脑胶质瘤磁共振灌注成像的研究进展

肖冬玲（综述） 唐光才（审校）

脑胶质瘤磁共振灌注成像的研究进展

肖冬玲（综述） 唐光才（审校）

神经胶质瘤；脑肿瘤；磁共振成像；灌注成像；综述

胶质瘤是成人最常见的原发性脑肿瘤，常规MRI能为胶质瘤的诊断和治疗提供重要的解剖和功能信息［1］。肿瘤的恶性程度与其微血管结构、肿瘤细胞增殖密切相关，准确评估肿瘤血供及微循环状态对胶质瘤的诊断非常重要。磁共振灌注成像（perfusion imaging，PI）可以对肿瘤微血管分布及血流灌注情况进行定性和定量分析，故能用于诊断胶质瘤。本文拟对PI在胶质瘤的诊断和分级、与其他颅脑占位性病变的鉴别诊断及评估预后等方面的研究现状做一综述。

1 PI的基本原理

1.1 动态磁敏感对比增强灌注成像（dynamic susceptibility contrast perfusion imaging，DSC-PI）DSC-PI为应用最广的PI方法，主要原理是经静脉团注顺磁性对比剂后，位于血管内的对比剂会产生强大的、微观的磁敏感梯度，引起组织T2、T2*弛豫缩短，因而引起组织信号强度的改变。对比剂首次通过组织时主要存在于血管内，血管外极少，信号强度受扩散因素影响小，故能反映组织的血流灌注情况。

1.2 动态弛豫对比增强灌注成像（dynamic contrast enhancement perfusion imaging，DCE-PI）DCE-PI是基于顺磁性对比剂注入血管后，对比剂会向周围组织渗透，引起组织T1时间缩短，对比剂通过后，组织的信号恢复，反复扫描可检测出对比剂进入、分布及流出组织的情况。

1.3 动脉自旋标记灌注成像（arterial spin labeling perfusion imaging，ASL-PI）该技术无需外源性对比剂，是以自身血液作为内源性示踪剂的PI方法。水在血液和组织间自由扩散，血液经动脉血管以一定的速度流入毛细血管床，毛细血管血液中的水与血管外间隙的组织水进行交换；标记感兴趣区近端动脉血中的质子，当被标记的动脉血中的质子与组织中的质子交换时，将造成组织磁化矢量的改变。ASL-PI不需要外源性对比剂，是一种完全无创的检查，故ASL-PI可用于肾功能不良及需要重复检查的患者。但相对于其他PI技术，ASL信噪比及空间分辨率较低，成像参数较少。

2 PI的主要成像参数

DSC-PI的主要成像参数包括脑血容量（cerebral blood volume，CBV）、脑血流量（cerebral blood flow，CBF）、平均通过时间（mean transit time，MTT）。CBV指一个脑体素中的血容量与该体素的质量之比。CBF指流过体素的总血流量与该体素的质量之比。MTT为水分子或对比剂微粒通过体素脉管系统的平均时间。为纠正个体差异所导致的误差，临床上一般使用CBV、CBF的相对值，即病灶侧与对侧正常脑白质区灌注参数比值，通常表示为rCBV、rCBF。DCE-PI的主要成像参数包括容量转移常数（volume transfer contrast，Ktrans）、血管外细胞外间隙容积（volume of extra-vascular extracellular space，Ve）、初始浓度曲线下面积（riAUC）等。Ktrans指对比剂从血管内渗漏到血管外细胞外空间的转运系数。目前ASL-PI获得的成像参数较少，仅有CBF及rCBF应用于临床。

3 PI在胶质瘤术前分级中的应用

术前对胶质瘤进行正确的诊断并分级，对制订最佳治疗方案有重要作用。常规MR增强扫描不能对胶质瘤进行完全准确的分级。肿瘤血管增殖情况是胶质瘤分级的一个非常重要的标准，而PI可以无创性地评估肿瘤的血管增殖情况。Cotton等［2］研究表明，如果肿瘤的最大rCBV值比正常脑白质高2倍，则高级别胶质瘤（high grade glioma，HGG）可能性大；最大rCBV值比正常脑白质低1.5倍，则低级别胶质瘤（low grade glioma，LGG）可能性大；而最大rCBV值为正常脑白质的1.5～2.0倍，则认为该肿瘤有潜在的侵袭性。Cebeci等［3］对20例HGG和13例LGG患者行DSC及ASL扫描，得到肿瘤实性区域最大rCBV值、rCBF值与rCBFASL值；HGG组和LGG组的平均最大rCBV值、rCBF值与rCBF-ASL值分别为4.15、2.55、4.7，0.89、0.85、0.96。以1.8 为rCBV阈值鉴别HGG与LGG的敏感度和特异度分别为100.0%和84.6%；以1.36为rCBF阈值鉴别HGG与LGG的敏感度和特异度分别为100.0%和76.9%；当rCBF-ASL阈值取2.1时，鉴别HGG和LGG的敏感度及特异度分别为100.0%和92.3%。

