动态对比增强MRI联合动态磁敏感对比增强MRI鉴别诊断Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤

姚巧丽，梁知遇，朱 凯，李晓丹，严承功,2，许乙凯,3*

(1.南方医科大学南方医院医学影像中心，广东 广州 510515；2.广东省休克微循环重点实验室，广东 广州 510515；3.南方医科大学精神健康研究教育部重点实验室，广东 广州 510515)

原发性脑肿瘤中，胶质瘤占多数[1]。WHO中枢神经系统肿瘤分类将胶质瘤分为Ⅰ～Ⅳ级[2]，其中Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤细胞形态学特征和强化特征较为相似，鉴别诊断困难。动态磁敏感对比增强MRI(dynamic susceptibility contrast MRI， DSC-MRI)的灌注参数相对脑血容量(relative cerebral blood volume， rCBV)可用于鉴别高、低级别胶质瘤[3]，但将其用于鉴别Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤的研究较少。动态对比增强MRI(dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI)与血管通透性密切相关，与DSC-MRI优势互补。本研究观察DCE-MRI联合DSC-MRI鉴别Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2019年9月—2020年10月47例于南方医科大学南方医院经术后病理证实的Ⅱ级及Ⅲ级胶质瘤患者，男37例，女10例，年龄16～64岁，中位年龄43岁；其中Ⅱ级31例(Ⅱ级组)、Ⅲ级16例(Ⅲ级组)，星型胶质细胞瘤24例、少突胶质细胞瘤23例。Ⅱ级组男25例，女6例，年龄27～63岁，中位年龄43岁；Ⅲ级组男12例，女4例，年龄16～64岁，中位年龄44岁。纳入标准：①术前均接受常规序列、DCE和DSC MR检查；②检查前均未接受颅脑手术、放射及化学治疗等相关治疗。排除标准：①合并其他神经系统肿瘤；②MRI伪影严重，不能满足诊断要求。

1.2 仪器与方法 采用Philips Ingenia 3.0T超导MR仪，8通道头部相控阵列线圈。先行常规平扫T1W、T2W、液体衰减反转恢复(fluid attenuated inversion recovery, FLAIR)及弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)。采用快速场回波(turbo field echo， TFE)序列采集头部DCE-MRI，首先分别行1期FA为5°及15°扫描，再行FA为8°的动态增强扫描，连续扫描50个期相；自第3期相始采用高压注射器以流率2 ml/s经肘静脉注射加乐显(Gadovist，Bayer，Germany)，剂量0.1 mmol/kg体质量，并以相同流率跟注20 ml生理盐水，TR 3.6 ms，TE 1.7 ms，层厚5 mm，扫描时间188 s。以梯度回波-回波平面成像(gradient recalled echo-echo planar imaging， GRE-EPI)序列行DSC灌注成像，TR 1 846 mm，TE 40 ms，层厚5 mm，连续扫描50个期相，自第3期相始时以流率4 ml/s注射加乐显(0.1 mmol/kg体质量)，并跟注20 ml生理盐水，扫描时间98 s。最后采集常规增强T1WI，TR 4.1 ms，TE 1.8 ms，层厚0.9 mm。

1.3 图像后处理 由2名影像科主治医师阅片，判定病灶范围；于FLAIR图像所见肿瘤高信号区勾画ROI，并衍生至对应灌注图像(DCE、DSC)。于Philips MRI工作站(Extended workspace Philips Healthcare)进行DSC、DCE图像后处理，将动脉输入函数置于健侧大脑中动脉，在病灶实质区域避开坏死、出血、囊变及钙化区域勾画3个面积为20～30 mm2的ROI，自DCE图像中获得容积转运常数(volume transfer constant， Ktrans)、血浆容积分数(blood plasma volume， Vp)、速率常数(rate constant, Kep)、血管外细胞外间隙容积分数(extravascular extracellular volume fraction， Ve)及时间-信号强度曲线下面积(initial area under the signal intensity-time curve， riAUC)。对DSC图像进行后处理时，于病灶区域勾画ROI，并于对侧正常脑白质区勾画1个ROI作为参照，检测rCBV、相对脑血流量(relative cerebral blood flow， rCBF)、达峰时间(time to peak， TTP)及平均通过时间(mean transit time， MTT)。对以上参数均取2名医师测值的平均值作为结果。

