磁共振T1、T2 值在腦膠質(zhì)瘤分級(jí)及細(xì)胞增殖活性預(yù)測(cè)中的臨床價(jià)值

謝佳培，張衛(wèi)東，朱婧怡，吳業(yè)君，楊帆，肖亮*

作者單位：1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院，沈陽110000；2.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，沈陽110000

腦膠質(zhì)瘤是顱內(nèi)最常見的原發(fā)腫瘤，可分為高級(jí)別膠質(zhì)瘤(high grade glioma，HGG)和低級(jí)別膠質(zhì)瘤(low grade glioma，LGG)兩類。不同級(jí)別的腦膠質(zhì)瘤，其增殖活性及惡性程度不同，HGG和LGG的區(qū)分，有助于治療方案制定和預(yù)后評(píng)估［1-2］。Ki-67是一種增殖細(xì)胞相關(guān)的核抗原，可以反映腫瘤細(xì)胞的增殖活性［3］，與腫瘤的分化程度、浸潤和預(yù)后密切相關(guān)［4-5］。然而，腦膠質(zhì)瘤的分級(jí)和Ki-67標(biāo)記指數(shù)(Ki-67 LI)的檢測(cè)有賴于組織活檢或手術(shù)切除組織，因此，術(shù)前無創(chuàng)預(yù)測(cè)腦膠質(zhì)瘤分級(jí)及Ki-67表達(dá)水平具有重要的臨床意義。

磁共振成像為診斷腦膠質(zhì)瘤主要的影像學(xué)檢查，而常規(guī)MRI缺乏標(biāo)準(zhǔn)的、可量化的參數(shù)，對(duì)腦膠質(zhì)瘤分級(jí)及增殖活性的評(píng)估有一定的局限性。測(cè)量T1、T2 值的方法很早就有，但由于采集時(shí)間長等原因，多用于實(shí)驗(yàn)研究，尚未應(yīng)用于臨床。多對(duì)比度一站式弛豫定量技術(shù)(magnetic resonance imaging compilation，Magic)可以從一次掃描中得到多種不同對(duì)比度的圖像，大大減少了掃描時(shí)間，同時(shí)可以獲得具有組織弛豫特性的定量指標(biāo)T1、T2 值［6-7］，從而為疾病的定量診斷提供更多的信息。研究表明，Magic 序列具有可與常規(guī)掃描相媲美的圖像質(zhì)量［7］，然而，T1、T2 值對(duì)于腦膠質(zhì)瘤分級(jí)及增殖活性的預(yù)測(cè)少有報(bào)道。本研究中，對(duì)腦膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行Magic掃描，定量分析T1、T2 值，評(píng)價(jià)其在病理分級(jí)及細(xì)胞增殖活性預(yù)測(cè)中的診斷價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 一般材料

收集2018年10月至2020年8月于中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科進(jìn)行顱腦MRI掃描，經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)為腦膠質(zhì)瘤的患者36例，其中男19例，女17例，年齡29～69歲，平均年齡為52.4歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)患者術(shù)前接受Magic 序列掃描；(2)患者在行MRI 檢查前未接受與腫瘤相關(guān)的任何治療；(3)術(shù)后病理證實(shí)為膠質(zhì)瘤患者，免疫組化結(jié)果可獲得；(4)所有患者的MRI 檢查與手術(shù)間隔均小于1 周。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)腦膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)患者；(2)圖像偽影重，影響結(jié)果評(píng)估。按照2007 年WHO 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［8］，其中高級(jí)別(Ⅲ、Ⅳ級(jí))有21 例，低級(jí)別(Ⅰ、Ⅱ級(jí))有15 例。倫理委員會(huì)免除倫理審查。所有病例均簽署磁共振檢查知情同意書。

