3D-ASL與DSC-PWI在腦腫瘤灌注成像中的一致性分析

陳世林，王麗英，王 莉，鄭長寶，楊開志

海南省腫瘤醫(yī)院放射科，海南 ?？?70300

多種成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于觀察腦組織的血流灌注情況，包括PET、MRI灌注成像、血氧水平依賴功能磁共振成像（BOLD-fMRI）及CT 灌注成像等。目前應(yīng)用于腦部主要MR灌注成像方法是DSC和ASL掃描兩種技術(shù)。隨著技術(shù)進(jìn)步，3D-ASL技術(shù)作為一種新的無創(chuàng)的不需注射外源性對比劑的容積灌注成像方法，突破了傳統(tǒng)2D ASL的各種局限。它從各個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)整合，憑借其完善的背景抑制、高效的數(shù)據(jù)采集、較高的信噪比以及準(zhǔn)確的定量分析等優(yōu)勢，對CBF的變化提供了重要的信息，已廣泛應(yīng)用于臨床。由于3D-ASL具有無需外源對比劑、成本低和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域有取代DSC-PWI 技術(shù)的趨勢。有關(guān)3D-ASL 和DSC-PWI兩種技術(shù)在腦缺血性疾病方面的一致性已得到很多學(xué)者的證實(shí)［1-3］，兩種技術(shù)在腦腫瘤的灌注成像的一致性如何？在腦腫瘤的灌注成像中3D-ASL技術(shù)能否取代DSC-PWI技術(shù)？目前其對檢測腦腫瘤灌注的敏感性跟DSC-PWI的一致性尚不清楚。本研究旨在探討3D-ASL和DSC-PWI兩種灌注成像方法對評估常見的腦腫瘤灌注的一致性，為3D-ASL法評估腦腫瘤灌注的準(zhǔn)確性提供依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

收集我院自2018年10月～2020年12月間腦腫瘤患者19例資料，年齡22～70歲，平均47.5歲，男11例，女8 例。所有病例均經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)，其中膠質(zhì)瘤9 例（WHO 分級Ⅰ～Ⅱ級3 例，Ⅲ～Ⅳ級6例），腦膜瘤5例，血管母細(xì)胞瘤2例，轉(zhuǎn)移瘤2例，海綿狀血管瘤1例。

1.2 檢查方法

使用GE Discovery MR750w 3.0 T 超導(dǎo)磁共振儀，8通道相控陣頭部線圈。所有受檢者均先行常規(guī)頭部平掃和DWI掃描，然后行軸位3D-ASL和DSC 掃描。最后行常規(guī)T 1增強(qiáng)掃描了解病變有無異常強(qiáng)化區(qū)域。3D-ASL掃描采用背景抑制、假連續(xù)性標(biāo)記、螺旋K空間填充的快速自旋回波成像序列。掃描參數(shù)為：TR 4632 ms，TE 10.5 ms，采集與標(biāo)記時(shí)間間隔（PLD）15、25 ms，激勵(lì)次數(shù)3，視野24 cm×24 cm，矩陣96×96，層厚4 mm，層數(shù)36 層，掃描時(shí)間4 min 29 s。DSC掃描采用T2*加權(quán)單次激發(fā)梯度回波平面回波成像（GRE EPI）序列。掃描參數(shù)為：TR 1800 ms，TE 12.3 ms，翻轉(zhuǎn)角90，激勵(lì)次數(shù)1，視野24 cm×24 cm，矩陣128×96，層厚5 mm，層間距1.5 mm，層數(shù)22 層，采集時(shí)間1 min 30 s。對比劑為Gd-DTPA，使用MRI高壓注射器經(jīng)肘靜脈以4.5 mL/s的流率注射，劑量0.1 mmol/kg 體質(zhì)量，然后以相同的流率注射等量生理鹽水。

1.3 圖像分析

應(yīng)用GE AW4.6工作站的Functool 軟件進(jìn)行圖像分析與數(shù)據(jù)處理，ASL 和DSC 2 種方法分別自動獲取CBF 和rCBF彩圖。請有5年以上神經(jīng)系統(tǒng)診斷工作經(jīng)驗(yàn)的MRI診斷醫(yī)師觀察2種方法下的腫瘤異常灌注區(qū)域，在腫瘤實(shí)體部分不同層面選定3個(gè)感興趣區(qū)（ROI）并獲得相應(yīng)瘤灶區(qū)的腦血流量，ASL 和DSC 2 種方法所選感興趣區(qū)的位置相對應(yīng)。比較各感興趣區(qū)腦組織的CBF 和rCBF 的測量結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包對兩種方法測得的CBF值和rCBF值進(jìn)行pearson相關(guān)分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同類型腦腫瘤兩種灌注成像感興趣區(qū)的測量結(jié)果

