酰胺质子转移加权成像特征及联合常规磁共振扫描对低级别脑膜瘤的诊断研究

王丽英, 许仙花

脑膜瘤是一种较为常见的颅内肿瘤,其发病率逐年上升,低级别脑膜瘤是其中恶性程度较低的类型,包括纤维型、过渡型和血管瘤型等亚型,由于低级别脑膜瘤生长缓慢、临床表现不典型,因此常常被忽略或误诊,给疾病的早期诊断和治疗带来了困难[1-3]。近年来,随着医学影像技术的不断进步,酰胺质子转移加权成像(amide proton transfer weighted,APT)技术逐渐应用于低级别脑膜瘤的影像学辅助诊疗中,通过观察酰胺基团与游离水分子之间的相互作用,来提供高分辨率影像的MRI技术,APT成像可以通过组织中酰胺含量更为准确地反映灰质、白质等脑部组织的信号改变,更好地突出灰质、白质等脑部组织的解剖结构,从而提高临床诊断的准确性[4-5]。同时,结合常规磁共振扫描技术,有助于进一步提高对不同亚型低级别脑膜瘤的诊断准确度。然而,目前对于APT与常规磁共振扫描联合应用对低级别脑膜瘤的诊断价值仍然存在争议。因此,本研究旨在探讨APT成像联合常规磁共振扫描技术对不同亚型低级别脑膜瘤的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2018年2月至2023年2月海南省人民医院收治的WHO I级脑膜瘤患者80例,其中女44例,男36例;年龄20～63岁,平均(41.05±7.31)岁;病理亚型:上皮细胞型33例、纤维型17例、过渡型12例、血管瘤型18例。该研究经院内医学伦理会审核批准通过。纳入标准:①符合WHO Ⅰ级脑膜瘤的临床诊断[6],且病理检查确诊;②磁共振(MRI)检查影像资料完整且清晰;③年龄>18岁;④首发确诊;⑤患者家属签订知情书。排除标准:①金属或器械植入术治疗史;②合并心力衰竭、心肌缺血等心脏病;③收缩压和舒张压高出正常检测范围;④脑部肿瘤家族史或有遗传疾病;⑤颅脑外伤;⑥合并其他恶性肿瘤;⑦哺乳期、妊娠期女性。

1.2 MRI检查方法 参数设定:扫描矩阵320×192、层厚5 mm、层间距1 mm、视野(FOV)26 cm×26 cm。成像序列包括:T1WI[重复时间(TR)600 ms、回波时间(TE)24 ms]、T2WI(TR 3 000 ms、TE 90 ms)、T2WI-液体衰减反转恢复序列[T2WI-FLair,TR 8 400 ms、TE 120 ms、脂肪弛豫时间(TI)2 100 ms]。增强扫描:将0.2 mL/kg钆喷酸葡萄胺经肘静脉团注,分别行T1WI横断位、矢状位、冠状位和T2WI-FLair横断位扫描,相关扫描参数同平扫。

1.3 MRI APT扫描方法 筛选T1WI扫描影像强化区域作为瘤核心,对其最大层面的实体部分行单层扫描,快速自旋回波序列采集APT序列,饱和时间800 ms、脉冲间延迟时间10 ms、功率2 μT。参数设定:矩阵128×128、层厚6 mm、FOV 240 mm×240 mm、TR 3 000 ms、TE 11 ms、回波脉冲数32、敏感编码因子2。

1.4 肿瘤信号强度评分 ①T1WI信号强度评分:信号接近于脑脊液、低于灰质,记1分;信号轻度低于灰质,记2分;信号接近于灰质,记3分;信号稍高于灰质,记4分;信号轻度显著高于灰质、接近于脂肪信号,记5分。②T2WI信号强度评分:信号接近于骨皮质信号、低于灰质,记1分;信号轻度低于灰质,记2分;信号接近于灰质,记3分;信号稍高于灰质,记4分;信号轻度显著高于灰质、接近于脑脊液信号,记5分。③瘤旁脑水肿(peritumoral brain edema,PTBE)信号强度:未见水肿信号,记0度;水肿范围<2 cm,记1度;2 cm≤水肿范围<4 cm,记2度;水肿范围≥4 cm,记3度。由本院2名影像科经验丰富的医师双盲阅片,意见不统一时共同协商。信号不均匀图像以占据大部分组织结构信号为准。