此外，少突胶质细胞瘤的rCBV值明显高于同级别的星形细胞瘤，Saito等［4］研究发现星形细胞瘤的平均最大rCBV值明显低于少突星形细胞瘤及少突胶质细胞瘤（rCBVmax值分别为2.01±0.68、4.60±1.05、6.17±0.87）；而且II级少突星形细胞瘤及少突胶质细胞瘤的rCBV值均大于III级星形细胞瘤，可见仅凭PI对胶质瘤进行分级存在一定的局限性。

【作者单位】 西南医科大学附属医院放射科 四川泸州 646000

近年来，一个新的成像参数血管管径指数（vessel size index，VSI）开始应用于胶质瘤的分级，动物实验表明，VSI可以直接描述血管的结构，优于CBV、CBF等间接反映血管结构的指标［5-6］。康厚艺等［6］对28例（WHO分级II级9例，III级6例，IV级13例）胶质瘤患者行PI，得到VSI值，结果显示II、III、IV级胶质瘤的平均VSI值分别为（44.0± 19.1）μm、（112.3±24.0）μm、（138.8±23.2）μm，不同级别间差异有统计学意义（P＜0.01）。然而PI测量VSI技术仍处于初步探索阶段，扫描参数的设定及计算方法的选择尚待完善。

4 PI在预估患者生存期中的价值

胶质瘤患者的生存时间主要与胶质瘤的级别、患者年龄、临床特点、临床治疗方案等有关。Furtner等［7］对2例LGG 和16例HGG患者的肿瘤灌注与无进展生存期的相关性进行研究，发现低灌注组（其中2例为HGG）的平均无进展生存期明显高于高灌注组，平均无进展生存期分别为（772.5± 290.9）d、（181.8±129.8）d。Akgoz等［8］对68例胶质母细胞瘤患者肿瘤灌注与生存期进行相关性分析，发现肿瘤基础rCBV值＜2.0时，中位无进展生存期和总生存期分别为329 d、690 d；当基础rCBV值≥2.0时，中位无进展生存期和总生存期分别为147 d和422 d。

5 PI在评估胶质瘤生物学行为中的研究

胶质瘤的生物学行为与肿瘤细胞的增殖活性密切相关，细胞增殖核蛋白Ki-67是评价人类肿瘤增殖活动的一个可靠指标。Alexiou等［9］对25例胶质瘤患者进行研究，发现肿瘤的rCBV值与Ki-67的表达有明显相关性（r=0.853，P＜0.0001）。血管内皮生长因子可以明显促进血管生成，也是肿瘤发生、发展、局部浸润和转移的重要调控因子［10］。韩彤等［11］对98例经病理确诊的星形细胞瘤患者进行研究，发现灌注指标rCBV瘤内、rCBV瘤周与血管内皮生长因子的表达呈正相关（r=0.301、0.311，P＜0.01）。

6 PI在胶质瘤鉴别诊断中的价值

6.1 与单发转移瘤的鉴别诊断 无明确原发肿瘤时，颅内孤立性转移瘤与HGG的表现有很多相似之处，难以鉴别。两者的新生血管均很丰富，有学者［12-13］认为转移瘤和胶质瘤瘤体的rCBV值差异无统计学意义，而瘤周水肿区的血流灌注情况却对鉴别两者具有重要价值。脑转移瘤的瘤周水肿主要是血管源性水肿，瘤周水肿区内没有肿瘤细胞浸润；而HGG呈侵袭性生长，瘤周水肿区有肿瘤细胞浸润，并且有部分血管增殖［14］。Lehmann等［14］对11例单发转移瘤和13例胶质母细胞瘤进行研究，计算瘤周1 cm范围内水肿区的rCBV值，发现转移瘤与胶质母细胞瘤瘤周1 cm范围内水肿区的灌注情况明显不同，转移瘤的平均rCBV值为0.77±0.51，胶质母细胞瘤的平均rCBV值为2.07±3.59。丁芳芳等［15］对48 例HGG与38例脑单发转移瘤患者行ASL-PI，测量近瘤周区（距离肿瘤强化边缘1 cm处）rCBF值，结果发现HGG与脑单发转移瘤近瘤周区rCBF中位数（四分位数间距）分别为1.101（0.90）、0.720（0.28），差异有统计学意义（P＜0.05）。当近瘤周区rCBF阈值为0.895时，鉴别HGG与脑单发转移瘤的敏感度与特异度分别为70.8%与84.2%。

