3D-ASL的rCBFmax值在兒童后顱窩腫瘤鑒別診斷中的價值

盛思思,邵劍波,彭雪華,郭豫,朱百奇

中樞神經系統腫瘤在兒童腫瘤中居第二位,其中約60%起源于后顱窩[1]。髓母細胞瘤、毛細胞星形細胞瘤和室管膜瘤是三種常見的兒童后顱窩腫瘤。腫瘤的類型、惡性程度及侵襲性的識別對治療和預后至關重要[2]。常規MRI可以發現后顱窩腫瘤,但鑒別診斷的敏感性和特異性不高[3]。功能MRI技術提供了有關腫瘤生物學和生理學的重要附加信息[4]。近年來DWI獲得的定量參數——表觀擴散系數(ADC)已被廣泛應用于兒童后顱窩腫瘤的鑒別診斷[5-7]。然而,基于灌注成像的兒科腦腫瘤研究相對較少,主要是由于傳統的腦灌注成像多采用動態磁敏感對比增強MRI(dynamic susceptibility contrast-enhanced MRI,DSC-MRI),需要注射對比劑,對兒童構成挑戰[8]。三維動脈自旋標記(three-dimensional arterial spin labeling,3D-ASL)成像因其無創、無輻射且不需要外源性對比劑的優勢,尤其適用于兒童中樞神經系統的檢查[9-10]。3D-ASL成像獲得定量參數腦血流量(cerebral blood flow,CBF),能夠定量評估腫瘤的灌注情況,目前已應用于兒童腦腫瘤的術前分級[9]。因此,本研究旨在探討3D-ASL成像獲得的rCBFmax值對常見兒童后顱窩腫瘤的鑒別診斷價值。

材料與方法

1.一般資料

搜集2018年1月-2022年12月在本院經手術病理證實的52例后顱窩腫瘤患兒的臨床和影像資料。其中,髓母細胞瘤28例,男18例,女10例,年齡0.5～12.0歲,平均(5.7±3.1)歲;毛細胞星形細胞瘤11例,男7例,女4例,年齡1.3～8.5歲,平均(3.7±2.6)歲;室管膜瘤13例,男9例,女4例,年齡0.7～6.0歲,平均(2.1±1.4)歲。所有患兒接受MRI檢查前未接受過放化療等任何抗腫瘤治療。

檢查前均取得患兒家屬同意,并與之簽訂知情同意書。

2.檢查方法

使用GE Discovery MR750 3.0T磁共振儀和8通道頭部專用線圈。患兒取仰臥位,對于不能配合的患兒給予10%水合氯醛溶液(0.3～0.5 mL/kg)口服。行常規序列MRI平掃、對比增強MRI及3D-ASL掃描。增強掃描使用Gd-DTPA作為對比劑,經肘靜脈快速推注,劑量0.2 mL/kg,注射流率2.0 mL/s。3D-ASL掃描參數:TR 4613 ms,TE 10.6 ms,視野200 mm×200 mm,層厚4 mm,標記后延遲時間1525 ms,激勵次數3。

3.圖像分析

影像評估由一位研究生和一位具有5年以上工作經驗的放射科醫師采用雙盲法獨立進行閱片分析。將3D-ASL序列獲取的原始圖像導入GE AW4.6工作站,獲得CBF偽彩圖。參考平掃及增強圖像,于腫瘤實性部分血流灌注最大的區域分別放置3個ROI,大小約50 mm2,注意避開腫瘤內的壞死、囊變、鈣化和出血區及大血管,測得腫瘤的最大腦血流量(maximum CBF,CBFmax),取3個ROI的平均值,并計算其與健側額葉CBF的比值,即最大相對腦血流量(maximum relative cerebral blood flow,rCBFmax)。

4.統計學分析

使用SPSS 26.0統計分析軟件。采用Shapiro-Wilk檢驗分析計量資料是否服從正態分布,服從正態分布的計量資料采用均數±標準差表示,對于偏態分布的計量資料以M(Q1,Q3)表示,三組間rCBFmax值的比較采用Kruskal-Wallis檢驗,采用Bonferroni法校正顯著性水平并進行事后兩兩比較,以P<0.05為差異有統計學意義。應用ROC曲線分析和約登指數來確定rCBFmax值鑒別三種腫瘤的最佳閾值及相應的敏感度、特異度和曲線下面積。

