三种MRI灌注技术术前评估脑胶质瘤分级的价值对比

梅邹，毕俊英

作者单位：1.江汉大学附属湖北省第三人民医院放射科，武汉 430000；2.江汉大学附属湖北省第三人民医院医学影像介入和磁共振影像科，武汉 430000

脑胶质瘤(brain glioma，BG)为常见颅内原发性肿瘤，发病率可占颅内肿瘤的35%～60%，并呈逐年上升趋势[1]。外科手术为BG 的主要治疗手段，但BG 生物行为复杂，选择合适的手术方案方可达到理想疗效，而术前准确评估其病理分级是确定手术方案的关键[2]。常规磁共振成像可显示肿瘤的形态及信号特征，常规增强检查还能评估部分血脑屏障信息，辅助判断肿瘤的良恶性，但难以准确评估恶性肿瘤的分级[3]。影响纵向弛豫的T1 加权动态对比增强磁共振成像(dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)，影响横向弛豫的T2 动态磁敏感对比增强灌注加权成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging，DSC-PWI)，以水质子为自身内源性示踪剂的三维动脉自旋标记(three-dimensional arterial spin labeling，3D-ASL)，上述3种灌注技术均可用于判断BG病理分级，但各具优势与不足[4]。基于此，本研究分析上述3种灌注技术在术前评估BG分级中的应用价值，为BG诊疗提供临床依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2017 年2 月至2020 年12 月我院48 例术前经DCE-MRI 检查，34 例 术 前经DSC-PWI 及3D-ASL 检查的BG 患 者临床资料。纳入标准：(1)术前接受相应影像学检查，术前未接受抗肿瘤治疗；(2)经手术病理诊断为BG 且首次诊疗；(3)年龄≥18 岁；(4)临床资料完整。排除标准：(1)因头部伪影未获得有效的MRI 扫描图像；(2)既往脑部手术史。82 例BG 患者男43 例，女39 例；年龄18～71 (50.96±11.28)岁；临床症状以头痛头晕、局灶性或全身性癫痫发作、运动障碍、颅内压增高为主。所有患者术后根据世界卫生组织2007 年制定的中枢神经系统肿瘤分级标准分级[5]，其中Ⅱ级32 例，Ⅲ级24 例，Ⅳ级26 例。本研究经江汉大学附属湖北省第三人民医院医学伦理委员会批准(批准文号：2021伦审科第19号)，免除受试者知情同意。

1.2 扫描方法

MRI 扫描采用西门子超导型磁共振成像系统MAGNETOM Verio 3.0 T，常规扫描T1 加权矢状位、T1 加权横断位、T2 加权横断位及FLAIR 成像；T1 加权动态对比增强MR 先行T1 梯度回波容积插值屏息扫描(volume interpolated breath-hold examination sequence，VIBE)序列，TR 5.08 ms，TE 1.74 ms，FOV 260 mm×260 mm，矩阵138×192，层厚5 mm，翻转角2°及15°；DCE-MRI 扫描采用T1 时间分辨交叉随机轨迹成像(time-resolved angiography with interleaved stochastic trajectories，TWIST)序 列，TR 4.82 ms，TE 1.88 ms，FOV 260 mm×260 mm，矩阵138×192，层厚3.2 mm，翻转角12°，共采集75次，间隔5.3 s，在采集第6次前，经肘静脉注入钆喷葡胺(批准文号：H20080146，规格：0.5 mmol/mL，德国拜耳医药保健有限公司) 0.1 mmol/kg，注射速率4 mL/s。

DSC-PWI 扫描则采用平面回波序列(spin echo echo-planar image，SE-EPI)，TR 1500 ms，TE 30 ms，FOV 230 mm×230 mm，矩阵128×128，层厚4 mm，翻转角90°，扫描时间约为1 min 50 s，共50期，每期20帧图，在扫描第6期前注射钆喷葡胺对比剂，使用方法同上述DCE-MRI扫描。

