磁共振mTI-ASL 与DCE 技术对胶质瘤分级诊断的研究

周阳阳，高 阳

（1. 内蒙古医科大学 基础医学院，内蒙古 呼和浩特 010059；2. 内蒙古医科大学附属医院 影像诊断科）

胶质瘤是中枢神经系统最为常见的恶性肿瘤，分为Ⅰ级～IV 级四个等级，不同分级代表肿瘤的病理特征、恶性程度的不同。病人的临床治疗方案和预后主要取决于肿瘤的分级和增殖状态。在术前对肿瘤的分级和增殖状态进行较为准确的评估，并提供个性化的诊疗建议，对病人裨益良多。随着神经影像学的不断发展，新兴的核磁共振扫描及后处理方法尤其是灌注成像可以对胶质瘤的诊断分级提供更多的依据。

1 动态对比增强磁共振DCE

1.1 动态对比增强的磁共振DCE技术和参数

动态对比增强磁共振DCE（dynamic contrastenhanced）即在静脉团注小分子顺磁性对比剂，通过快速获取感兴趣区信号强度随时间延长的变化，拟合药代动力学模型，获取被检组织的血液动力学、血流通透性等信息[3]。DCE-MRI 可以准确的评估局部脑组织和肿瘤组织血脑屏障的破坏程度，能够从细胞和分子水平评价病变的恶性程度[4]，为脑胶质瘤术前分级提供可靠的影像学依据。有研究表明磁共振动态增强扫描可以定量评价肿瘤组织的微循环及微血管密度，也可很好描述病灶边缘的情况[5]。相较于单纯反映脑血流动力学变化和新生血管多少的磁共振灌注成像，DCE-MRI在反映血脑屏障破坏程度上更具有优势[6]。

在数据后处理方面，我们采用Tofts 双室模型来对DCE 的原始数据进行数据分析，Tofts 双室模型的优势在于其不仅可以反映微血流灌注性的改变，还能反应血管渗透性的改变

DCE-MRI 具有高效的测评微小血流通道特征的优点[7]，其常用参数包括体积转移常数Krans、单位时间内血管外细胞外间隙进入血管的对比剂量Kep 以及单位体积内组织的细胞外间隙体积Ve等。Ktrans 是DCE-MRI 参数中最常用的参数，代表单位时间内对比剂从血管内向细胞外血管外间隙（extracellular extravascular space，EES）扩散的速度体积转移常数，是反映血脑屏障是否完整的指标[8]；Ve 代表了对比剂从血管内渗漏到EES 的容积与整个EES 容积的百分数，其大小可以反映EES中对比剂的容量，提示Ktrans 和Ve 与肿瘤的血管侵袭密切相关。与Ktrans 相反，Kep 代表单位时间内对比剂从EES 回流入微血管内的转移速率，Kep值也可以反映肿瘤微血管的生长状态。三者关系满足Kep=Ktrans/Ve

1.2 DCE-MRI 在胶质瘤方面的相关研究

国内外诸多研究发现，DCE-MRI 是评价脑胶质瘤微循环透过性非常重要的指标[9]；微血管透过性的定量分析常常可以提示脑胶质瘤的异型性级别的高低[11]。

Nguyen 等对10 名IDH + 胶质瘤 病人及35 例IDH-胶质瘤病人在手术切除前进行了前瞻性研究，测量了体积转移常数Ktrans、组织中血浆分数体积Vp、结果发现IDH+胶质瘤组的增强和坏死体积较低，而非增强体积较高。IDH+神经胶质瘤的Krans和Vp 值较低。对于IDH-和IDH+胶质瘤之间的区别，平均Krans 分别为89%和93%，截止值＜0.083时，平均Vp 为89%和64%。因此，与IDH-神经胶质瘤相比，IDH+神经胶质瘤显示出更高的非增强肿瘤体积和更低的krans 和vp[12]。也有学者探究了Ktrans 与Ve 两者间与胶质瘤病理程度的关系。证明动态对比增强MRI 对评价脑胶质瘤微血管通透性和病理分级的帮助[13]。Zhao 等认为Ktrans、Kep及Ve 在高低级别胶质瘤间有显著差别，且Ktrans的诊断效能最高[14]。此外，DCE 定量参数的研究可用于各部位良恶性肿瘤的鉴别诊断以及不同组织来源的恶性肿瘤的鉴别诊断，Zhang 等认为Ktrans不但可辨别高（Ⅲ～Ⅳ）、低（Ⅰ～Ⅱ）级别胶质瘤，并且可判别Ⅱ、Ⅲ级胶质瘤[15]，对胶质瘤的分级进一步精准化。

