磁共振血管大小成像在腦膠質(zhì)瘤和腦膜瘤中的初步應(yīng)用

江晶晶，趙凌云，王承緣，宋黎，朱文珍

·中樞神經(jīng)影像學(xué)·

磁共振血管大小成像在腦膠質(zhì)瘤和腦膜瘤中的初步應(yīng)用

江晶晶，趙凌云，王承緣，宋黎，朱文珍

目的探討磁共振血管大小成像(VSI)在腦膠質(zhì)瘤和腦膜瘤中的臨床應(yīng)用。方法回顧性分析經(jīng)組織病理證實的16例膠質(zhì)瘤(低級別6例，高級別10例)和13例腦膜瘤的VSI圖像，測量腫瘤實性部分的Q、fCBV、Nl、Nu和Ru值，比較高級與低級別膠質(zhì)瘤、膠質(zhì)瘤與腦膜瘤各測量值的差異。結(jié)果低級別和高級別膠質(zhì)瘤之間fCBV和Nu值有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)；Q、Nl和Ru值無顯著統(tǒng)計學(xué)差異。膠質(zhì)瘤和腦膜瘤之間Ru值有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)；Q，fCBV、Nl和Nu值無顯著統(tǒng)計學(xué)差異。結(jié)論VSI可以反映微循環(huán)灌注的某些信息，在MVD的無創(chuàng)性評估和高低級別膠質(zhì)瘤的術(shù)前分級中有重要作用，從而更好的評估患者的預(yù)后和指導(dǎo)臨床治療，特別是抗血管治療。

磁共振成像；磁共振血管大小成像；膠質(zhì)瘤；腦膜瘤

血管生成是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要階段，與腫瘤快速生長相關(guān)的腫瘤血管的生成，與正常組織相比，腫瘤的某些區(qū)域血管密度增加，血管管徑增大[1]。微血管密度(microvessel density，MVD)是預(yù)測腫瘤侵襲性和不同類型腫瘤患者預(yù)后[2-6]的一個主要因素。目前，MVD主要是通過對活檢標本進行免疫組化檢查決定的。然而，腫瘤的不均質(zhì)性限制了其作用。常規(guī)檢查因為活檢標本小，可能不是取材于腫瘤最具侵襲性或典型的部分。此外，免疫組化檢查的有創(chuàng)性阻止了其用于治療后隨訪。在所有體內(nèi)微血管成像中，MRI可以提供腦灌注信息。血管大小成像(vessel size imaging，VSI)是腦灌注成像方法中的一種。通過同時測量造影劑引起的△R2和△R2*的變化來無創(chuàng)性描述微循環(huán)系統(tǒng)特征。本研究通過比較高、低級別膠質(zhì)瘤及膠質(zhì)瘤與腦膜瘤的微循環(huán)特征，從而評估VSI在腦膠質(zhì)瘤和腦膜瘤中的臨床應(yīng)用。

材料與方法

1.研究對象

搜集2012年7月-2013年2月經(jīng)手術(shù)病理證實的29例腦腫瘤患者，其中膠質(zhì)瘤16例(低級別6例，WHO Ⅱ級6例；高級別10例，其中WHO Ⅲ級6例，WHO Ⅳ級4例)，腦膜瘤13例。男11例，女18例，年齡22～69歲，平均44歲。

2.MRI掃描

所有患者手術(shù)前1周內(nèi)行MRI檢查，采用GE 3.0T磁共振掃描儀，應(yīng)用8通道相控陣線圈行常規(guī)頭部掃描。①增強前序列：橫軸面T1FLAIR、T2FSE、T2FLAIR和矢狀面T1FLAIR。②增強后序列：橫軸面、矢狀面和冠狀面T1FLAIR、標準DWI (b=1000 s/mm2)和VSI檢查。VSI采取交替的SE和GRE，掃描參數(shù)：層數(shù)7層，TR 2000 ms,TE 20 ms (GE)/70 ms (SE)，矩陣128×64，激勵次數(shù)1，層厚5 mm，層間距1.5 mm，掃描期相40，對比劑采用Gd-DTPA 0.2 mmol/kg，注射流率3 mL/s。

