3.0T磁共振動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)定量分析對(duì)腦膠質(zhì)瘤分級(jí)的診斷價(jià)值

劉東，錢(qián)海峰，姚麗娣，李鳳琪，吳曉，何劍，孫勝杰（湖州市中心醫(yī)院，浙江 湖州313000）

3.0T磁共振動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)定量分析對(duì)腦膠質(zhì)瘤分級(jí)的診斷價(jià)值

劉東，錢(qián)海峰，姚麗娣，李鳳琪，吳曉，何劍，孫勝杰
（湖州市中心醫(yī)院，浙江 湖州313000）

目的探討3.0T磁共振動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)（DCE-MRI）定量分析對(duì)腦膠質(zhì)瘤分級(jí)的診斷價(jià)值。方法回顧性分析經(jīng)病理證實(shí)的16例高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤（HGG）和12例低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤（LGG）患者的磁共振平掃和DCE-MRI資料，通過(guò)藥代動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算腫瘤的定量分析容積轉(zhuǎn)運(yùn)參數(shù)（volume transfer coeffi cient，Ktrans）、速率常數(shù)（Kep）、血管外細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)（Ve）等參數(shù)，以t檢驗(yàn)來(lái)比較HGG和LGG定量分析參數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，通過(guò)ROC曲線(xiàn)評(píng)估定量分析參數(shù)Ktrans值、Ve值對(duì)診斷高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的敏感度、特異度和曲線(xiàn)下面積。結(jié)果高級(jí)別和低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的定量分析參數(shù)Ktrans值、Ve值組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t值分別為3.934和3.293，均P＜0.01），而高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的Kep值高于低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤，但組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t值0.208，P＞0.05）。Ktrans值診斷臨界值為0.105/min時(shí)，診斷高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的敏感度、特異度和曲線(xiàn)下面積分別為87.5%、83.3%和0.919。Ve值診斷臨界值為0.442時(shí)，診斷高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的敏感度、特異度和曲線(xiàn)下面積分別為62.5%、91.7%和0.810。結(jié)論DCE-MRI的定量分析參數(shù)Ktrans值、Ve值有助于高級(jí)別和低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤分級(jí)的診斷。

膠質(zhì)瘤；DCE-MRI；定量分析；診斷

傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振主要通過(guò)觀(guān)測(cè)病灶形態(tài)學(xué)特點(diǎn)并結(jié)合時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線(xiàn)來(lái)診斷［1-3］，這種半定量的分析方式雖然操作簡(jiǎn)單，但不能準(zhǔn)確反映病灶內(nèi)對(duì)比劑濃度變化。磁共振動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)（dynamiccontrastenhancedmagneticresonance imaging，DCE-MRI）定量分析則通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)比劑在體內(nèi)的吸收、代謝等藥代動(dòng)力學(xué)過(guò)程獲得定量的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)在細(xì)胞分子功能水平上反映組織血管分布、血流灌注等生理信息的作用［4-5］。本研究旨在探討T1加權(quán)DCE-MRI技術(shù)通過(guò)藥代動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算定量參數(shù)在腦膠質(zhì)瘤術(shù)前病理分級(jí)的診斷價(jià)值。

1　資料與方法

1.1一般資料選擇2014年5～11月在本院行術(shù)前磁共振檢查且病理診斷為腦膠質(zhì)瘤的患者28例，其中男16例，女12例，年齡14～73歲，平均（39.8±16.7）歲。按照2007年WHO標(biāo)準(zhǔn)病理診斷為高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤 （high grade glioma，HGG）16例（III級(jí)7例，IV級(jí)9例），其中男10例，女6例，腫瘤大小 （4.5±1.4）cm；低級(jí)別膠質(zhì)瘤 （low grade glioma，LGG）12例（I級(jí)2例，II級(jí)10例），其中男7例，女5例，腫瘤大?。?.9±1.6）cm；高低級(jí)別膠質(zhì)瘤在年齡、性別、腫瘤大小等方面差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。所有患者均在行磁共振檢查后兩周內(nèi)手術(shù)，檢查前均簽署知情同意書(shū)。

1.2檢查方法使用美國(guó)GE公司Discovery MR 750 3.0T超導(dǎo)型磁共振儀，采用16通道頭顱相控陣線(xiàn)圈。對(duì)每位患者行常規(guī)平掃和DCE-MRI檢查。DCE-MRI掃描采用軸位的LAVA序列。先掃描5個(gè)翻轉(zhuǎn)角的T1Map，然后行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描。具體參數(shù):（1）多翻轉(zhuǎn)角的T1Map:TR 3.6ms、TE 2.2ms，矩陣160×128，層厚4.0mm，翻轉(zhuǎn)角:3、6、9、12、15。（2）基于 T1加權(quán)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描（liver acquisition with volume acceleration，LAVA）序列:TR 3.6ms、TE 2.2ms，矩陣 160×128，層厚 4.0mm，翻轉(zhuǎn)角: 15。單期掃描時(shí)間6秒，共40期，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描第2個(gè)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)時(shí)相結(jié)束后，采用高壓注射器同步靜脈注射對(duì)比劑釓噴酸葡胺（gadopentetate dimeglumine，GD-DTPA），注射速率3mL/s，劑量0.1mmol/kg，并以相同速率注射生理鹽水20mL沖洗導(dǎo)管。DCE-MRI檢查的所有序列定位層面保持一致。

