磁敏感加權(quán)成像用于診斷及治療膠質(zhì)瘤研究進(jìn)展

曾文婷，趙 靜，初建平

(中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，廣東 廣州 510080)

膠質(zhì)瘤是常見惡性原發(fā)性腦腫瘤，發(fā)病率為3/100 000～8/100 000，患者生存期約10～20個(gè)月[1]。磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging, SWI)[2]可根據(jù)不同組織磁化率的差異進(jìn)行檢測(cè)。定量磁化率成像(quantitative susceptibility mapping, QSM)在SWI基礎(chǔ)上發(fā)展而來，可通過后處理得到組織磁化率定量圖[3]。本文就SWI用于診斷及治療膠質(zhì)瘤的研究進(jìn)展，包括診斷、分級(jí)、基因預(yù)測(cè)及輔助治療決策等進(jìn)行綜述。

1 SWI及QSM成像原理

1.1 SWI SWI以T2*加權(quán)序列為基礎(chǔ)，利用不同組織磁化率的差異進(jìn)行成像；其原始圖像包括幅度圖和相位圖，可經(jīng)消除偽影、加權(quán)運(yùn)算及最小密度投影法(minimum intensity projection, mIP)等后處理而生成SWI及mIP圖[2]。SWI具有空間分辨率高、噪聲小及可顯示組織磁化率差異等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于臨床[4-6]；但無法精確量化組織磁化率的差異。

瘤內(nèi)出血通常表現(xiàn)為微小出血，其中有含鐵血黃素和脫氧血紅蛋白等順磁性物質(zhì)。SWI對(duì)出血較敏感，且易與壞死區(qū)分：出血表現(xiàn)為低信號(hào)，而壞死區(qū)低信號(hào)通常不明顯。既往研究[7]表明，與二維梯度回波(gradient echo, GRE)序列相比，SWI可更好地顯示腦內(nèi)微出血灶。鈣是常見反磁性物質(zhì)；重建SWI上，鈣化及順磁性物質(zhì)均呈低信號(hào)，但二者于相位圖像上呈相反的信號(hào)強(qiáng)度：在左手法則(如Siemens系統(tǒng))相位圖中，順磁性物質(zhì)為高信號(hào)、反磁性物質(zhì)為低信號(hào)；而在右手法則(如GE、Philips系統(tǒng))相位圖中則相反[2]。

1.2 QSM QSM可通過演算相位信息得到組織磁化率定量圖，后者具有較高的組織對(duì)比度及空間分辨率，能更精確地評(píng)估組織內(nèi)磁化率的變化，進(jìn)而間接反映磁敏感物質(zhì)(如鐵等)的相對(duì)含量[8]。QSM的定量特性使來自不同成像中心或針對(duì)不同受試者的檢查結(jié)果的可比性更高[9]，且可通過縱向比較同一受試者在不同階段的磁化率而動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展。

重建QSM可量化組織中順磁性物質(zhì)(主要為鐵沉積)的相對(duì)含量，且能直接區(qū)分鈣化與出血：出血表現(xiàn)為高信號(hào)，鈣化則為低信號(hào)。利用QSM可定量分析顱內(nèi)鈣化及出血或鐵沉積，且結(jié)果具有較高的可重復(fù)性及穩(wěn)定性[10-11]。

2 SWI鑒別診斷膠質(zhì)瘤與其他腦腫瘤

SWI可顯示髓靜脈阻滯(medullary vein blockage, MVB)，即小的髓靜脈終止于腫瘤邊緣；MVB陰性指小的髓靜脈沿血管路徑連續(xù)穿過腫瘤且未終止于其邊緣，或不能確定SWI所示瘤內(nèi)低信號(hào)是否為穿行的髓靜脈；MVB狀態(tài)有助于鑒別診斷高級(jí)別膠質(zhì)瘤(high-grade glioma, HGG)與深部腦轉(zhuǎn)移瘤。YANG等[12]采用SWI觀察，發(fā)現(xiàn)MVB多見于深部腦轉(zhuǎn)移瘤(圖1)，而罕見于HGG及原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤(primary central nervous system lymphoma, PCNSL)；分析原因可能在于HGG具有浸潤(rùn)性，PCNSL常表現(xiàn)為惡性淋巴細(xì)胞包繞血管生長(zhǎng)，而腦轉(zhuǎn)移瘤與周圍腦實(shí)質(zhì)及血管分界清晰[13]。

