多模态磁共振成像在脑胶质瘤分级诊断及预后评估中的研究进展

王 伟，沈龙山，2，3，程 雯，陈刘成，王震寰

1蚌埠医学院第二附属医院放射科，安徽 蚌埠 233040；2数字医学与智慧健康安徽普通高校重点实验室（蚌埠医学院），蚌埠医学院临床应用解剖研究所，安徽 蚌埠 233004；蚌埠医学院3医学影像学院，6人体解剖教研室，安徽 蚌埠 233030；4蚌埠学院文学与教育学院，安徽 蚌埠 233000；5蚌埠医学院第一附属医院放射科，安徽蚌埠 233004

胶质瘤是颅内最常见的原发性恶性肿瘤，准确区分低级别胶质瘤和高级别胶质瘤具有重要的意义［1］。研究表明胶质瘤周围的水肿区域存在微观肿瘤浸润，评估肿瘤的切除范围对临床治疗方案的选择至关重要［2］。目前对脑胶质瘤的分级诊断仍是依据病理检测，术前常规磁共振增强扫描可对胶质瘤进行初步的诊断，如何准确的分级诊断以及判断预后依旧是研究的热点。多模态磁共振成像是多种磁共振功能成像模式的相互结合，对患者进行全方面的检查，从而为临床医生判断病情提供更多具有价值的信息。多模态磁共振成像主要包括扩散加权磁共振成像（DWI）、弥散张量磁共振成像（DTI）、动态磁敏感对比灌注加权成像（DSC-PWI）、动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）、动脉自旋标记成像（ASL）和磁共振波谱成像（MRS）等，可以提供肿瘤的生化和能量代谢、生长方式以及内在生物学行为信息，有利于评估肿瘤的浸润范围，为脑胶质瘤的准确诊断和预测患者预后提供更多的方法［3］。本文旨在阐述多模态磁共振成像技术在脑胶质瘤术前分级诊断及预后评估中的应用价值。

1 DWI在脑胶质瘤术前分级诊断及预后评估中的应用研究

DWI是一种能够反映组织内水分子微观运动状态的影像技术［4］，多用于中枢神经系统疾病的诊断。表观扩散系数（ADC）值是由DWI图计算出来可用来反映组织内水分子的扩散速率，在脑胶质瘤的术前分级诊断及评估预后中具有重要的价值［5］。

有学者通过评价表观扩散系数ADC值对颅内不同类型脑胶质瘤的诊断效果，发现DWI结合ADC测量有助于传统MRI对胶质瘤进行分级，同时也可以将胶质瘤与转移瘤、淋巴瘤进行鉴别［6］。有研究对51位经组织病理学证实的弥漫性脑胶质瘤的患者进行研究发现，最小ADC对诊断高、低级别胶质瘤之间具有相关性，绘制ROC 曲线下的面积为0.85，敏感度和特异性分别为100%和68.7%。说明最小ADC对胶质瘤的术前分级诊断具有价值［7］。有学者采用高b值DWI的方法探讨52名脑胶质瘤患者的预后，发现对于有胶质瘤浸润征象的患者，DWI 3000max和ADC 3000min都是总生存率的独立预测因子，因此认为高b值DWI上的胶质瘤浸润征象是胶质瘤患者预后不良的独立预测因子，高b值DWI可能为检测胶质瘤浸润提供更便捷的方法［8］。有学者利用高b值和标准b值DWI研究其在胶质瘤分级中的效率，发现ADC 值与胶质瘤分级呈负相关，并且在ADC3000时相关性更强，利用ROC曲线评估其在胶质瘤分级诊断中的效能，发现与标准b值结果相比，高b值与组织病理学的一致性更高。因此认为高b值下的ADC衍生参数在胶质瘤分级中比标准b值下获得的参数更有用，高b值DWI有助于胶质瘤的分级诊断，在判断脑胶质瘤患者药物治疗后的反应方面比标准b 值更有效［9］。有研究指出，ADC直方图参数与总生存期显著相关，ADC直方图参数是预测初治胶质母细胞瘤患者生存的可行预后生物标志物［10］。