3.VSI原理

VSI作為一種新的無創(chuàng)性成像方法，是采用交替性自旋回波(spin echo，SE)和梯度回波(gradient echo，GRE)回波平面序列(echo-planar imaging，EPI)，在同時測量血管內(nèi)超順磁性對比劑注射后ΔR2和ΔR2*變化的基礎(chǔ)上成像的。分別應(yīng)用靜態(tài)去相位近似法和緩慢擴散近似法進行ΔR2*和ΔR2的評估，ΔR2/ΔR2*可以表達為血管和腦組織，大腦水彌散系數(shù)和血管大小加權(quán)平均值的函數(shù)。定量的VSI必須包括局部彌散系數(shù)的測量和局部腦血流量的絕對測量。

4.圖像后處理方法

應(yīng)用GE工程師以matlab為基礎(chǔ)編寫的軟件進行圖像后處理。對于同一個患者，興趣區(qū)(ROI)放置在所有MRI測量指數(shù)(MRI-measurable index，Q)，腦血容量分數(shù)(cerebral blood volume fraction，fCBV)，微血管密度的下限(lower microvessel density bound，Nl), 微血管密度的上限(upper microvessel density bound，Nu)和平均血管半徑的上限(an upper bound on the mean vessel radius，Ru)5個圖的腫瘤實性部分的相同位置，測量Q、fCBV、Nl、Nu和Ru值。ROI的放置原則為：以常規(guī)對比增強后T1WI做參考，對于腦膜瘤等均質(zhì)腫瘤，ROI應(yīng)盡可能地將實性部分包括在內(nèi)，對于膠質(zhì)瘤等不均質(zhì)腫瘤，ROI應(yīng)放置于fCBV最高的位置。

5.統(tǒng)計學(xué)方法

統(tǒng)計分析采用SPSS 17.0軟件，采用Mann-Whitney U檢驗對高、低級別膠質(zhì)瘤及膠質(zhì)瘤與腦膜瘤間的Q、fCBV、Nl、Nu和Ru值進行統(tǒng)計學(xué)分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié)果

1.不同級別膠質(zhì)瘤統(tǒng)計學(xué)分析

高級別膠質(zhì)瘤的fCBV和Nu值明顯大于低級別膠質(zhì)瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，高級別和低級別膠質(zhì)瘤Q、Nl和Ru間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.129,0.233，0.278)，見表1，圖1～2。

表1 高、低級別膠質(zhì)瘤Q、fCBV、Nl、Nu和Ru值比較

注：數(shù)據(jù)為中位數(shù)，括號內(nèi)為四分位數(shù)間距。

2.膠質(zhì)瘤和腦膜瘤統(tǒng)計學(xué)分析

腦膜瘤Ru值明顯大于膠質(zhì)瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，膠質(zhì)瘤和腦膜瘤Q、fCBV、Nl和Nu間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.776，0.105，0.599，0.569)，見表2，圖3。

表2 膠質(zhì)瘤和腦膜瘤Q、fCBV、Nl、Nu和Ru值比較

注：數(shù)據(jù)為中位數(shù)，括號內(nèi)為四分位數(shù)間距。

討論

在血管成像的可能成像方法中，灌注MR技術(shù)可以提供腦灌注的信息，可以作為組織學(xué)的無創(chuàng)性替代，這對于不同疾病的診斷和治療后隨訪都很重要。通過腦血容量(cerebral blood volume，CBV)，腦血流量(cerebral blood flow，CBF)和平均通過時間(mean transit time，MTT)的準確成像可以無創(chuàng)性獲得腦微血管評估，而且可以提供高空間分辨力，是研究的熱點，平均血管大小和血管管徑的增加都可以通過CBV的增加檢測到。CBV、CBF和MTT已經(jīng)廣泛用于臨床實踐中。大血管可以成像，然而，包括中小血管在內(nèi)的微血管結(jié)構(gòu)信息卻很難用當(dāng)前MRI技術(shù)獲得[7]，VSI就是在此情況下發(fā)展起來的。

VSI作為一種新的無創(chuàng)性成像方法，是采用交替性SE和GRE-EPI，在同時測量血管內(nèi)超順磁性對比劑注射后ΔR2和ΔR2*(取決于血管的大小和結(jié)構(gòu))變化的基礎(chǔ)上來成像的，可以獲得微血管信息。通過VSI成像，可以獲得血管大小的加權(quán)平均值，因此可以用于腫瘤血管的體內(nèi)研究[8]。

