定量动态增强MRI 在脑高低级别胶质瘤术前病理分级中的应用研究

赵　明，付　旷*，郭丽丽，张铁成，周　丽，赵　荟，张　晶

(哈尔滨医科大学附属第二医院 磁共振成像诊断科,黑龙江 哈尔滨150086)



定量动态增强MRI 在脑高低级别胶质瘤术前病理分级中的应用研究

赵明1，付旷1*，郭丽丽1，张铁成1，周丽1，赵荟1，张晶1

(哈尔滨医科大学附属第二医院 磁共振成像诊断科,黑龙江 哈尔滨150086)

摘要：目的探讨定量动态增强MRI(T1-DCE MRI)在脑高低级别胶质瘤术前病理分级中的应用价值。方法选择经手术病理证实的30例脑胶质瘤患者为研究对象,其中低级别(WHOⅠ、Ⅱ级)胶质瘤15例,高级别(WHO Ⅲ、Ⅳ级)胶质瘤15例。全部病例均行3T常规MR增强及MR灌注成像检查，原始灌注图像数据经工作站软件处理，构建容量转移常数(Ktrans)、回流速率常数(Kep) 、血管外细胞外容积分数(Ve)图，选择ROI，计算Ktrans、Kep和Ve值。高低级别胶质瘤Ktrans、Kep和Ve值与病理分级进行Pearson相关性分析。结果Ktrans、Kep和Ve值与病理学分级具有明显相关性(r=0.934,0.837,0.807)。各参数高低级别胶质瘤患者间比较有明显的统计学差异，随着肿瘤级别的增高，Ktrans、Kep和Ve值增高。结论 通过Permeability技术测量肿瘤血管Ktrans、Kep和Ve值，可以了解肿瘤微血管灌注状态，对高低级别胶质瘤进行较为精确的术前分级。

(ChinJLabDiagn,2016,20:0042)

胶质瘤是颅内最常见的原发性肿瘤，可发生于脑实质内的任何部位，呈侵袭性生长，根据2000 WHO脑肿瘤分级标准分Ⅰ-Ⅳ级。患者治疗方案的选择及预后均取决于其恶性程度，因此，准确地判断肿瘤级别对指导肿瘤治疗方案的设计和判断预后具有明显的临床意义[1]。磁共振灌注成像(perfusion weighted magnetic resonance imaging,PWI)是近年来发展起来的一种功能性成像手段,可以反映组织的微血管分布及血流灌注情况,定量或半定量提供血流动力学参数。本研究通过测量肿瘤血管通透率，计算高低级别胶质瘤的Permeability参数值，进行定量分析，旨在对胶质瘤分级进正确评价，以指导临床制定合理的治疗方案。

1对象与方法

1.1对象

选择2014年1月—2015年4月我院收治的有完整病理及影像学资料的脑胶质瘤患者30 例为研究对象,其中男18 例,女12 例,年龄25-72 岁,平均53岁。根据WHO 2000年肿瘤分类分级标准，将Ⅰ级、Ⅱ级归入低级别胶质瘤,Ⅲ级、Ⅳ级归入高级别胶质瘤，其中低级别胶质瘤患者15例,高级别胶质瘤患者15例。所有病例检查前后至术前均未给予任何药物治疗。

1.2扫描方法与造影剂

所有病例均采用荷兰PHILIPS3.0T磁共振设备，扫描序列包括：(1)常规MR序列：①FFE T1WI，TR/TE:250/2.3 ms,矩阵288×201,层厚6.0 mm,层间隔1 mm，激励次数1; ②液体衰减反转恢复序列(FLAIR),TR/TE/TI,7000/120/2200 ms,矩阵232×184,层厚6.0 mm,层间隔1 mm，激励次数1;③TSE T2WI(TR/TE,1751/80 ms,矩阵:288×175,层厚6.0 mm,层间隔1 mm，激励次数1;(2)MR Permeability灌注序列：Pre FA5 T1-weighted 3D fast-field-echo，TR/TE:14/3.2 ms,矩阵:192×144，激励次数1,反转角:5。; Dyn FA15-60sec T1-weighted 3D fast-field-echo，TR/TE:15/3.2 ms,矩阵:192×144,激励次数1,反转角:15。,共采集65期。造影剂选择钆双胺(欧乃影)，剂量：0.2 mmol/kg，注射速率：3 ml/s，肘静脉注射，在第5次动态扫描后,由高压注射器以3 ml/s流率注入对比剂,造影剂注射后再相同速率注射生理盐水。

1.3图像分析与数据处理

灌注成像原始数据通过PHILIPS Permeability功能软件处理，重建Ktrans、Kep和 Ve图，将ROI(20-30 mm2)放置在肿瘤灌注参数值最大区，计算各灌注参数值，动脉输入函数(AIF)选择颈内动脉和大脑中动脉作为输入动脉。