SAINI等[14]發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma, GBM)患者最大校正后相對(duì)腦血容量(corrected relative cerebral blood volume, rCBV_corr)、最小表觀彌散系數(shù)(minimum apparent diffusion coefficient, ADCmin)、腫瘤內(nèi)磁敏感信號(hào)(intratumoral susceptibility signal, ITSS)及速率常數(shù)(rate constant, Kep)均明顯高于PCNSL患者，提示多參數(shù)評(píng)估可顯著提高M(jìn)RI鑒別診斷GBM與PCNSL的能力。YU等[15]亦發(fā)現(xiàn)相對(duì)表觀彌散系數(shù)(relative apparent diffusion coefficient, rADC)與ITSS聯(lián)合模型可提高鑒別診斷側(cè)腦室HGG與腦膜瘤的能力。

3 SWI評(píng)估膠質(zhì)瘤

3.1 腫瘤內(nèi)磁敏感信號(hào)(intraltumoral susceptibility signal intesity， ITSS) ITSS指SWI示腫瘤內(nèi)呈低信號(hào)的線形或點(diǎn)狀結(jié)構(gòu),可根據(jù)無明顯ITSS、1～5個(gè)、6～10個(gè)及≥11個(gè)點(diǎn)狀或細(xì)線狀I(lǐng)TSS分為4個(gè)等級(jí)(圖2)[16]；ITSS級(jí)別越高，對(duì)應(yīng)腫瘤分級(jí)越高，其基因分型越偏向于非異檸檬酸脫氫酶1(isocitrate dehydrogenase1, IDH1)突變或非O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(O6-methylguanine-DNA methyltransferase, MGMT)啟動(dòng)子甲基化。另一方面，ITSS評(píng)估結(jié)果易受觀察者主觀因素的影響。

3.2 分形分析(fractal analysis, FA) FA是評(píng)估自然物體形態(tài)特征(如粗糙度和幾何復(fù)雜性)的數(shù)學(xué)模型；分形維數(shù)(fractal dimension, FD)為其常用參數(shù)，可量化腫瘤內(nèi)部SWI信號(hào)，從而評(píng)估腫瘤內(nèi)部血管及出血情況，較ITSS更具客觀性。有學(xué)者[17]發(fā)現(xiàn)低級(jí)別膠質(zhì)瘤(low-grade glioma, LGG)的FD低于HGG、腦轉(zhuǎn)移瘤及腦膜瘤，而HGG及腦膜瘤的FD高于淋巴瘤。

4 SWI預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤分級(jí)及基因分型

4.1 分級(jí) 既往研究[18-19]表明，ITSS分級(jí)與病理分級(jí)呈正相關(guān)。KONG等[16]發(fā)現(xiàn)HGG的ITSS分級(jí)顯著高于LGG，且ITSS分級(jí) 1.5為預(yù)測(cè)LGG及HGG病理分級(jí)的最佳臨界值。LIN等[20]報(bào)道，SWI聯(lián)合動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比灌注加權(quán)成像(dynamic susceptibility contrast perfusion-weighted imaging, DSC-PWI)亦有助于鑒別高、低級(jí)別少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤。SU等[21]發(fā)現(xiàn)SWI結(jié)合常規(guī)MRI及動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI紋理分析有助于鑒別LGG與HGG。