3D-ASL 扫描前嘱患者绝对制动，使用伪连续脉冲标记及交错的螺旋快速自旋回波序列背景抑制，达到全脑三维容积采集效果，TR 5000 ms，TE 36 ms，FOV 192 mm×192 mm，矩阵256×256，42 层，层厚3 mm，标记后延迟时间1800 ms，采集时长约为4 min 29 s。

1.3 图像处理方法

DCE-MRI 数据导入动态对比增强定量分析软件(mini Kinetics tool)，应用extended Tofts model 模型，输入函数，获得脑组织时间-信号强度曲线，经药代动力学计算并选择感兴趣区自动匹配相应图像(感兴趣区避开坏死、囊变及出血区，下同)，得到后处理图及灌注参数——容积转运常数(volume transport constant，Ktrans)、速率常数(rate constant，Kep)、血管外细胞外间隙容积分数(extravascular extracellular space fraction，Ve)、血浆容积分数(plasma volume fraction，Vp)；由两名医师分别在DCE-MRI 后处理图上采用“热点法”手动放置感兴趣区，面积为25～40 mm2，得到各参数测量值，该方法在异质性肿瘤中选取侵袭性最高的实性部分分析，并结合专业医师的经验，具有良好准确性，两名医师分别取3 个感兴趣区，取平均值为各参数的最终测量结果。

DSC-PWI 数据传输至后处理工作站(西门子Syngo.via)，行头动校正调整阈值后，生成彩色脑血流量(cerebral blood flow，CBF)图，采用“最大层面法”手动调节感兴趣区，面积为25～40 mm2，取肿瘤最大血流量(tumour blood flow values of max，TBFmax)区，以对侧正常半球、灰质、白质作参考，得到相对CBF (relative of CBF，rCBF)，两名医师分别取3个感兴趣区，取平均值为各参数的最终测量结果。

3D-ASL数据传输至后处理工作站，自动得到伪彩图，采用“最大层面法”手动调节感兴趣区，面积为25～40 mm2，测得TBFmax，将TBFmax分别与对侧正常半球、灰质、白质血流值作对比，计算rCBF，由两名医师分别取3 个感兴趣区，取平均值为各参数的最终测量结果。

1.4 统计学方法

数据分析用SPSS 22.0 软件处理；计量资料以均数±标准差(±s)表示，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较则用LSD-t检验；计数资料以例或百分比n(%)表示，采用χ2检验；诊断价值采用ROC 曲线评估；P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同BG病理分级者DCE-MRI参数比较

不同BG 病理分级者Kep、Vp比较，差异无统计学意义(P＞0.05)；BG病理分级Ⅱ级者Ktrans及Ve明显低于Ⅲ级、Ⅳ级者(P＜0.05)，但Ⅲ级与Ⅳ级者间Ktrans、Ve比较，差异无统计学意义(P＞0.05)，见表1，典型病例分析见图1。

图1 男性，73岁，右侧额叶胶质瘤Ⅲ级。动态对比增强磁共振成像定量Ktrans、Ve值较低，难以进一步鉴别高级别脑胶质瘤。 图2 Ktrans、Ve诊断脑胶质瘤病理Ⅳ级的ROC曲线。

表1 不同脑胶质瘤病理分级者动态对比增强磁共振成像参数比较(±s)

注：a：与Ⅱ级者比较，P＜0.05。

分级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级n Ve Vp 0.259±0.057 0.272±0.061 0.284±0.059 0.790 0.460 19 13 16 FP Ktrans (min-1)0.041±0.010 0.105±0.024a 0.118±0.029a 62.621＜0.001 Kep (min-1)1.301±0.219 1.289±0.227 1.257±0.211 0.183 0.834 0.171±0.028 0.604±0.127a 0.621±0.134a 106.117＜0.001