1.5 MRI APT成像特征参数分析 导入MRI APT数据构建伪彩图,在瘤核心区随机勾选5个感兴趣区(ROI),避开肿瘤血管、囊变坏死区域。肿瘤对侧正常脑白质区域勾选相同的感兴趣区数予以对照。记录瘤核心区APT强度最大值(APTmax)、最小值(APTmin)和均值[APTmean,(APT1+APT2+APT3+APT4+APT5)÷5]。

2 结果

2.1 不同病理亚型的常规MRI序列的信号强度和PTBE分析 不同病理亚型的低级别脑膜瘤T1WI信号、T2WI信号表现差异有统计学意义(P<0.05);PTBE信号表现无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 不同病理亚型的常规MRI序列的信号强度和PTBE分析(例)

2.2 不同病理亚型的MRI APT成像特征参数分析

不同病理亚型的APTmax、APTmin及APTmean比较,差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 不同病理亚型的MRI APT成像特征参数分析

2.3 MRI APT成像特征参数联合T1WI信号及T2WI信号诊断脑膜瘤亚型的效能分析 MRI APT成像特征参数联合T1WI信号及T2WI信号诊断脑膜瘤亚型的AUC分别为0.938(95%CI:0.875～0.998)、0.880(95%CI:0.768～0.992)、0.917(95%CI:0.791～1.000)、1.000(95%CI:1.000～1.000)。见表3。

3 讨论

上皮细胞型脑膜瘤病理特点以类脑膜上皮细胞为主,胶原纤维成分占比低,细胞排列致密[7-8]。理论上上皮细胞型脑膜瘤的T1WI信号强度表现相对较低,通常呈等或略低于灰质信号。在磁共振成像中,对于上皮细胞型脑膜瘤,其T1信号通常是等于或略低于灰质信号,而接近于白质信号[9-10];上皮细胞型脑膜瘤的T2WI信号强度表现通常呈中等到高信号。在T2WI成像中,脑膜瘤通常呈现出高信号,而上皮细胞型脑膜瘤则是中等到高信号,T2WI成像能够显示组织中的水分分布情况,上皮细胞型脑膜瘤通常含有较多的水分,因此T2WI信号比较明显[11-12]。本研究中2例患者T1WI出现信号强度增强,分析可能与一小部分上皮细胞型脑膜瘤恶变风险有关,即转化为神经-母细胞瘤。这种恶变可能会导致肿瘤T1WI信号的异常增强,使其表现为高信号。本研究中部分上皮细胞型脑膜瘤患者因与纤维型脑膜瘤患者的MRI信号表现一致,容易误诊为纤维型脑膜瘤,原因可能是强化后的病灶均匀性强化表现相当,导致误诊,提示针对上皮细胞型脑膜瘤的临床诊断不可单一依赖MRI信号表现,仍需结合临床表现、病理学检查进行综合评估和诊断。本研究结果中上皮细胞型脑膜瘤患者的APTmax、APTmin及APTmean偏高,研究分析在APT成像中,正常的脑部组织中的酰胺质子含量较高,因此显示出相对均匀和较弱的信号强度;而上皮细胞型脑膜瘤中的肿瘤细胞具有较高的核仁比率和核-浆比率,导致细胞核周围的细胞质区域较少,酰胺质子含量相对较低。因此,与正常脑组织相比,在APT成像中上皮细胞型脑膜瘤通常表现为高信号强度区域。

