3D-ASL和APT成像鑒別高級別腦膠質(zhì)瘤與腦轉(zhuǎn)移瘤的臨床應用

李雙紅,陳玲,張金環(huán),朱里,鐵超恩,李濤

腦高級別膠質(zhì)瘤(high-grade gliomas,HGG)的發(fā)病率為5.8/10萬,其5年病死率在全身腫瘤中僅次于胰腺癌和肺癌[1]。而惡性腫瘤患者中腦轉(zhuǎn)移瘤(metastatic tumors,MT)的發(fā)生率為9%～40%[2],多繼發(fā)于肺癌、乳腺癌和直腸癌等,其中單發(fā)者約占所有轉(zhuǎn)移瘤的50%[3]。這兩種類型的腦腫瘤在常規(guī)MRI序列上通常具有相似的影像學表現(xiàn)(均表現(xiàn)為腫塊樣病變呈不均勻強化,周圍常伴廣泛水腫),導致臨床上約40%以上的病例術(shù)前定性診斷錯誤[4]。因此,目前臨床上采用常規(guī)影像學方法來區(qū)分這兩類腫瘤仍具有挑戰(zhàn)性。隨著功能和分子影像學的發(fā)展,已有不少研究者對MR波譜成像、DWI、灌注加權(quán)成像和酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像等MRI新技術(shù)在區(qū)分這兩類腫瘤中的應用價值進行了探討[3-7]。其中,三維動脈自旋標記(arterial spin labeling,ASL)成像是一種利用水分子作為內(nèi)在示蹤劑的灌注成像技術(shù),可用于評價腫瘤的腦血流量和微血管增殖情況;酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移(amide proton transfer,APT)成像是一種基于化學交換飽和轉(zhuǎn)移的新型分子MRI技術(shù),能反映腦腫瘤細胞增殖過程中蛋白質(zhì)合成和過表達的情況。近年來,已有國內(nèi)外學者采用3D-ASL或APT技術(shù)鑒別高級別膠質(zhì)瘤、淋巴瘤和轉(zhuǎn)移瘤等[4-7],但是目前聯(lián)合兩種技術(shù)進行診斷的文獻報道很少。本研究通過比較3D-ASL與APT技術(shù)在鑒別HGG及MT中的診斷價值,旨在進一步提高對腦腫瘤的影像診斷水平。

材料與方法

1.一般資料

回顧性將2021年6月-2022年10月在柳州市工人醫(yī)院經(jīng)手術(shù)病理證實或經(jīng)臨床確診為腦高級別膠質(zhì)瘤或腦轉(zhuǎn)移瘤的35例患者納入本研究,其中,HGG 17例(膠質(zhì)母細胞瘤13例、間變性星形細胞瘤4例),MT 18例(原發(fā)腫瘤分別為肺癌14例、乳腺癌2例、肝癌和腎癌各1例)?；颊吣挲g7～76歲,中位年齡57歲。

納入標準:①術(shù)前診斷為顱腦腫瘤,且經(jīng)術(shù)后病理或臨床病史證實;②術(shù)前能配合完成常規(guī)序列、APT和3D-ASL MRI檢查,且掃描圖像清晰;③行MRI檢查前無顱腦活檢或手術(shù)史。

排除標準:①存在MRI掃描禁忌證,不能配合完成各序列MRI檢查;②圖像有嚴重運動偽影,質(zhì)量不合格;③MRI顯示有腦梗死、腦損傷或MRA顯示有血管閉塞或狹窄者。

2.MRI檢查方法

使用Philips Ingenia 3.0T磁共振掃描儀和32通道頭顱線圈。各序列掃描參數(shù)如下。常規(guī)T1WI:TR 2000 ms,TE 20 ms,層厚5 mm,視野230 mm×187 mm,矩陣356×195;常規(guī)T2WI:TR 4000 ms,TE 122 ms,層厚5 mm,視野230 mm×187 mm,矩陣356×195;FLAIR序列:TR 10000 ms,TE 125 ms,層厚5 mm,視野230 mm×182 mm,矩陣308×168;APT序列:TR 5964 ms,TE 8.3 ms,視野230 mm×180 mm,矩陣128×100;3D-ASL成像:TR 4173 ms,TE 10 ms,視野240 mm×240 mm;對比增強T1WI:TR 266 ms,TE 4.6 ms,層厚5 mm,視野230 mm×181 mm,矩陣328×227。

