3D-ASL的rCBFmax值在儿童后颅窝肿瘤鉴别诊断中的价值

盛思思,邵剑波,彭雪华,郭豫,朱百奇

中枢神经系统肿瘤在儿童肿瘤中居第二位,其中约60%起源于后颅窝[1]。髓母细胞瘤、毛细胞星形细胞瘤和室管膜瘤是三种常见的儿童后颅窝肿瘤。肿瘤的类型、恶性程度及侵袭性的识别对治疗和预后至关重要[2]。常规MRI可以发现后颅窝肿瘤,但鉴别诊断的敏感性和特异性不高[3]。功能MRI技术提供了有关肿瘤生物学和生理学的重要附加信息[4]。近年来DWI获得的定量参数——表观扩散系数(ADC)已被广泛应用于儿童后颅窝肿瘤的鉴别诊断[5-7]。然而,基于灌注成像的儿科脑肿瘤研究相对较少,主要是由于传统的脑灌注成像多采用动态磁敏感对比增强MRI(dynamic susceptibility contrast-enhanced MRI,DSC-MRI),需要注射对比剂,对儿童构成挑战[8]。三维动脉自旋标记(three-dimensional arterial spin labeling,3D-ASL)成像因其无创、无辐射且不需要外源性对比剂的优势,尤其适用于儿童中枢神经系统的检查[9-10]。3D-ASL成像获得定量参数脑血流量(cerebral blood flow,CBF),能够定量评估肿瘤的灌注情况,目前已应用于儿童脑肿瘤的术前分级[9]。因此,本研究旨在探讨3D-ASL成像获得的rCBFmax值对常见儿童后颅窝肿瘤的鉴别诊断价值。

材料与方法

1.一般资料

搜集2018年1月-2022年12月在本院经手术病理证实的52例后颅窝肿瘤患儿的临床和影像资料。其中,髓母细胞瘤28例,男18例,女10例,年龄0.5～12.0岁,平均(5.7±3.1)岁;毛细胞星形细胞瘤11例,男7例,女4例,年龄1.3～8.5岁,平均(3.7±2.6)岁;室管膜瘤13例,男9例,女4例,年龄0.7～6.0岁,平均(2.1±1.4)岁。所有患儿接受MRI检查前未接受过放化疗等任何抗肿瘤治疗。

检查前均取得患儿家属同意,并与之签订知情同意书。

2.检查方法

使用GE Discovery MR750 3.0T磁共振仪和8通道头部专用线圈。患儿取仰卧位,对于不能配合的患儿给予10%水合氯醛溶液(0.3～0.5 mL/kg)口服。行常规序列MRI平扫、对比增强MRI及3D-ASL扫描。增强扫描使用Gd-DTPA作为对比剂,经肘静脉快速推注,剂量0.2 mL/kg,注射流率2.0 mL/s。3D-ASL扫描参数:TR 4613 ms,TE 10.6 ms,视野200 mm×200 mm,层厚4 mm,标记后延迟时间1525 ms,激励次数3。

3.图像分析

影像评估由一位研究生和一位具有5年以上工作经验的放射科医师采用双盲法独立进行阅片分析。将3D-ASL序列获取的原始图像导入GE AW4.6工作站,获得CBF伪彩图。参考平扫及增强图像,于肿瘤实性部分血流灌注最大的区域分别放置3个ROI,大小约50 mm2,注意避开肿瘤内的坏死、囊变、钙化和出血区及大血管,测得肿瘤的最大脑血流量(maximum CBF,CBFmax),取3个ROI的平均值,并计算其与健侧额叶CBF的比值,即最大相对脑血流量(maximum relative cerebral blood flow,rCBFmax)。

4.统计学分析

使用SPSS 26.0统计分析软件。采用Shapiro-Wilk检验分析计量资料是否服从正态分布,服从正态分布的计量资料采用均数±标准差表示,对于偏态分布的计量资料以M(Q1,Q3)表示,三组间rCBFmax值的比较采用Kruskal-Wallis检验,采用Bonferroni法校正显著性水平并进行事后两两比较,以P<0.05为差异有统计学意义。应用ROC曲线分析和约登指数来确定rCBFmax值鉴别三种肿瘤的最佳阈值及相应的敏感度、特异度和曲线下面积。