2.2 DCE-MRI参数对BG病理Ⅳ级的诊断价值分析

ROC 曲线分析显示，Ktrans、Ve均对BG 病理Ⅳ级具有一定诊断价值(P＜0.05)，见表2、图2。

表2 Ktrans、Ve对脑胶质瘤病理Ⅳ级的诊断价值分析

2.3 不同BG病理分级者DSC-PWI、3D-ASL参数比较

DSC-PWI、3D-ASL 检查中，不同BG 病理分级者间与对侧半球、灰质及白质对比的rCBF 差异均有统计学意义(P＜0.05)，Ⅱ级者rCBF 均低于Ⅲ级、Ⅳ级者(P＜0.05)，Ⅲ级者低于Ⅳ级者(P＜0.05)，见表3，典型病例见图3、4。

表3 不同脑胶质瘤病理分级者DSC-PWI、3D-ASL参数比较(±s)

表3 不同脑胶质瘤病理分级者DSC-PWI、3D-ASL参数比较(±s)

注：DSC-PWI：动态磁敏感对比增强灌注加权成像；3D-ASL：三维动脉自旋标记；rCBF：相对脑血流量；a：与Ⅱ级者比较，P＜0.05；b：与Ⅲ级者比较，P＜0.05。

分级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级n DSC-PWI rCBF 3D-ASL rCBF对侧白质2.096±0.427 3.724±0.634a 4.752±0.672ab对侧白质1.936±0.389 3.551±0.611a 4.538±0.750ab对侧灰质1.408±0.304 2.227±0.415a 3.045±0.606ab对侧灰质1.482±0.305 2.182±0.441a 3.004±0.582ab对侧半球1.428±0.311 2.934±0.395a 3.687±0.583ab 13 11 10对侧半球1.481±0.296 2.993±0.428a 3.715±0.593ab 62.683＜0.001 58.442＜0.001 38.482＜0.001 33.241＜0.001 82.831＜0.001 FP 77.870＜0.001

图3 男，60岁，左侧颞叶胶质瘤Ⅳ级。动态磁敏感对比增强灌注加权成像测量相对脑血流量及脑血容量，能准确评估脑胶质瘤病理分级。

2.4 DSC-PWI、3D-ASL参数对BG病理Ⅳ级的诊断价值分析

ROC 曲线分析显示，DSC-PWI 与3D-ASL 测量的rCBF 均对BG病理Ⅳ级具有较高诊断价值(P＜0.05)，见表4、图5。

图4 女，42 岁，左侧额叶胶质瘤Ⅱ级，三维动脉自旋标记技术测量相对脑血流量分析微循环灌注，能准确评估脑胶质瘤病理分级。

图5 DSC-PWI、3D-ASL 参数诊断BG 病理Ⅳ级的ROC曲线。

表4 DSC-PWI、3D-ASL参数对脑胶质瘤病理Ⅳ级的诊断价值分析

2.5 DSC-PWI参数rCBF与3D-ASL参数rCBF比较

DSC-PWI 与3D-ASL 测量的rCBF 差异无统计学意义(P＞0.05)，见表5。

表5 DSC-PWI参数rCBF与3D-ASL参数rCBF比较(±s)

表5 DSC-PWI参数rCBF与3D-ASL参数rCBF比较(±s)

注：DSC-PWI：动态磁敏感对比增强灌注加权成像；3D-ASL：三维动脉自旋标记；rCBF：相对脑血流量。

对侧白质3.224±0.622 3.404±0.639 1.177 0.243检查方法DSC-PWI rCBF 3D-ASL rCBF n 34 34 tP对侧半球2.627±0.445 2.580±0.423 0.446 0.657对侧灰质2.156±0.430 2.154±0.419 0.019 0.985