1.4 统计学分析 采用SPSS 24.0统计分析软件。计量资料以中位数(上下四分位数)表示，采用Mann-WhitneyU检验进行比较；对计数资料行Fisher精确概率检验。采用受试者工作特性(receiver operating characteristic， ROC)曲线分析各参数鉴别Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤的效能，再以串联、并联试验分析观察联合采用DCE-MRI、DSC-MRI参数的鉴别诊断价值。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

Ⅱ、Ⅲ级组之间患者性别(P=0.72)、年龄(Z=-0.25、P=0.81)差异均无统计学意义。

2.1 组间参数比较 Ⅲ级组DCE-MRI参数Ktrans、riAUC均高于Ⅱ级组(P均<0.05)，DSC-MRI参数rCBF、rCBV、MTT亦均高于Ⅱ级组(P均<0.05)，见表1及图1、2。

图1 患者男，31岁，Ⅱ级脑胶质瘤，星型胶质细胞瘤 A.T2WI示病灶呈高信号； B.T1WI示病灶呈低信号； C.增强TIWI示病灶内条片状轻度强化； D、E.分别为DCE-MRI参数riAUC(D)及Ktrans(D)的伪彩图，riAUC=1.82 mmol/s，Ktrans=0.34 min-1； F～H.分别为DSC-MRI参数CBF(F)、CBV(G)、MTT(H)的伪彩图，rCBF=1.67，rCBV=2.10，MTT=4.87 s (箭示病灶)

表1 Ⅱ、Ⅲ级脑胶质瘤DCE-MRI、DSC-MRI参数比较[中位数(上下四分位数)]

2.2 诊断效能 ROC曲线结果显示，对于鉴别Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤，DCE-MRI参数中Ktrans的曲线下面积(area under the curve， AUC)最大(0.75)，诊断阈值为0.26 min-1时，敏感度68.75%，特异度74.19%；DSC-MRI参数中rCBV的AUC最大(0.80)，诊断阈值为3.29时，敏感度87.50%、特异度70.97%。对Ktrans和rCBV行联合试验，二者串联鉴别诊断Ⅱ级与Ⅲ级脑胶质瘤的敏感度为60.16%，特异度92.51%；二者并联诊断敏感度为96.09%，特异度52.66%。见表2及图3。

图2 患者女，58岁，脑胶质瘤Ⅲ级，间变型少突胶质细胞瘤 A.T2WI示病灶呈高信号； B.T1WI示病灶呈低信号； C.增强TIWI示病灶轻度不均匀强化； D、E.分别为DCE-MRI参数riAUC(D)、Ktrans(E)的伪彩图，riAUC=3.27 mmol/s和Ktrans=0.4 min-1； F～H.分别为DSC-MRI参数rCBF(F)、rCBV(G)、MTT(H)的伪彩图，rCBF=7.49，rCBV=7.51，MTT=4.98 s (箭示病灶)

图3 Ktrans、riAUC、rCBF、rCBV、MTT鉴别Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤的ROC曲线

表2 各参数单独及联合鉴别Ⅱ级与Ⅲ级脑胶质瘤的ROC曲线分析结果

3 讨论

脑胶质瘤患者常规增强MRI所见强化是血脑屏障(blood brain barrier， BBB)破坏导致对比剂外溢所致，并不能据以准确区分Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤。随着胶质瘤进展，新的微血管生成，为肿瘤细胞增殖提供营养[4]。微血管存在以下发展趋势：①通透性更高，而灌注无异常；②灌注更高，而通透性无异常；③通透性及灌注均异常[5]。因此，单一灌注技术无法全面评估Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤微血管血流灌注情况。本研究结果表明，采用DSC-MRI与DCE-MRI联合诊断时，串联试验鉴别诊断Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤的特异度达92.51%，并联试验敏感度高达96.09%，即二者联合鉴别诊断Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤的效能较单一方式更高。