DWI序列目前在临床中已广泛与常规MRI扫描序列联合应用，具有快速、无创等特点，在脑胶质瘤的术前分级诊断及评估预后等方面具有重要的价值。

2 DTI 在脑胶质瘤术前分级诊断及预后评估中的应用研究

DTI是一种相对较新的磁共振成像技术，主要通过测量组织中水分子的运动性来评估大脑的微观结构变化，具有确定白质方向和扩散特征的能力［11］。各向异性分数（FA）是DTI最广泛使用的参数，用于表示水分子的运动各向异性，对白质纤维的存在和完整性很敏感。DTI还可以通过平均扩散率、轴向弥散系数、径向弥散系数等来具体描述组织中的水分子扩散的方向和大小［12］。

有学者通过对42名脑胶质瘤患者的研究来确定FA和平均扩散率值对胶质瘤分级的诊断效能，发现肿瘤实体部分的平均扩散率值与正常白质平均扩散率值之间的比率、肿瘤周围相对区域的FA值与正常白质FA值之间的比率可作为低级别胶质瘤和高级别胶质瘤之间鉴别的无创性指标［13］。此外，这些参数的组合比单独使用任何一个参数都具有更高的特异性。有研究发现FA 值可以提供有关胶质母细胞瘤患者总生存期的预后信息，可以无创识别具有侵袭性的胶质母细胞瘤生长模式，从而有助于术前风险评估和预后的判断［14］。有学者对115名胶质母细胞瘤患者进行研究，发现各向同性扩散减少和各向异性扩散增加的肿瘤非增强区域的比例与肿瘤进展率相关，影响无进展生存期和总生存期，提示DTI联合直方图特征对胶质母细胞瘤患者的预后判断具有价值［15］。有学者利用低各向同性和高各向异性扩散张量成分来评估低级别胶质瘤外周的浸润体积，发现异柠檬酸脱氢酶（IDH）野生型低级别胶质瘤的浸润范围比IDH突变型低级别胶质瘤大，提示IDH野生型低级别胶质瘤在神经元结构未破坏的区域肿瘤细胞密度增加，促进肿瘤细胞的增殖，导致生存期缩短，表明DTI技术具有可以判断肿瘤细胞密度，评估肿瘤细胞有效侵入白质程度的能力［16］。有学者利用FA值和ADC值来评价胶质瘤的高低等级，发现高级别胶质瘤的FA值和ADC值明显低于低级别胶质瘤，这表明肿瘤细胞结构会随着恶性程度的增加而变得更加复杂，肿瘤细胞的微结构完整性被破坏，导致游离水浸润神经纤维轴突间隙，FA值下降，因此对临床的分级诊断具有良好的提示作用［17］。另外，有学者通过DTI对胶质母细胞瘤进行评估，发现IDH突变的胶质母细胞瘤与IDH野生型相比对周围组织浸润范围更小，提示IDH突变的胶质母细胞瘤侵袭性更低，预后较好［18］。

DTI具有通过反映微观结构破坏来检测肿瘤浸润的潜力，因此DTI作为术前评估胶质瘤的病理分级和判断预后的影像检查方法已普遍应用，可为脑胶质瘤治疗方案的选择提供更多的影像学依据。

3 DSC-PWI在脑胶质瘤术前分级诊断及预后评估中的应用研究

DSC-PWI是目前临床用于脑胶质瘤灌注的主要评估技术，能够为临床提供多种量化参数，也被称为磁共振灌注成像的金标准［19］。它可以提供脑血流量（CBF）和相对脑血容量（rCBV）等相关参数，用于预测神经胶质瘤的组织病理学等级以及评估预后［20］。