1.2 數(shù)據(jù)采集

所有患者均在帶有21 通道頭部線圈的3.0 T MRI系統(tǒng)(GE公司3.0 T Pioneer，美國)上進(jìn)行MRI掃描。Magic 序列取軸位，增強(qiáng)前后各掃一次，其掃描參數(shù)均為：TR 4000 ms，TE 19ms，層厚5 mm，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，矩陣320×192，回波長度16，激勵(lì)次數(shù)2，掃描時(shí)間4 min 32 s。對(duì)比劑為釓特酸葡胺，劑量為0.1 mmol/kg，經(jīng)肘靜脈注入。注射對(duì)比劑后8 min進(jìn)行Magic對(duì)比增強(qiáng)掃描。

1.3 圖像后處理及參數(shù)測(cè)量

Magic 序列直接在主掃描控制臺(tái)處理，自動(dòng)生成T1 mapping、T2 mapping，在增強(qiáng)后的T1WI 圖像上，選擇腫瘤實(shí)質(zhì)內(nèi)強(qiáng)化明顯且均勻的部分(若無強(qiáng)化，選擇T2 FLAIR 上等或高信號(hào)區(qū)域)，及對(duì)側(cè)鏡像部位的正常腦白質(zhì)，并避開壞死、出血、囊變和鈣化等區(qū)域，病變及對(duì)側(cè)分別勾畫3～5 個(gè)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，其大小、數(shù)量均保持一致。測(cè)量各ROI 增強(qiáng)前T1 值(T1-pre)、T2 值(T2-pre)及增強(qiáng)后的T1 值(T1-Gd),取平均值,并計(jì)算增強(qiáng)前后的T1 差值(ΔT1)、T1 值 變化 百 分比(ΔT1/T1-pre×100%)。對(duì)Magic定量參數(shù)進(jìn)行校正處理,用腫瘤區(qū)參數(shù)值除對(duì)側(cè)鏡像部位正常腦組織參數(shù)值,得到增強(qiáng)前T1 比值(ratio of T1-pre,rT1-pre)、T2 比 值(ratio of T2-pre, rT2-pre) 及增強(qiáng)后T1 比值(ratio of T1-Gd,rT1-Gd)。

1.4 病理檢查

術(shù)后取腦膠質(zhì)瘤標(biāo)本實(shí)質(zhì)部分進(jìn)行HE 染色及Ki-67 免疫組化染色，作出病理診斷。使用Ki-67 抗體進(jìn)行Ki-67蛋白的免疫組化分析，細(xì)胞核內(nèi)出現(xiàn)棕褐色染色顆粒表示Ki-67染色陽性，對(duì)陽性細(xì)胞染色最高的區(qū)域進(jìn)行計(jì)數(shù)。根據(jù)5 個(gè)高倍鏡視野的平均陽性細(xì)胞率，以百分?jǐn)?shù)表示Ki-67 LI，代表腫瘤細(xì)胞的增殖活性。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行分析，各組進(jìn)行正態(tài)分布及方差齊性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布及方差齊者以±s表示，不符合正態(tài)分布的用中位數(shù)(上、下四分位數(shù))表示。用Spearson 相關(guān)分析分析各項(xiàng)Magic參數(shù)值及Ki-67 LI之間的相關(guān)性；采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)或Mann-Whitney U 檢驗(yàn)分析腦膠質(zhì)瘤高低級(jí)別組間Magic 參數(shù)值及Ki-67 LI 之間的差別。當(dāng)P＜0.05 時(shí)，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。對(duì)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的MRI 參數(shù)進(jìn)行ROC 曲線分析得出最佳診斷閾值，從而獲得診斷的敏感度、特異度及曲線下面積。

2 結(jié)果

2.1 高低級(jí)別組間Magic定量參數(shù)及Ki-67 LI的差異

高級(jí)別組膠質(zhì)瘤T1-pre (P=0.006)、ΔT1 (P=0.001)、T1 值變化百分比(P=0.003)、Ki-67 LI (P=0.000)明顯高于低級(jí)別組,T1-Gd (P=0.006)、rT1-Gd(P=0.007)低于低級(jí)別組,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。rT1-pre、T2-pre、rT2-pre 在兩組之間無明顯差異(表1)。ROC 曲線分析可得T1-pre、T1-Gd、rT1-Gd、ΔT1、T1 值變化百分比曲線下面積分別為0.759、0.752、0.746、0.816、0.790 (表2),其中ΔT1 對(duì)區(qū)分高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤的效能最好,其最佳診斷閾值為373.25 ms,敏感度為90.5%,特異度為60%,P=0.001。高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤的常規(guī)MRI、T1 mapping、T2 mapping及免疫組化病理切片如圖1、2所示。

