磁共振增强FLAIR序列在脑部转移瘤评估中的应用

黄海霞, 陈建, 代绕, 单秀红

(1. 江苏大学医学院, 江苏 镇江 212013; 2. 镇江市第五人民医院影像科, 江苏 镇江 212004; 3. 江苏大学附属人民医院影像科, 江苏 镇江 212002)

脑转移瘤是临床常见的颅内继发性恶性肿瘤。随着影像学技术的飞速发展,磁共振成像(MRI)已成为脑转移瘤的首选影像学检查方法。目前MRI技术主要依据增强T1加权成像(T1WI)判断有无转移和转移灶的多少。然而增强后脑皮质血管明显强化,一些邻近脑膜的微小转移灶不易区分而被漏诊[1],血脑屏障破坏轻的小转移瘤也多被漏诊。T2加权液体衰减反转恢复(T2 weighted fluid attenuated inversion recovery,T2 FLAIR)序列是十多年来颅脑MR常规扫描序列之一,T2 FLAIR是以T2权重为主的反转恢复(inversion recovery,IR)序列[2],自由水(如脑脊液)信号被抑制,从而明显提高了病变与正常组织的T2对比。近年来研究发现T2 FLAIR增强(CE-T2 FLAIR)除了较好显示血脑屏障破坏严重的转移瘤,由于其长反转时间(inversion time,TI)产生了轻微T1效应,对极低浓度钆产生的短T1信号较敏感,理论上还能显示血脑屏障轻微破坏的转移瘤[3-4],对发现较早的转移瘤有重要价值。本研究对比分析了CE-T1WI与CE-T2 FLAIR检测脑转移瘤的效能,探讨CE-T2 FLAIR在检测脑转移瘤中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析江苏大学附属人民医院2021年8月至2022年12月影像及临床资料完整的脑转移瘤患者88例,其中男49例、女39例,年龄37～81岁,平均(62.98±9.80)岁。原发肿瘤包括肺癌79例,乳腺癌6例,胃癌1例,黑色素瘤2例。

1.2 纳入标准

① 临床病历及影像资料完整(MR平扫及增强检查),平扫检查序列包括T1WI、T2WI、T2 FLAIR,增强检查序列包含CE-T1WI(轴、冠、矢3个方位)及CE-FLAIR轴位;② 有明确的病理诊断或随访诊断结果;③ MR图像满足影像质控要求。

1.3 MRI检查方法

检查设备:Siemens avanto 1.5 T MR(8通道头线圈)、联影UMR 560(16通道头颈联合线圈)以及Siemens Magnetom Skyra 3.0 T MR(20通道头颈联合线圈)3种MR成像系统。MR平扫包括自旋回波T1加权成像(SE-T1WI)序列(轴位和矢状位)、快速自旋回波T2加权成像(TSE-T2WI)序列轴位、T2 FLAIR轴位;使用德国ulrich高压注射器经肘静脉注射钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)15 mL和生理盐水20 mL,注射速率为2 mL/s,注射结束后即刻依次进行以下序列成像:CE-T1WI轴、冠、矢3个方位,CE-T2 FLAIR轴位。T1WI的主要成像参数如下,Siemens avanto 1.5 T MR:重复时间(TR)/回波时间(TE)/激励次数(NEX)为460 ms/11 ms/1;联影UMR 560:TR/TE/NEX为400 ms/11 ms/1;Siemens Magnetom Skyra 3.0 T MR:TR/TE/NEX为1 600 ms/900 ms/1。T2WI的主要成像参数如下,Siemens avanto 1.5 T MR:TR/TE/NEX为5 000 ms/110 ms/1;联影UMR 560:TR/TE/NEX为4 576 ms/120 ms/1;Siemens Magnetom Skyra 3.0 T MR:TR/TE/NEX为4 594 ms/117 ms/1。FLAIR主要成像参数如下,Siemens avanto 1.5 T MR:TR/TE/TI/NEX为6 500 ms/100 ms/2 500 ms/1;联影UMR 560:TR/TE/TI/NEX为6 800 ms/82 ms/2 200 ms/1;Siemens Magnetom Skyra 3.0 T MR:TR/TE/TI/NEX为7 000 ms/80 ms/2 250 ms/1。

