多模態MRI在評估膠質瘤瘤體微觀結構中的應用價值

李香營 黃丹妮 吳元魁 陳建強 彭俊 王丹鳳 梁其洲 袁園 符水喜

(1中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院 海口市人民醫院放射科，海南 海口 570208；2南方醫科大學南方醫院醫學影像中心；3中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院 海口市人民醫院神經外科；4海南醫學院第二附屬醫院東湖院區急診科)

膠質瘤較高的異質性和瘤周浸潤，是其術后復發和死亡率居高不下的重要原因，術前通過功能磁共振技術評估膠質瘤微觀結構特點成為目前臨床研究的熱點〔1,2〕。多模態磁共振成像(MRI)技術作為一種多模態成像，具有兼顧各種MRI序列優勢，全面反映腫瘤的形態、功能及瘤周浸潤情況，有助于腫瘤診斷、分級及微結構、生物學特性的評估〔3～5〕，臨床應用較多的成像序列包括擴散加權成像(DWI)、磁共振波譜成像(MRS)、灌注加權成像(PWI)和擴散張量成像(DTI)等。研究顯示〔6〕多模態MRI在瘤周浸潤、血管新生等微觀結構評估中優勢明顯，而對于瘤體微觀結構的研究相對較少，本研究則重點探討多模態MRI在評估膠質瘤瘤體微觀結構及膠質瘤分級中的價值。

1 材料與方法

1.1一般資料 收集中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院2017年1月至2019年11月經手術病理證實的膠質瘤患者36例，年齡20～89歲，平均年齡(49.8±17.5)，其中男24例，女12例，病例排除標準：①多模態MRI資料不全(術前同一臺MRI行DWI、DTI及PWI檢查)或圖像存在偽影干擾，質量不滿意，影響瘤體組織后處理；②術前患者已接受不同周期的放化療；③膠質瘤瘤體較小，出血、壞死明顯或腫瘤部位不滿意，無法準確選擇感興趣區。本研究獲得患者知情同意且經醫院倫理委員會審核批準后實施〔2017-(倫審)-081〕。參照2016年WHO中樞神經系統腫瘤分級標準〔7〕，高級別膠質瘤(WHO Ⅲ～Ⅳ級)最多，占61%(22例),余14例為低級別膠質瘤(WHO I～Ⅱ級)。

1.2MRI檢查

1.2.1多模態MRI 掃描設備為GE 3.0T磁共振，頭顱8通道相控陣線圈，掃描序列及參數如下：T1加權成像(T1WI)：回波時間(TE)/重復時間(TR)20/1 780 ms；T2加權成像(T2WI)：TE/TR 145/5 000 ms；層厚/層間距6/1 mm，矩陣320×224，視野(FOV)24 cm×24 cm；T2-Flair：TE/TR 112/5 800 ms。增強序列為T1三維快速擾相梯度回波(T1-3D-FSPGR)：采用高壓注射器肘靜脈團注對比劑Gd-DTPA(北陸藥業)，劑量0.1 mmol/kg，速率2 ml/s。

DTI及DWI掃描采用自旋回波平面回波成像(SE-EPI)序列，梯度擴散因子(b)值為1 000 s/mm2，參數分別為TR/TE 5 900 ms/85 ms和6 200 ms/90 ms，矩陣分別為160×192和160×160，層厚和層間距同常規掃描。PWI共掃描100期，預掃描10期后以4 ml/s速度經肘正中靜脈快速團注對比劑行灌注成像，劑量30 ml。

1.2.2多模態MRI后處理 多模態MRI原始數據傳至GE ADW4.4工作站，由兩名具有高級職稱的神經影像專家共同閱片，討論，根據T2WI+T1WI+T2-Flair+T1-3D-FSPGR增強確定膠質瘤瘤體、出血區及壞死區，于瘤體最大層面勾勒感興趣區，分別計算相應部位DWI參數ADC值、DTI參數FA值和 PWI參數rCBV值。

1.3血管內皮生長因子(VEGF)表達及細胞密度 VEGF 陽性細胞的表達方法參照文獻〔8〕，先在低倍視野(×40)下瀏覽全片，選擇陽性細胞表達清晰且不存在大面積出血，壞死的熱區，然后在高倍視野下(×400)計算不少于6個視野的平均陽性細胞百分比。采用圖像分析軟件Image J分析腫瘤細胞密度〔9〕。