本研究測量并記錄了19例患者57個(gè)感興趣區(qū)不同類型腫瘤3D ASL CBF 值和DSC rCBF 值（表1）。3D ASL 所測得的CBF 值顯著高于DSC 所測得的rCBF（圖1～2，P＜0.05）。兩種成像技術(shù)下相同區(qū)域內(nèi)所測得的CBF值與rCBF值相關(guān)性分析結(jié)果為r=0.826，P=0.005，兩者的相關(guān)性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 左顳葉多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（WHOⅣ級）Fig.1 Glioblastoma multiforme in the left temporal lobe(WHO IV).A:T1 enhancement showing obvious ring enhancement in the lesions.B,C:3D ASL (B) and DSC (C)showing the enhanced area of the left temporal lobe with hyperperfusion.

表1 不同類型腦腫瘤3DASL測得的CBF 平均值和DSC 測得的rCBF 平均值Tab.1 Mean values of CBF measured by 3D ASL and rCBF measured by DSC in different types of brain tumors

2.2 不同類型腦腫瘤兩種灌注成像結(jié)果

本研究中高級別膠質(zhì)瘤的CBF和rCBF 值均較低級別膠質(zhì)瘤高。腦膜瘤CBF值除了與分級有關(guān)，還與分型有較大關(guān)系。兩例轉(zhuǎn)移瘤均為肺癌轉(zhuǎn)移，兩種測量方法均表現(xiàn)為高灌注。兩例血管母細(xì)胞瘤均位于小腦半球，可見強(qiáng)化實(shí)性結(jié)節(jié)，囊性部分均呈低灌注，實(shí)性部分呈明顯高灌注。一例小腦海綿狀血管瘤，兩種灌注成像均呈低灌注。

3 討論

腫瘤血管的生成在腫瘤的發(fā)展和惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移過程中起著至關(guān)重要的作用，是評價(jià)腫瘤良惡性的最重要的生物學(xué)標(biāo)記，甚至腫瘤惡性程度的分級也與腫瘤血管有著緊密聯(lián)系［4］，所以評價(jià)腫瘤良惡性的最準(zhǔn)確的影像學(xué)依據(jù)是灌注成像［5-7］。灌注成像能評價(jià)腫瘤血管，這對腫瘤的生物學(xué)行為如生長快慢、侵襲性的判斷有著非常重要的價(jià)值［8］。此外，病變灌注的改變是評價(jià)療效的重要指標(biāo)［9］。

圖2 右額葉內(nèi)皮型腦膜瘤（WHOⅠ級）Fig.2 Endothelial meningioma of the right frontal lobe (WHO I).A:T1 enhancement showing homogeneous enhancement of the lesions.B,C:3D ASL (B) and DSC (C)showing the lesions in the right frontal lobe with abnormal hyperperfusion.

DSC是目前臨床用于腦腫瘤灌注的主要評估技術(shù)，也被稱為磁共振灌注成像的金標(biāo)準(zhǔn)。而ASL技術(shù)是將人體血液內(nèi)可自由擴(kuò)散的水分子作為內(nèi)源性示蹤劑進(jìn)行磁共振灌注成像的技術(shù)［10,11］，隨著3T高場MRI和3D 采集等新技術(shù)的應(yīng)用，由于其完全無創(chuàng)、無需外源性對比劑，重復(fù)操作性強(qiáng)、可定量灌注值及不受血腦屏障限制等優(yōu)點(diǎn)，而逐漸在臨床得到廣泛應(yīng)用［12-16］。

