定量動態增強MRI 在腦高低級別膠質瘤術前病理分級中的應用研究

趙　明，付　曠*，郭麗麗，張鐵成，周　麗，趙　薈，張　晶

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院 磁共振成像診斷科,黑龍江 哈爾濱150086)

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定量動態增強MRI 在腦高低級別膠質瘤術前病理分級中的應用研究

趙明1，付曠1*，郭麗麗1，張鐵成1，周麗1，趙薈1，張晶1

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院 磁共振成像診斷科,黑龍江 哈爾濱150086)

摘要：目的探討定量動態增強MRI(T1-DCE MRI)在腦高低級別膠質瘤術前病理分級中的應用價值。方法選擇經手術病理證實的30例腦膠質瘤患者為研究對象,其中低級別(WHOⅠ、Ⅱ級)膠質瘤15例,高級別(WHO Ⅲ、Ⅳ級)膠質瘤15例。全部病例均行3T常規MR增強及MR灌注成像檢查，原始灌注圖像數據經工作站軟件處理，構建容量轉移常數(Ktrans)、回流速率常數(Kep) 、血管外細胞外容積分數(Ve)圖，選擇ROI，計算Ktrans、Kep和Ve值。高低級別膠質瘤Ktrans、Kep和Ve值與病理分級進行Pearson相關性分析。結果Ktrans、Kep和Ve值與病理學分級具有明顯相關性(r=0.934,0.837,0.807)。各參數高低級別膠質瘤患者間比較有明顯的統計學差異，隨著腫瘤級別的增高，Ktrans、Kep和Ve值增高。結論 通過Permeability技術測量腫瘤血管Ktrans、Kep和Ve值，可以了解腫瘤微血管灌注狀態，對高低級別膠質瘤進行較為精確的術前分級。

(ChinJLabDiagn,2016,20:0042)

膠質瘤是顱內最常見的原發性腫瘤，可發生于腦實質內的任何部位，呈侵襲性生長，根據2000 WHO腦腫瘤分級標準分Ⅰ-Ⅳ級。患者治療方案的選擇及預后均取決于其惡性程度，因此，準確地判斷腫瘤級別對指導腫瘤治療方案的設計和判斷預后具有明顯的臨床意義[1]。磁共振灌注成像(perfusion weighted magnetic resonance imaging,PWI)是近年來發展起來的一種功能性成像手段,可以反映組織的微血管分布及血流灌注情況,定量或半定量提供血流動力學參數。本研究通過測量腫瘤血管通透率，計算高低級別膠質瘤的Permeability參數值，進行定量分析，旨在對膠質瘤分級進正確評價，以指導臨床制定合理的治療方案。

1對象與方法

1.1對象

選擇2014年1月—2015年4月我院收治的有完整病理及影像學資料的腦膠質瘤患者30 例為研究對象,其中男18 例,女12 例,年齡25-72 歲,平均53歲。根據WHO 2000年腫瘤分類分級標準，將Ⅰ級、Ⅱ級歸入低級別膠質瘤,Ⅲ級、Ⅳ級歸入高級別膠質瘤，其中低級別膠質瘤患者15例,高級別膠質瘤患者15例。所有病例檢查前后至術前均未給予任何藥物治療。

1.2掃描方法與造影劑

所有病例均采用荷蘭PHILIPS3.0T磁共振設備，掃描序列包括：(1)常規MR序列：①FFE T1WI，TR/TE:250/2.3 ms,矩陣288×201,層厚6.0 mm,層間隔1 mm，激勵次數1; ②液體衰減反轉恢復序列(FLAIR),TR/TE/TI,7000/120/2200 ms,矩陣232×184,層厚6.0 mm,層間隔1 mm，激勵次數1;③TSE T2WI(TR/TE,1751/80 ms,矩陣:288×175,層厚6.0 mm,層間隔1 mm，激勵次數1;(2)MR Permeability灌注序列：Pre FA5 T1-weighted 3D fast-field-echo，TR/TE:14/3.2 ms,矩陣:192×144，激勵次數1,反轉角:5。; Dyn FA15-60sec T1-weighted 3D fast-field-echo，TR/TE:15/3.2 ms,矩陣:192×144,激勵次數1,反轉角:15。,共采集65期。造影劑選擇釓雙胺(歐乃影)，劑量：0.2 mmol/kg，注射速率：3 ml/s，肘靜脈注射，在第5次動態掃描后,由高壓注射器以3 ml/s流率注入對比劑,造影劑注射后再相同速率注射生理鹽水。

1.3圖像分析與數據處理

灌注成像原始數據通過PHILIPS Permeability功能軟件處理，重建Ktrans、Kep和 Ve圖，將ROI(20-30 mm2)放置在腫瘤灌注參數值最大區，計算各灌注參數值，動脈輸入函數(AIF)選擇頸內動脈和大腦中動脈作為輸入動脈。