1.4 分析指标及测量方法

应用加拿大思代影像存储及传输系统,MR图像观察测量和记录由2名经验丰富的影像科医师(10年以上影像科诊断工作)独立阅片,分别记录每位患者MR各序列上转移瘤的数目、部位、轴位上病灶最大长径、病灶的信号强度(signal intensity,SI)。选取直径4 mm为统一标准大小作为测量SI的勾画兴趣区(ROI)。若结果不一致时,分别重新阅片,并邀请第3位经验丰富的影像科医师(10年以上影像科诊断工作)阅片讨论后确定最终结果。测量指标包括:转移瘤在各序列上的SI,转移瘤周围水肿的SI,对侧白质的SI,脑脊液的SI及背景SI。根据所测转移瘤SI分析T1WI和T2 FLAIR序列增强后与增强前的强化差值(ΔSI肿瘤)和强化百分比;分析T1WI和T2 FLAIR序列上增强前及增强后的肿瘤与白质、肿瘤与脑脊液的信号对比率[CR=(SI肿瘤-SI白质)/SI白质×100%]和对比信噪比[CNR=(SI肿瘤-SI白质)/SD背景信号×100%],SD指标准差;两种序列同层面转移瘤在灰质和白质区的对比率[CR=(SI增强后肿瘤-SI周边正常白质)/SI周边正常白质×100%]及强化增长率[PI=(SI增强后肿瘤-SI增强前肿瘤)/SI增强前肿瘤×100%]。依据Gd-DTPA水溶性小分子顺磁性物质迅速通过全身毛细血管产生强化效应,但对血脑屏障功能完善的脑组织不产生强化效应,将脑部磁共振影像中是否具有强化效应及强化程度作为判断局部血脑屏障损伤程度的标准,分析转移瘤长径与PI的相关程度,间接得到转移瘤长径与血脑屏障损伤程度的关联。根据以上指标分析两种序列检测脑转移瘤的效能。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 CE-T1WI与CE-T2 FLAIR检测脑转移瘤数量的比较

88例转移瘤患者中,以多发病灶常见,占73.9%(65/88),单发病灶占26.1%(23/88),CE-T1WI序列上共显示转移灶340个,而CE-T2 FLAIR序列上显示转移灶420个。仅仅在CE-T2 FLAIR序列上检出的转移瘤有80个,其中68个位于皮层或皮层下区,12个位于小脑半球,多数是长径<7 mm的转移瘤;而仅仅在CE-T1WI序列上检出的转移瘤有10个。根据转移瘤长径大小分组,对<7 mm转移病灶,CE-T2 FLAIR检测敏感性明显高于CE-T1WI,见表1。两组典型病例MRI图像如图1所示。

图A-D:女,51岁,乳腺癌脑转移,图A:FLAIR平扫显示右侧额叶转移瘤(白色箭头),图B:CE-T1WI右侧额叶病灶未显示,图C:CE-T2 FLAIR显示右额叶病灶(白色箭头)轻度强化,图D:患者半年后复查FLAIR增强序列同病灶缩小;图E-H:女,58岁,肺腺癌脑转移,图E:FLAIR平扫显示左侧颞叶转移瘤(白色箭头),图F:CE-T1WI左侧颞叶病灶未显示,图G:CE-T2 FLAIR显示左颞叶病灶(白色箭头)明显强化,图H:患者1个月后复查FLAIR增强序列同病灶大小变化不明显;图I-L:女,54岁,肺腺癌脑转移,图I:FLAIR平扫显示左顶叶转移瘤(白色箭头),图J:CE-T1WI左顶叶病灶未显示,图K:CE-T2 FLAIR显示左顶叶病灶(白色箭头)轻度强化,图L:患者4个月后复查FLAIR增强序列同病灶明显增大

