3D-ASL与DWI技术在脑胶质瘤术前病理分级评估及术后复发预测中的联合应用

张志敏，赵御森，朱月香

河北北方学院附属第一医院，河北张家口075000

脑胶质瘤是一种中枢神经系统原发肿瘤，在所有颅内肿瘤中占比为1/3～1/2[1]。胶质瘤具有恶性程度高、术后易复发等特点，虽然对脑胶质瘤的术前评估及治疗手段不断完善，但术后高复发率及高相关并发症仍是临床难以解决且急需解决的问题。目前脑胶质瘤手术时会扩大切除范围，精确确定手术范围能够更好保护脑功能，从而降低后期并发症。因此寻找更加快捷准确的指标来进行术前评估具有重要的临床意义。

目前脑胶质瘤的术前评估主要依赖于影像技术，如常规序列和增强MRI可以直观地显示肿瘤实质血供和血脑屏障的破坏[2]。常规磁共振序列在脑肿瘤诊断鉴别中的应用价值已得到了广泛的认可，但对术前病理分级、治疗后复发及瘤周脑组织浸润等情况的评估存在明显不足。三维动脉自旋标记(3D-ASL)技术是将患者自身体内血液作为对比剂的一种脑灌注成像技术[3]。平均表观扩散系数(ADC)利用组织水分子运动间接反映组织结构的变化。目前已有报道3D-ASL、ADC值在食管癌、乳腺癌等肿瘤的分级诊断、预后评估中具有潜在的价值[4，5]， 3D-ASL在胶质瘤分级、残留病灶识别中也具有一定的应用价值[6，7]。目前以上技术在脑胶质瘤中的研究中多集中于术前病理分级，对于术后复发及瘤周水肿带肿瘤细胞浸润检测的应用报道较少，且国内尚未见3D-ASL联合瘤周ADC值在评估脑质瘤术后复发中应用价值的相关报道。本研究拟采用3D-ASL联合扩散加权成像(DWI)技术对不同级别及复发与否的脑胶质瘤血流灌注情况及瘤周1 cm内ADC值的差异进行分析，以期对脑胶质瘤进行更加全面且准确的评估，为脑胶质瘤术前分级、预测术后复发及手术方案制定等方面的评估提供新的理论依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2010年5月～2017年12月收治于河北北方学院附属第一医院手术且经病理证实的脑胶质瘤患者34例，其中男18例、女16例，年龄31～72岁；WHOⅠ级8例、Ⅱ级5例、Ⅲ级12例、Ⅳ级9例，将Ⅰ、Ⅱ级归于低级别组，Ⅲ、Ⅳ级归为高级别组。以上患者术前完成常规MRI平扫增强和3D-ASL扫描，术后1年内复查影像检查，留存完整影像资料。均经神经外科手术切除，病理结果为Ⅰ～Ⅳ级胶质瘤；所有患者接受手术后3个月时复查MRI平扫增强检查。

1.2 MRI检查、3D-ASL和DWI的操作及rCBF和ADC的获取 采用Philips Ingenia 3.0T超导型磁共振扫描系统和8通道相控阵头线圈，首次检查均包括MRI平扫(T1FLAIR、T2FLAIR、T2PROPELLER、DWIAsset)与增强扫描及3D-ASL检查，对比剂使用钆喷酸葡胺(GD-DTPA)，剂量为0.2 mmol/kg体质量，注射流率为3 mL/s。DWI扫描参数：TE 66 ms，TR 5 060 ms，FOV 30 cm×30 cm，矩阵大小200×192，层厚5 mm，层间距1 mm。b值分别选择0～1 000 s/mm2，扫描总时间225 s，激发次数8次;3D-ASL扫描参数：TE 1.5 ms，TR 4 632 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵大小96×91，层厚4 mm，标记后延迟1 535 ms。

