三维动脉自旋标记全脑灌注成像技术在脑胶质瘤术前分级诊断中的应用

于丽波 徐广玲

脑胶质瘤是脑外科临床中较为常见的肿瘤，依据世界卫生组织(WHO)在2007年制定的分级标准，脑胶质瘤按照严重程度可分为Ⅰ～Ⅳ级，其中Ⅰ～Ⅱ级为低级别脑胶质瘤，Ⅲ～Ⅳ级为高级别脑胶质瘤[1]。

脑胶质瘤中全脑灌注成像的方法主要有动态敏感对比增强灌注成像(dynamic susceptibility contrast magnetic resonance imaging，DSC-MRI)和三维动脉自旋标记(three-dimensional arterial spin labeling，3D-ASL)灌注成像两种，其中DSC-MRI具有检查方便，结果准确、无创等优点，但需要使用到外源性对比剂二乙烯三氨基乙酸-脱氧葡萄糖(diethylenetriaminepentaacetic acid-deoxyglucose，GD-DTPA)；而3D-ASL灌注成像可以利用动脉血作为内源性示踪剂，在随访及肾功能衰竭患者中的应用具有独特的优势[2-4]。本研究采用前瞻性研究，探讨全脑3D-ASL灌注成像技术在脑胶质瘤的术前诊断和分级中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

前瞻性研究选取2017年1月至2018年6月解放军第211医院神经外科收治的18例颅内胶质瘤患者，其中男性10例，女性8例；年龄17～60岁，中位年龄39岁。所有患者均经手术病理证实，其中10例高级别脑胶质瘤、8例低级别脑胶质瘤患者。本研究已获得伦理道德委员会的同意，所有入选患者均已签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准:①患者均在同一MR扫描仪上同时完成DSC-MRI和3D-ASL检查；②患者无脑肿瘤活检及手术切除史；③患者及其家属签署知情同意书。

(2)排除标准:①患者有相关MR检查禁忌证；②MR检查前进行过脑胶质瘤的治疗；③患有严重的心、肝、肾等器官疾病；④精神异常或意识模糊，不能或不愿配合本研究者。

1.3 MRI扫描方法

MRI扫描设备为3.0 T磁共振扫描仪(美国GE公司)，头部8通道线圈。所有患者均进行T1液体衰减反转恢复(fluid attenuated inversion recovery，T1FLAIR)序列、T2加权成像(T2Weighted imaging，T2PROPELLER)序列、T2FLAIR序列、弥散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)Asset序列以及静脉注射轧贝葡胺对比增强扫描。3D-ASL扫描采用伪连续式动脉自传标记技术，可在1.5 s内实现1000次的连续标记。上述序列具体参数见表1。

1.4 图像分析及影像学评价

图像后处理采用MR ADW4.6工作站的Functool软件(美国GE)，获得3D-ASL的脑血流图。结合常规序列扫描图像，瘤体实性最大层面为测量面。4个感兴趣区域(region of interest，ROI)分别设定在瘤体实性最大血流灌注区域、对侧白质、对侧半球、对侧灰质，ROI约为35 mm2，每处测4次取其平均值，得出其相应的脑血流量(cerebral blood flow，CBF)值，随后将最大肿瘤血流量(maximal tumor blood flow，TBFmax)值除相应的CBF值，得出其比值，该值即为肿瘤的相对脑血流量(relative cerebral blood flow，rCBF)，由两位工作经验丰富的MRI医师分析常规序列和3D-ASL灌注成像图像。

1.5 统计学方法

所有数据处理在SPSS 13.0统计软件上进行，结果以(x-±s)表示，检验rCBF数据的正态性，如呈正态分布则进行独立样本t检验；MRI常规序列和3D-ASL灌注成像技术联合应用对脑胶质瘤定性和分级诊断符合率的比较用卡方检验。以P＜0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同脑肿瘤TBF与灰质、白质及半球的比值

18例患者均获得理想的MRI常规序列图像及3D-ASL-CBF灌注图，10例高级别脑胶质瘤，肿瘤实性区域多呈高血流量灌注；8例低级别脑胶质瘤，肿瘤实性区域多呈低流量灌注。3D-ASL灌注成像技术rCBF比值差异性分析显示，低级别脑胶质瘤和高级别脑胶质瘤在肿瘤实性区域3D-ASL灌注成像技术测得的rCBF定量参数差异有统计学意义(t=5.03，t=4.65，t=4.89；P＜0.05)，见表2。

表2 不同级别脑肿瘤患者TBF与对侧灰质、白质及半球的比值(x-±s)

表1 MRI联合3D-ASL灌注成像具体参数

2.2 两种方法诊断结果与病理结果符合情况

比较常规扫描序列图像的诊断结果和病理结果，联合3D-ASL得出的诊断结果同病理结果分析，18例脑胶质瘤患者中常规MRI和增强扫描图像得出的诊断符合率为88.9%，联合应用3D-ASL的诊断符合率为100%。常规MRI扫描联合3D-ASL灌注成像技术的诊断符合率有所提高，但二者差异无统计学意义。

