功能磁共振成像在膠質(zhì)瘤精確診斷中的研究

王 巍 孫 鵬 劉妍姝 李露露 劉志蘭 張?jiān)?張毓婧

·臨床應(yīng)用·

功能磁共振成像在膠質(zhì)瘤精確診斷中的研究

王 巍 孫 鵬 劉妍姝 李露露 劉志蘭 張?jiān)?張毓婧

目的應(yīng)用多種功能磁共振成像對(duì)膠質(zhì)瘤進(jìn)行評(píng)估，術(shù)前對(duì)腦膠質(zhì)瘤進(jìn)行較精準(zhǔn)的診斷。方法收集35例經(jīng)病理診斷證實(shí)的膠質(zhì)瘤患者，均行常規(guī)磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)及功能MRI檢查，對(duì)體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像(Intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)中快速擴(kuò)散系數(shù)(D*)、慢擴(kuò)散系數(shù)(D)、灌注分?jǐn)?shù)(f)和分布擴(kuò)散系數(shù)(DDC)的值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者病灶側(cè)IVIM的D、D*、DDC值較對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)增高(D：0.71±0.05×10-3mm2/svs.0.14±0.03×10-3mm2/s；D*：0.06±0.04 mm2/svs.0.03±0.02 mm2/s；DDC：1.29±0.33×10-3mm2/svs.0.43±0.14×10-3mm2/s)、f值較對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)降低(f：0.41±0.11vs.0.51±0.05)，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論多種磁共振功能成像序列協(xié)同分析膠質(zhì)瘤，可以避免腫瘤的異質(zhì)性，顯著提高了磁共振檢查對(duì)高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤實(shí)性部分的識(shí)別能力及精確性。

膠質(zhì)瘤；磁共振成像；體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；三維增強(qiáng)梯度回波T2*血管成像序列；動(dòng)脈自旋標(biāo)記灌注成像

膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見(jiàn)的原發(fā)性腫瘤，2007版WHO標(biāo)準(zhǔn)將其分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)，其異質(zhì)性與浸潤(rùn)性生長(zhǎng)的特點(diǎn)導(dǎo)致膠質(zhì)瘤的病理分級(jí)與真實(shí)級(jí)別之間存在一定的差異，也導(dǎo)致患者術(shù)后治療方案的差異，這或許是相同級(jí)別膠質(zhì)瘤患者術(shù)后生存期存在差異的重要原因[1-2]。因此精確的膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷及分級(jí)是決定治療策略的基礎(chǔ)，并能夠幫助臨床制訂合理的治療計(jì)劃及判斷患者的預(yù)后[3-4]。磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)因其組織分辨率高、多序列成像及多參數(shù)成像的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為膠質(zhì)瘤術(shù)前診斷的首選方法。隨著MRI的發(fā)展，功能MRI在膠質(zhì)瘤分級(jí)及診斷中的應(yīng)用逐漸增多。本文將應(yīng)用磁共振功能成像中的動(dòng)脈自旋標(biāo)記灌注成像(Arterial spin labeling，ASL)、三維增強(qiáng)梯度回波T2*血管成像序列(Enhanced gradient echo T2 star weighted angiography，ESWAN)、體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像(Intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)綜合對(duì)膠質(zhì)瘤的精確診斷進(jìn)行評(píng)估。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

收集2014年1月—2016年2月在哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科住院的35位膠質(zhì)瘤患者，進(jìn)行常規(guī)MRI和功能MRI檢查，并建立了以下納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)首次發(fā)病，未進(jìn)行治療；(2)術(shù)后經(jīng)病理診斷證實(shí)為膠質(zhì)瘤；(3)圖像無(wú)偽影。共入組28位病人，其中男性14人，女性14人；年齡29～71歲，平均為50歲；低級(jí)別膠質(zhì)瘤患者6人，高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者22人。本研究經(jīng)過(guò)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)及所有患者同意并簽署知情同意書(shū)。

1.2 圖像參數(shù)