結 果

1.MRI表現

髓母細胞瘤28例,24例起源于中線處小腦蚓部,4例位于小腦半球;腫瘤多呈圓形或類圓形,邊界較清晰;T1WI呈低信號,T2WI呈等高信號;增強掃描顯示27例有明顯強化,其中22例強化欠均勻,1例未見明顯強化;ASL序列上病灶呈等～低灌注(圖1)。22例伴有不同程度腦積水,18例伴有腦室周圍水腫。

圖1 患兒,男,7歲,后顱窩髓母細胞瘤。a)T1WI上腫塊呈低信號;b)T2WI上腫塊以等信號為主;c)對比增強T1WI圖像上腫塊呈不均勻強化;d)3D-ASL序列偽彩圖像上腫塊呈等～高灌注。 圖2 患兒,女,5歲,后顱窩毛細胞星形細胞瘤。a)T1WI上腫塊呈低信號;b)T2WI上腫塊呈稍高信號;c)對比增強T1WI圖像上腫塊呈環形強化,環壁不規則,中央區無強化;d)3D-ASL序列偽彩圖像上腫塊呈低灌注。 圖3 患兒,女,1歲,后顱窩室管膜瘤。a)T1WI上腫塊呈低～高混雜信號;b)T2WI上腫塊呈低～高混雜信號;c)對比增強T1WI圖像上腫塊呈不均勻強化;d)3D-ASL序列偽彩圖像上腫塊呈高灌注。

毛細胞星形細胞瘤11例,8例位于小腦半球,2例位于小腦蚓部,1例位于第四腦室;形狀欠規則,呈類圓形;T1WI呈低信號,T2WI呈不均勻高信號;6例為囊實性,3例為實性,2例為囊性壁結節性;增強掃描示腫瘤壁結節或實性部分有明顯強化,囊性部分無強化;ASL圖像上腫瘤呈低灌注(圖2)。8例伴有腦積水。

室管膜瘤13例,9例起源于第四腦室(腫瘤呈舌狀延伸至正中孔和側孔),2例位于小腦蚓部,2例位于小腦半球;T1WI呈等、低混雜信號,T2WI呈等、高混雜信號;增強掃描示腫瘤呈中等不均勻強化;ASL圖像上腫瘤呈等～高灌注(圖3)。13例均伴有腦積水和腦室周圍水腫。

2.三組腫瘤rCBFmax值的比較

三組腫瘤的rCBFmax值箱圖見圖4。三組腫瘤中室管膜瘤的rCBFmax值最高,為1.53(1.27,2.04),毛細胞星形細胞瘤的rCBFmax值最低,為0.69(0.56,0.76),髓母細胞瘤的rCBFmax值位于兩者之間,為0.90(0.84,1.00)。三組之間rCBFmax值的差異具有統計學意義(H=34.692,P<0.0001);進一步采用Bonferroni法校正顯著性水平進行事后分析,結果顯示rCBFmax值在毛細胞星形細胞瘤與髓母細胞瘤之間(調整后P=0.001)、毛細胞星形細胞瘤與室管膜瘤(調整后P<0.0001)、髓母細胞瘤與室管膜瘤(調整后P=0.003)的差異均有統計學意義。

圖4 三組腫瘤患兒的rCBFmax值箱式圖(****代表P<0.0001),顯示三組腫瘤的rCBFmax值有較明顯的差異,三組中室管膜瘤的rCBFmax值最高,髓母細胞瘤的rCBFmax值次之,毛細胞星形細胞瘤的rCBFmax值最低。

3.ROC曲線分析

根據3組腫瘤的rCBFmax值繪制ROC曲線(圖5)。以rCBFmax=1.13為臨界值時鑒別室管膜瘤與髓母細胞瘤的約登指數值最大,相應的AUC為0.907(95%CI:0.816～0.997),敏感度為100%,特異度為82.1%;以rCBFmax=0.80為臨界值時鑒別髓母細胞瘤與毛細胞星形細胞瘤的約登指數值最大,相應的AUC為0.971(95%CI:0.926～1.00),敏感度為85.7%,特異度為100%;以rCBFmax=0.97為臨界值時鑒別室管膜瘤與毛細胞星形細胞瘤約登指數值最大,相應的AUC為1.00(95%CI:1.00～1.00),敏感度為100%,特異度為100%。

圖5 rCBFmax值鑒別腫瘤病理類型的ROC曲線。a)rCBFmax值鑒別室管膜瘤與髓母細胞瘤的AUC為0.907;b)rCBFmax值鑒別髓母細胞瘤與毛細胞星形細胞瘤的AUC為0.971;c)rCBFmax值鑒別室管膜瘤與毛細胞星形細胞瘤的AUC為1.00。

