3D-ASL与DSC-PWI在脑肿瘤灌注成像中的一致性分析

陈世林，王丽英，王 莉，郑长宝，杨开志

海南省肿瘤医院放射科，海南 海口570300

多种成像技术已广泛应用于观察脑组织的血流灌注情况，包括PET、MRI灌注成像、血氧水平依赖功能磁共振成像（BOLD-fMRI）及CT 灌注成像等。目前应用于脑部主要MR灌注成像方法是DSC和ASL扫描两种技术。随着技术进步，3D-ASL技术作为一种新的无创的不需注射外源性对比剂的容积灌注成像方法，突破了传统2D ASL的各种局限。它从各个方面进行改进整合，凭借其完善的背景抑制、高效的数据采集、较高的信噪比以及准确的定量分析等优势，对CBF的变化提供了重要的信息，已广泛应用于临床。由于3D-ASL具有无需外源对比剂、成本低和重复性好的优点，在很多领域有取代DSC-PWI 技术的趋势。有关3D-ASL 和DSC-PWI两种技术在脑缺血性疾病方面的一致性已得到很多学者的证实［1-3］，两种技术在脑肿瘤的灌注成像的一致性如何？在脑肿瘤的灌注成像中3D-ASL技术能否取代DSC-PWI技术？目前其对检测脑肿瘤灌注的敏感性跟DSC-PWI的一致性尚不清楚。本研究旨在探讨3D-ASL和DSC-PWI两种灌注成像方法对评估常见的脑肿瘤灌注的一致性，为3D-ASL法评估脑肿瘤灌注的准确性提供依据。

1 资料和方法

1.1 临床资料

收集我院自2018年10月～2020年12月间脑肿瘤患者19例资料，年龄22～70岁，平均47.5岁，男11例，女8 例。所有病例均经手术病理证实，其中胶质瘤9 例（WHO 分级Ⅰ～Ⅱ级3 例，Ⅲ～Ⅳ级6例），脑膜瘤5例，血管母细胞瘤2例，转移瘤2例，海绵状血管瘤1例。

1.2 检查方法

使用GE Discovery MR750w 3.0 T 超导磁共振仪，8通道相控阵头部线圈。所有受检者均先行常规头部平扫和DWI扫描，然后行轴位3D-ASL和DSC 扫描。最后行常规T 1增强扫描了解病变有无异常强化区域。3D-ASL扫描采用背景抑制、假连续性标记、螺旋K空间填充的快速自旋回波成像序列。扫描参数为：TR 4632 ms，TE 10.5 ms，采集与标记时间间隔（PLD）15、25 ms，激励次数3，视野24 cm×24 cm，矩阵96×96，层厚4 mm，层数36 层，扫描时间4 min 29 s。DSC扫描采用T2*加权单次激发梯度回波平面回波成像（GRE EPI）序列。扫描参数为：TR 1800 ms，TE 12.3 ms，翻转角90，激励次数1，视野24 cm×24 cm，矩阵128×96，层厚5 mm，层间距1.5 mm，层数22 层，采集时间1 min 30 s。对比剂为Gd-DTPA，使用MRI高压注射器经肘静脉以4.5 mL/s的流率注射，剂量0.1 mmol/kg 体质量，然后以相同的流率注射等量生理盐水。

1.3 图像分析

应用GE AW4.6工作站的Functool 软件进行图像分析与数据处理，ASL 和DSC 2 种方法分别自动获取CBF 和rCBF彩图。请有5年以上神经系统诊断工作经验的MRI诊断医师观察2种方法下的肿瘤异常灌注区域，在肿瘤实体部分不同层面选定3个感兴趣区（ROI）并获得相应瘤灶区的脑血流量，ASL 和DSC 2 种方法所选感兴趣区的位置相对应。比较各感兴趣区脑组织的CBF 和rCBF 的测量结果。

1.4 统计学方法

采用SPSS 23.0统计学软件包对两种方法测得的CBF值和rCBF值进行pearson相关分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同类型脑肿瘤两种灌注成像感兴趣区的测量结果

本研究测量并记录了19例患者57个感兴趣区不同类型肿瘤3D ASL CBF 值和DSC rCBF 值（表1）。3D ASL 所测得的CBF 值显著高于DSC 所测得的rCBF（图1～2，P＜0.05）。两种成像技术下相同区域内所测得的CBF值与rCBF值相关性分析结果为r=0.826，P=0.005，两者的相关性有统计学意义。

图1 左颞叶多形性胶质母细胞瘤（WHOⅣ级）Fig.1 Glioblastoma multiforme in the left temporal lobe(WHO IV).A:T1 enhancement showing obvious ring enhancement in the lesions.B,C:3D ASL (B) and DSC (C)showing the enhanced area of the left temporal lobe with hyperperfusion.