使用3T GEMRI(GE Singa EXCITE MRI)、標(biāo)準(zhǔn)8通道頭顱相控矩陣線圈。

1.2.1 常規(guī)MRI T1WI、T2WI、T2FLAIR均進(jìn)行軸位掃描；使用T1WI序列進(jìn)行軸位、矢狀位、冠狀位增強(qiáng)掃描，增強(qiáng)劑用Gd-DTPA，以0.1 mmol/kg注射。

1.2.2 IVIM 利用標(biāo)準(zhǔn)彌散加權(quán)自旋回波平面回波成像，TR：4500 ms，TE：113.8 ms，F(xiàn)OV：22 cm×22 cm，層厚4 mm，層數(shù)10，采用12個(gè)b值(0，10，20，50，100，200，400，800，1200，1600，2400，3000)，在三個(gè)矢量方向同時(shí)施加，采集次數(shù)也隨著b值增大而增大(b<200采集次數(shù)是2，b>200采集次數(shù)是4)。IVIM圖像在增強(qiáng)后并且隔一段時(shí)間再進(jìn)行掃描，總掃描時(shí)間是7分26秒。

1.2.3 3D-pCASL TR：4522 ms，TE：9.8 ms，TI：1525.0 ms，F(xiàn)OV：22 cm×22 cm，層厚4 mm，層數(shù)30，NEX=3，掃描時(shí)間4 min 22 s。

1.2.4 ESWAN 回波數(shù)為8，首個(gè)回波TE：4.0 ms，回波間隔約5.1～5.2 ms，TR：4000 ms，翻轉(zhuǎn)角為20°，NEX=0.7，層厚1 mm，層數(shù)124，F(xiàn)OV：24 cm×24 cm，掃描時(shí)間7 min 32 s。

1.3 圖像處理

在GE ADW4.5工作站Functool軟件上進(jìn)行后處理。

1.3.1 對(duì)ESWAN進(jìn)行處理，并在MinIP上顯示顱內(nèi)靜脈及出血灶，根據(jù)瘤內(nèi)磁敏感信號(hào)強(qiáng)度(ITSS)數(shù)目將其分級(jí)如下：(1)零級(jí)，無(wú)ITSS；(2)一級(jí)，1～5個(gè)點(diǎn)狀、線條狀I(lǐng)TSS；(3)二級(jí)，6～10個(gè)點(diǎn)狀、線條狀I(lǐng)TSS；(4)三級(jí)，11個(gè)及以上點(diǎn)狀、線條狀I(lǐng)TSS。

1.3.2 根據(jù)ESWAN、ASL及T1WI增強(qiáng)圖像，由兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的神經(jīng)放射學(xué)醫(yī)生協(xié)商分別在腫瘤及對(duì)側(cè)正常白質(zhì)部取2個(gè)ROIs，得出rCBF、D、D*、DDC、f值，ROIs面積為27～35 mm2，在腫瘤的實(shí)質(zhì)部分選取ROIs并盡量避開(kāi)腫瘤壞死、囊變、出血等區(qū)域；其中rCBF=腫瘤實(shí)性區(qū)最大CBF/對(duì)側(cè)半卵圓中心正常腦組織的CBF。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 3D-pCASL結(jié)果

rCBF值在高級(jí)別膠質(zhì)瘤中的分布范圍為1.85 mL/min/100 g～18.32 mL/min/100 g，低級(jí)別膠質(zhì)瘤的rCBF值分布范圍為1.77 mL/min/100 g～14.06 mL/min/100 g，由此可見(jiàn)rCBF值在高和低級(jí)別膠質(zhì)瘤中的分布跨度較大，并且范圍有交叉，不具有可比性。

2.2 ESWAN的結(jié)果

高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤組根據(jù)TISS數(shù)目進(jìn)行分級(jí)，可以發(fā)現(xiàn)高級(jí)別膠質(zhì)瘤組的ITSS偏大，但在零級(jí)也有分布；低級(jí)別膠質(zhì)瘤組的ITSS在三級(jí)也有分布，所以ESWAN的結(jié)果不足以區(qū)分兩組膠質(zhì)瘤患者(表1)。