综上所述，DCE—MRI 通过动态检测对比剂渗透入血管外细胞外间隙（extravascular extracellular space，EES）后弛豫时间的改变，并拟合药代动力学模型得到定量、半定量参数，提供肿瘤血管微环境信息，定量分析血管通透性的改变，帮助对胶质瘤进行病理分级。

2 mTi-ASL

2.1 ASL的基本原理

1992 年，Detre JA 首次提出动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）这一概念便引起轰动[16]，ASL可以定量反映组织中的血流灌注情况。利用动脉血中的水质子作为示踪剂，由于水分子可以自由通过血脑屏障，ASL 的灌注模型对病人的血脑屏障是否完整没有要求，也正基于这点，其可以安全的应用于胶质瘤病人的检查中[17]。ASL 基本成像原理是反转标记成像层面上游动脉血中的水质子，随后被标记的水质子流入到成像层面得到标记影像，然后再将标记影像与先前采集的同一层面未行标记的对照影像进行减影，得到反映标记血流和未标记血流信号差异的图像，即血流灌注图像[18]。灌注图像的信号强度低，需要多次采集并进行平均。

ASL 的标记方法分为三种分别是：连续式动脉自旋标记（continuous arterial spin labeling，CASL）、脉冲式动脉自旋标记（pulsed arterial spin labeling，PASL），和它们二者基础上衍生出的伪连续式动脉自旋标记（pseudo continuous arterial spin labeling，pCASL）[19]。三种方法各有优劣。

CASL 连续标记技术是指用较长的连续射频脉冲（1～3s）标记成像平面流入侧的较窄层块上的动脉血，理论上，较长的标记脉冲可获得较高的SNR，然而，血流速度的变化影响标记速率，使得SNR 降低，且目前MRI 设备难以满足长的连续脉冲的需求，限制了CASL 的临床应用。

PASL 脉冲标记技术是指用多个较短的射频脉冲（总持续时间一般为10～20ms）标记较厚层块的动脉血，由于PASL 对血流速度的变化不敏感，可提供97%以上的标记速率，PASL 在临床应用广泛。

pCASL 准脉冲标记，通过使用每毫秒大于1000次的高频射频脉冲，并在流入方向上施加梯度场实现。由于pCASL 准脉冲标记使得被标记的血流标记时间更长，使流入组织中的被标记血流越多，使得pCASL 的信噪比优于PASL。对于采用单次PLD进行CBF 的测量，该标记方法因其较高的信噪比及可重复性备受推荐。

在PASL 技术中，施加反转标记脉冲到采集图像的时间叫做反转时间（inversion time，TI），而在CASL 和pCASL 中，这一时间被称为标记后延迟（post-labeling delay，PLD）时间，也就是标记脉冲结束到ASL 灌注图像开始采集所等待的时间，其对ASL 灌注的结果有很大的影响。对于血流缓慢的区域我们采用较短的PLD，这时相应的血流灌注区域无法采集到信号表现为低灌注，而正常血流区域，我们则选用长的PLD，ASL 因采集到信号表现为高灌注，由此可知，灌注责任血管的粗细、行走路径的长短由短的PLD 表示，灌注的真实结果由长的PLD 反映。我们平常工作中采用长短PLD 相结合的方式来观察血管闭塞或狭窄后的代偿水平。

TI 是与PLD 相对应的一个概念，指的是从施加脉冲开始到获取图像之间的时间称之为反转时间inversion time（TI），由于PASL 标记脉冲的时间用单个时间点表示，因为标记脉冲几乎是瞬时的，TI 涵盖标记时间在内。所以PLD 与TI 两者之间略有区别，但是对于后期新发展的一些PASL 标记方法，标记时间是确定的，即可以单独把标记持续时间列出来，这时PLD 等同于TI。