表1 不同类型脑肿瘤3DASL测得的CBF 平均值和DSC 测得的rCBF 平均值Tab.1 Mean values of CBF measured by 3D ASL and rCBF measured by DSC in different types of brain tumors

2.2 不同类型脑肿瘤两种灌注成像结果

本研究中高级别胶质瘤的CBF和rCBF 值均较低级别胶质瘤高。脑膜瘤CBF值除了与分级有关，还与分型有较大关系。两例转移瘤均为肺癌转移，两种测量方法均表现为高灌注。两例血管母细胞瘤均位于小脑半球，可见强化实性结节，囊性部分均呈低灌注，实性部分呈明显高灌注。一例小脑海绵状血管瘤，两种灌注成像均呈低灌注。

3 讨论

肿瘤血管的生成在肿瘤的发展和恶性肿瘤的转移过程中起着至关重要的作用，是评价肿瘤良恶性的最重要的生物学标记，甚至肿瘤恶性程度的分级也与肿瘤血管有着紧密联系［4］，所以评价肿瘤良恶性的最准确的影像学依据是灌注成像［5-7］。灌注成像能评价肿瘤血管，这对肿瘤的生物学行为如生长快慢、侵袭性的判断有着非常重要的价值［8］。此外，病变灌注的改变是评价疗效的重要指标［9］。

图2 右额叶内皮型脑膜瘤（WHOⅠ级）Fig.2 Endothelial meningioma of the right frontal lobe (WHO I).A:T1 enhancement showing homogeneous enhancement of the lesions.B,C:3D ASL (B) and DSC (C)showing the lesions in the right frontal lobe with abnormal hyperperfusion.

DSC是目前临床用于脑肿瘤灌注的主要评估技术，也被称为磁共振灌注成像的金标准。而ASL技术是将人体血液内可自由扩散的水分子作为内源性示踪剂进行磁共振灌注成像的技术［10,11］，随着3T高场MRI和3D 采集等新技术的应用，由于其完全无创、无需外源性对比剂，重复操作性强、可定量灌注值及不受血脑屏障限制等优点，而逐渐在临床得到广泛应用［12-16］。

尽管3D ASL 技术在临床得到广泛应用，但3D ASL技术对CBF 的定量分析尚处于研究阶段，而且主要用于脑缺血的研究领域［17-19］，而在脑肿瘤的灌注成像常常采用的是DSC-PWI，其中rCBV为DSC-PWI中最有效的参数［20］，随着3D-ASL技术的改进，3D-ASL在脑肿瘤的灌注应用越来越广泛［21-24］。本研究将3D ASL与DSC-PWI两种技术用于19例常见肿瘤的灌注成像，并一一对照，以评估两种灌注技术的一致性，以便评估3D-ASL技术在脑肿瘤灌注的准确性以及是否可代替DSC-PWI用于脑肿瘤灌注成像。本研究中我们发现对同一肿瘤3D ASL法测得的CBF值显著高于DSC法测得的rCBF，这与近期的一些研究结果相一致［25,26］。分析两种技术所测量结果的数值不一致的原因在于两者的技术原理和模型算法不一样，3DASL成像技术是利用内源性示踪剂，标记的是水分子，而DSC是通过外源性示踪剂，利用的是对比剂强T2*效应，对比剂是无法通过血脑屏障的，T2*的变化与对比剂浓度相关，得到的灌注参数是相对值。另外，注入人体的Gd-DTPA为顺磁性物质，降低组织T1值，而3DASL不要标记容积和原始容积组织的T1 值，加之两者模型算法也不一样，故两种方法所测得的数值不一样。本研究的9例胶质瘤，其中WHO Ⅲ～Ⅳ级6例，WHOⅠ～Ⅱ级3例，两间的CBF值存在显著差异，研究结果与报道相一致，反映了3D ASL 技术在脑胶质瘤分级中的潜在价值［27］。5 例脑膜瘤15 个感兴趣区平均CBF 值为（102.54±8.07）mL·min-1·100g-1，而海绵状血管瘤CBF值为（11.79±3.51）mL·min-1·100 g-1，这是由于海绵状血管瘤病理是扩大的血管腔隙，肿瘤缺乏新生血管，因而在灌注上表现为低灌注，这与Weber等［28］研究结果相一致。另外，本研究发现不同类型的脑肿瘤在灌注成像上有不同的特征，这与文献报道利用灌注成像鉴别类似转移瘤的多发性硬化病灶［29］，淋巴瘤与分化差的胶质瘤［30］类似，我们可以利用灌注特征进行病变的鉴别诊断。我们在研究中发现脑膜瘤的CBF值除了与分级相关，还与脑膜瘤的不同亚型相关，由于本组脑膜瘤病例数较少，需要在接下来收集更多病例进行进一步分析。同时我们在研究中发现一例胶质瘤术后复发的病例，术后病理为3级，但3DASL呈低灌注改变，可能是因为部分高级别胶质瘤局部新生血管迂曲，局部血流缓慢，导致灌注信息延迟，或者是脑灌注压改变所致，这也说明3D ASL技术参数单一和干扰因素大。本研究中因纳入病例数有限，分型、分级不全面，其次我们人为放置ROI，都会带来误差，加上3D ASL法测量的CBF数据的相关文献也较少，3DASL所测的CBF值还有待更多的对照研究来进行深入分析。本研究结果显示CBF与rCBF两组数据呈显著相关性（r=0.826，P=0.005），说明两种技术在脑肿瘤灌注方面的评价具有较好的一致性，与国外最新研究结果相似［31］，本研究也显示3D ASL技术可以代替DSC-PWI用于颅脑肿瘤的灌注，特别是对肾功能不全的患者以及需要多次重复进行灌注扫描的患者提供了一个安全无创的检查方法。