表1 高級(jí)別和低級(jí)別膠質(zhì)瘤組ESWAN相位圖的ITSS級(jí)別分布Table 1 ESWAN functional imaging post-processing phase map minimum intensity projection in high and low grade gliomas distribution based on the ITSS classification

2.3 IVIM結(jié)果

在高級(jí)別膠質(zhì)瘤組，病灶側(cè)IVIM各參數(shù)值與對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)IVIM各參數(shù)值比較均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。在低級(jí)別膠質(zhì)瘤組，IVIM各參數(shù)中，只有D值相較于高級(jí)別膠質(zhì)瘤組的D值偏大(0.48±0.05×10-3mm2/svs.0.14±0.03×10-3mm2/s)，但因低級(jí)別膠質(zhì)瘤組入組例數(shù)較少未進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表2)。

表2 高級(jí)別膠質(zhì)瘤病人病灶側(cè)和對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)IVIM各參數(shù)的比較Table 2 Parameters description of IVIM in patients with high-grade gliomas and the contralateral normal brain tissues

3 討論

常規(guī)磁共振成像在區(qū)分高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤時(shí)不夠精確，其靈敏度介于55%～83%之間[5]。因此，多種磁共振功能成像方法被應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤的精確診斷，這些方法能觀察膠質(zhì)瘤的微觀結(jié)構(gòu)信息，如DWI能顯示細(xì)胞密度[6]，但是傳統(tǒng)DWI受許多因素的影響，因此IVIM-DWI被提出并應(yīng)用于膠質(zhì)瘤診斷分級(jí)[7-8]。由于灌注加權(quán)成像中非侵入檢查方法ASL結(jié)果與DCEMRI相似，故被用于膠質(zhì)瘤分級(jí)[9-12]。因?yàn)榱鰞?nèi)血管增殖及微出血隨著星形細(xì)胞腫瘤惡性程度的升高而顯著出現(xiàn)，所以我們用ESWAN顯示瘤內(nèi)小血管及微出血灶以根據(jù)ITSS數(shù)目對(duì)其進(jìn)行分級(jí)。單一的功能MRI方法不能夠完整的展現(xiàn)出腦腫瘤的結(jié)構(gòu)、功能及分子方面的信息。先前也已有磁共振功能成像在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級(jí)評(píng)估的研究并取得了一些成果，但是由于各種磁共振功能成像技術(shù)都有其特殊傾向及不足之處，因此目前大多學(xué)者開(kāi)始認(rèn)為將多種技術(shù)有效結(jié)合才是目前精確診斷膠質(zhì)瘤的趨勢(shì)[13]。本研究采用3D-pCASL、ESWAN、IVIM多種磁共振功能成像序列對(duì)腦膠質(zhì)瘤的組織信息進(jìn)行評(píng)估。

本研究rCBF值在高和低級(jí)別膠質(zhì)瘤中的分布跨度較大，并且范圍有交叉，可能是不同級(jí)別腫瘤的增生血管存在一定的差異，在Furtner等[14]的研究也顯示了廣泛的灌注值在高低級(jí)別組中有重疊的灌注范圍，這和本研究有一定的相似性。研究者認(rèn)為出血灶的形成會(huì)對(duì)IVIM各參數(shù)值的測(cè)定有一定的影響，高級(jí)別膠質(zhì)瘤通常存在大量血管及出血區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)富含大量脫氧血紅蛋白，在SWI圖像上會(huì)將其明顯呈現(xiàn)出來(lái)[15]。ESWAN擁有SWI的特點(diǎn)，可以很好的顯示腫瘤內(nèi)的出血灶及小血管影；使用ESWAN結(jié)合ASL以盡量避免出血對(duì)IVIM測(cè)定的影響，此外，也能以此在血供異常高的區(qū)域劃定測(cè)量區(qū)域，更精確的檢測(cè)IVIM的在高級(jí)別膠質(zhì)瘤的數(shù)值。

