3D-ASL與DWI技術在腦膠質瘤術前病理分級評估及術后復發預測中的聯合應用

張志敏，趙御森，朱月香

河北北方學院附屬第一醫院，河北張家口075000

腦膠質瘤是一種中樞神經系統原發腫瘤，在所有顱內腫瘤中占比為1/3～1/2[1]。膠質瘤具有惡性程度高、術后易復發等特點，雖然對腦膠質瘤的術前評估及治療手段不斷完善，但術后高復發率及高相關并發癥仍是臨床難以解決且急需解決的問題。目前腦膠質瘤手術時會擴大切除范圍，精確確定手術范圍能夠更好保護腦功能，從而降低后期并發癥。因此尋找更加快捷準確的指標來進行術前評估具有重要的臨床意義。

目前腦膠質瘤的術前評估主要依賴于影像技術，如常規序列和增強MRI可以直觀地顯示腫瘤實質血供和血腦屏障的破壞[2]。常規磁共振序列在腦腫瘤診斷鑒別中的應用價值已得到了廣泛的認可，但對術前病理分級、治療后復發及瘤周腦組織浸潤等情況的評估存在明顯不足。三維動脈自旋標記(3D-ASL)技術是將患者自身體內血液作為對比劑的一種腦灌注成像技術[3]。平均表觀擴散系數(ADC)利用組織水分子運動間接反映組織結構的變化。目前已有報道3D-ASL、ADC值在食管癌、乳腺癌等腫瘤的分級診斷、預后評估中具有潛在的價值[4，5]， 3D-ASL在膠質瘤分級、殘留病灶識別中也具有一定的應用價值[6，7]。目前以上技術在腦膠質瘤中的研究中多集中于術前病理分級，對于術后復發及瘤周水腫帶腫瘤細胞浸潤檢測的應用報道較少，且國內尚未見3D-ASL聯合瘤周ADC值在評估腦質瘤術后復發中應用價值的相關報道。本研究擬采用3D-ASL聯合擴散加權成像(DWI)技術對不同級別及復發與否的腦膠質瘤血流灌注情況及瘤周1 cm內ADC值的差異進行分析，以期對腦膠質瘤進行更加全面且準確的評估，為腦膠質瘤術前分級、預測術后復發及手術方案制定等方面的評估提供新的理論依據。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 2010年5月～2017年12月收治于河北北方學院附屬第一醫院手術且經病理證實的腦膠質瘤患者34例，其中男18例、女16例，年齡31～72歲；WHOⅠ級8例、Ⅱ級5例、Ⅲ級12例、Ⅳ級9例，將Ⅰ、Ⅱ級歸于低級別組，Ⅲ、Ⅳ級歸為高級別組。以上患者術前完成常規MRI平掃增強和3D-ASL掃描，術后1年內復查影像檢查，留存完整影像資料。均經神經外科手術切除，病理結果為Ⅰ～Ⅳ級膠質瘤；所有患者接受手術后3個月時復查MRI平掃增強檢查。

1.2 MRI檢查、3D-ASL和DWI的操作及rCBF和ADC的獲取 采用Philips Ingenia 3.0T超導型磁共振掃描系統和8通道相控陣頭線圈，首次檢查均包括MRI平掃(T1FLAIR、T2FLAIR、T2PROPELLER、DWIAsset)與增強掃描及3D-ASL檢查，對比劑使用釓噴酸葡胺(GD-DTPA)，劑量為0.2 mmol/kg體質量，注射流率為3 mL/s。DWI掃描參數：TE 66 ms，TR 5 060 ms，FOV 30 cm×30 cm，矩陣大小200×192，層厚5 mm，層間距1 mm。b值分別選擇0～1 000 s/mm2，掃描總時間225 s，激發次數8次;3D-ASL掃描參數：TE 1.5 ms，TR 4 632 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩陣大小96×91，層厚4 mm，標記后延遲1 535 ms。