纤维型脑膜瘤由成束的纤维组成,此类纤维多由纤维母细胞或成纤维细胞产生,肿瘤细胞相对密集,血流、血供匮乏,以成簇的弹性纤维为主[13-14]。理论上纤维型脑膜瘤的T1WI信号强度表现相对较低,通常呈等或略低于灰质信号,而接近于白质信号;纤维型脑膜瘤的T2WI信号正常信号强度表现通常呈中低信号[15-16]。在T2WI成像中,由于纤维型脑膜瘤主要由纤维所组成,且其水含量相对较低,因此在T2WI成像上通常呈现出中低信号[17-18]。本研究中4例患者T2WI信号强度增强,研究认为可能是肿瘤组织出现囊性坏死或出血导致,引起此纤维区域MRI信号增强。本研究结果显示纤维型脑膜瘤患者的APTmax、APTmin及APTmean均偏低,研究认为应与纤维型脑膜瘤中肿瘤细胞所产生的胶原纤维和额外的结缔组织所含有的酰胺质子量较少有关。

过渡型脑膜瘤由纤维型和浆液型脑膜瘤混合所形成,细胞间含有较多的胶原纤维和小血管,血供丰富且呈强包膜型生长[19-20]。过渡型脑膜瘤的T1WI信号强度表现通常呈等或稍低信号,在T1WI成像中,过渡型脑膜瘤主要由纤维和浆液2种不同类型的细胞构成,因其组织成分内含有较少的液体,故在T1WI成像上呈等或稍低信号[21-22]。在T2WI成像中,过渡型脑膜瘤的细胞间有较多的液体和小血管,可导致T2WI信号呈现等或高信号表现[23]。本研究中1例T1WI信号强度增强,患者肿瘤内部出现囊性变形成了含水性组织,使信号强度增强。本研究中2例患者T2WI信号呈等信号,且可见不规则的囊性变和交错状的短T2信号,如同纤维母细胞型脑膜瘤,从而误诊为纤维型。本研究结果显示过渡型脑膜瘤患者的APTmax、APTmin及APTmean均偏高,研究分析过渡型脑膜瘤中包含有大量的纤维组织和蛋白质物质,此类物质中含有丰富的酰胺质子,从而出现强信号表现。

血管瘤型脑膜瘤是一种以内皮细胞增生形成血管为主要特征的良性肿瘤,血管周围有一定量的纤维或脂肪组织,因血管瘤型脑膜瘤组织内的血管和周围的正常脑组织具有类似的T1信号强度,而瘤内可能存在的纤维、脂肪、血块等成分则使T1信号略低于正常脑组织[24];而正因为脑膜瘤组织内的纤维组织、水分较多的血栓和囊性变化等成分组成,导致血管瘤型脑膜瘤对T2信号比较敏感,正常病理状态下可表现出明显的高信号[25]。本研究结果显示血管瘤型脑膜瘤患者的APTmax、APTmin及APTmean均偏高,研究分析血管瘤型脑膜瘤中含有大量血管形成,血管壁上富含酰胺基团,可能是导致MRI APT成像中显示出高信号强度表现的原因[26]。

本研究ROC分析结果显示,MRI APT成像特征参数联合T1WI信号及T2WI信号诊断脑膜瘤亚型的AUC分别为0.938(95%CI:0.875～0.998)、0.880(95%CI:0.768～0.992)、0.917(95%CI:0.791～1.000)、1.000(95%CI:1.000～1.000),提示MRI APT成像特征参数及常规磁共振扫描参数可用于诊断低级别脑膜瘤的不同亚型,且诊断效能良好。

因MRI APT成像扫描的时间长于常规磁共振检测时间,同时需要高灵敏度的谱峰抑制脉冲以减少散射效应的干扰,因此数据获取成本较高,本研究未将医疗成本纳入研究范围,后续仍需完善。但MRI APT成像可以显示分子水平的运动信息,因此后续研究可以提供新的生物标记物,有助于疾病的早期诊断和治疗。综上所述,MRI APT成像特征参数及常规磁共振扫描参数在诊断低级别脑膜瘤的不同亚型中效能良好。