1.4統計學分析

使用IBM SPSS 21軟件進行統計分析，高低級別膠質瘤間Ktrans、Kep和Ve值比較采用獨立樣本t檢驗，各灌注參數值與病理學等級間相關性分析采用非參數相關性分析(Pearson檢驗)。

2結果

不同級別膠質瘤各灌注參數Ktrans、Kep和Ve值與病理分級具有明顯相關性(表1),Ⅰ-Ⅱ級Ktrans、Kep和Ve值分別為(0.231±0.197)/min、(0.421±0.272)/min和(0.465±0.270)/min.Ⅲ-Ⅳ級Ktrans、Kep和Ve值分別為(1.066±0.250)/min、(1.250±0.240)/min和(0.837±0.097)/min。各參數高低級別間比較具有明顯統計學差異，隨著膠質瘤級別的增高，Ktrans、Kep和Ve值隨之增高(表2)(圖1、2)。

表1　高低級別膠質瘤Ktrans、Kep和Ve值與

表2　高級別膠質瘤與低級別膠質瘤Ktrans、Kep和Ve值比較

圖1　右側腦室旁低級別膠質瘤Ktrans,Kep,Ve

圖2　右側顳頂葉高級別膠質瘤Ktrans,Kep,Ve

3討論

膠質瘤是腦內最常見的神經上皮類腫瘤，根據世界衛生組織(WHO)2000年頒布神經系統腫瘤分級分類系統可分I-IV級，不同分化程度的腫瘤治療及預后差別很大，故精確的評價腫瘤等級對治療方案的選擇十分重要[1]。

在組織學分級中，膠質瘤血管內皮增殖程度是診斷腫瘤的惡性程度的標準[2],但具有創傷性。因而，尋找一種非創傷性用來診斷腫瘤級別的方法顯得尤為重要。MR灌注成像能夠在活體組織上快速而幾乎無創的量化反映腫瘤微血管的分布及血腦屏障破壞程度。許多研究表明腫瘤的惡性程度及生物學行為與腫瘤血管的生成密切相關[3]，Vajkoczy and Menger 認為腫瘤血管的特點是腫瘤血管內皮細胞的增殖[4]，腫瘤血管的增殖及內皮細胞的增殖主要與以下方面相關：腫瘤新生血管、腫瘤細胞浸潤血管及正常血管的轉換。這些因素導致腫瘤血管內膜不完整具有較高的通透性[5]。高級別的膠質瘤新生血管多而且血腦屏障破壞嚴重，固具有較高的通透性[6，7]。常規MRI對于膠質瘤分級的判斷一般依靠腫瘤的強化程度，但無法準確提供腫瘤血管生成及破壞方面的信息，重要的是不能進行定量分析。傳統灌注，采用T2*,采集灌注參數，如CBV、CBF、MTT等，但其有很多局限的地方。其不能計算出對比劑滲漏的數值，測量出的值是相對CBV值(rCBV),所以前提只有假設在血腦屏障沒被破壞的情況下才能測出真正的CBV。但是大多數腦腫瘤的血腦屏障都是破壞的，特別是惡性度高的腫瘤血腦屏障破壞越嚴重，往往造成對膠質瘤分級的錯誤評估，對腫瘤的分級有一定的局限性，本實驗采用Permeability T1-DCE技術可以克服這個局限性，計算出對比劑的外滲值，通過測出腫瘤血管的滲透率參數，真實的反映腦膠質瘤血管的血腦屏障破壞程度，可以對腫瘤分級進行較為精確的分析。Robert et al[7]實驗顯示微血管的通透性評價腫瘤分級比CBV有更好的相關性。

本實驗Permeability依賴通用的動力學TOFT模型[8]，本研究結果顯示Ktrans與膠質瘤的病理分級密切相關(P<0.01)，高級別的膠質瘤比低級別的膠質瘤滲透率明顯增高。本實驗顯示正常腦組織Ktrans、Kep和Ve值均較低，隨著腫瘤惡性度的增加Kep、Ktrans值升高，而且高低級別間比較均有統計學意義，分析原因考慮與正常組織及病變組織的生物學特性有關。正常組織血腦屏障正常，所以各值均低。惡性度高的腫瘤細胞生長旺盛，腫瘤新生血管增多，由于新生腫瘤血管及腫瘤破壞的血管缺乏完整性，血腦屏障不完整或不成熟，導致血管通透性增加明顯，Kep、Ktrans值較高，相對級別低的膠質瘤，血腦屏障破壞沒有惡性度高的腫瘤明顯，即血管通透性沒有惡性腫瘤Kep、Ktrans值增高的明顯。隨著腫瘤級別的增高，腫瘤血管的血腦屏障破壞的越嚴重，造影劑進入腫瘤血管周圍間隙越多，造成Ve值的增高。