盡管3D ASL 技術(shù)在臨床得到廣泛應(yīng)用，但3D ASL技術(shù)對CBF 的定量分析尚處于研究階段，而且主要用于腦缺血的研究領(lǐng)域［17-19］，而在腦腫瘤的灌注成像常常采用的是DSC-PWI，其中rCBV為DSC-PWI中最有效的參數(shù)［20］，隨著3D-ASL技術(shù)的改進(jìn)，3D-ASL在腦腫瘤的灌注應(yīng)用越來越廣泛［21-24］。本研究將3D ASL與DSC-PWI兩種技術(shù)用于19例常見腫瘤的灌注成像，并一一對照，以評估兩種灌注技術(shù)的一致性，以便評估3D-ASL技術(shù)在腦腫瘤灌注的準(zhǔn)確性以及是否可代替DSC-PWI用于腦腫瘤灌注成像。本研究中我們發(fā)現(xiàn)對同一腫瘤3D ASL法測得的CBF值顯著高于DSC法測得的rCBF，這與近期的一些研究結(jié)果相一致［25,26］。分析兩種技術(shù)所測量結(jié)果的數(shù)值不一致的原因在于兩者的技術(shù)原理和模型算法不一樣，3DASL成像技術(shù)是利用內(nèi)源性示蹤劑，標(biāo)記的是水分子，而DSC是通過外源性示蹤劑，利用的是對比劑強(qiáng)T2*效應(yīng)，對比劑是無法通過血腦屏障的，T2*的變化與對比劑濃度相關(guān)，得到的灌注參數(shù)是相對值。另外，注入人體的Gd-DTPA為順磁性物質(zhì)，降低組織T1值，而3DASL不要標(biāo)記容積和原始容積組織的T1 值，加之兩者模型算法也不一樣，故兩種方法所測得的數(shù)值不一樣。本研究的9例膠質(zhì)瘤，其中WHO Ⅲ～Ⅳ級6例，WHOⅠ～Ⅱ級3例，兩間的CBF值存在顯著差異，研究結(jié)果與報(bào)道相一致，反映了3D ASL 技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤分級中的潛在價(jià)值［27］。5 例腦膜瘤15 個(gè)感興趣區(qū)平均CBF 值為（102.54±8.07）mL·min-1·100g-1，而海綿狀血管瘤CBF值為（11.79±3.51）mL·min-1·100 g-1，這是由于海綿狀血管瘤病理是擴(kuò)大的血管腔隙，腫瘤缺乏新生血管，因而在灌注上表現(xiàn)為低灌注，這與Weber等［28］研究結(jié)果相一致。另外，本研究發(fā)現(xiàn)不同類型的腦腫瘤在灌注成像上有不同的特征，這與文獻(xiàn)報(bào)道利用灌注成像鑒別類似轉(zhuǎn)移瘤的多發(fā)性硬化病灶［29］，淋巴瘤與分化差的膠質(zhì)瘤［30］類似，我們可以利用灌注特征進(jìn)行病變的鑒別診斷。我們在研究中發(fā)現(xiàn)腦膜瘤的CBF值除了與分級相關(guān)，還與腦膜瘤的不同亞型相關(guān)，由于本組腦膜瘤病例數(shù)較少，需要在接下來收集更多病例進(jìn)行進(jìn)一步分析。同時(shí)我們在研究中發(fā)現(xiàn)一例膠質(zhì)瘤術(shù)后復(fù)發(fā)的病例，術(shù)后病理為3級，但3DASL呈低灌注改變，可能是因?yàn)椴糠指呒墑e膠質(zhì)瘤局部新生血管迂曲，局部血流緩慢，導(dǎo)致灌注信息延遲，或者是腦灌注壓改變所致，這也說明3D ASL技術(shù)參數(shù)單一和干擾因素大。本研究中因納入病例數(shù)有限，分型、分級不全面，其次我們?nèi)藶榉胖肦OI，都會帶來誤差，加上3D ASL法測量的CBF數(shù)據(jù)的相關(guān)文獻(xiàn)也較少，3DASL所測的CBF值還有待更多的對照研究來進(jìn)行深入分析。本研究結(jié)果顯示CBF與rCBF兩組數(shù)據(jù)呈顯著相關(guān)性（r=0.826，P=0.005），說明兩種技術(shù)在腦腫瘤灌注方面的評價(jià)具有較好的一致性，與國外最新研究結(jié)果相似［31］，本研究也顯示3D ASL技術(shù)可以代替DSC-PWI用于顱腦腫瘤的灌注，特別是對腎功能不全的患者以及需要多次重復(fù)進(jìn)行灌注掃描的患者提供了一個(gè)安全無創(chuàng)的檢查方法。