3.圖像分析和測量

將所有掃描序列獲得的圖像導入專用后處理軟件IntelliSpacePortal10.1,由2位具有豐富診斷經(jīng)驗的影像科醫(yī)師獨立進行圖像分析和數(shù)據(jù)測量。選取腫瘤所在的3個層面 手動勾畫ROI,面積約為50 mm2,取3個層面測量值的平均值作為最終測量結(jié)果。將ROI分別放置于腫瘤實質(zhì)強化區(qū)(tumor parenchymal enhancement area,TPEA)及其對側(cè)鏡像正常腦白質(zhì)區(qū)(contralateral mirror area of TPEA,CMATPEA)、瘤旁區(qū)(peritumoral region, PTR;定義為水腫區(qū),若無水腫則為實質(zhì)區(qū)外周<1 cm的區(qū)域為瘤旁區(qū))及其對側(cè)鏡像正常腦白質(zhì)區(qū),測量各ROI的腦血流量(CBF),并計算腫瘤強化區(qū)和瘤旁區(qū)的相對血流量(rCBF)[5]:

rCBF腫瘤=TPEA-CBF/CMATPEA-CBF

(1)

rCBFPTR=PTR-CBF/CMAPTR-CBF

(2)

以同樣的方法獲得腫瘤強化區(qū)及瘤旁區(qū)的相對APT值(rAPT)。ROI放置原則:參考T2WI和對比增強T1WI圖像,避開腦室、腦溝、以及腫瘤內(nèi)囊變和液化壞死區(qū)域。

4.統(tǒng)計學方法

使用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。對于符合正態(tài)分布的計量資料采用均數(shù)±標準差表示,組間比較采用獨立樣本t檢驗;對于不符合正態(tài)分布的計量資料采用用中位數(shù)(P25,P75)表示,組間比較采用曼-惠特尼U檢驗。采用受試者工作特征(ROC)曲線對各項參數(shù)及聯(lián)合模型的診斷效能進行分析,獲得鑒別兩種腫瘤的最佳閾值,并計算相應的敏感度和特異度。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.主要影像特征

HGG和MT的瘤內(nèi)實性部分在ASL灌注成像上均表現(xiàn)為以高灌注為主,囊變、壞死區(qū)則表現(xiàn)為低灌注;HGG和MT的瘤內(nèi)實性部分在APT圖像上以高信號或稍高信號(紅色或黃色)為主,囊變、壞死區(qū)則表現(xiàn)為紅色高信號(圖1～2)。

圖1 男,68歲,右側(cè)額葉膠質(zhì)母細胞瘤(WHO Ⅳ級)。a)T2WI示病灶呈稍高信號(紅圈),周圍水腫呈高信號(黃箭);b)增強掃描示病灶呈明顯不均勻強化(黃箭);c)ASL偽彩圖像,顯示病灶呈高灌注(紅色),周圍水腫無明顯灌注增高;d)APT偽彩圖像,顯示病灶呈高信號(紅色),周圍水腫呈稍高信號(黃色)、邊界不清(黑箭)。 圖2 女,60歲,乳腺癌右側(cè)額葉腦轉(zhuǎn)移瘤。A)T2WI示病灶囊性成分呈顯著高信號(星號),實性成分呈稍高信號(紅箭),周圍水腫呈高信號(黃箭);b)增強掃描示腫瘤內(nèi)囊性成分無強化,實性成分有明顯強化(黃箭);c)ASL偽彩圖示囊性成分呈低灌注(星號),實性成分呈高灌注(紅箭),周圍水腫無明顯灌注升高;d)APT偽彩圖示囊性成分呈紅色高信號(星號),實性成分呈黃色稍高信號(黑箭),周圍水腫無明顯信號增高、邊界清晰。

