酰胺質子轉移加權成像在鑒別兒童顱內腫瘤性和感染性腫塊病變中的應用

張 宏，呂艷秋，尹光恒，王 巖，胡 迪，彭 蕓

酰氨質子轉移(amide proton transfer，APT)成像是一種新型的無創性分子MRI成像技術，它可用來探測活體組織中內源性低濃度游離蛋白質和多肽含量以及酰氨質子交換速率，而酰氨質子交換速度與組織的pH值有關。研究證實APTw-MRI應用于卒中[1,2]、膠質瘤分級[3-6]、評估膠質瘤治療效果[7-10]、鑒別高級別膠質瘤放療后放射性壞死和假性進展[11]具有很大的臨床價值。常規的結構MRI成像如T2WI、FLAIR和增強后T1WI可以顯示病變的位置和外觀，但不能提供足夠的病變分類信息。MRI功能成像如動態對比增強MRI、擴散MRI和磁化轉移對比成像雖然為感染性和腫瘤性病變的檢測提供了有用的信息，但是在鑒別兒童顱內腫塊性病變(intracranial mass lesions，ICMLs)中的作用并不明確[12]，本研究對APTw MRI在鑒別兒童顱內感染性和腫瘤性腫塊病變的應用進行了初步探討。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇2016-02至2019-08就診于我院的35例未經治療的顱內腫瘤患兒納入研究，男19例，女16例，年齡3～172個月，后期均經手術病理證實。同期12例顱內感染患兒納入研究，男6例，女6例，年齡1～162個月，均通過血液、腦脊液或特異性免疫血清試驗確定感染源。本研究經首都醫科大學附屬北京兒童醫院倫理委員會批準(2022-E-014-R)，所有患兒家長都簽署知情同意書。

1.2 MRI掃描方案 采用同一MRI系統(3.0T Achievea，Philips Medical Systems)完成檢查。常規MRI掃描序列包括軸向T2WI(TR 3000 ms；TE 100 ms)，T1WI和Gd-T1w(TR 2308 ms；TE 13 ms)，FLAIR和Gd-FLAIR(TR 7000 ms；TE 120 ms；反轉恢復時間2200 ms)和DWI(TR 7000 ms；TE 120 ms；b因子0和1000 s/mm2)。APTw成像采用二維單層序列(飽和持續時間 200 ms×4；飽和脈沖功率2 μT)，層厚為5 mm。觀察常規MRI軸位圖像后選擇病灶中顯示病灶最大截面的掃描層面進行APTw成像掃描，該掃描層面與獲得的常規MRI(T2WI、T1WI、FLAIR、DWI和Gd-T1w)完全一致。采集時間約為160 s。為避免釓劑可能對APTw信號的影響，Gd-T1w和Gd-FLAIR是最后獲得的序列。對比劑為釓噴酸葡胺注射液(美國拜耳先靈公司)，劑量0.1 mmol/kg。

1.3 圖像處理與分析 圖像分析采用交互式數據語言(IDL；ITT Visual Information Solutions，Boulder，CO，USA)進行。為了減少掃描過程中可能出現的運動偽影，將獲取的每個層面的APTw圖像序列匹配到3.5 ppm的飽和圖像中[13]，該圖像首先匹配到所獲取的結構MRI圖像的相應層面上。通過分析功能性神經成像軟件(AFNI[14]；NIH/NIMH)進行注冊，使用三個自由度的剛體變換。

同一名放射科醫師勾畫病灶的感興趣區(regions of interest, ROI)。在Gd-T1w圖像上，勾畫1個大的ROI覆蓋了腫瘤性腫塊病變的實性強化區域或感染性腫塊病變強化膿腫壁的整個區域(不包括囊性、壞死和鈣化區)，測量取平均值。并對對側正常腦組織進行分析。對于無強化的腫塊病變，選擇均勻的腫塊病變實體區，測量基于T2WI圖像。

2 結 果

2.1 病理診斷或病原學診斷 本研究納入35例顱內腫瘤患兒，共計35個腫瘤性腫塊病灶，腫瘤性腫塊病變包括17個低級別顱內腫瘤(毛細胞星形細胞瘤/毛細胞黏液樣星形細胞瘤9例，彌漫性星形細胞瘤3例，脈絡叢乳頭狀瘤2例，顱咽管瘤1例，腦膜瘤1例及血管母細胞瘤1例)和18個高級別顱內腫瘤(髓母細胞瘤7例，間變型室管膜瘤4例，胚胎性腫瘤3例，彌漫性中線膠質瘤2例，間變型星形細胞瘤1例及脈絡叢癌1例)。顱內感染性患兒12例，其中結核性膿腫2例(結核桿菌)，細菌性膿腫8例(肺炎鏈球菌3例，金黃色葡萄球菌2例，大腸桿菌1例，中間型鏈球菌1例及脆弱類桿菌1例)，真菌性膿腫2例(白色念珠菌1例，外瓶霉1例)，共計24個感染性腫塊病灶。有代表性的腫瘤性病變(低級別顱內腫瘤、高級別顱內腫瘤)和感染性腫塊病變(腦膿腫)的常規MR和APTw圖像如圖1所示。