在對(duì)IVIM的D、D*、f、DDC值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)高級(jí)別膠質(zhì)瘤組的D、D*、f、DDC值與對(duì)側(cè)正常腦組織相比都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表觀彌散系數(shù)(ADC)會(huì)受腫瘤細(xì)胞和血管的影響，在膠質(zhì)瘤的診斷時(shí)受限，D值能消除灌注的影響，或許能更真實(shí)的反映出彌散系數(shù)[16]，本研究中腫瘤實(shí)質(zhì)的D值均高于對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)，這與Castillo等[17]的研究一致。本研究采用13個(gè)b值，范圍跨度也較大，由于對(duì)IVIM所選用b值個(gè)數(shù)、范圍大小沒(méi)有一個(gè)確切的定義，研究結(jié)果也不盡相同，因此b值的個(gè)數(shù)和范圍還需進(jìn)一步的研究。低級(jí)別膠質(zhì)瘤組IVIM的D值為0.48±0.05×10-3mm2/s，與高級(jí)別膠質(zhì)瘤組0.14±0.03×10-3mm2/s相比數(shù)值偏大，但因低級(jí)別膠質(zhì)瘤組入組例數(shù)較少，未進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在接下來(lái)的研究中應(yīng)提高樣本量并針對(duì)兩組不同級(jí)別膠質(zhì)瘤的IVIM各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

本研究存在不足之處，首先，入組病例數(shù)不足，沒(méi)有對(duì)低級(jí)別膠質(zhì)瘤進(jìn)行分析，下一步的研究應(yīng)擴(kuò)大樣本量，完成對(duì)低級(jí)別膠質(zhì)瘤組的統(tǒng)計(jì)分析并進(jìn)一步探討IVIM對(duì)不同級(jí)別膠質(zhì)瘤及不同膠質(zhì)瘤亞型診斷的精確性。其次，本研究采用的是ASL序列、ESWAN序列及T1WI增強(qiáng)圖像確定腫瘤實(shí)質(zhì)部分，是否符合病理切片的位置，還需要進(jìn)一步的證實(shí)。因?yàn)閱为?dú)采用某種磁共振功能成像對(duì)膠質(zhì)瘤診斷及分級(jí)評(píng)估仍存在缺陷，故多種磁共振功能成像聯(lián)合應(yīng)用勢(shì)必是未來(lái)的趨勢(shì)。

綜上所述，本研究采用多種磁共振功能成像序列協(xié)同分析膠質(zhì)瘤，可以避免腫瘤的異質(zhì)性，顯著提高了磁共振檢查對(duì)高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤實(shí)性部分的識(shí)別能力及精確性。

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Functionalmagneticresonanceimagingintheaccuratediagnosisofgliomas

WANGWei，SUNPeng，LIUYanshu，LILulu，LIUZhilan，ZHANGYuanli，ZHANGYujing

Department of MRI，The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University，Harbin 150001，China

ObjectiveThe aim of this study was to evaluate the glioma using the variety of functional magnetic resonance imaging(fMRI)，and to perform a more accurate preoperative diagnosis of gliomas.MethodsThirty-five patients with gliomas confirmed by pathology were examined by magnetic resonance imaging(MRI)and functional MRI.Rapid diffusion coefficient(D*)，Slow diffusion coefficient(D)，perfusion fraction(f)and distribution diffusion coefficient(DDC)in the intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging(IVIM-DWI)were analyzed statistically.ResultsThe mean values of D*，D，f and DDC in the IVIM sequence of the patients with high-grade of gliomas were statistically significant when compared to the IVIM values of the contralateral normal brain tissues(P<0.05).ConclusionA variety of magnetic resonance functional imaging sequences are used to analyze gliomas，which can avoid tumor heterogeneity and improve the recognition ability and accuracy of magnetic resonance imaging in high grade gliomas.

Gliomas；Magnetic resonance imaging；Intravoxel incoherent motion；Enhanced gradient echo T2 star weighted angiography；Arterial spin labeling.

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12531244)

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院磁共振室(哈爾濱 150001)

王巍，女，(1972-)，博士，主任醫(yī)師，從事磁共振在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的研究。

王巍，E-mail：1391082196@qq.com

R445.2

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.06.008

(收稿：2017-05-07)