结 果

1.MRI表现

髓母细胞瘤28例,24例起源于中线处小脑蚓部,4例位于小脑半球;肿瘤多呈圆形或类圆形,边界较清晰;T1WI呈低信号,T2WI呈等高信号;增强扫描显示27例有明显强化,其中22例强化欠均匀,1例未见明显强化;ASL序列上病灶呈等～低灌注(图1)。22例伴有不同程度脑积水,18例伴有脑室周围水肿。

图1 患儿,男,7岁,后颅窝髓母细胞瘤。a)T1WI上肿块呈低信号;b)T2WI上肿块以等信号为主;c)对比增强T1WI图像上肿块呈不均匀强化;d)3D-ASL序列伪彩图像上肿块呈等～高灌注。 图2 患儿,女,5岁,后颅窝毛细胞星形细胞瘤。a)T1WI上肿块呈低信号;b)T2WI上肿块呈稍高信号;c)对比增强T1WI图像上肿块呈环形强化,环壁不规则,中央区无强化;d)3D-ASL序列伪彩图像上肿块呈低灌注。 图3 患儿,女,1岁,后颅窝室管膜瘤。a)T1WI上肿块呈低～高混杂信号;b)T2WI上肿块呈低～高混杂信号;c)对比增强T1WI图像上肿块呈不均匀强化;d)3D-ASL序列伪彩图像上肿块呈高灌注。

毛细胞星形细胞瘤11例,8例位于小脑半球,2例位于小脑蚓部,1例位于第四脑室;形状欠规则,呈类圆形;T1WI呈低信号,T2WI呈不均匀高信号;6例为囊实性,3例为实性,2例为囊性壁结节性;增强扫描示肿瘤壁结节或实性部分有明显强化,囊性部分无强化;ASL图像上肿瘤呈低灌注(图2)。8例伴有脑积水。

室管膜瘤13例,9例起源于第四脑室(肿瘤呈舌状延伸至正中孔和侧孔),2例位于小脑蚓部,2例位于小脑半球;T1WI呈等、低混杂信号,T2WI呈等、高混杂信号;增强扫描示肿瘤呈中等不均匀强化;ASL图像上肿瘤呈等～高灌注(图3)。13例均伴有脑积水和脑室周围水肿。

2.三组肿瘤rCBFmax值的比较

三组肿瘤的rCBFmax值箱图见图4。三组肿瘤中室管膜瘤的rCBFmax值最高,为1.53(1.27,2.04),毛细胞星形细胞瘤的rCBFmax值最低,为0.69(0.56,0.76),髓母细胞瘤的rCBFmax值位于两者之间,为0.90(0.84,1.00)。三组之间rCBFmax值的差异具有统计学意义(H=34.692,P<0.0001);进一步采用Bonferroni法校正显著性水平进行事后分析,结果显示rCBFmax值在毛细胞星形细胞瘤与髓母细胞瘤之间(调整后P=0.001)、毛细胞星形细胞瘤与室管膜瘤(调整后P<0.0001)、髓母细胞瘤与室管膜瘤(调整后P=0.003)的差异均有统计学意义。

图4 三组肿瘤患儿的rCBFmax值箱式图(****代表P<0.0001),显示三组肿瘤的rCBFmax值有较明显的差异,三组中室管膜瘤的rCBFmax值最高,髓母细胞瘤的rCBFmax值次之,毛细胞星形细胞瘤的rCBFmax值最低。

3.ROC曲线分析

根据3组肿瘤的rCBFmax值绘制ROC曲线(图5)。以rCBFmax=1.13为临界值时鉴别室管膜瘤与髓母细胞瘤的约登指数值最大,相应的AUC为0.907(95%CI:0.816～0.997),敏感度为100%,特异度为82.1%;以rCBFmax=0.80为临界值时鉴别髓母细胞瘤与毛细胞星形细胞瘤的约登指数值最大,相应的AUC为0.971(95%CI:0.926～1.00),敏感度为85.7%,特异度为100%;以rCBFmax=0.97为临界值时鉴别室管膜瘤与毛细胞星形细胞瘤约登指数值最大,相应的AUC为1.00(95%CI:1.00～1.00),敏感度为100%,特异度为100%。

图5 rCBFmax值鉴别肿瘤病理类型的ROC曲线。a)rCBFmax值鉴别室管膜瘤与髓母细胞瘤的AUC为0.907;b)rCBFmax值鉴别髓母细胞瘤与毛细胞星形细胞瘤的AUC为0.971;c)rCBFmax值鉴别室管膜瘤与毛细胞星形细胞瘤的AUC为1.00。