討 論

MRI灌注成像可評估腦腫瘤的血流灌注、腫瘤分級和分類、治療反應和預后[11]。3D-ASL成像利用磁性標記的動脈血中的氫質子作為內源性示蹤劑來獲得腦灌注信息,無需使用外源性對比劑,且沒有電離輻射,尤其適用于兒童這類特殊人群[12]。對于兒童患者,考慮到年齡和性別依賴的腦灌注差異,需要進行歸一化處理。相對腦血流量(定義為腫瘤血流量與健側正常腦實質血流量之比)在各研究中顯示的變異性小于腦血流量絕對值[8,13]。對于ROI的勾畫,研究表明腦灰質比腦白質具有更高的信噪比和更短的動脈傳輸時間 ,故本研究中選擇在腦灰質內進行ROI的勾畫;其次,與勾畫整個實體腫瘤區域相比,ROI范圍在25～100 mm2時對腦腫瘤分級的準確性更高[14]。

在本研究中,三種腫瘤中室管膜瘤的rCBFmax值最高,毛細胞星形細胞瘤的rCBFmax值最低,髓母細胞瘤的rCBFmax值介于二者之間。新血管的生成對腫瘤的生長和轉移至關重要,同時也影響藥物的分布和治療或手術的效果。腫瘤的發展導致血管生成因子(如堿性成纖維細胞生長因子和血管內皮生長因子)與抗血管生成因子(如血管抑制素)之間的失衡[15-17]。Pang等[18]研究顯示3D-ASL測量膠質瘤的CBF與腫瘤的VEGF表達呈正相關,且CBF和VEGF的表達在高級別和低級別膠質瘤組間有顯著差異,高級別膠質瘤的VEGF表達和CBF高于低級別膠質瘤。Kikuchi等[19]發現ASL成像測量的兒童腦腫瘤的CBF值與腫瘤組織的血管密度之間存在顯著的正相關關系,并可以準確的進行腦腫瘤的分級,高級別腫瘤的血管密度高,相應的CBF值也高。因此,高級別腫瘤及部分富血供腫瘤的血管密度高,導致高血流量。室管膜瘤為富血供腫瘤,腫瘤細胞常圍繞中央血管細胞減少的纖維區域排列,形成“血管周圍假菊團”,所以其血流灌注較高[20];髓母細胞瘤是后顱窩最常見的胚胎性、惡性腫瘤,被WHO歸類為4級腫瘤,其特征是腫瘤細胞密度高,細胞分裂迅速,血管密度高,其血流灌注次之[21];毛細胞星形細胞瘤被WHO歸類為1級腫瘤,細胞增殖和有絲分裂弱,腫瘤組織內僅由少量細胞組成,且多發生囊變,血管密度低,因此其血流灌注最低[22]。

據報道,評估腦腫瘤WHO分級的最佳灌注參數常使用rCBFmax而不是rCBFmean[14]。因此,本研究中采用的是rCBFmax。我們的研究結果顯示,ROC曲線區分室管膜瘤與髓母細胞瘤的rCBFmax最佳閾值為1.13,其敏感度為100%,特異度為82.1%,AUC為90.7%;區分髓母細胞瘤與毛細胞星形細胞瘤的rCBFmax最佳閾值為0.80,其敏感度為85.7%,特異度為100%,AUC為97.1%。即在兒童三大常見后顱窩腫瘤中,rCBFmax值大于等于1.13,多考慮為室管膜瘤,rCBFmax值在1.13與0.80之間,多考慮為髓母細胞瘤,rCBFmax值小于等于0.80,多考慮為毛細胞星形細胞瘤。Duc等[23]采用rCBFmean鑒別髓母細胞瘤與毛細胞星形細胞瘤,結果顯示髓母細胞瘤的CBF值及rCBFmean值明顯高于毛細胞星形細胞瘤,當rCBFmean的截斷值為0.51時,可以較準確地鑒別髓母細胞瘤與毛細胞星形細胞瘤,敏感度為88%,特異度為75%,AUC為83.5%。與Duc等的研究相比,本研究中采用rCBFmax值來鑒別髓母細胞瘤與毛細胞星形細胞瘤,敏感度為85.7%,特異度為100%,AUC為97.1%,rCBFmax值對兒童常見后顱窩腫瘤的鑒別診斷效能更高,更有助于臨床治療方式的選擇及評估患者的預后。

綜上所述,3D-ASL成像作為一種無創、安全的灌注成像方法,可作為常規MRI檢查的有效補充手段。rCBFmax值對鑒別兒童后顱窩三大類型腫瘤的特異性和敏感性都較高,是一項有價值的灌注參數。