采用EWS 2.6.3.5后處理工作站Functool軟件對圖像進行后處理和測量，獲得3D-ASL的腦血流圖和ADC圖。測量距腫瘤強化緣1 cm內ADC值、瘤體實性最大血流灌注區域及對側鏡像區CBF值。圖像均由兩位具有豐富經驗的影像醫師進行圖像處理和評價，畫出感興趣區(ROI)，ROI選取病灶最大層面，大小為35×35 mm2，測量3次取其平均值,將腫瘤最大血流量值(TBFmax)除以對側半球鏡像區域的血流量值，計算其比值，得到腫瘤的相對腦血流量(rCBF)。描繪及勾選過程中盡可能做到大小相等、區域對稱，消除容積效應引起的誤差。

1.3 隨訪 患者術后6個月入院行CT或MRI掃描，根據復發情況分為復發組與未復發組，分別對兩組rCBF、瘤周1cm內ADC值進行比較。復發標準：與患者出院時MRI比較，復查手術部位出現新發占位性病變或腦實質密度變化，并再次經病理證實為腦膠質瘤。

2 結果

34例腦膠質瘤患者均獲得清晰的MRI平掃增強、DWI-ADC及3D-ASL-CBF圖。13例低級別腦膠質瘤強化不明顯或輕度強化，高級別腦膠質瘤中17例患者呈中等或明顯不均勻強化，4例強化不明顯。

高、低級別腦膠質瘤組瘤體rCBF分別為3.40±0.36、1.49±0.30，ADC分別為(1.41±0.13)、(1.44±0.16)×10-3mm2/s。與低級別腦膠質瘤組比較，高級別腦膠質瘤組瘤體 rCBF高(t=-15.66，P=0.001<0.05)，近瘤周1 cm內水腫區的ADC值低(t=0.51，P=0.62>0.05)。

復發與未復發組瘤體rCBF分別為3.45(1.80,3.77)、2.8(1.37,3.41)，瘤周1 cm水腫區ADC值分別為(1.31±0.35)×10-3、(1.51±0.11)×10-3mm2/s。與未復發組比較，復發組瘤體rCBF高(t=-2.03，P=0.043<0.05)，近瘤周水腫區ADC值低(t=5.76，P=0.001<0.05)。

rCBF值預測腦膠質瘤術后復發的AUC值為0.707(95%CI:0.52～0.89,P=0.042)，最佳診斷界值為3.48，靈敏度及特異度分別為62.10%、87.20%；瘤周1 cm ADC值預測腦膠質瘤術后復發的AUC值為0.890(95%CI:0.827～0.909,P<0.01)，最佳診斷界值為1.44×10-3mm2/s，靈敏度及特異度分別為89.80%、78.20%；rCBF值聯合瘤周ADC值預測腦膠質瘤術后復發的AUC值為0.932(95%CI:0.852～1.000,P<0.01)，rCBF和ADC的最佳診斷界值分別為3.45、1.43，其靈敏度為92.90%，特異度為85.00%(見圖1)。其中以rCBF值聯合瘤周1 cm ADC的診斷效能最高。

圖1 rCBF、ADC及二者聯合評估腦膠質瘤術后復發的ROC

3 討論

腦膠質瘤起源于神經上皮細胞，至今仍是一種預后最差的神經系統腫瘤。歐陽一彬等[8]研究顯示，腦膠質瘤患者的年齡、病理級別、腫瘤切除程度等為影響患者生存和預后的獨立因素。細針穿刺活檢是判定術前膠質瘤分級的金標準,但是這一病理檢查為有創性檢查且診斷率<30%[3]。雖然膠質瘤的治療方法已經由過去單一的手術切除發展到現在的手術聯合放、化療等綜合治療[9]。Chan等[10]研究顯示90%腫瘤復發位于腫瘤強化邊緣外區域的瘤周水腫區，因此膠質瘤患者預后情況與手術切除程度密切相關，腫瘤的全切程度越高就越能獲得相對滿意的預后效果。膠質瘤呈浸潤式生長而與周圍組織界限不清，常常有非強化成分侵入到周圍正常腦組織中[11]，給手術時判定腫瘤邊界、評估手術切除程度帶來極大困難。因此腦膠質瘤治療前運用更加科學、無創的方式來確定腫瘤分級、邊界范圍等信息進行全面且準確的評估，對患者的生存和預后具有重要的意義。