有文獻報道[1,9-10]，GRE和SE技術(shù)評估的局部腦血容量的差異隨著高級別腫瘤的增加而增加。在本研究中，高級別膠質(zhì)瘤的fCBV是明顯高于低級別膠質(zhì)瘤的，也間接證實了VSI評估的局部腦血容量的差異隨著高級別腫瘤的增加而增加。

本研究結(jié)果提示高級別膠質(zhì)瘤組fCBV值和Nu值是明顯高于低級別膠質(zhì)瘤的(圖2、3)，即高級別膠質(zhì)瘤的腦血容量分數(shù)和微血管密度的上限高于低級別膠質(zhì)瘤，證實了高級別和低級別膠質(zhì)瘤的血流動力學(xué)和微血管密度的不同，反應(yīng)了高級別膠質(zhì)瘤血管的增殖，這是其主要組織病理學(xué)特征，也是高級別膠質(zhì)瘤侵襲性高于低級別膠質(zhì)瘤的原因。腦膜瘤組Ru值是明顯高于膠質(zhì)瘤組的，即腦膜瘤平均血管半徑的上限高于膠質(zhì)瘤，反映了腦膜瘤豐富的血液供應(yīng)，這與先前的研究結(jié)果是一致的。

圖1 女，43歲，左額顳葉星形細胞瘤WHO Ⅱ級。a)橫軸面增強T1WI示左額顳葉病灶(箭)；b)Q圖；c)fCBV圖；d)Nl圖；e)Nu圖；f)Ru圖。圖2 女，44歲，左額顳葉間變性星形細胞瘤WHO Ⅲ級(箭)。a)橫軸面增強T1WI示左額顳葉病灶(箭)；b)Q圖；c)fCBV圖；d)Nl圖；e)Nu圖；f)Ru圖。

在腦腫瘤特別是膠質(zhì)瘤的治療中，高級別膠質(zhì)瘤和低級別膠質(zhì)瘤的預(yù)后和治療方法有很大的不同。一方面，低級別膠質(zhì)瘤可以保守治療數(shù)年，而高級別膠質(zhì)瘤需要早期的積極治療以抓住小的成功根治的機會；另一方面，低級別膠質(zhì)瘤隨時間進展可以轉(zhuǎn)化為高級別膠質(zhì)瘤。本研究結(jié)果表明高級別膠質(zhì)瘤組與低級別膠質(zhì)瘤組、膠質(zhì)瘤組與腦膜瘤組實性部分微血管結(jié)構(gòu)特征的一些差異，即血管生成的不同，提示VSI在評價MVD中可以作為組織學(xué)潛在的非侵入性的替代，為提高膠質(zhì)瘤的準確性評估提供了非常有前途和有價值的非侵入性方式，可以用于高級別與低級別膠質(zhì)瘤的鑒別，用于指導(dǎo)立體定向活檢獲取組織病理學(xué)結(jié)果(目前仍是腫瘤分級的金標準)，用于指導(dǎo)膠質(zhì)瘤和腦膜瘤術(shù)前治療方案的制定、膠質(zhì)瘤和腦膜瘤的鑒別、腫瘤的治療特別是抗血管治療、治療效果的監(jiān)測和治療方案的調(diào)整，從而指導(dǎo)個體化治療，提高患者的預(yù)后。

然而，本研究中高級別膠質(zhì)瘤組與低級別膠質(zhì)瘤組的Q值、Nl值和Ru值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，可能是因為以下幾種原因：①病例數(shù)有限；②圖像空間分辨力低，ROI放置的部位并不是腫瘤惡性程度最高的部位；③ROI大小不適當(dāng)，受部分容積效應(yīng)，特別是灰質(zhì)和腦脊液的影響。除Ru值外，Q、fCBV、Nl和Nu值在膠質(zhì)瘤組與腦膜瘤組間均無統(tǒng)計學(xué)意義，可能是因為不同類型腦膜瘤(過渡型、混合型、上皮型、纖維型、血管瘤型和砂粒體型等)的微血管數(shù)目和結(jié)構(gòu)是不一樣的，并不總是高于膠質(zhì)瘤所致。筆者將進一步搜集病例比較不同類型腦膜瘤間以及不同類型腦膜瘤與膠質(zhì)瘤間的VSI測量值差異。