2.2 腦膠質(zhì)瘤Magic定量參數(shù)與Ki-67 LI間的相關(guān)性

T1-pre (r=0.502,P=0.002)、rT1-pre (r=0.331,P=0.048)、T1-Gd (r=-0.351,P=0.036)、ΔT1 (r=0.537,P=0.001)、T1 值變化百分比(r=0.473,P=0.004)均與Ki-67 LI 具有顯著相關(guān)性,均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。此外,其余各項(xiàng)參數(shù)與Ki-67 LI 無明顯相關(guān)性,詳見表3。

表1 高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤Magic參數(shù)及Ki-67 LI的比較結(jié)果Tab.1 Comparison of Magic parameters and Ki-67 LI between high and low grade glioma

表2 Magic參數(shù)及Ki-67 LI在最佳截?cái)嘀祬^(qū)分高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤的敏感度、特異度、曲線下面積Tab.2 Sensitivity,specificity and area under the curve of Magic parameters and Ki-67 LI for distinguishing high and low grade gliomas under the optimal truncation value

表3 Magic參數(shù)與KI-67 LI的相關(guān)性Tab.3 Correlation between Magic parameters and KI-67 LI

3 討論

3.1 影像學(xué)檢查在腦膠質(zhì)瘤分級(jí)及腫瘤細(xì)胞增殖活性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

磁共振成像是臨床常用的影像學(xué)檢查，其信號(hào)強(qiáng)度受很多因素影響，直接測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度的絕對(duì)值并不能精確地反映組織特性。常規(guī)的MRI 無法獲得組織的T1、T2值，對(duì)腦膠質(zhì)瘤分級(jí)的評(píng)估具有一定的主觀性。Law 等［9］對(duì)160 例膠質(zhì)瘤患者的常規(guī)MRI 進(jìn)行了分析，包括八個(gè)指標(biāo)：對(duì)比劑增強(qiáng)、邊界清晰度、腫塊效應(yīng)、信號(hào)強(qiáng)度的不均一性、出血、壞死、水腫程度、累及胼胝體或越過中線。綜合分析發(fā)現(xiàn)常規(guī)MRI檢測(cè)HGG 的敏感度為72.5%，特異度為65.0%。此外，功能磁共振技術(shù)可以對(duì)腦膠質(zhì)瘤進(jìn)行分級(jí)及預(yù)測(cè)腫瘤細(xì)胞的增殖活性。Bai 等［10］對(duì)69 例膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行擴(kuò)散加權(quán)成像和擴(kuò)散峰度成像，發(fā)現(xiàn)平均峰度值(mean kurtosis，MK)在鑒別HGG 與LGG 方面具有更顯著的診斷效能，可作為膠質(zhì)瘤分級(jí)的最佳擴(kuò)散參數(shù)。Zhang等［11］發(fā)現(xiàn)MK與Ki-67 LI顯著相關(guān)(r=0.791，P＜0.001)，在無創(chuàng)性評(píng)估腫瘤細(xì)胞增殖方面有很大的潛力。Fudaba 等［12］發(fā)現(xiàn)Cho/Cr、Lac/Cr 與Ki-67 LI 成正相關(guān)(r=0.461、0.418)，兩者可對(duì)HGG 與LGG 進(jìn)行區(qū)分差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Jain 等［13］采用動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI 對(duì)腦膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行掃描并測(cè)量相對(duì)腦血容量(relative CBV，rCBV)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)rCBV 可以鑒別HGG 與LGG，并 與Ki-67 LI 正 相 關(guān)(r=0.580)。Suh等［14］進(jìn)行了一項(xiàng)Meta 分析，發(fā)現(xiàn)酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像的信號(hào)強(qiáng)度與Ki-67 LI 的相關(guān)系數(shù)在0.430～0.597 之間，呈中度相關(guān)。但這些成像方法存在掃描時(shí)間長或圖像后處理復(fù)雜等問題，具有一定的限度。