1.4統計學處理 采用SPSS24.0軟件進行t檢驗、Kruskal-Wallis檢驗、Pearson相關分析。

2 結 果

2.1MRI檢查結果 高級別膠質瘤瘤體FA值和rCBV值顯著高于低級別膠質瘤，ADC值則明顯低于低級別膠質瘤(P<0.05)。見表1。

表1 不同級別膠質瘤瘤體ADC值、FA值和rCBV值的組間比較結果

2.2腦膠質瘤瘤體多模態MRI參數與微觀結構的相關性 膠質瘤瘤體FA值〔(0.16±0.03)〕、rCBV值〔(3.47±1.57)〕與VEGF陽性細胞百分比〔(26.57±5.88)%〕均呈正相關(r=0.67、0.67,P<0.05)，與細胞密度〔(15.20±5.21)%〕亦呈正相關(r=0.63、0.76，P<0.05)；ADC值〔(1.11±0.17)×10-3mm2/s〕與VEGF陽性細胞百分比及細胞密度均呈負相關(r=-0.54、-0.63,P<0.05)。見圖1。

圖1 免疫組織化學顯示VEGF抗體呈明顯陽性表達(SP，×400)

3 討 論

膠質瘤是顱內最常見的原發性惡性腫瘤，存在明顯的結構異質性和腫瘤細胞浸潤，術后復發率高，5年生存率低于5%〔10〕，成為臨床亟待解決的問題。近年來多模態MRI不僅用于評估腫瘤的結構異質性及瘤周浸潤，在反映膠質瘤遺傳異質性方面也有一定優勢〔11,12〕。

本研究結果顯示高級別膠質瘤瘤體ADC值明顯低于低級別膠質瘤，FA值和rCBV值則高于低級別膠質瘤，這和膠質瘤的病理學特點及MRI各參數的理論基礎有關。ADC值、FA值和rCBV受多種因素的影響，其中以腫瘤微觀結構異質性最明顯，包括腫瘤細胞密度，新生血管數量及白質纖維束構成等。ADC值反映水分子的彌散特點，rCVB是標定血容量的最優指標，隨著膠質瘤級別的增高，腫瘤細胞密度越密集，核漿比例升高，細胞外間隙變窄，所需新生血管越豐富，這在一定程度上限制了水分子的彌散，造成高級別膠質瘤ADC值降低，rCBV升高。FA值是量化水分子彌散方向的重要參數，FA值越高，越趨于同方向運動，高級別膠質瘤瘤體FA值高于低級別膠質瘤，可以解釋為無論什么級別的膠質瘤，瘤體區域的白質纖維束均已不同程度破壞，而高級別膠質瘤細胞構成更密集，造成細胞外間隙明顯變窄，在某一區域有可能存在水分子沿著細胞外間隙方向進行擴散〔13〕。林坤等〔14〕在研究定量多模態MR對37例經手術病理證實的腦膠質瘤分級診斷效能后認為，在定量多模態MR眾多參數中，最小表現彌散系數(minADC)值和FA值在膠質瘤患者術前評估中優勢明顯，可用于疑似腦膠質瘤患者的術前分級。不過對于磁共振彌散張量成像參數FA值是否具有膠質瘤分級診斷的價值，國內外也存在不同觀點。在一項通過DTI區分低級別膠質瘤和高級別膠質瘤的前瞻性研究中，作者認為采用瘤體平均彌散率(MD)值結合腫瘤周圍組織FA值可以準確對膠質瘤進行分級診斷，并強調了瘤周區域對術前膠質瘤分級診斷的重要性〔15〕。

病理學也已經證實，在膠質瘤生長過程中，氧供應不斷減少，腫瘤本身及其所處的微環境內的基質細胞就會產生促血管生成因子，并誘導內皮細胞增殖和遷移，形成新的脈管系統，而通常這種由VEGF刺激產生的新脈管系統在結構和功能上存在異常，表現在新生血管解剖結構不完整，成熟度不夠，血管通透性較高，相應微觀結構亦發生變化。本實驗數據提示FA值、rCBV升高和(或)ADC降低的瘤體區域可能表明腫瘤細胞密度高和血管異常增多,這在一定程度印證了影像病理學的統一，膠質瘤級別越高，新生血管數量和功能不完善越明顯，腫瘤細胞增殖越旺盛，rCBV值和FA值越高，ADC值則越低。不過針對腫瘤ADC值與VEGF陽性細胞百分比是否存在相關性，國內外專家觀點不一，在一項薈萃分析中，四項研究認為存在負相關，包括肝癌，前列腺癌，直腸癌和甲狀腺癌，也有四項研究認為存在正相關，包括食管癌，卵巢癌，宮頸癌和胰腺癌，在五項研究中認為兩者之間沒有相關性〔16〕。

綜上所述，多模態MRI參數在術前評估膠質瘤瘤體微觀結構特點方面優勢互補，可以間接反映腫瘤血管新生和細胞密度，其中以rCBV值優勢明顯。