1.3圖像分析將多翻轉(zhuǎn)角的T1Map數(shù)據(jù)及DCE-MRI掃描數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入GE公司動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)定量分析軟件（Omni Kinetics tool），利用軟件Extended Tofts Linear Model兩室模型，以3D非剛性自動(dòng)三維配準(zhǔn)形式，選擇上矢狀竇作為靶血管提取個(gè)體化血管輸入函數(shù)（venous input function，VIF），獲得時(shí)間-濃度曲線(xiàn)。在T1加權(quán)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)圖像上最大病灶區(qū)手動(dòng)勾畫(huà)出面積為20～60mm2圓形感興趣區(qū)域 （region of interest，ROI），避開(kāi)囊變、壞死、出血及正常血管，以保證選擇到病灶增強(qiáng)部位，軟件自動(dòng)生成ROI內(nèi)定量參數(shù)彩圖及參數(shù)最大值，包括血漿與細(xì)胞外血管外間隙（EES）間轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)（volume transfer coeffi cient，Ktrans）、血管外細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)（Ve）和對(duì)比劑從EES返回到血管空間的速率常數(shù)（Kep），各參數(shù)值均重復(fù)測(cè)量5次取平均值。圖像判讀由2名放射科副主任以上醫(yī)師按單盲法分析，結(jié)果不一致時(shí)經(jīng)協(xié)商取得一致意見(jiàn)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理所有數(shù)據(jù)采用MedCalc醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件分析。測(cè)得腦膠質(zhì)瘤的DCE-MRI定量分析參數(shù)（Ktrans值、Ve值、Kep值）以（±s）表示，兩組數(shù)據(jù)間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。采用ROC曲線(xiàn)分析Ktrans值、Ve值對(duì)高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤鑒別診斷的敏感度、特異度和曲線(xiàn)下面積（AUC）。

2　結(jié)果

16例高級(jí)別與12例低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的DCE-MRI定量分析參數(shù) （Ktrans值、Ve值、Kep值）最大值見(jiàn)表1，高級(jí)別與低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤DCEMRI圖像詳見(jiàn)圖1～2。其中Ktrans值、Ve值HGG組高于 LGG組（P＜0.01）。ROC曲線(xiàn)分析，Ktrans值診斷臨界值為0.105/min時(shí)，診斷高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的敏感度、特異度和曲線(xiàn)下面積分別為87.5%、83.3%和0.919；Ve值診斷臨界值為0.442時(shí)，診斷高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的敏感度、特異度和曲線(xiàn)下面積分別為62.5%、91.7%和0.810。詳見(jiàn)圖3和表2。Ktrans值和Ve值的AUC，兩者差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=1.127，P＞0.05）。

表1　高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤DCE-MRI定量分析參數(shù)結(jié)果比較（±s）

表1　高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤DCE-MRI定量分析參數(shù)結(jié)果比較（±s）

與LGG組比較**P＜0.01

組別　n　Ktrans值（/min）　Ve值　Kep值（/min）HGG組　16　0.276±0.164**　0.486±0.191**　1.632±1.204 LGG組　12　0.084±0.044　0.274±0.132　1.537±1.194

圖1　高級(jí)別膠質(zhì)瘤病例（WHO，Ⅲ級(jí)）。圖1A為T(mén)1增強(qiáng)原圖，圖1B～1D，分別為DCE-MRI定量成像參數(shù)Ktrans、Kep和Ve彩圖，各ROI（紅、黃、蘭序列），測(cè)得Ktrans值、Kep值和Ve值最大值分別為0.269/min、1.954/min和0.228。

圖2　低級(jí)別膠質(zhì)瘤病例（WHO，Ⅰ級(jí)）。圖2A為T(mén)1增強(qiáng)原圖，圖2B～2D，分別為DCE-MRI定量成像參數(shù)Ktrans、Kep和Ve彩圖，各ROI（紅、黃、蘭序列），測(cè)得Ktrans值、Kep值和Ve值最大值分別為0.087/min、5.779/min和0.019。

圖3ROC曲線(xiàn)