2.定量參數(shù)值的比較

HGG組和MT組各項定量參數(shù)值及組間比較結(jié)果見表1～2。HGG組腫瘤實質(zhì)強化區(qū)的rCBF值和rAPT值的中位數(shù)均較MT組高,rCBF值在2組間的差異無統(tǒng)計學意義(Z=-1.27,P>0.05),rAPT值的組間差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05);HGG組瘤旁區(qū)的rCBF和rAPT的均值均較MT組高,差異均具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

表1 兩組中腫瘤實質(zhì)強化區(qū)的3D-ASL和APT參數(shù)值的比較

表2 兩組中瘤旁區(qū)的3D-ASL和APT參數(shù)值的比較

3.定量參數(shù)的診斷效能

rCBF、rAPT及兩者聯(lián)合診斷模型對兩種腫瘤的鑒別診斷效能進行ROC曲線分析,結(jié)果見圖3。瘤旁區(qū)rCBF診斷HGG的最佳閾值為0.94,所對應的AUC為0.75、敏感度為0.65、特異度為0.78。腫瘤強化區(qū)及瘤旁區(qū)的rAPT診斷HGG的最佳閾值分別為4.32和2.98,所對應的AUC分別為0.84和0.83,敏感度分別為 0.76和0.71,特異度分別為0.83和0.89。兩種檢查方式的定量參數(shù)聯(lián)合診斷時,AUC最大,為 0.87,敏感度為 0.82,特異度為0.83。

圖3 腫瘤強化區(qū)和瘤旁區(qū)各項及聯(lián)合定量參數(shù)的ROC曲線,顯示瘤旁區(qū)rCBF聯(lián)合rAPT診斷HGG的AUC較各單項參數(shù)大。

討 論

目前,常規(guī)MRI檢查序列對腦高級別膠質(zhì)瘤與腦轉(zhuǎn)移瘤的鑒別仍是一個亟待解決的臨床問題,而且,兩種腫瘤的治療方案完全不同,因此在未對腫瘤進行活檢的前提下,術(shù)前無創(chuàng)性鑒別兩者是非常重要的。在本研究中,HGG組與MT組之間瘤內(nèi)實質(zhì)強化區(qū)的rCBF值的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),這與以往的研究結(jié)果基本一致[5]。HGG的腫瘤細胞具有快速增殖的特點,使腫瘤組織內(nèi)含有大量的新生血管及內(nèi)皮細胞;而MT則是由原發(fā)惡性腫瘤通過血行轉(zhuǎn)移進入腦組織,如肺癌、乳腺癌多是富血供腫瘤,轉(zhuǎn)移灶常表現(xiàn)為與原發(fā)灶相似的灌注特點,即腦轉(zhuǎn)移瘤內(nèi)亦有大量新生毛細血管,故兩種腫瘤的瘤體實質(zhì)部分均表現(xiàn)為高灌注。此外,有文獻報道,兩種腫瘤周圍水腫區(qū)的rCBF值有顯著差異[5],與本研究結(jié)果一致。Su等[8]認為高級別膠質(zhì)瘤的瘤周區(qū)域可有血管源性水腫和腫瘤浸潤等病理表現(xiàn),而腦轉(zhuǎn)移瘤的瘤周區(qū)域通常僅存在血管源性水腫而無腫瘤浸潤。故我們認為兩種腫瘤瘤周水腫區(qū)域形成機制的不同導致了其瘤旁區(qū)灌注具有一定的差異,因此3D-ASL成像所獲得的瘤旁水腫區(qū)的灌注參數(shù)有助于鑒別HGG和MT。