1.4统计学分析

使用IBM SPSS 21软件进行统计分析，高低级别胶质瘤间Ktrans、Kep和Ve值比较采用独立样本t检验，各灌注参数值与病理学等级间相关性分析采用非参数相关性分析(Pearson检验)。

2结果

不同级别胶质瘤各灌注参数Ktrans、Kep和Ve值与病理分级具有明显相关性(表1),Ⅰ-Ⅱ级Ktrans、Kep和Ve值分别为(0.231±0.197)/min、(0.421±0.272)/min和(0.465±0.270)/min.Ⅲ-Ⅳ级Ktrans、Kep和Ve值分别为(1.066±0.250)/min、(1.250±0.240)/min和(0.837±0.097)/min。各参数高低级别间比较具有明显统计学差异，随着胶质瘤级别的增高，Ktrans、Kep和Ve值随之增高(表2)(图1、2)。

表1　高低级别胶质瘤Ktrans、Kep和Ve值与

表2　高级别胶质瘤与低级别胶质瘤Ktrans、Kep和Ve值比较

图1　右侧脑室旁低级别胶质瘤Ktrans,Kep,Ve

图2　右侧颞顶叶高级别胶质瘤Ktrans,Kep,Ve

3讨论

胶质瘤是脑内最常见的神经上皮类肿瘤，根据世界卫生组织(WHO)2000年颁布神经系统肿瘤分级分类系统可分I-IV级，不同分化程度的肿瘤治疗及预后差别很大，故精确的评价肿瘤等级对治疗方案的选择十分重要[1]。

在组织学分级中，胶质瘤血管内皮增殖程度是诊断肿瘤的恶性程度的标准[2],但具有创伤性。因而，寻找一种非创伤性用来诊断肿瘤级别的方法显得尤为重要。MR灌注成像能够在活体组织上快速而几乎无创的量化反映肿瘤微血管的分布及血脑屏障破坏程度。许多研究表明肿瘤的恶性程度及生物学行为与肿瘤血管的生成密切相关[3]，Vajkoczy and Menger 认为肿瘤血管的特点是肿瘤血管内皮细胞的增殖[4]，肿瘤血管的增殖及内皮细胞的增殖主要与以下方面相关：肿瘤新生血管、肿瘤细胞浸润血管及正常血管的转换。这些因素导致肿瘤血管内膜不完整具有较高的通透性[5]。高级别的胶质瘤新生血管多而且血脑屏障破坏严重，固具有较高的通透性[6，7]。常规MRI对于胶质瘤分级的判断一般依靠肿瘤的强化程度，但无法准确提供肿瘤血管生成及破坏方面的信息，重要的是不能进行定量分析。传统灌注，采用T2*,采集灌注参数，如CBV、CBF、MTT等，但其有很多局限的地方。其不能计算出对比剂渗漏的数值，测量出的值是相对CBV值(rCBV),所以前提只有假设在血脑屏障没被破坏的情况下才能测出真正的CBV。但是大多数脑肿瘤的血脑屏障都是破坏的，特别是恶性度高的肿瘤血脑屏障破坏越严重，往往造成对胶质瘤分级的错误评估，对肿瘤的分级有一定的局限性，本实验采用Permeability T1-DCE技术可以克服这个局限性，计算出对比剂的外渗值，通过测出肿瘤血管的渗透率参数，真实的反映脑胶质瘤血管的血脑屏障破坏程度，可以对肿瘤分级进行较为精确的分析。Robert et al[7]实验显示微血管的通透性评价肿瘤分级比CBV有更好的相关性。

本实验Permeability依赖通用的动力学TOFT模型[8]，本研究结果显示Ktrans与胶质瘤的病理分级密切相关(P<0.01)，高级别的胶质瘤比低级别的胶质瘤渗透率明显增高。本实验显示正常脑组织Ktrans、Kep和Ve值均较低，随着肿瘤恶性度的增加Kep、Ktrans值升高，而且高低级别间比较均有统计学意义，分析原因考虑与正常组织及病变组织的生物学特性有关。正常组织血脑屏障正常，所以各值均低。恶性度高的肿瘤细胞生长旺盛，肿瘤新生血管增多，由于新生肿瘤血管及肿瘤破坏的血管缺乏完整性，血脑屏障不完整或不成熟，导致血管通透性增加明显，Kep、Ktrans值较高，相对级别低的胶质瘤，血脑屏障破坏没有恶性度高的肿瘤明显，即血管通透性没有恶性肿瘤Kep、Ktrans值增高的明显。随着肿瘤级别的增高，肿瘤血管的血脑屏障破坏的越严重，造影剂进入肿瘤血管周围间隙越多，造成Ve值的增高。

