3.0T磁共振动态对比增强定量分析对脑胶质瘤分级的诊断价值

刘东，钱海峰，姚丽娣，李凤琪，吴晓，何剑，孙胜杰（湖州市中心医院，浙江 湖州313000）

3.0T磁共振动态对比增强定量分析对脑胶质瘤分级的诊断价值

刘东，钱海峰，姚丽娣，李凤琪，吴晓，何剑，孙胜杰
（湖州市中心医院，浙江 湖州313000）

目的探讨3.0T磁共振动态对比增强（DCE-MRI）定量分析对脑胶质瘤分级的诊断价值。方法回顾性分析经病理证实的16例高级别脑胶质瘤（HGG）和12例低级别脑胶质瘤（LGG）患者的磁共振平扫和DCE-MRI资料，通过药代动力学模型计算肿瘤的定量分析容积转运参数（volume transfer coeffi cient，Ktrans）、速率常数（Kep）、血管外细胞外容积分数（Ve）等参数，以t检验来比较HGG和LGG定量分析参数的统计学差异，通过ROC曲线评估定量分析参数Ktrans值、Ve值对诊断高级别脑胶质瘤的敏感度、特异度和曲线下面积。结果高级别和低级别脑胶质瘤的定量分析参数Ktrans值、Ve值组间差异均有统计学意义（t值分别为3.934和3.293，均P＜0.01），而高级别脑胶质瘤的Kep值高于低级别脑胶质瘤，但组间差异无统计学意义（t值0.208，P＞0.05）。Ktrans值诊断临界值为0.105/min时，诊断高级别脑胶质瘤的敏感度、特异度和曲线下面积分别为87.5%、83.3%和0.919。Ve值诊断临界值为0.442时，诊断高级别脑胶质瘤的敏感度、特异度和曲线下面积分别为62.5%、91.7%和0.810。结论DCE-MRI的定量分析参数Ktrans值、Ve值有助于高级别和低级别脑胶质瘤分级的诊断。

胶质瘤；DCE-MRI；定量分析；诊断

传统动态增强磁共振主要通过观测病灶形态学特点并结合时间-信号强度曲线来诊断［1-3］，这种半定量的分析方式虽然操作简单，但不能准确反映病灶内对比剂浓度变化。磁共振动态对比增强（dynamiccontrastenhancedmagneticresonance imaging，DCE-MRI）定量分析则通过动态监测对比剂在体内的吸收、代谢等药代动力学过程获得定量的血流动力学参数，从而实现在细胞分子功能水平上反映组织血管分布、血流灌注等生理信息的作用［4-5］。本研究旨在探讨T1加权DCE-MRI技术通过药代动力学模型计算定量参数在脑胶质瘤术前病理分级的诊断价值。

1　资料与方法

1.1一般资料选择2014年5～11月在本院行术前磁共振检查且病理诊断为脑胶质瘤的患者28例，其中男16例，女12例，年龄14～73岁，平均（39.8±16.7）岁。按照2007年WHO标准病理诊断为高级别脑胶质瘤 （high grade glioma，HGG）16例（III级7例，IV级9例），其中男10例，女6例，肿瘤大小 （4.5±1.4）cm；低级别胶质瘤 （low grade glioma，LGG）12例（I级2例，II级10例），其中男7例，女5例，肿瘤大小（3.9±1.6）cm；高低级别胶质瘤在年龄、性别、肿瘤大小等方面差异无统计学意义（P＞0.05）。所有患者均在行磁共振检查后两周内手术，检查前均签署知情同意书。