本實驗局限性，測量區域與外科手術切除選擇的區域不一致，導致影像分級與外科分級的不一致，因外科手術做病理選擇的多是血供豐富的腫瘤部分，故實驗選擇區域均選擇在灌注參數值較大的部分，取多點采用平均值方法，并且根據圖像定位提示外科選擇病理區域，做到最大程度的一致。此外Permeability 評估，ROI選擇應盡量避免大血管[9]。

總之，本實驗發現Ktrans、Kep和Ve在不同級別膠質瘤間比較具統計學差異，隨著腫瘤級別的增高，參數值增大，本實驗通過Permeability技術對Ktrans、Kep和Ve參數進行研究，準確提供腫瘤血管生成及破壞方面的信息，為臨床準確評價膠質瘤術前分級提供一條新思路。

參考文獻：

[1]王忠誠.神經外科學[M].武漢:湖北科學技術出版社,1998：424-430.

[2]Brem S,Cotran R,Folkman J.Tumor angiogenesis:a quantitative method for histologic grading[J].J Natl Cancer Inst,1972,48(2):347.

[3]Onguru O,Gamsizkan M,Ulutin C,et al.Cyclooxygenase-2(Cox-2)expression and angiogenesis in glioblastoma[J].Neuropathology,2008,28(1):29．

[4]Vajkoczy P,Menger MD.Vascular microenvironment in gliomas[J].J Neurooncol,2000(1),50:99.

[5]Benjamin LE,Golijanin D,Itin A,et al.Selective ablation of immature blood vessels in established human tumors follows vascular endothelial growth factor withdrawal[J].J Clin Invest,1999,103(2):159.

[6]Taylor JS,Tofts PS,Port R,et al.MR imaging of tumor microcirculation:promise for the new millennium[J].J Magn Reson Imaging,1999,10(6):903.

[7]Roberts HC,Roberts TPL,Brasch RC,et al.Quantitative measurement of microvascular permeability in human brain tumors achieved using dynamic contrast-enhanced MR imaging:correlation with histologic grade[J].AJNR,2000,21(5):891.

[8]Tofts PS,Brix G,Buckley DL,et al.Estimating kinetic parameters from dynamic contrast-enhanced T(1)-weighted MRI of a diffusable tracer:standardized quantities and symbols[J].J Mugn Reson Imaging,1999,10(3):223.

[9]Caseiras GB,Thornton JS,Yousry T,et al.Inclusion or exclusion of intratumoral vessels in relative cerebral blood volume characterization in low-grade gliomas:does it make a difference[J]?AJNR Am J Neuroradiol,2008,29(6):1140.

關鍵詞：腦膠質瘤;T1-DCE MRI;Permeability；術前；分級

Evaluation of T1-DCE MRI for the preoperative pathological evaluation of Tumor grade in brain gliomaZHAOMing,FUKuang,GUOLi-li,etal.(DepartmentofMRI,theSecondAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150086,China)

Abstract:ObjectiveTo evaluate the value of T1-DCE MRI for the preoperative pathological evaluation of tumor grade in brain glioma.MethodsOur study included 30 patients who were pathologically confirmed with a tumor grade between I-IV(WHO ⅠandⅡ grade 15 cases,WHO Ⅲ and Ⅳ grade 15 cases).All experiments were examined with MRI and MR perfusion weighted image.The original perfusions imaging data were analyzed by the Philips permeability assessment functool software,which produced the transfer constant (Ktrans) map,the rate constant (Kep) map and fractional volume (Ve) map.Choose ROI and get values of Ktrans,Kepand Ve.Pearson correlation was carried out to use the value of different grade glioma and pathology classifications.ResultsThe Ktrans,Kepand Vevalues of each levels with pathological grading has a strong correlation(r=0.934,0.837,0.807).There is obviously statistically significant difference between different grade groups(P<0.01).With higher grade of glioma,the parameters values of Ktrans,Kepand Veincreases.ConclusionThrough Permeability technology to measure the Ktrans,Kepand Vevalues of gliomas can obtain a relatively accurate quantitative analysis for different grade of glioma before operation .

Key words:brain glioma;T1-DCE MRI;Permeability;preoperative;grade

(收稿日期：2015-06-22)

作者簡介：趙明(1982-)，男，主治醫師，碩士，哈爾濱醫科大學附屬二院，研究方向：磁共振成像診斷；付曠(1970-)，男，教授，哈爾濱醫科大學附屬第二醫院，研究方向：磁共振成像診斷。

文獻標識碼：A

中圖分類號：R445.2

文章編號：1007-4287(2016)01-0042-03 1007-4287(2016)01-0045-02

*通訊作者

基金項目：黑龍江省自然科學基金項目(H201453)