圖3 男，69歲，右額部大腦鐮旁腦膜瘤WHO Ⅰ級。a)橫軸面增強T1WI示右額部大腦鐮旁病灶(箭)；b)Q圖；c)fCBV；d)Nl圖；e)Nu圖；f)Ru圖。

由于VSI具有無創(chuàng)性，在臨床MRI檢查的同時，取得腦部組織血管管徑信息，因此常被應(yīng)用于腫瘤血管生成的研究。但是目前的VSI技術(shù)對于定量血管管徑，仍有許多待改進的地方，如將VSI應(yīng)用于腦腫瘤患者時，總是會碰到血腦屏障被破壞以及對比劑外滲的情況，這很容易造成血管管徑被過度評估的問題。另外，在VSI的理論模型中，血管設(shè)定成直條狀，而血管所占據(jù)的體積分數(shù)也不是很多，這與腫瘤血管生成的實際情況有極大不同，也導(dǎo)致VSI計算值與解剖值有不小的差距。因此，雖然VSI提供的血管管徑信息有助于區(qū)別腦腫瘤的惡性程度、有助于選擇活檢的適當(dāng)部位和評估治療的效果等潛在的優(yōu)勢，但是其真正的臨床價值仍有待進一步的研究證實。

綜上所述，通過比較GRE和SE信號對血管進行成像，在臨床上是可行的。VSI提供了在體血管大小成像的可能，可以為傳統(tǒng)的MRI成像和灌注數(shù)據(jù)提供補充信息，決定其定量參數(shù)與腫瘤侵襲性的關(guān)系；能探測腫瘤血管生成、評估腫瘤良惡性和抗血管治療療效及隨訪，并能為臨床適時修改治療方法提供依據(jù)。因此，需要進一步的臨床和理論研究來發(fā)揮VSI最大的作用。

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Initialapplicationofmagneticresonancevesselsizeimagingincerebralgliomaandmeningioma

JIANG Jing-jing,ZHAO Lin-yun,WANG Cheng-yuan,et al.

Department of Radiology,Tongji Hospital,Tongji Medical College,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430030,P.R.China

Objective：To investigate the clinical application of vessel size imaging (VSI)in cerebral glioma and meningioma.MethodsThe VSI data of histologically and pathologically proved cerebral tumors were retrospectively analysed, including 11 cases of gliomas (low grade 7，high grade 4)and 9 meningiomas. Q (MRI-measurable index), fCBV (cerebral blood volume fraction), Nl (the lower microvessel density bound), Nu (the upper microvessel density bound)and Ru (an upper bound on the mean vessel radius)values of the solid parts within the tumors were measured. The five values measured were compared between high- and low-grade gliomas and between gliomas and meningiomas.ResultsThe fCBV and Nu values between low- and high-grade glioma s had statistically significant differences (P<0.05); The Q,Nl and Ru values had no statistically significant difference between them. The Ru values had statistically significant difference between glioma and meningioma group(P<0.05);the rest four measured values had no statistically significant differences.ConclusionVSI can give some important information about microcirculation perfusion,plays an important role in noninvasively evaluating of MVD and grading gliomas before surgery,and thus can better assess the prognosis and guide clinical treatment, especially anti-angiogenic therapy.

Magnetic resonance imaging；Magnetic resonance vessel size imaging；Glioma; Meningioma

430030 武漢，華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬同濟醫(yī)院放射科

江晶晶(1985-)，女，湖北襄陽人，博士研究生，主要從事中樞神經(jīng)系統(tǒng)影像診斷工作。

朱文珍，E-mail：zhuwenzhen@hotmail.com

國家自然科學(xué)基金(30870702)；國家“十二五”支撐計劃(2011BAI08B10)；湖北省自然科學(xué)基金(2010CDA034)

R445.2；R739.41

A

1000-0313(2014)07-0770-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2014.07.010

2014-03-27

2014-05-16)