圖1 MRI掃描的常規MR和APTw圖像

2.2 MRI結果 正常腦組織的APTw值為(0.49±0.32)%，感染性腫塊病變的APTw值為(2.24±0.36)%，低級別顱內腫瘤的APTw值為(2.84±0.86)%，高級別顱內腫瘤的APTw值為(3.18±0.50)%。與對側正常腦組織相比，感染性和腫瘤性腫塊病變的APTw值均顯著增高(P<0.001)。感染性腫塊病變的APTw值顯著低于腫瘤性腫塊病變的APTw值(P<0.001)。感染性腫塊病變的APTw值顯著低于低級別和高級別顱內腫瘤(P<0.05)；低級別顱內腫瘤的APTw值要低于高級別顱內腫瘤，但差異沒有統計學意義(表1、圖2)。

表1 不同類型ICMLs的APTw值ROC曲線分析

圖2 不同類型ICMLs的APTw值ROC曲線分析

3 討 論

本研究表明，在ICMLs中，無論是腫瘤性還是感染性腫塊病變，其APTw信號強度均明顯高于正常腦組織。與正常腦組織相比，腦腫瘤是高度細胞性的，許多蛋白質都過度表達，因此腫瘤的APTw信號增加[15]。惡性腫瘤中APTw信號增加的另一個可能原因是腫瘤血管生成，因為血液中含有高濃度的血紅蛋白和白蛋白[16]。腦膿腫膿腫壁的APTw MRI上的高信號可能是由于炎性細胞浸潤、肉芽腫和膠質增生，導致細胞數量增加[17]。與之前研究結果一致[18]，本研究結果顯示 APTw MRI成像可以很好地區分顱內腫瘤性病變和感染性腫塊病變。我們認為，比起感染性腫塊病變，腫瘤組織中腫瘤細胞更密集，腫瘤血管更豐富，從而導致APTw可檢測的移動蛋白、胞漿蛋白和肽濃度更高。

在本研究中，我們觀察到高級別顱內腫瘤的平均APTw值高于低級別顱內腫瘤，但差異無統計學意義。與低級別顱內腫瘤相比，高級別顱內腫瘤中的蛋白質和多肽濃度更高，并具有更高的微血管構筑，這反映在高級別顱內腫瘤的APTw信號高于低級別顱內腫瘤。先前也有報道表明，低級別膠質瘤和高級別膠質瘤之間沒有統計學差異[3]。Togao等[19]最近的研究結果表明，腫瘤的分級沒有嚴格的閾值。本研究病例中低級別腫瘤在APTw上通常表現為散在的點狀高信號，因此APTw信號并不低，我們認為這可能是由于兒童腫瘤特殊的病理特征造成的。兒童低級別顱內腫瘤最常見的是毛細胞型星形細胞瘤、毛細胞黏液樣型星形細胞瘤以及彌漫型星形細胞瘤等。APTw MRI成像信號是由活組織(即細胞質、血液或其他體液中的蛋白質和多肽)中的水交換性酰胺質子產生的。因此，液化性壞死、囊變、出血或腫瘤內血管通常會顯示高APTw信號[20-22]。而毛細胞型星形細胞瘤的微囊性變及微血管增生都能造成APTw不均勻高信號。毛細胞黏液樣型星形細胞瘤腫瘤組織廣泛的黏液變性，可能也會造成腫瘤中蛋白質和多肽含量的增加。同樣地，彌漫型星形細胞瘤(WHOⅡ級)腫瘤組織也常伴微囊性變，造成APTw信號增高。因此，高級別和低級別兒童顱內腫瘤的APTw值會有重疊。

本研究存在一些局限性。首先，在每一類ICMLs中，患者數量很少。其次，病例年齡跨度較大，會導致APTw的變化可能不僅僅是由于疾病本身，也可能是由于兒童大腦在發育過程中的自然生理變化。第三，本研究使用二維單層APTw序列。我們的實驗結果表明，這種單層采集方案能在3 min左右的掃描時間內提供高質量的B0磁場不均勻校正的APTw圖像，因此MRI掃描可以在臨床有限的掃描時間內完成，并提供足夠的信噪比。在計劃中的未來研究中，3D APTw技術將用于擴大病變的覆蓋范圍，提供更多信息和更好的信噪比。第四，從MTRasym(3.5 ppm)量化的APTw信號會被上游NOE信號(包括傳統的磁化轉移不對稱性)污染[23]。為了量化純的APT信號，文獻[24，25]提出了幾種替代的APTw成像采集方法或分析方法。然而，這些方法需要較長的掃描時間，其用于常規臨床實踐需要進一步驗證。此外，APTw度量受幾個因素的影響，包括酰胺質子濃度、組織pH、水質子濃度和水的T1。根據文獻[26]報道，組織含水量和T1對APTw信號的貢獻在許多疾病中大多得到補償。值得注意的是，最近的一些研究已經明確指出，如本研究中使用飽和功率為2μT時，水T1對組織的APT效應實際上沒有影響[27]。