有研究通过对50 名脑胶质瘤患者的研究发现，DSC相对脑血流量（DSC-rCBF）和DSC相对脑血容量（DSC-rCBV）随胶质瘤分级的增高而增加，与病理分级呈显著正相关，提示DSC-rCBF和DSC-rCBV可以作为胶质瘤血流动力学反应的良好指标，可用于评估胶质瘤术前的病理分级［21］。此外，有研究发现，DSC-PWI测量的rCBF在III级与IV级胶质瘤间存在差异，且对诊断IV级胶质瘤具有较高价值，提示该结果与胶质瘤病理分级的升高，肿瘤体积的增大、新生血管增生，使rCBF逐渐增加相关，说明rCBF是DSC-PWI在评估胶质瘤级别中的有效参数［12］。有研究发现，胶质瘤患者治疗后真进展组的rCBV显著高于假进展组，rCBV区分真进展与假进展的敏感性和特异性分别为76.5%和92.9%，提示DSC-PWI可以显著提高识别胶质瘤进展的诊断效能，用于对治疗后胶质瘤患者进展的评估［23］。有学者通过评估肿瘤内和肿瘤周围rCBV在术前胶质瘤分级中的价值，发现上述指标对于高、低级别胶质瘤的术前分级具有显著的可靠性［24］。有研究发现IDH野生型星形细胞肿瘤比IDH突变型星形细胞肿瘤和少突胶质细胞瘤具有更高的平均和最大灌注，在IDH野生型星形细胞肿瘤中，肿瘤灌注的程度对短期预后有影响，提示DSC-PWI在判断不同分子亚型胶质瘤的预后中具有价值［25］。DSCPWI可评估肿瘤组织血管密度，能反映脑胶质瘤血流动力学变化及新生血管数量，在评估脑胶质瘤的病理分级及判断预后方面具有价值，逐渐在临床得到广泛应用。

4 DCE-MRI在脑胶质瘤术前分级诊断及预后评估中的应用研究

与DSC-PWI相比，DCE-MRI具有明显的优势，具有更高的空间分辨率，它提供的血流动力学参数，如容量转移常数（Ktrans）、血管外细胞外间隙容积比（Ve）、速率转移常数（Kep）和血浆容积（Vp）能为胶质瘤患者的术前分级及预后评估提供有用的信息，因此DCE-MRI技术已广泛应用于肿瘤诊断［26］。

有研究发现相对于高级别胶质瘤，低级别胶质瘤显示出较低的肿瘤实质区Ktrans值（P＜0.01，敏感度89%，特异性99%），这反映了不同级别肿瘤微血管的通透性，提示DCE-MRI可以更准确的区分胶质瘤的级别［27］。此外，有研究发现高级别胶质瘤肿瘤实质区的Ktrans、Ve值明显高于低级别胶质瘤，这与高级别胶质瘤拥有更多的新生血管、对比剂灌注更多以及新生血管通透性更高相关，提示这些参数可以较好的预测与鉴别高、低级别胶质瘤［28］。有学者通过对69例高级别胶质瘤的研究发现，Ve是高级别胶质瘤患者无进展生存期和总生存期最一致的预测因子，同时Ktrans和Ve也可以区分III级和IV级胶质瘤（AUC分别为0.819和0.791）［29］。而另有研究发现胶质瘤预后良好组患者的Ktrans、Ve值明显低于预后较差组，利用ROC曲线评价其在脑胶质瘤患者预后中的价值，发现Ktrans、Ve值评价预后较差的脑胶质瘤的AUC分别为0.846、0.906，说明脑胶质瘤的恶性程度越高，预后效果越差，其Ktrans、Ve值水平也越高［30］。DCEMRI参数不仅反映了高级别胶质瘤预后的评估与肿瘤的新生血管生成以及肿瘤微血管通透性有关，同时对胶质瘤级别的判断具有重要意义。

5 ASL 成像在脑胶质瘤术前分级诊断及预后评估中的应用研究

ASL是一种无需注射对比剂即可以检查血流和灌注，它是将动脉血液中的水质子作为内源性示踪剂的无创性磁共振灌注成像技术［31］。ASL可准确评估脑肿瘤的灌注情况，可应用于颅内肿瘤的术前诊断及预后评估［32］。