血管生成能力被認為是腫瘤侵襲性的標志，豐富的血管網為腫瘤細胞提供充足的氧氣、營養成分和腫瘤生長因子等[12]。3D-ASL灌注成像是一種不需要造影劑測定組織血流灌注的新技術，利用磁標記的動脈血作為內源性對比劑對灌注情況進行定量測量，可反映腦組織的血流灌注信息，對腦部腫瘤的診斷具有較高的價值。惡性腫瘤實質血管比較豐富，血流灌注量增大，3D-ASL圖像上可顯示rCBF值增高。研究[13]顯示，膠質瘤的惡性程度與腫瘤新生血管的生成密切相關。本研究顯示高級別膠質瘤瘤體實質區內呈高灌注狀態，rCBF值高于低級別腦膠質瘤瘤體實質，提示高級別膠質瘤瘤體實質區內血管生成能力增強。

擴散加權成像基于組織水分子的擴散運動速度和方向，推測組織內部細胞結構狀態的變化。研究[14]顯示，擴散加權成像的ADC值能夠比較準確地反映病變的擴散狀況。腫瘤周圍水腫是膠質瘤最常見的表現之一，在注射Gd-DTPA后瘤體可出現強化以區分瘤體和周圍水腫。本研究針對腦膠質瘤周圍水腫帶進行ADC測量發現，在高級別腦膠質瘤近腫瘤水腫區內ADC值低于低級別膠質瘤，說明高級別膠質瘤在該區域內水分子擴散受限更明顯，與鄒啟桂等[2]研究結果一致。膠質瘤的生長特性是沿神經纖維束蔓延，故周圍水腫區將會摻雜腫瘤成分，而不是單純的血管源性水腫[15]，Kelly等[16]通過立體定向活檢術發現在膠質瘤外周水腫帶內有腫瘤細胞。腫瘤細胞與正常細胞相比具有較大的體積和核質比，當瘤周水腫區有癌細胞浸潤時組織細胞周圍間隙變小，且隨著腫瘤細胞密度增高,細胞外空間相對越小，水分子彌散受限越明顯，導致ADC值越小。

腦膠質瘤的術后復發多由于腫瘤組織切除不全導致的腫瘤細胞殘留引起[17]。本研究結果顯示，腦膠質瘤原位復發患者術前的膠質瘤瘤體內rCBF明顯高于未復發患者，提示復發腦膠質瘤局部區域血管密度及血流灌注量增加，可能與血管生成因子和腫瘤生長因子表達增強、毛細血管生成增多相關[18，19]。腫瘤細胞早期侵襲轉移有賴于血管進行，所以近腫瘤實質的腦組織更易出現腫瘤細胞的浸潤。同時本研究發現腦膠質瘤原位復發患者瘤周水腫區ADC值比未復發患者的更低，可能與瘤周腫瘤細胞浸潤影響細胞周圍間隙相關。由此可以推測瘤周水腫區的ADC值及瘤體rCBF值對瘤周腫瘤細胞浸潤范圍及術后復發有一定的評估價值。本研究中，ROC結果顯示，以rCBF值聯合瘤周1 cm ADC預測腦膠質瘤復發的AUC值最大，靈敏度為92.90%，特異度為85.00%。說明3D-ASL與DWI聯合對腦膠質瘤是否復發的效能優于單一指標。通過術前瘤周水腫區的ADC值及瘤體rCBF值的分析，可進一步為腫瘤浸潤范圍評估、術后復發情況和放化療方案的選取提供更多的有用信息，然而該結論尚需更大樣本的研究進一步驗證。

總之，本研究顯示3D-ASL與DWI聯合應用可更全面地對腦膠質瘤浸潤范圍、血管生成等進行評估，并可以對患者術后復發情況進行初步的判斷。術前聯合兩序列掃描對腦膠質瘤進行評估可進一步指導外科手術范圍以及制定后期治療方案，以實現完全切除腫瘤組織，降低復發率，提高患者總體生存率和生活質量。