DSC-MRI是临床常用灌注技术，既往研究[6-7]结果表明其衍生参数rCBV与微血管密度呈正相关，可间接反映肿瘤恶性程度。rCBV已被广泛用于胶质瘤分级[8]、预后评估[9]及鉴别肿瘤复发等[10]；亦有研究[11]认为rCBF对鉴别Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤具有最优诊断效能。本研究结果显示Ⅲ级胶质瘤的rCBV、rCBF、MTT均高于Ⅱ级，其中rCBV的AUC最高，与ANAZALONE等[12]的结果相符，提示DSC灌注参数rCBV可用于鉴别Ⅱ级与Ⅲ级脑胶质瘤。各研究所获结果不同的原因可能在于不同研究间Ⅱ、Ⅲ级胶质瘤中少突胶质细胞瘤与星形胶质细胞瘤的比例不同。Ⅲ级胶质瘤新生血管较为纡曲，毛细血管网更为复杂，不利于对比剂再循环，导致MTT增加。SANTAROSA等[13]采用DCE-MRI及DSC-MRI对胶质瘤进行病理分级，结果表明Ktrans的AUC为0.98，rCBV为0.93；本研究结果与之存在差异，可能为纳入研究对象的病理分级分布不同。然而常规DSC-MRI可能低估rCBV和rCBF：部分肿瘤因BBB破坏导致对比剂渗入血管外-细胞外间隙(extravascular-extracellular space， EES)，造成血管内外对比剂浓度梯度下降，T2*磁敏感效应减低，且EES内的对比剂缩短组织T1效应，导致结果出现偏差[14]。通过预注射对比剂可校正对比剂渗入，使所测灌注参数更精确，提高诊断准确性[15]。本研究在DSC-MRI前行DCE-MRI，不仅有助于缓解EES内T1效应缩短，还能获得血管通透性相关信息。

DCE-MRI的基础为T1弛豫成像。微血管通透性间接反映肿瘤血管增生情况，故可用于评估肿瘤恶性程度。AREVALO-PEREZ等[16]发现Ktrans和Vp、ADC均可用于鉴别高低级别胶质瘤，但单独以ADC值鉴别Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤的效能较低，而Ktrans的效能较高。本研究结果显示，Ktrans取0.26 min-1时，其鉴别Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤的敏感度为68.75%，特异度74.19%。既往研究[16]采用勾画感兴趣体积方法观察整体肿瘤内部组织特点，其中包含坏死、缺氧等区域，结果显示Vp可用于区分Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤；而本研究中Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤Vp差异无统计学意义，可能与在肿瘤活性区域较强的实质部分勾画ROI有关。一项Meta分析[17]结果显示，Ktrans用于术前分级诊断脑胶质瘤的可信度高于Vp；另有多中心研究[8]结果显示，Ⅱ级与Ⅲ级胶质瘤之间DCE-MRI参数Ktrans、Vp、Ve及riAUC差异均有统计学意义。本研究中Ⅱ级与Ⅲ级脑胶质瘤间仅Ktrans、riAUC差异存在统计学意义，可能与采集时间不同有关[18]：上述多中心研究[8]DCE采集时间均>6 min，而本研究DCE扫描持续约3 min。

综上，DCE-MRI、DSC-MRI均可用于鉴别诊断Ⅱ级与Ⅲ级脑胶质瘤，二者联合的鉴别诊断价值更高。但本研究样本量小，灌注技术缺乏统一标准(如场强、采集参数及对比剂等)，均可能影响参数测值，且不同软件间亦存在差异，有待进一步完善。