表2ROC曲線(xiàn)分析結(jié)果

3　討論

動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI（DCE-MRI）屬于灌注成像范疇，原理是基于Tofts等［6］提出的雙室血流動(dòng)力學(xué)模型，將感興趣區(qū)假設(shè)為一個(gè)中央室（血管內(nèi)）和一個(gè)周?chē)遥ㄑ芡饧?xì)胞外間隙），快速注入順磁性對(duì)比劑后迅速滲透到血管內(nèi)及血管外細(xì)胞外間隙（EES），對(duì)比劑因質(zhì)子自旋和電子偶極作用增強(qiáng)了鄰近質(zhì)子的弛豫，導(dǎo)致T1的縮短，造成信號(hào)變化，對(duì)比劑通過(guò)后信號(hào)恢復(fù)?；陔p室動(dòng)力學(xué)模型得出時(shí)間信號(hào)強(qiáng)度曲線(xiàn)，從而得出定量參數(shù)，由于不同系統(tǒng)之間基礎(chǔ)信號(hào)有差異使得半定量參數(shù)在不同MR掃描中不易比較。美國(guó)國(guó)家癌癥研究院（NCI，USA）推薦定量參數(shù)作為研究的重點(diǎn)［7］。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，特別是高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤會(huì)破壞血腦屏障，使得血管內(nèi)皮通透性增加，注射Gd-DTPA對(duì)比劑后，血管內(nèi)的對(duì)比劑尤其是小分子量對(duì)比劑會(huì)滲漏到周?chē)M織間隙，就會(huì)產(chǎn)生對(duì)比劑的T1短效應(yīng)影響［8］。因此T2或T2加權(quán)的動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)磁共振 （dynamic susceptibility contrast，DSC）雖然作為腦腫瘤微血管密度和腫瘤分級(jí)評(píng)價(jià)的熱點(diǎn)研究［7］，但存在一定的技術(shù)缺陷，即以血腦屏障未被腫瘤破壞為前提［8］。本研究主要基于T1加權(quán)DCE-MRI定量分析參數(shù)對(duì)腦膠質(zhì)瘤惡性程度分級(jí)進(jìn)行研究。

腦膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)過(guò)程中，微血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子分泌增加，促使不成熟的新生微血管生長(zhǎng)，提高微血管密度，同時(shí)基底膜不完整，血管通透性增加，而微血管密度與腫瘤尤其是血管依賴(lài)性腫瘤（腦膠質(zhì)瘤等）的病理分級(jí)是呈正相關(guān)的關(guān)系［9-10］。表1可見(jiàn)，高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤定量參數(shù) Ktrans、Ve、Kep的值高于低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤，在三者的偽彩圖上也可以看到LGG的信號(hào)明顯低于HGG（圖1～2），但是僅Ktrans和Ve值的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），與賈中正等［11］報(bào)道一致。這是由于定量分析參數(shù)Ktrans代表對(duì)比劑從血管至腫瘤間隙的跨內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)；Ve表示腫瘤血管外細(xì)胞外容積；Kep表示對(duì)比劑返回至血管內(nèi)的反向轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)，即 Ktrans值、Ve值越高，表示微血管生成越多，血管通透性越高，腦膠質(zhì)瘤的級(jí)別越高。鄧振生等［8］報(bào)道26例腦膠質(zhì)瘤通過(guò)Tofts模型計(jì)算Kep值與病理分級(jí)之間沒(méi)有確定的關(guān)系。本研究中，高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的Kep值盡管高于低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤，但兩者差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），符合文獻(xiàn)報(bào)道。這些研究結(jié)果均提示Ktrans值、Ve值越高，HGG可能性越大。

近期一些研究結(jié)果表明定量參數(shù)Ktrans值對(duì)鑒別腫瘤的良惡性具有較高的敏感度和特異度［5，12-13］，認(rèn)為Ktrans值越高預(yù)示新生微血管越多，腫瘤進(jìn)展越快，惡性可能性越大。本研究中ROC曲線(xiàn)分析中，取Ktrans值最大值診斷臨界值為0.105/min時(shí)，鑒別HGG和LGG的敏感度和特異度分別為87.5%和83.5%，曲線(xiàn)下面積為0.919；Ve值最大值診斷臨界值為0.442/min時(shí)，鑒別HGG和LGG的敏感度和特異度分別為62.5%和91.67%，曲線(xiàn)下面積為0.810，均具有較好的診斷價(jià)值。

綜上所述，HGG的DCE-MRI定量分析參數(shù)Ktrans值、Ve值高于LGG，有助于高級(jí)別和低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤分級(jí)的診斷。DCE-MRI通過(guò)明確的定量參數(shù)值有助于提高診斷的客觀(guān)性和可靠性。但本研究未考慮到腫瘤的壞死、囊變及水腫等適應(yīng)性變化與微血管通透性有關(guān)系，且樣本量較少，研究尚存在一定局限性。

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湖州市科學(xué)技術(shù)局公益性技術(shù)應(yīng)用研究項(xiàng)目（2014GY22）