3.2 定量T1、T2值在腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的應(yīng)用

高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤相較于低級(jí)別其惡性程度更高，惡性程度高的腫瘤具有更多的異質(zhì)性組織結(jié)構(gòu)［15］，兩者組織成分的比例不同，相應(yīng)的T1、T2 值也可能存在差異，定量測(cè)量T1、T2值對(duì)評(píng)估腦膠質(zhì)瘤分級(jí)可能具有一定的臨床價(jià)值。

T1弛豫時(shí)間是MRI的一個(gè)基本的物理量，主要受間質(zhì)含水量的影響［16］。本研究發(fā)現(xiàn)，高級(jí)別膠質(zhì)瘤的T1-pre、ΔT1、T1 值變化百分比高于低級(jí)別膠質(zhì)瘤，T1-Gd、rT1-Gd 低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤。這與王佳男等［17］的研究結(jié)果基本一致，他們發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)后T1 值及增強(qiáng)后T1 值變化的百分比可以區(qū)分HGG 與LGG，但他們發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)前T1值在區(qū)分高低級(jí)別膠質(zhì)瘤時(shí)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能是與病例樣本量較少有關(guān)。經(jīng)ROC曲線分析得到ΔT1 對(duì)區(qū)分HGG、LGG 的效能最高，當(dāng)ΔT1≥373.25 ms 時(shí)，傾向于高級(jí)別膠質(zhì)瘤的診斷。因此ΔT1可以作為膠質(zhì)瘤分級(jí)診斷的最佳指標(biāo)。

Hattingen等［18］強(qiáng)調(diào)了T2 mapping的重要性，他們發(fā)現(xiàn)相比于常規(guī)MRI，T2 mapping 可以通過T2 弛豫時(shí)間的變化，更早的檢測(cè)到腫瘤的進(jìn)展。然而，在鑒別高、低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤方面尚未發(fā)現(xiàn)T2 值的應(yīng)用價(jià)值，Kern等［19］對(duì)定量T2 mapping進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤的T2 值高于Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤，但無顯著性差異。這與本研究結(jié)果一致，本研究結(jié)果顯示T2-pre、rT2-pre 在高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤組間無差異，王佳男等［17］的研究也未發(fā)現(xiàn)T2 值在鑒別高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤上的價(jià)值。因此，目前尚不能根據(jù)T2 值來區(qū)分高低級(jí)別膠質(zhì)瘤。

此外，本組結(jié)果顯示Ki-67 LI 可以區(qū)分HGG、LGG，這與以往的研究一致［20-21］，可見Ki-67 LI 對(duì)腦膠質(zhì)瘤的分級(jí)也有一定的臨床意義。

3.3 定量T1、T2 值在腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

在腦膠質(zhì)瘤中，Ki-67 常作為表達(dá)腫瘤細(xì)胞增殖活性的生物標(biāo)志物，Ki-67 LI 越高，腫瘤細(xì)胞的增殖活性越高［21］。腫瘤的增殖活性不同，其組織間水分含量也有不同，T1 弛豫時(shí)間主要受組織間水分含量的影響［22］。因此，不同增殖活性的腦膠質(zhì)瘤，所引起的T1值的變化存在一定的差異。