采用EWS 2.6.3.5后处理工作站Functool软件对图像进行后处理和测量，获得3D-ASL的脑血流图和ADC图。测量距肿瘤强化缘1 cm内ADC值、瘤体实性最大血流灌注区域及对侧镜像区CBF值。图像均由两位具有丰富经验的影像医师进行图像处理和评价，画出感兴趣区(ROI)，ROI选取病灶最大层面，大小为35×35 mm2，测量3次取其平均值,将肿瘤最大血流量值(TBFmax)除以对侧半球镜像区域的血流量值，计算其比值，得到肿瘤的相对脑血流量(rCBF)。描绘及勾选过程中尽可能做到大小相等、区域对称，消除容积效应引起的误差。

1.3 随访 患者术后6个月入院行CT或MRI扫描，根据复发情况分为复发组与未复发组，分别对两组rCBF、瘤周1cm内ADC值进行比较。复发标准：与患者出院时MRI比较，复查手术部位出现新发占位性病变或脑实质密度变化，并再次经病理证实为脑胶质瘤。

2 结果

34例脑胶质瘤患者均获得清晰的MRI平扫增强、DWI-ADC及3D-ASL-CBF图。13例低级别脑胶质瘤强化不明显或轻度强化，高级别脑胶质瘤中17例患者呈中等或明显不均匀强化，4例强化不明显。

高、低级别脑胶质瘤组瘤体rCBF分别为3.40±0.36、1.49±0.30，ADC分别为(1.41±0.13)、(1.44±0.16)×10-3mm2/s。与低级别脑胶质瘤组比较，高级别脑胶质瘤组瘤体 rCBF高(t=-15.66，P=0.001<0.05)，近瘤周1 cm内水肿区的ADC值低(t=0.51，P=0.62>0.05)。

复发与未复发组瘤体rCBF分别为3.45(1.80,3.77)、2.8(1.37,3.41)，瘤周1 cm水肿区ADC值分别为(1.31±0.35)×10-3、(1.51±0.11)×10-3mm2/s。与未复发组比较，复发组瘤体rCBF高(t=-2.03，P=0.043<0.05)，近瘤周水肿区ADC值低(t=5.76，P=0.001<0.05)。

rCBF值预测脑胶质瘤术后复发的AUC值为0.707(95%CI:0.52～0.89,P=0.042)，最佳诊断界值为3.48，灵敏度及特异度分别为62.10%、87.20%；瘤周1 cm ADC值预测脑胶质瘤术后复发的AUC值为0.890(95%CI:0.827～0.909,P<0.01)，最佳诊断界值为1.44×10-3mm2/s，灵敏度及特异度分别为89.80%、78.20%；rCBF值联合瘤周ADC值预测脑胶质瘤术后复发的AUC值为0.932(95%CI:0.852～1.000,P<0.01)，rCBF和ADC的最佳诊断界值分别为3.45、1.43，其灵敏度为92.90%，特异度为85.00%(见图1)。其中以rCBF值联合瘤周1 cm ADC的诊断效能最高。

图1 rCBF、ADC及二者联合评估脑胶质瘤术后复发的ROC

3 讨论

脑胶质瘤起源于神经上皮细胞，至今仍是一种预后最差的神经系统肿瘤。欧阳一彬等[8]研究显示，脑胶质瘤患者的年龄、病理级别、肿瘤切除程度等为影响患者生存和预后的独立因素。细针穿刺活检是判定术前胶质瘤分级的金标准,但是这一病理检查为有创性检查且诊断率<30%[3]。虽然胶质瘤的治疗方法已经由过去单一的手术切除发展到现在的手术联合放、化疗等综合治疗[9]。Chan等[10]研究显示90%肿瘤复发位于肿瘤强化边缘外区域的瘤周水肿区，因此胶质瘤患者预后情况与手术切除程度密切相关，肿瘤的全切程度越高就越能获得相对满意的预后效果。胶质瘤呈浸润式生长而与周围组织界限不清，常常有非强化成分侵入到周围正常脑组织中[11]，给手术时判定肿瘤边界、评估手术切除程度带来极大困难。因此脑胶质瘤治疗前运用更加科学、无创的方式来确定肿瘤分级、边界范围等信息进行全面且准确的评估，对患者的生存和预后具有重要的意义。