既往研究发现伪连续动脉自旋标记灌注中的绝对肿瘤血流量和标准化最大肿瘤血流量在区分低级别和高级别胶质瘤方面的高敏感度和特异性（标准化最大肿瘤血流量分别为80.9%和98.5%，最大肿瘤血流量分别为85.1%和96.9%），提示3D pCASL灌注是一种可用于术前区分胶质瘤分级的有效诊断方法［33］。有学者通过对72例胶质瘤患者的研究发现，高级别胶质瘤的肿瘤血流量值显著高于低级别胶质瘤，其中肿瘤血流量/正常灰质CBF（G-TBF）在区分高级别和低级别胶质瘤方面表现出最高的敏感度和特异性，提示升高的G-TBF值对胶质瘤的分级诊断具有重要的意义［34］。而有研究分析了47例不同级别胶质瘤的灌注结果发现，高级别胶质瘤灌注明显升高，肿瘤实性部分CBF、患侧/健侧CBF比值均高于低级别胶质瘤患者，这与高级别胶质瘤具有更高的微血管密度相关，说明ASL可准确评价脑胶质瘤的血流灌注情况，对胶质瘤的分级诊断具有价值［35］。此外，研究表明ASL上的灌注信号可以预测II级胶质瘤患者12 月内的恶性进展，敏感度为73%，特异性为82%，提示在随访期间ASL上的信号越强，发生恶性进展的风险越大［36］。也有学者探索了3D pCASL灌注成像来区分胶质母细胞瘤患者的进展性疾病和假性进展，研究结果显示疾病进展患者的CBF参数高于假性进展的患者，这提示疾病进展期肿瘤新生血管增加，导致患者预后较差［37］。肿瘤的生成、增殖和复发等生物学行为均依赖于新生血管的形成，由于ASL具有非侵入性的优势，同时拥有准确评估血流灌注的特点，其在胶质瘤的分级诊断及判断预后方面具有广阔的研究前景。

6 MRS在脑胶质瘤术前分级诊断及预后评估中的应用研究

MRS是目前能够进行活体组织内化学物质无创性检测的唯一方法，不仅可以提供组织的代谢信息，而且还有助于区分脑肿瘤的表征与肿瘤进展、恶性程度和治疗反应相关的代谢变化［38-39］。

有学者探讨了磁共振波谱的图像质量评估与胶质瘤准确分级之间的关系，研究发现经过MRS图像质量评估后，胶质瘤分级的准确率显著提高，利用ROC曲线分析发现Cho/Cr值用于识别胶质瘤分级的最佳截断值为3.72，敏感度为83.3%，特异性为93.7%，提示Cho/Cr比值在区分高级别和低级别胶质瘤方面具有最佳诊断效能［40］。有研究通过对69例不同级别脑胶质瘤患者肿瘤组织内Cho/NAA、CHo/Cr和NAA/Cr值的分析，发现低级别胶质瘤患者CHo/Cr和NAA/Cr值低于高级别胶质瘤患者，Cho/NAA值高于高级别胶质瘤患者，提示胶质瘤肿瘤组织内MRS各代谢物浓度比值对胶质瘤的鉴别诊断具有重要价值［41］。有学者通过分析不同级别脑星形细胞肿瘤瘤周组织的代谢特征发现，高级别星形细胞瘤和低级别星形细胞瘤瘤周组织中CHo/Cr 和Cho/NAA 值差异有统计学意义（P＜0.05）,但NAA/Cr值的差异没有统计学意义，提示脑星形细胞肿瘤瘤周组织区域代谢物比例的变化反映了不同肿瘤的生物学行为，它们在对脑星形细胞肿瘤的分类和评估侵袭范围方面具有重要的临床价值［42］。此外，有学者通过评估MRS代谢物在术后高级别胶质瘤预后中的价值，发现术后Cho/Cr水平与无复发生存期之间存在显著相关性［43］。还有研究发现，术前Cho/NAA值与脂质-乳酸/肌酸值都是高级别胶质瘤重要的生存预测因子，其中Cho/NAA值是一种对生存时间影响更大的生物标志物，这提示肿瘤细胞的增加、神经元损伤的加重以及肿瘤细胞内缺氧增加与更差的预后相关［44］。胶质瘤的恶性程度越高，会导致肿瘤细胞分裂增速，细胞膜更新加快以及神经元损伤加重等组织代谢信息的变化，MRS可以无创性的发现这些肿瘤生物学行为信息的演变，在胶质瘤的分级诊断及预后评估方面具有很大潜力。

7 总结

综上所述，由于脑胶质瘤呈浸润性生长，恶性程度高，患者的预后较差，因此利用多模态磁共振成像技术对胶质瘤患者术前进行准确的分级诊断以及术后鉴别肿瘤复发与治疗后反应在临床治疗方案的选取中具有重要的意义［45］。多模态磁共振成像技术在脑胶质瘤的术前分级诊断及预后评估中发挥着重要的作用，它们可以从肿瘤的影像学特征、组织内水分子的微观运动、微血管通透性的改变、血流的分布特点及组织的代谢信息变化等多方面对胶质瘤的恶性程度及预后进行评估，为临床提供更多的参考依据，从而提高胶质瘤的临床诊疗水平。