HGG與MT的rAPT值在瘤內(nèi)實質(zhì)強化區(qū)是否有意義仍存在爭議。既往有學者采用APT技術(shù)鑒別HGG與MT,結(jié)果顯示HGG的瘤體強化區(qū)的rAPT值高于MT,組間差異有統(tǒng)計學意義[6],與本研究結(jié)果相符;但也有研究結(jié)果顯示HGG與MT之間腫瘤實質(zhì)的rAPT值的差異無統(tǒng)計學意義[7,9]。在本研究中,HGG的在瘤內(nèi)實質(zhì)強化區(qū)的rAPT值高于MT,但目前對其發(fā)生機制尚不清楚。兩種腫瘤內(nèi)都具有很高的細胞密度,故細胞數(shù)量的差異不是原因。Yalcin等[10]研究認為神經(jīng)膠質(zhì)瘤中的腫瘤細胞和基質(zhì)細胞均可表達腱糖蛋白C,該蛋白的高表達與腫瘤進展有關(guān),可促進腫瘤向周圍組織浸潤,而APT值增高與腫瘤合成代謝活躍、內(nèi)源性蛋白質(zhì)及多肽含量增多有關(guān),HGG的腫瘤細胞和基質(zhì)細胞內(nèi)都有蛋白質(zhì)的高表達,使其rAPT值較MT高,未來可能需要在影像學和組織病理學結(jié)果之間進行對照研究來進一步明確其發(fā)生機制。另外測量方式不同也可能造成數(shù)據(jù)分析結(jié)果的差異,文獻報道多選取腫瘤APT值最大層面的測量值來計算病灶的rAPT值,此法常用于腦膠質(zhì)瘤的病理分級研究[11-13];而本研究中選取的是瘤體強化區(qū)來測量和計算腫瘤的rAPT值。在臨床實踐中,我們?？梢砸姷綈盒阅X腫瘤不同層面的圖像上腫瘤的APT信號高低不等,故筆者認為,在瘤體內(nèi)選取多個強化區(qū)來測量APT值,取其平均值后再計算rAPT值,這樣應該能更準確地反映整個腫瘤的酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移情況。

HGG瘤旁區(qū)的rAPT值在較MT高,這一結(jié)果與兩者的瘤周水腫發(fā)生機制存在差異有關(guān)。有文獻報道,這兩種腫瘤的瘤周水腫區(qū)的rAPT值有顯著差異[7,9],與本研究結(jié)果基本一致。APT效應是指組織內(nèi)可移動蛋白質(zhì)中的酰胺質(zhì)子與水質(zhì)子進行交換[14]。在HGG中,腫瘤組織破壞血腦屏障,大量蛋白質(zhì)從血管內(nèi)滲透到細胞外,導致水腫區(qū)的蛋白含量增高;此外,王陽等[15]研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤周圍水腫區(qū)內(nèi)基質(zhì)金屬蛋白酶和水通道蛋白較正常腦組織的表達水平升高。而MT瘤旁水腫系單純血管源性水腫,所以我們認為MT周圍水腫區(qū)的蛋白含量較HGG低,最終導致兩種腫瘤的瘤旁區(qū)的APT參數(shù)值的差異。

單一成像技術(shù)(3D-ASL或APT)獲得的定量指標單一,無法全面反映HGG和MT的病理生理學特性,故其鑒別診斷的效能可能不夠高,而兩種檢查方法聯(lián)合時,可同時反映腦腫瘤的血管密度和通透性以及酰胺質(zhì)子的變化等生理學信息,并進一步評價腫瘤血管的新生和浸潤程度,故理論上而言,聯(lián)合模型的診斷效能應該優(yōu)于單個參數(shù),本研究結(jié)果亦證實了這一點:3D-ASL和與APT定量參數(shù)聯(lián)合診斷時的AUC為0.87,高于單一參數(shù)的AUC,且相應的敏感度(0.82)和特異度(0.83)均較高。

本研究存在一定的局限性:首先,樣本量較小,而且轉(zhuǎn)移瘤中原發(fā)病灶主要為肺癌,可能存在一定的樣本偏倚,更可靠的結(jié)果尚需要更大的樣本量并包括更多類型的原發(fā)腫瘤。其次,本研究中未評估HGG中O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的甲基化狀態(tài),有待在今后的研究中進一步探討。因Su等[16]認為APT參數(shù)可作為影像學標記物用于預測該酶在低、高級別膠質(zhì)瘤中的表達情況;Jiang等[17]報道該酶未甲基化的膠質(zhì)瘤具有更高、更異質(zhì)性的APT加權(quán)值。

總之,3D-ASL與APT成像所獲得的定量參數(shù)(rCBF、rAPT)均有助于鑒別HGG與MT,兩者聯(lián)合應用可提高鑒別診斷的準確性。