本实验局限性，测量区域与外科手术切除选择的区域不一致，导致影像分级与外科分级的不一致，因外科手术做病理选择的多是血供丰富的肿瘤部分，故实验选择区域均选择在灌注参数值较大的部分，取多点采用平均值方法，并且根据图像定位提示外科选择病理区域，做到最大程度的一致。此外Permeability 评估，ROI选择应尽量避免大血管[9]。

总之，本实验发现Ktrans、Kep和Ve在不同级别胶质瘤间比较具统计学差异，随着肿瘤级别的增高，参数值增大，本实验通过Permeability技术对Ktrans、Kep和Ve参数进行研究，准确提供肿瘤血管生成及破坏方面的信息，为临床准确评价胶质瘤术前分级提供一条新思路。

参考文献：

[1]王忠诚.神经外科学[M].武汉:湖北科学技术出版社,1998：424-430.

[2]Brem S,Cotran R,Folkman J.Tumor angiogenesis:a quantitative method for histologic grading[J].J Natl Cancer Inst,1972,48(2):347.

[3]Onguru O,Gamsizkan M,Ulutin C,et al.Cyclooxygenase-2(Cox-2)expression and angiogenesis in glioblastoma[J].Neuropathology,2008,28(1):29．

[4]Vajkoczy P,Menger MD.Vascular microenvironment in gliomas[J].J Neurooncol,2000(1),50:99.

[5]Benjamin LE,Golijanin D,Itin A,et al.Selective ablation of immature blood vessels in established human tumors follows vascular endothelial growth factor withdrawal[J].J Clin Invest,1999,103(2):159.

[6]Taylor JS,Tofts PS,Port R,et al.MR imaging of tumor microcirculation:promise for the new millennium[J].J Magn Reson Imaging,1999,10(6):903.

[7]Roberts HC,Roberts TPL,Brasch RC,et al.Quantitative measurement of microvascular permeability in human brain tumors achieved using dynamic contrast-enhanced MR imaging:correlation with histologic grade[J].AJNR,2000,21(5):891.

[8]Tofts PS,Brix G,Buckley DL,et al.Estimating kinetic parameters from dynamic contrast-enhanced T(1)-weighted MRI of a diffusable tracer:standardized quantities and symbols[J].J Mugn Reson Imaging,1999,10(3):223.

[9]Caseiras GB,Thornton JS,Yousry T,et al.Inclusion or exclusion of intratumoral vessels in relative cerebral blood volume characterization in low-grade gliomas:does it make a difference[J]?AJNR Am J Neuroradiol,2008,29(6):1140.

关键词：脑胶质瘤;T1-DCE MRI;Permeability；术前；分级

Evaluation of T1-DCE MRI for the preoperative pathological evaluation of Tumor grade in brain gliomaZHAOMing,FUKuang,GUOLi-li,etal.(DepartmentofMRI,theSecondAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150086,China)

Abstract:ObjectiveTo evaluate the value of T1-DCE MRI for the preoperative pathological evaluation of tumor grade in brain glioma.MethodsOur study included 30 patients who were pathologically confirmed with a tumor grade between I-IV(WHO ⅠandⅡ grade 15 cases,WHO Ⅲ and Ⅳ grade 15 cases).All experiments were examined with MRI and MR perfusion weighted image.The original perfusions imaging data were analyzed by the Philips permeability assessment functool software,which produced the transfer constant (Ktrans) map,the rate constant (Kep) map and fractional volume (Ve) map.Choose ROI and get values of Ktrans,Kepand Ve.Pearson correlation was carried out to use the value of different grade glioma and pathology classifications.ResultsThe Ktrans,Kepand Vevalues of each levels with pathological grading has a strong correlation(r=0.934,0.837,0.807).There is obviously statistically significant difference between different grade groups(P<0.01).With higher grade of glioma,the parameters values of Ktrans,Kepand Veincreases.ConclusionThrough Permeability technology to measure the Ktrans,Kepand Vevalues of gliomas can obtain a relatively accurate quantitative analysis for different grade of glioma before operation .

Key words:brain glioma;T1-DCE MRI;Permeability;preoperative;grade

(收稿日期：2015-06-22)

作者简介：赵明(1982-)，男，主治医师，硕士，哈尔滨医科大学附属二院，研究方向：磁共振成像诊断；付旷(1970-)，男，教授，哈尔滨医科大学附属第二医院，研究方向：磁共振成像诊断。

文献标识码：A

中图分类号：R445.2

文章编号：1007-4287(2016)01-0042-03 1007-4287(2016)01-0045-02

*通讯作者

基金项目：黑龙江省自然科学基金项目(H201453)