表1 T1WI增强序列与T2-FLAIR增强序列对不同长径转移病灶检出数量对比

2.2 脑转移瘤CE-T1WI与CE-T2 FLAIR增强率及肿瘤背景比比较

T1WI与T2 FLAIR上肿瘤增强前后的强化差值(ΔSI肿瘤)及强化百分比的比较结果见表2,CE-T1WI上的肿瘤强化百分比明显高于CE-T2 FLAIR(P<0.001)。增强前及增强后两种序列的肿瘤与白质、肿瘤与脑脊液的对比率和CNR比较,T2 FLAIR均显著高于T1WI(P<0.001),见表3。

表2 T1WI和FLAIR上SI肿瘤、ΔSI肿瘤和强化百分比

表3 增强前后两种序列的肿瘤与白质(T/W)、肿瘤与脑脊液(T/C)的对比率和对比噪声比

2.3 CE-T1WI与CE-T2 FLAIR同层面灰白质区病灶对比率及PI比较

88例脑转移瘤患者中,同层面灰质区及白质区均有转移灶的有15例。无论在白质区还是灰质区转移病灶,CE-T1WI与CE-T2 FLAIR两种序列的对比率均无显著差异性;无论在白质区还是在灰质区转移病灶,CE-T1WI的PI均明显高于CE-T2 FLAIR的PI(P<0.05)。见表4。

表4 CE-T1WI与CE-T2 FLAIR同层面灰白质区病灶对比率及PI比较

2.4 T1WI与T2 FLAIR两种增强序列上转移瘤长径与PI的相关性

Pearson相关性分析结果显示,转移瘤长径与PI在CE-T1WI序列上呈显著正相关(r=0.831,P<0.001);在CE-T2 FLAIR序列上转移瘤长径与PI无显著相关性(r=0.240,P>0.05)。见图2。

图2 CE-T1WI与CE-T2 FLAIR两种序列上转移瘤长径与PI相关性

3 讨论

脑转移瘤是来源于其他组织及器官的原发性肿瘤细胞通过血液、淋巴或脑脊液循环等途径到达颅内的继发性肿瘤,发病以40～60岁最多见,常伴有瘤周水肿等[5-6]。有无脑转移及脑转移瘤的数量决定临床综合治疗方案,因此,治疗前准确诊断脑转移瘤很重要[7];随着医学影像技术的进步,越来越多的无症状脑转移患者在临床MR检查中被发现,明显改善了患者预后[8]。

MRI有多序列、多参数、高组织分辨率以及无电离辐射的特点,对脑转移瘤的诊断具有明显优势[9],MRI检出脑转移瘤能确定具体的部位、大小、数目、内部结构以及强化方式,是当今诊断脑转移瘤的最佳方法,增强扫描时应用钆顺磁性对比剂明显提高了病灶的检出率[10],《2010 AANS/CNS脑转移瘤治疗的循证医学指南》建议头颅MR增强扫描作为脑转移瘤患者随访的首选检查方法。

本组资料比较了CE-T1WI和CE-T2 FLAIR在脑转移瘤灶中的应用,发现脑转移瘤以多发病灶常见,占73.9%(65/88),单发病灶占26.1%(23/88)。T2 FLAIR增强序列能更好地发现病灶,清晰显示肿瘤的边界,明确肿瘤的大小,提高脑转移瘤的诊断率[11-13]。本组资料中在转移瘤长径>20 mm时,CE-T1WI与CE-T2 FLAIR在检出转移瘤数目上无明显差异;转移瘤直径在7～20 mm时,CE-T1WI比CE-T2 FLAIR检出数目上少7个,但差异无显著性(P=0.06);当转移瘤长径<7 mm时,CE-T1WI比CE-T2 FLAIR检出转移瘤少73个,且有显著性差异(P<0.05),说明CE-T2 FLAIR序列能较好地发现微小病灶,更早地发现脑转移瘤。