6.2 与原发性中枢神经系统淋巴瘤（PCNSL）的鉴别 PCNSL与胶质瘤的治疗完全不同，PCNSL以放化疗为主，而胶质瘤以手术切除为主，对两者的鉴别十分重要。PCNSL和HGG均呈浸润性生长，肿瘤细胞破坏血-脑屏障，常规MRI增强扫描均可表现出明显强化。但是PCNSL为乏血供肿瘤，而HGG却有明显的血管增殖［16］，这就为PI区分两者提供了病理学基础。Nakajima等［17］对11例PCNSL和23例胶质母细胞瘤患者行DSC-PI，发现PCNSL的rCBV值明显低于胶质母细胞瘤（分别为1.57±0.56、4.99±2.89）；当以2.09为CBV阈值，鉴别两者的敏感度和特异度分别为90.9%、91.3%。Yamashita等［18］对37例HGG及19例PCNSL患者行ASLPI检查，获得HGG及PCNSL的rCBF 值分别为2.61±1.61、1.24±0.37，差异有统计学意义（P＜0.05）。

6.3 与脑脓肿的鉴别 脑脓肿与胶质瘤常规MRI增强扫描均可表现为环形强化，这使得两者的鉴别较困难。脓肿壁主要为胶原纤维，血供不丰富，新生血管很少，因此一般表现为低灌注。Muccio等［19］对9例脑脓肿及10例胶质母细胞瘤患者进行研究，得到脑脓肿组的rCBV值为0.72±0.08，胶质母细胞瘤组的rCBV值为4.45±1.50。因此，推测胶质母细胞瘤的rCBV值明显高于脑脓肿，可用于鉴别两者。

7 PI监测胶质瘤在治疗后的变化

胶质瘤患者的综合治疗使其生存时间得到明显改善，但是放、化疗会导致治疗相关性脑损伤的发生。治疗相关性脑损伤主要包括假性进展及放射性坏死［20］，其与肿瘤复发在常规MRI增强扫描上均可表现为异常强化灶，临床上对两者的鉴别十分重要。

假性进展一般发生在治疗后2～3个月，也可以发生于治疗期间， 无需特殊治疗即可以自行缓解或稳定［21］，其机制主要为放、化疗导致局部脑组织的炎症反应、血管源性水肿及毛细血管通透性改变［22］。放射性坏死的组织病理学特征为神经纤维脱髓鞘、血管内皮细胞破坏、胶质细胞增生等［23］。尽管治疗相关性脑损伤中也有部分新生血管，但与胶质瘤复发病灶中微血管的数量及程度有根本区别。Shin等［24］对19例肿瘤复发和12例治疗相关性脑损伤患者行DSC-PI和DCE-PI成像研究，结果显示肿瘤复发组和治疗相关性脑损伤组的rCBV、rKtrans和riAUC值分别为4.40±3.07、3.65±2.71、4.27±3.22和2.08±1.15、1.88±1.09、2.23±1.27。当以2.33 为rCBV阈值时，区分两者的敏感度和特异度分别为72.2% 和70.0%；当以2.1为rKtrans阈值时，区分两者的敏感度和特异度分别为61.1%和80.0%；当以2.29为riAUC阈值时，区分两者的敏感度和特异度分别为66.7%和70.0%。张秀明等［25］对12例脑胶质瘤复发和13例脑胶质瘤放射性损伤患者行DSC-PI检查，结果显示脑胶质瘤复发区与放射性损伤区的平均rCBV值分别为3.34±0.54、1.18±0.32（P＜0.01），最大rCBV值分别为4.00±0.61、1.35±0.35（P＜0.01）。

ASL-PI同样能很好地鉴别放射性坏死和肿瘤复发，Ozsunar等［26］对33例胶质瘤患者进行研究，其中33例行ASL成像，32例行DSC成像，结果显示ASL和DSC区别肿瘤复发与放射性坏死的敏感度分别为88%、86%；当以1.3为阈值时，鉴别两者的敏感度分别为94%、71%。然而，在对两者进行组织病理学检查时，发现治疗相关性脑损伤组织中会混杂残留的肿瘤组织，同样复发肿瘤中也混杂有治疗相关性脑损伤组织，给两者的鉴别诊断带来困难。

综上所述，胶质瘤的恶性程度与肿瘤的微血管结构、肿瘤细胞增殖性密切相关，PI可以对微血管分布及血流灌注情况进行定性和定量分析，在胶质瘤的分级、生物学行为的判断、预测患者生存期、与其他颅脑占位病变及在治疗后的监测中均有非常重要的价值。但是PI也有一定的局限性，如DSC是基于血-脑屏障的完整性，临床上胶质瘤患者的血-脑屏障均受到一定的破坏，用快速成像方法可减少对比剂向组织渗透引起的误差，但并不能完全纠正。DCE能反映肿瘤血管的特征，然而目前尚无统一的成像方法，不同的扫描设备及不同的成像序列均可引起参数值的变化。ASL信噪比较差，可计算参数有限，但是由于不需要对比剂，目前的研究越来越多，应用前景可观。

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（本文编辑 张春辉）

R739.41；R730.42

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.06.020

唐光才 E-mail: 168345315@qq.com

2015-11-04

2015-12-06