1.2检查方法使用美国GE公司Discovery MR 750 3.0T超导型磁共振仪，采用16通道头颅相控阵线圈。对每位患者行常规平扫和DCE-MRI检查。DCE-MRI扫描采用轴位的LAVA序列。先扫描5个翻转角的T1Map，然后行动态增强扫描。具体参数:（1）多翻转角的T1Map:TR 3.6ms、TE 2.2ms，矩阵160×128，层厚4.0mm，翻转角:3、6、9、12、15。（2）基于 T1加权动态增强扫描（liver acquisition with volume acceleration，LAVA）序列:TR 3.6ms、TE 2.2ms，矩阵 160×128，层厚 4.0mm，翻转角: 15。单期扫描时间6秒，共40期，动态增强扫描第2个动态增强时相结束后，采用高压注射器同步静脉注射对比剂钆喷酸葡胺（gadopentetate dimeglumine，GD-DTPA），注射速率3mL/s，剂量0.1mmol/kg，并以相同速率注射生理盐水20mL冲洗导管。DCE-MRI检查的所有序列定位层面保持一致。

1.3图像分析将多翻转角的T1Map数据及DCE-MRI扫描数据分别导入GE公司动态对比增强定量分析软件（Omni Kinetics tool），利用软件Extended Tofts Linear Model两室模型，以3D非刚性自动三维配准形式，选择上矢状窦作为靶血管提取个体化血管输入函数（venous input function，VIF），获得时间-浓度曲线。在T1加权动态增强图像上最大病灶区手动勾画出面积为20～60mm2圆形感兴趣区域 （region of interest，ROI），避开囊变、坏死、出血及正常血管，以保证选择到病灶增强部位，软件自动生成ROI内定量参数彩图及参数最大值，包括血浆与细胞外血管外间隙（EES）间转运常数（volume transfer coeffi cient，Ktrans）、血管外细胞外容积分数（Ve）和对比剂从EES返回到血管空间的速率常数（Kep），各参数值均重复测量5次取平均值。图像判读由2名放射科副主任以上医师按单盲法分析，结果不一致时经协商取得一致意见。

1.4统计学处理所有数据采用MedCalc医学统计软件分析。测得脑胶质瘤的DCE-MRI定量分析参数（Ktrans值、Ve值、Kep值）以（±s）表示，两组数据间比较采用独立样本t检验。采用ROC曲线分析Ktrans值、Ve值对高级别脑胶质瘤鉴别诊断的敏感度、特异度和曲线下面积（AUC）。

2　结果

16例高级别与12例低级别脑胶质瘤的DCE-MRI定量分析参数 （Ktrans值、Ve值、Kep值）最大值见表1，高级别与低级别脑胶质瘤DCEMRI图像详见图1～2。其中Ktrans值、Ve值HGG组高于 LGG组（P＜0.01）。ROC曲线分析，Ktrans值诊断临界值为0.105/min时，诊断高级别脑胶质瘤的敏感度、特异度和曲线下面积分别为87.5%、83.3%和0.919；Ve值诊断临界值为0.442时，诊断高级别脑胶质瘤的敏感度、特异度和曲线下面积分别为62.5%、91.7%和0.810。详见图3和表2。Ktrans值和Ve值的AUC，两者差异无统计学意义（Z=1.127，P＞0.05）。

表1　高低级别脑胶质瘤DCE-MRI定量分析参数结果比较（±s）

表1　高低级别脑胶质瘤DCE-MRI定量分析参数结果比较（±s）

与LGG组比较**P＜0.01

组别　n　Ktrans值（/min）　Ve值　Kep值（/min）HGG组　16　0.276±0.164**　0.486±0.191**　1.632±1.204 LGG组　12　0.084±0.044　0.274±0.132　1.537±1.194

图1　高级别胶质瘤病例（WHO，Ⅲ级）。图1A为T1增强原图，图1B～1D，分别为DCE-MRI定量成像参数Ktrans、Kep和Ve彩图，各ROI（红、黄、兰序列），测得Ktrans值、Kep值和Ve值最大值分别为0.269/min、1.954/min和0.228。

图2　低级别胶质瘤病例（WHO，Ⅰ级）。图2A为T1增强原图，图2B～2D，分别为DCE-MRI定量成像参数Ktrans、Kep和Ve彩图，各ROI（红、黄、兰序列），测得Ktrans值、Kep值和Ve值最大值分别为0.087/min、5.779/min和0.019。