在强化百分比对比中,CE-T1WI显著高于CE-T2 FLAIR,可能是因为CE-T2 FLAIR显示高浓度钆产生的短T1效应不如T1WI敏感,从而表现为其信号强度增加不如T1WI高;而且平扫FLAIR上其病灶信号较高。另外本组资料还显示增强前及增强后T2 FLAIR序列的对比率、CNR均优于T1WI,说明CE-T2 FLAIR更利于病灶的清晰显示,尤其在观察较小的病灶中,CE-T2 FLAIR有绝对的优势。

在同层面灰白质转移瘤对比中,CE-T1WI序列与CE-T2 FLAIR序列无论在白质还是在灰质中,病灶对比率均无明显差异;在病灶PI对比中,CE-T1WI序列无论在白质区还是灰质区,PI都优于CE-T2 FLAIR序列,这也进一步说明了CE-T1WI在较高浓度钆对比剂的显示中具有明显优势。

Tofts等[14]证实Gd-DTPA可用于MRI血脑屏障损伤性的监测,因此,是否具有强化效应及强化程度在脑部磁共振影像中成为判断局部血脑屏障损伤程度的标准,即PI与血脑屏障损伤呈正相关。本组资料中转移瘤长径与PI在CE-T1WI上呈显著正相关,即转移灶长径越大,PI越强,说明血脑屏障损伤越重。与Jin等[15]结论一致,即转移灶越大,血脑屏障损伤越重。转移瘤长径与PI在CE-T2 FLAIR上无显著相关,考虑CE-T2 FLAIR的强化是由于少量对比剂透过血脑屏障渗出到邻近脑组织引起的,而对比剂量过多反而抑制其增强效果。有部分研究证明FLAIR增强所需对比剂仅仅是T1增强所需对比剂的四分之一[16],对比剂较低用量即能满足FLAIR增强的需求。所以对于本组资料转移瘤长径<7 mm的病灶,在CE-T1WI序列上有73个病灶未显示,CE-T2 FLAIR比CE-T1WI表现出更明显的增强。说明即使转移瘤长径较小,血脑屏障损伤程度轻微,CE-T2 FLAIR序列也能敏感地显示;当转移瘤变大,血脑屏障损伤严重,钆在病灶中聚集浓度增高,CE-T1WI强化程度大于CE-T2 FLAIR,肿瘤在CE-T1WI上显示清晰。

日本学者2014年通过解剖发现多次使用过钆对比剂进行增强扫描的患者脑内基底节区存在钆沉积事件[17],这让大家对MR对比剂安全性产生重视。减少对比剂剂量在进行增强检查中必然是大势所趋,也是值得研究的方向,因此,CE-T2 FLAIR低剂量对比剂的应用在临床上具有重要意义。另外,对于某些特殊人群,如伴有中度肾功能不全的患者、少数高敏体质患者等,可以利用低剂量对比剂进行T2 FLAIR增强获得常规剂量T1WI的效果,从而减少对比剂用量。至于CE-T2 FLAIR病灶强化程度与对比剂浓度的关系及扫描时间的选择,近年来研究颇多,但研究结果具有很大差异和争议[18]。

本组资料不足之处是原发肿瘤的病种数量较少,多为肺癌脑转移,难以精准地反映各种脑转移瘤在CE-T2 FLAIR上的表现;另外,不同机器型号在转移瘤增强前后数据采集及统计方面可能会对准确性有一定程度的影响,本课题组将继续收集样本进行分析。总之,本组资料中,转移瘤以多发病灶为主,对于转移瘤在临床上的早期诊断,CE-T2 FLAIR序列的诊断敏感性明显高于CE-T1WI,T2 FLAIR增强弥补了常规T1WI增强序列检测微小转移瘤的不足,且适合低剂量钆对比剂随访监测以减少钆沉积风险。