在以往的研究中，Olsen 等［23］采用自旋回波脈沖序列1H-MRI 對(duì)人類黑色素瘤異種移植株A-07、D-12、R-18、U-25 的T1、T2 弛豫時(shí)間進(jìn)行了研究，以腫瘤體積倍增時(shí)間(volume doubling time,Tvol)、潛在倍增時(shí)間(potential doubling time,Tpot)及S 期腫瘤細(xì)胞的比例表示增殖活性，發(fā)現(xiàn)高增殖活性腫瘤的T1、T2 弛豫時(shí)間高于低增殖活性腫瘤。這與我們的研究基本一致，本研究發(fā)現(xiàn)T1-pre、rT1-pre 與Ki-67 LI 呈正相關(guān)，T1-pre、rT1-pre 與腦膠質(zhì)瘤的增殖活性正相關(guān)，這在以往的研究中鮮有報(bào)道。然而本研究發(fā)現(xiàn)T2-pre、rT2-pre 與Ki-67 LI 之間無相關(guān)性，這可能是由于膠質(zhì)瘤為惡性腫瘤，腫瘤內(nèi)的成分較復(fù)雜，而T2 值尚不足以區(qū)分出兩者的差別。靜脈注入對(duì)比劑后，可通過受損的血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)病變組織，或滯留于病灶內(nèi)緩慢的血流中。病灶是否強(qiáng)化以及強(qiáng)化的程度，與病變組織血供是否豐富以及血腦屏障被破壞的程度有關(guān)。因此，高度惡性的膠質(zhì)瘤血腦屏障破壞嚴(yán)重，T1 縮短比低度惡性膠質(zhì)瘤明顯。本研究結(jié)果顯示ΔT1 與Ki-67 LI 呈正相關(guān)，T1-Gd 與Ki-67 LI 呈負(fù)相關(guān)，表明增殖活性越強(qiáng)，T1 縮短越多，T1-Gd 越低，增強(qiáng)前后T1 值變化越大。由此可見ΔT1值有望成為表達(dá)腫瘤細(xì)胞增殖活性的影像學(xué)指標(biāo)。

因此，定量測(cè)量T1 值在腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖預(yù)測(cè)中有一定的意義。此外，傳統(tǒng)的活檢方法其準(zhǔn)確性會(huì)受到抽樣誤差的影響［24-25］，并且由于腫瘤的異質(zhì)性，組織病理學(xué)檢查只能反映所取標(biāo)本的生物學(xué)特性，而不能反映整個(gè)腫瘤的生物學(xué)特性［26］，導(dǎo)致腫瘤分級(jí)不準(zhǔn)確。本研究結(jié)果ΔT1 與Ki-67 LI 呈正相關(guān)，在臨床上可為穿刺活檢的確定提供一定的幫助；同時(shí)也可指導(dǎo)放射治療照射野范圍的確定。

3.4 研究的局限性

本研究存在的不足：本研究的樣本量較少，尤其是低級(jí)別膠質(zhì)瘤的患者數(shù)量較少，需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量；本研究ROI 的選擇采取多層面采樣，并取平均值，盡可能與Ki-67 LI一致，然而未能做到與病理標(biāo)本的取材一一對(duì)應(yīng)，因此所得結(jié)果可能出現(xiàn)一定的偏差。本研究對(duì)所取ROI的平均值進(jìn)行了研究，忽略了腫瘤的異質(zhì)性，Matsuda 等［27］發(fā)現(xiàn)在乳腺癌患者中，增強(qiáng)后T1 值的標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)預(yù)測(cè)Ki-67 的表達(dá)水平有一定的幫助，這種關(guān)系可能在腦膠質(zhì)瘤中也存在，需要進(jìn)一步的研究。

3.5 結(jié)論

綜上所述，Magic 掃描可以從一次掃描中得到多種不同對(duì)比度的圖像，明顯縮短掃描時(shí)間，使定量測(cè)量T1、T2 弛豫時(shí)間應(yīng)用于臨床成為可能。T1 弛豫時(shí)間與腦膠質(zhì)瘤的分級(jí)、增殖活性之間存在相關(guān)性，可以預(yù)判腦膠質(zhì)瘤的分級(jí)及增殖活性，有助于臨床治療方案的制訂及預(yù)后判斷。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。