3 讨论

DCE-MRI 的定量参数Ktrans、Ve是评估血管通透性的重要参数，正常血脑屏障完整时，对比剂不能由血管渗透至血管外，Ktrans、Ve值近乎为0[6-7]。在出现恶性肿瘤时，新生血管基底膜不完整，通透性升高，对比剂可渗透至血管外，Ktrans、Ve值随之增加[8-9]。本研究中，BG 病理分级Ⅱ级者Ktrans及Ve明显低于Ⅲ级、Ⅳ级者，BG 病理分级与Ktrans、Ve也呈显著正相关，提示Ktrans及Ve值可随BG病理分级的升高而增加，能辅助术前诊断，与既往报道一致[10]。然而，近年有研究发现[11-12]，Ⅲ级与Ⅳ级BG的肿瘤新生血管基底膜均不完整，血管通透性相近，对比剂渗透至血管外情况相同，DCE-MRI 参数难以鉴别Ⅲ级与Ⅳ级BG。本研究结果显示，Ktrans、Ve虽然对BG病理Ⅳ级具有一定诊断价值，但BG Ⅲ级与Ⅳ级者间Ktrans、Ve比较，差异无统计学意义。这也说明，DCE-MRI 参数在术前评估BG 病理分级方面存在一定缺陷，只能初步分辨低级别与高级别BG，难以进一步鉴别高级别BG的具体分级[13-14]。

与DCE-MRI 不同，DSC-PWI 是测量CBF 及脑血容量的标准方法，可评估肿瘤组织血管密度，能反映BG 血流动力学及新生血管具体数量，与血脑屏障破坏程度、血管通透性变化无相关性[15-16]。本研究中，DSC-PWI 测量的rCBF 在Ⅲ级与Ⅳ级BG间差异有统计学意义，且对BG 病理Ⅳ级具有较高诊断价值，提示DSC-PWI参数能准确评估BG病理分级。考虑该结果与随着BG病理分级的升高，肿瘤体积增大、新生血管增生，使rCBF逐渐增加有关[17-18]。

3D-ASL 则是一种无创灌注技术，可利用自身循环动脉血中水质子，行射频脉冲磁化标记，具有安全无创、可重复等优点[19]。近年国外研究还发现[20]，3D-ASL 技术能利用rCBF 参数分析肿瘤微循环灌注情况，对BG 病理分级诊断有利。本研究中，BG 病理分级随3D-ASL 对侧半球rCBF、对侧灰质rCBF、对侧白质rCBF 的升高而升高，且3D-ASL 测量的rCBF 均对BG 病理Ⅳ级具有较高诊断价值，提示3D-ASL 也能准确评估BG 病理分级，与上述国外报道相似。本研究还发现，3D-ASL 与DSC-PWI 测量的rCBF 数值相近，均能用于术前BG 分级评估。然而，两种技术具有各自特点，3D-ASL 虽然具有安全无创的优点，但仅能获得rCBF 一种参数，还易受脑脊液污染，影响诊断[21]；DSC-PWI 需要使用对比剂，肾功能不全、对比剂过敏等患者限制应用，但图像分辨率较3D-ASL高，还能测量血流通过的时间特点，通过多种参数综合判断BG 分级[22]。因此，DSC-PWI、3D-ASL 均能辅助判断BG 病理分级，但各具优势，临床可结合实际情况选择合适的灌注技术。另外，DCE-MRI 作为临床广泛应用的灌注技术，应用范围广，可辅助鉴别低级与高级BG，若临床要进一步明确高级BG 的分级，则需联合DSC-PWI 或3D-ASL 技术观察，具体联合方案应结合二者优缺点选择个性化的灌注方案。此外，本研究作为回顾性分析，样本量较小，结果可能存在一定偏倚，为保证本结论的科学性与严谨性，还需后续大样本量前瞻性研究的论证。

综上所述，DCE-MRI 及DSC-PWI、3D-ASL 均能通过参数判断BG 病理分级，但DCE-MRI 在鉴别BG Ⅲ级与Ⅳ级时存在欠缺，DSC-PWI 能测量多种参数准确判断BG 分级，3D-ASL 能无创、准确判断BG分级，各有其优劣性。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。