血管生成能力被认为是肿瘤侵袭性的标志，丰富的血管网为肿瘤细胞提供充足的氧气、营养成分和肿瘤生长因子等[12]。3D-ASL灌注成像是一种不需要造影剂测定组织血流灌注的新技术，利用磁标记的动脉血作为内源性对比剂对灌注情况进行定量测量，可反映脑组织的血流灌注信息，对脑部肿瘤的诊断具有较高的价值。恶性肿瘤实质血管比较丰富，血流灌注量增大，3D-ASL图像上可显示rCBF值增高。研究[13]显示，胶质瘤的恶性程度与肿瘤新生血管的生成密切相关。本研究显示高级别胶质瘤瘤体实质区内呈高灌注状态，rCBF值高于低级别脑胶质瘤瘤体实质，提示高级别胶质瘤瘤体实质区内血管生成能力增强。

扩散加权成像基于组织水分子的扩散运动速度和方向，推测组织内部细胞结构状态的变化。研究[14]显示，扩散加权成像的ADC值能够比较准确地反映病变的扩散状况。肿瘤周围水肿是胶质瘤最常见的表现之一，在注射Gd-DTPA后瘤体可出现强化以区分瘤体和周围水肿。本研究针对脑胶质瘤周围水肿带进行ADC测量发现，在高级别脑胶质瘤近肿瘤水肿区内ADC值低于低级别胶质瘤，说明高级别胶质瘤在该区域内水分子扩散受限更明显，与邹启桂等[2]研究结果一致。胶质瘤的生长特性是沿神经纤维束蔓延，故周围水肿区将会掺杂肿瘤成分，而不是单纯的血管源性水肿[15]，Kelly等[16]通过立体定向活检术发现在胶质瘤外周水肿带内有肿瘤细胞。肿瘤细胞与正常细胞相比具有较大的体积和核质比，当瘤周水肿区有癌细胞浸润时组织细胞周围间隙变小，且随着肿瘤细胞密度增高,细胞外空间相对越小，水分子弥散受限越明显，导致ADC值越小。

脑胶质瘤的术后复发多由于肿瘤组织切除不全导致的肿瘤细胞残留引起[17]。本研究结果显示，脑胶质瘤原位复发患者术前的胶质瘤瘤体内rCBF明显高于未复发患者，提示复发脑胶质瘤局部区域血管密度及血流灌注量增加，可能与血管生成因子和肿瘤生长因子表达增强、毛细血管生成增多相关[18，19]。肿瘤细胞早期侵袭转移有赖于血管进行，所以近肿瘤实质的脑组织更易出现肿瘤细胞的浸润。同时本研究发现脑胶质瘤原位复发患者瘤周水肿区ADC值比未复发患者的更低，可能与瘤周肿瘤细胞浸润影响细胞周围间隙相关。由此可以推测瘤周水肿区的ADC值及瘤体rCBF值对瘤周肿瘤细胞浸润范围及术后复发有一定的评估价值。本研究中，ROC结果显示，以rCBF值联合瘤周1 cm ADC预测脑胶质瘤复发的AUC值最大，灵敏度为92.90%，特异度为85.00%。说明3D-ASL与DWI联合对脑胶质瘤是否复发的效能优于单一指标。通过术前瘤周水肿区的ADC值及瘤体rCBF值的分析，可进一步为肿瘤浸润范围评估、术后复发情况和放化疗方案的选取提供更多的有用信息，然而该结论尚需更大样本的研究进一步验证。

总之，本研究显示3D-ASL与DWI联合应用可更全面地对脑胶质瘤浸润范围、血管生成等进行评估，并可以对患者术后复发情况进行初步的判断。术前联合两序列扫描对脑胶质瘤进行评估可进一步指导外科手术范围以及制定后期治疗方案，以实现完全切除肿瘤组织，降低复发率，提高患者总体生存率和生活质量。