图3ROC曲线

表2ROC曲线分析结果

3　讨论

动态对比增强MRI（DCE-MRI）属于灌注成像范畴，原理是基于Tofts等［6］提出的双室血流动力学模型，将感兴趣区假设为一个中央室（血管内）和一个周围室（血管外细胞外间隙），快速注入顺磁性对比剂后迅速渗透到血管内及血管外细胞外间隙（EES），对比剂因质子自旋和电子偶极作用增强了邻近质子的弛豫，导致T1的缩短，造成信号变化，对比剂通过后信号恢复。基于双室动力学模型得出时间信号强度曲线，从而得出定量参数，由于不同系统之间基础信号有差异使得半定量参数在不同MR扫描中不易比较。美国国家癌症研究院（NCI，USA）推荐定量参数作为研究的重点［7］。

中枢神经系统肿瘤，特别是高级别脑胶质瘤会破坏血脑屏障，使得血管内皮通透性增加，注射Gd-DTPA对比剂后，血管内的对比剂尤其是小分子量对比剂会渗漏到周围组织间隙，就会产生对比剂的T1短效应影响［8］。因此T2或T2加权的动态磁敏感对比增强磁共振 （dynamic susceptibility contrast，DSC）虽然作为脑肿瘤微血管密度和肿瘤分级评价的热点研究［7］，但存在一定的技术缺陷，即以血脑屏障未被肿瘤破坏为前提［8］。本研究主要基于T1加权DCE-MRI定量分析参数对脑胶质瘤恶性程度分级进行研究。

脑胶质瘤生长过程中，微血管内皮生长因子分泌增加，促使不成熟的新生微血管生长，提高微血管密度，同时基底膜不完整，血管通透性增加，而微血管密度与肿瘤尤其是血管依赖性肿瘤（脑胶质瘤等）的病理分级是呈正相关的关系［9-10］。表1可见，高级别脑胶质瘤定量参数 Ktrans、Ve、Kep的值高于低级别脑胶质瘤，在三者的伪彩图上也可以看到LGG的信号明显低于HGG（图1～2），但是仅Ktrans和Ve值的差异具有统计学意义（P＜0.01），与贾中正等［11］报道一致。这是由于定量分析参数Ktrans代表对比剂从血管至肿瘤间隙的跨内皮细胞转运；Ve表示肿瘤血管外细胞外容积；Kep表示对比剂返回至血管内的反向转运常数，即 Ktrans值、Ve值越高，表示微血管生成越多，血管通透性越高，脑胶质瘤的级别越高。邓振生等［8］报道26例脑胶质瘤通过Tofts模型计算Kep值与病理分级之间没有确定的关系。本研究中，高级别脑胶质瘤的Kep值尽管高于低级别脑胶质瘤，但两者差异无统计学意义（P＞0.05），符合文献报道。这些研究结果均提示Ktrans值、Ve值越高，HGG可能性越大。

近期一些研究结果表明定量参数Ktrans值对鉴别肿瘤的良恶性具有较高的敏感度和特异度［5，12-13］，认为Ktrans值越高预示新生微血管越多，肿瘤进展越快，恶性可能性越大。本研究中ROC曲线分析中，取Ktrans值最大值诊断临界值为0.105/min时，鉴别HGG和LGG的敏感度和特异度分别为87.5%和83.5%，曲线下面积为0.919；Ve值最大值诊断临界值为0.442/min时，鉴别HGG和LGG的敏感度和特异度分别为62.5%和91.67%，曲线下面积为0.810，均具有较好的诊断价值。

综上所述，HGG的DCE-MRI定量分析参数Ktrans值、Ve值高于LGG，有助于高级别和低级别脑胶质瘤分级的诊断。DCE-MRI通过明确的定量参数值有助于提高诊断的客观性和可靠性。但本研究未考虑到肿瘤的坏死、囊变及水肿等适应性变化与微血管通透性有关系，且样本量较少，研究尚存在一定局限性。

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湖州市科学技术局公益性技术应用研究项目（2014GY22）