯示的腫瘤增強區域中，SWI低信號范圍(the amount of hypointense signal on SWI within the contrast-enhancing lesion, %SWI-h)較廣的多形性膠質母細胞瘤更有可能獲益于抗血管生成藥物治療方案，提示可通過治療前測量%SWI-h來制定膠質瘤治療方案。

DEISTUNG等[29]報道，1例接受替莫唑胺和1例接受貝伐單抗治療的膠質母細胞瘤復發(圖3)患者的QSM均見低信號鈣化，病理結果顯示前者瘤內含少突膠質成分。含少突膠質成分的膠質母細胞瘤患者生存期更長、對替莫唑胺治療反應更佳，而貝伐單抗治療后膠質母細胞瘤可見鈣化與治療反應良好和預后較好相關。QSM能較好地顯示鈣化，或可用于預測膠質母細胞瘤治療反應，以輔助臨床決策。

6 小結與展望

SWI對診斷膠質瘤、分級、預測基因型、輔助臨床決策及預測預后等均具有重要價值。在SWI基礎上，QSM能更精準地量化不同物質磁化率的變化，但用于膠質瘤的研究尚較少，有關聯合應用SWI或QSM與其他功能序列的報道亦較少。隨著影像學技術的發展和臨床應用研究的深入，SWI及QSM用于膠質瘤等神經系統疾病的價值將獲得進一步提高。