动脉通过时间（arterial transit time，ATT）代表的是动脉血从被标记到到达成像区域的时间[20]，理想状态下即TI 或者PLD 等或略长于ATT 时，被标记的动脉血在采集图像之前已全部到达成像层面，此时获得的脑血流量（cerebral blood flow，CBF）是最准确的，但如果TI 或者PLD 小于ATT，由于被标记的动脉血还未完全到达成像层面，此时获得的CBF 值会比实际偏低，如果TI 或者PLD 明显长于ATT 时也会因为已经到达成像层面的动脉血的弛豫而导致灌注信号减低。但是在实际应用中，由于不同解剖部位、不同组织之间的ATT 值存在差异，因此在选择TI 或者PLD 值时，只能在满足合适的信噪比的同时使得大部分组织获得较为准确的CBF 值[21]。但是通过将数据拟合产生ATT 值要较单相位的ASL 所产生的CBF 值更为准确。

2.2 mTI-ASL的原理及应用

研究表明，正常人的大脑中动脉供血区的血流到达时间相较于后循环血流到达时间短，那么，用常规ASL 来评价正常受试者大脑不同部位的血流量便存在一定的误差，对于正常受试者，单期ASL尚且难以实现对全脑不同区域的血流情况的精准评估。胶质瘤病人，血管增生活跃，病变血管的血流到达时间与其他血管相比差异更为显著，因此对于此类病人，利用传统的单期ASL 技术，也将很难实现对病变部位血流状况的准确评价。

近年来在ASL 基础上发展起来的多期ASL 技术（Multi-Inversion Time-ASL），采用了多次反转恢复时间得到多期拟合的脑血流（CBF）量数据及动脉血流到达时间（ATT）的数据，其对CBF 的定量评估将更加准确，而ATT 值则可以更好的帮助研究者了解胶质瘤病人病变部位的血流状态。

mTI-ASL 是在常规ASL 的基础上设置了多个TI 值，虽然扫描时间有所增加，但是通过它不仅可以获得比传统ASL 更为准确的CBF 值，而且能够计算出ATT 这一量化参数，ATT 的个体差异很大，在健康组织与病变组织间的差异也较大，因此量化ATT 可以提供血流动力学的信息从而提高CBF 的量化结果，并能提供血流动力学方面的测量、检测时间灌注变化使用这种方法估计的ATT 值可以用作诊断，有助于多TI/PLD 成像检查的人群[22]。

目前ASL 的应用范围主要集中在中枢神经系统疾病，例如ASL 灌注成像解决方案在缺血性脑卒中无论从诊断、预防到精准治疗都有较为深入的研究[23]，对于其他脑内疾病如神经系统肿瘤、癫痫、神经退行性病变以及神经精神异常等疾病都有重要临床意义。

关于多相位ASL 应用于临床的报道并不是很多，大部分都是关于技术进展方面，临床方面在脑血管疾病方面的研究多一些，Macintosh，B 等将mTI-ASL 应用于微小梗死或TIA 病人中，DWI 显示病灶体积较小或病灶信号较轻的病灶，在ASL 上显示十分明显，并指出病变侧的大脑半球的ATT 会延长[24]，王宏等通过多期动脉自旋标记磁共振灌注成像技术，探讨围产期缺氧窘迫、感染对早产儿脑内各区域血流量的影响[25]。在脑肿瘤方面，H Cebeci等研究了mTI-ASL 对胶质瘤进行组织层面的分级的价值，并与DSC 进行了比较分析[26]。

3 结论

mTi-ASL 实现了对CBF 的精准化，并融入其他的参数ATT，可以对受试者的被测区域的血流量的测量更为精准化；而DCE-MRI 在评价脑胶质瘤微循环透过性及对胶质瘤高低级别判断上已经得到了广泛的认可；将DCE 和mTi-ASL 结合用于胶质瘤的分级诊断，进一步提高胶质瘤术前的分级诊断准确率，是进一步研究的重点，需要制定规范的研究方案，提高研究结果的准确度与可信性。