兒童膠質(zhì)瘤的SWI特征與成人存在差異。GAUDINO等[22]分析2類常見于兒童的膠質(zhì)瘤，即低級(jí)別毛細(xì)胞型星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤(n=27)和高級(jí)別H3K27M基因突變的彌漫性中線膠質(zhì)瘤(n=13)；其中，高級(jí)別H3K27M基因突變彌漫性中線膠質(zhì)瘤患兒的ITSS分級(jí)多為0級(jí)，而ITSS分級(jí)為0級(jí)者在低級(jí)別毛細(xì)胞型星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤患兒中占比不足50%，故認(rèn)為兒童膠質(zhì)瘤病理分級(jí)并不與ITSS分級(jí)呈正相關(guān)；但該研究樣本較小，其結(jié)果尚待證實(shí)。

4.2 基因分型 2021年WHO最新中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了基因診斷的作用[23]。預(yù)后良好的膠質(zhì)瘤基因分型常為IDH突變、1號(hào)染色體短臂和19號(hào)染色體長(zhǎng)臂(1p/19q)共缺失及MGMT啟動(dòng)子甲基化[17，24-26]。KONG等[16]發(fā)現(xiàn)，IDH1突變和MGMT啟動(dòng)子甲基化的膠質(zhì)瘤ITSS分級(jí)明顯低于野生型IDH1和無MGMT啟動(dòng)子甲基化的膠質(zhì)瘤，但1p/19q缺失狀態(tài)則與ITSS分級(jí)無明顯相關(guān)；ITSS分級(jí)2.5為預(yù)測(cè)IDH1突變狀態(tài)及MGMT啟動(dòng)子甲基化狀態(tài)的最佳臨界值。YANG等[27]發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合應(yīng)用常規(guī)MRI、SWI、彌散加權(quán)成像(diffusion weighted image, DWI)及DSC-PWI等技術(shù)有助于預(yù)測(cè)IDH突變LGG的1p/19q共缺失狀態(tài)。

5 SWI及QSM輔助臨床制定治療方案及預(yù)測(cè)預(yù)后

抗血管生成藥物可通過減少腫瘤內(nèi)供血血管而降低腫瘤供氧；腫瘤內(nèi)部血管越多，其潛在作用越大。SWI可通過顯示腫瘤內(nèi)血管而預(yù)估抗血管生成藥物療效。LUPO等[28]發(fā)現(xiàn)，在T1WI顯示的腫瘤增強(qiáng)區(qū)域中，SWI低信號(hào)范圍(the amount of hypointense signal on SWI within the contrast-enhancing lesion, %SWI-h)較廣的多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤更有可能獲益于抗血管生成藥物治療方案，提示可通過治療前測(cè)量%SWI-h來制定膠質(zhì)瘤治療方案。

DEISTUNG等[29]報(bào)道，1例接受替莫唑胺和1例接受貝伐單抗治療的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤復(fù)發(fā)(圖3)患者的QSM均見低信號(hào)鈣化，病理結(jié)果顯示前者瘤內(nèi)含少突膠質(zhì)成分。含少突膠質(zhì)成分的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者生存期更長(zhǎng)、對(duì)替莫唑胺治療反應(yīng)更佳，而貝伐單抗治療后膠質(zhì)母細(xì)胞瘤可見鈣化與治療反應(yīng)良好和預(yù)后較好相關(guān)。QSM能較好地顯示鈣化，或可用于預(yù)測(cè)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤治療反應(yīng)，以輔助臨床決策。

6 小結(jié)與展望

SWI對(duì)診斷膠質(zhì)瘤、分級(jí)、預(yù)測(cè)基因型、輔助臨床決策及預(yù)測(cè)預(yù)后等均具有重要價(jià)值。在SWI基礎(chǔ)上，QSM能更精準(zhǔn)地量化不同物質(zhì)磁化率的變化，但用于膠質(zhì)瘤的研究尚較少，有關(guān)聯(lián)合應(yīng)用SWI或QSM與其他功能序列的報(bào)道亦較少。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展和臨床應(yīng)用研究的深入，SWI及QSM用于膠質(zhì)瘤等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的價(jià)值將獲得進(jìn)一步提高。