讨 论

MRI灌注成像可评估脑肿瘤的血流灌注、肿瘤分级和分类、治疗反应和预后[11]。3D-ASL成像利用磁性标记的动脉血中的氢质子作为内源性示踪剂来获得脑灌注信息,无需使用外源性对比剂,且没有电离辐射,尤其适用于儿童这类特殊人群[12]。对于儿童患者,考虑到年龄和性别依赖的脑灌注差异,需要进行归一化处理。相对脑血流量(定义为肿瘤血流量与健侧正常脑实质血流量之比)在各研究中显示的变异性小于脑血流量绝对值[8,13]。对于ROI的勾画,研究表明脑灰质比脑白质具有更高的信噪比和更短的动脉传输时间 ,故本研究中选择在脑灰质内进行ROI的勾画;其次,与勾画整个实体肿瘤区域相比,ROI范围在25～100 mm2时对脑肿瘤分级的准确性更高[14]。

在本研究中,三种肿瘤中室管膜瘤的rCBFmax值最高,毛细胞星形细胞瘤的rCBFmax值最低,髓母细胞瘤的rCBFmax值介于二者之间。新血管的生成对肿瘤的生长和转移至关重要,同时也影响药物的分布和治疗或手术的效果。肿瘤的发展导致血管生成因子(如碱性成纤维细胞生长因子和血管内皮生长因子)与抗血管生成因子(如血管抑制素)之间的失衡[15-17]。Pang等[18]研究显示3D-ASL测量胶质瘤的CBF与肿瘤的VEGF表达呈正相关,且CBF和VEGF的表达在高级别和低级别胶质瘤组间有显著差异,高级别胶质瘤的VEGF表达和CBF高于低级别胶质瘤。Kikuchi等[19]发现ASL成像测量的儿童脑肿瘤的CBF值与肿瘤组织的血管密度之间存在显著的正相关关系,并可以准确的进行脑肿瘤的分级,高级别肿瘤的血管密度高,相应的CBF值也高。因此,高级别肿瘤及部分富血供肿瘤的血管密度高,导致高血流量。室管膜瘤为富血供肿瘤,肿瘤细胞常围绕中央血管细胞减少的纤维区域排列,形成“血管周围假菊团”,所以其血流灌注较高[20];髓母细胞瘤是后颅窝最常见的胚胎性、恶性肿瘤,被WHO归类为4级肿瘤,其特征是肿瘤细胞密度高,细胞分裂迅速,血管密度高,其血流灌注次之[21];毛细胞星形细胞瘤被WHO归类为1级肿瘤,细胞增殖和有丝分裂弱,肿瘤组织内仅由少量细胞组成,且多发生囊变,血管密度低,因此其血流灌注最低[22]。

据报道,评估脑肿瘤WHO分级的最佳灌注参数常使用rCBFmax而不是rCBFmean[14]。因此,本研究中采用的是rCBFmax。我们的研究结果显示,ROC曲线区分室管膜瘤与髓母细胞瘤的rCBFmax最佳阈值为1.13,其敏感度为100%,特异度为82.1%,AUC为90.7%;区分髓母细胞瘤与毛细胞星形细胞瘤的rCBFmax最佳阈值为0.80,其敏感度为85.7%,特异度为100%,AUC为97.1%。即在儿童三大常见后颅窝肿瘤中,rCBFmax值大于等于1.13,多考虑为室管膜瘤,rCBFmax值在1.13与0.80之间,多考虑为髓母细胞瘤,rCBFmax值小于等于0.80,多考虑为毛细胞星形细胞瘤。Duc等[23]采用rCBFmean鉴别髓母细胞瘤与毛细胞星形细胞瘤,结果显示髓母细胞瘤的CBF值及rCBFmean值明显高于毛细胞星形细胞瘤,当rCBFmean的截断值为0.51时,可以较准确地鉴别髓母细胞瘤与毛细胞星形细胞瘤,敏感度为88%,特异度为75%,AUC为83.5%。与Duc等的研究相比,本研究中采用rCBFmax值来鉴别髓母细胞瘤与毛细胞星形细胞瘤,敏感度为85.7%,特异度为100%,AUC为97.1%,rCBFmax值对儿童常见后颅窝肿瘤的鉴别诊断效能更高,更有助于临床治疗方式的选择及评估患者的预后。

综上所述,3D-ASL成像作为一种无创、安全的灌注成像方法,可作为常规MRI检查的有效补充手段。rCBFmax值对鉴别儿童后颅窝三大类型肿瘤的特异性和敏感性都较高,是一项有价值的灌注参数。