2.3 病例图像分析

患者女性，62岁，手术前均行CT和MRI检查，患者最终确诊为右枕部脑膜瘤。T2WI及FLAIR(图1a、b)表现为椭圆形稍高信号，信号不均匀，CET1WI(图1c)轻-中度强化，3D-ASL(图1d)灌注图显示不均匀的高灌注。

图1 典型病例图像

3 讨论

脑胶质瘤在颅脑所有原发性肿瘤中其发生率占比高达60%，以高发生率、高病死率、高复发率及低治愈率为显著特点[5]。脑胶质瘤的出现、浸润和发展均和新生血管的出现及增长存在密不可分的关系。低级别脑胶质瘤患者的肿瘤血管并不丰富，新生血管的发育也较为成熟，因此其血容量和血流量的水平较低。而高级别脑胶质瘤患者的肿瘤血管十分丰富，血管的发育情况较差，具有较高的管壁通透性，因此其血容量和血流量的水平较高[6-8]。判断肿瘤新生血管增殖及发育情况的两个重要指标是血管内皮生长因子(VEGF)和肿瘤微血管密度(MVD)，而MRI灌注成像中的血流动力学参数CBF的表达和脑胶质瘤的VEGF及MVD的水平存在一致性，所以CBF可以用来对肿瘤新生血管的发育情况进行评估和预测[9]。

MRI的工作原理主要是利用相关定量及半定量参数对患者组织血流动力学的功能和信息的变化进行反映，以达到对患者病变的进展情况和生理机制进行预测和评估[10-11]。现阶段脑胶质瘤的诊断与分级中常用的方法有DSC和ASL两种，相关研究认为，使用这两种方法所得出CBF的水平并不会存在明显的差异[12]。常规MRI术前定位脑肿瘤的准确率比较理想，对比增强扫描可明确肿瘤大小及占位效应，并可清晰显示病灶。一般而言，肿瘤生长速度及恶性程度与肿瘤血管生成密切相关，准确评估肿瘤血管的生成情况是对肿瘤准确定性的关键[13]。对比增强可提示肿瘤血脑屏障的破坏程度，但常规对比增强无法提供肿瘤血管生成的其他信息。

近年来，广泛关注的MR灌注技术在活体准确测量CBF，从而评价肿瘤组织的灌注异常[4]。现有的MR灌注技术分两种[14]:一种是经静脉团注外源性对比剂，通过分析对比剂经过毛细血管床的弛豫或磁敏感效应引发的信号变化来测定组织的灌注信息，即动态磁敏感对比增强；另一种为3D-ASL全脑灌注成像，即通过内源性对比剂定量测定灌注情况。3D-ASL提供脑组织血流灌注信息无创而且便捷，对脑肿瘤的诊断有很高的应用价值。

脑肿瘤的灌注情况随脑部血流灌注的改变而变化，但传统的二维非增强动脉自旋标记技术测定CBF易受图像变性和低信噪比的感染，而且无法定量测量，临床应用十分受限[15]。本研究分析的3D-ASL技术作为全新的容积灌注成像技术，克服了传统2D-ASL的多种局限，从多个方面进行整改，通过伪连续标记和螺旋采集在快速自旋回波架构下进行，可以大幅度地降低图像变性并提高图像信噪比，具有图像伪影小、扫描范围广的特点，真正实现了成像技术上的飞跃。3D-ASL磁标记动脉血，以此作为内源性对比剂定量测量灌注，在时间和空间分辨率上都优于其他测量技术，3D容积采集实现真正意义上的全脑灌注，使得3D-ASL可以常规应用于临床，准确判断脑肿瘤定性及分级。

DSC和ASL灌注成像技术在术前评估脑肿瘤中的巨大价值已得到广泛认可，但3D-ASL在脑肿瘤术前评估中研究较少[16]。本研究分析不同高低级别胶质瘤患者的ASL-CBF图像及其测量结果，发现3D-ASL灌注成像除了能显示正常脑组织的血流分布情况及病灶异常的血流灌注，还可以反映肿瘤内部分布不均匀的微血管，因此3D-ASL灌注成像对脑胶质瘤的准确分级意义重大。此外，少数高级别脑胶质瘤肿瘤实性部分存在不明显的强化，但在3D-ASL-CBF图像上为高灌注区，这可能是因为肿瘤的恶性程度与生成血管密切相关，恶性程度最高的部分并非瘤体强化最明显的区域[17]。有学者指出，高达40%高级别胶质瘤对比增强扫描时呈微强化或强化不明显，但不能表明就是低级别胶质瘤，明显强化也未必就是高级别胶质瘤[18]。因此，仅仅通过病灶的强化程度作为胶质瘤分级的标准是不准确的[19-21]。3D-ASL作为常规序列成像方法的有效补充，能够准确反映肿瘤血管的生成及侵袭情况，对判断肿瘤性质意义重大。3D-ASL与病理结果对比后发现，联合应用3D-ASL可提高常规MRI及增强扫描图像得出的诊断符合率。

3D-ASL技术是一种无创、方便的全脑灌注成像方法，重复性强且简单易行。3D-ASL作为肿瘤病变灌注成像的一种突破性的方法，可准确评估脑肿瘤的灌注水平及肿瘤血管生成及侵袭情况，对准确制定脑肿瘤治疗方案有重要的参考价值，值得临床推广。