磁共振成像定量影像學特征用于腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級診斷的價值研究

白順軍 秦麗娟 潘慧麗 徐 霖

腦膠質(zhì)瘤為最常見的原發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤,流行病學調(diào)查發(fā)現(xiàn)近幾年其發(fā)病率呈逐年增長趨勢,約占腦實質(zhì)腫瘤的40%~45%[1].按照腫瘤惡性程度,世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)將其分為Ⅰ~Ⅳ級,級別越高,則惡性程度越高,其中低級別(Ⅰ級、Ⅱ級)膠質(zhì)瘤5年生存率高達80%,而膠質(zhì)母細胞瘤(Ⅳ級)5年生存率僅為5%[2].針對不同分級的膠質(zhì)瘤患者,其病情進展、治療方案及預(yù)后不同.目前,該病確診金標準主要依賴于外科手術(shù)取材組織病理學檢查,但其屬有創(chuàng)手段,再加上腫瘤內(nèi)部成分異質(zhì)性,故其診斷結(jié)果往往與送檢部分組織學特點有關(guān),導致診斷結(jié)果可能存在偏倚,不利于患者治療計劃的制定及療效評估.

多模態(tài)磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)于術(shù)前利用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)影像、功能成像對膠質(zhì)瘤行病理生理評估,可幫助術(shù)前獲取準確腫瘤分級信息,但諸多研究因模態(tài)間割裂、參數(shù)單一等因素導致結(jié)果存在爭議[3].近年來,動態(tài)對比度增強MRI(dynamic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI)定量分析已成為臨床血液動力學關(guān)鍵研究方法,其灌注參數(shù)容積轉(zhuǎn)移常數(shù)(volume transfer constant,Ktrans)、速率常數(shù)(Rate constant,Kep)以及血管外細胞外間隙容積比(extravascular extracellular volume fraction,Ve)可反映組織微血管分布狀況,評估組織滲漏和血流灌注狀況,為腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級提供參考依據(jù)[4].基于此,本研究對腦膠質(zhì)瘤患者資料進行回顧性分析,旨在探討MRI定量影像學特征用于腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級診斷的價值.

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016年9月至2018年9月十堰市鄖陽區(qū)人民醫(yī)院收治的經(jīng)手術(shù)病理證實的64例腦膠質(zhì)瘤患者資料進行回顧性分析,按照2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類及分級標準[5]將Ⅰ~Ⅱ級患者分為低級別組(27例),Ⅲ~Ⅳ級分為高級別組(37例).低級別組中男性17例,女性10例;年齡18~62歲,平均年齡(48.25±8.79)歲;發(fā)病至就診時間1~5個月,平均時間(2.56±1.02)個月;組織病理學類型為Ⅰ級15例,Ⅱ級12例.高級別組中男性25例,女性12例;年齡20~65歲,平均年齡(48.52±8.92)歲;發(fā)病至就診時間1~4個月,平均時間(2.43±0.95)個月;組織病理學類型為Ⅲ級26例,Ⅱ級11例.兩組患者一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義,具有可比性.本研究獲醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準.

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準:①符合《中國中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)瘤診斷與治療指南(2015)》[6]中相關(guān)診斷標準,均經(jīng)頭顱CT等檢查確診為膠質(zhì)瘤;②MRI檢查前,未接受過穿刺活檢及放化療、手術(shù)或激素等治療;③年齡≥18歲,且首次發(fā)病;④獲患者知情同意.

(2)排除標準:①病變內(nèi)部伴出血;②伴嚴重心、肝、腎及造血系統(tǒng)等原發(fā)性疾病;③過敏體質(zhì)或?qū)Ρ狙芯克褂玫膶Ρ葎┽弴娝崞习愤^敏;④存在MRI檢查禁忌證,如體內(nèi)安有心臟起搏器、宮內(nèi)節(jié)育器等;⑤妊娠期或哺乳期婦女.

1.3 儀器設(shè)備

采用SIEMENS AVANTO型1.5T磁共振機(德國西門子公司),8通道頭部相控陣線圈.

1.4 檢查方法

1.4.1 MRI掃描

采用1.5T磁共振機(8通道頭部相控陣線圈).檢查前,患者空腹6~8 h,去除其身上金屬磁性物品,醫(yī)用海綿固定住患者頭部,仰臥于掃描床上,同時予以充分呼吸運動訓練,于自由呼吸運動下進行掃描.先行常規(guī)平掃,包括T1加權(quán)圖像(T1weighted images,T1WI)、T2加權(quán)圖像(T2weighted images,T2WI)以及液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid attenuated inversion recovery,FLAIR)序列.之后行DCE-MRI定量分析,以肝臟容積加速采集序列為掃描序列,掃描參數(shù):重復(fù)時間(repeated time,TR)2.8 ms,回波時間(echo time,TE)1.1 ms、視野(field of view,FOV)24 cmX24 cm,激勵次數(shù)(number of excitation,NEX)1次,矩陣128X128,翻轉(zhuǎn)角12°,層厚5 mm,間距1 mm,總16層,持續(xù)時相采集40個,掃描時間150 s,時間分辨率3.5 s.以釓噴酸葡胺為對比劑,利用20 G穿刺針經(jīng)手背靜脈注射0.1mmol/kg釓噴酸葡胺,注藥流率3.0 ml/s,同等流率行20 ml生理鹽水注射.于對比劑注射前,以掃描3個時相為蒙片(翻轉(zhuǎn)角依次為2°、10°和35°).

1.4.2 MRI圖像處理及灌注定量參數(shù)測量

采用雙盲法,由兩名高年資影像醫(yī)師獨立測量,判定實性腫瘤部分及周圍水腫區(qū),考慮常規(guī)增強掃描圖像上病灶強化部分,并采用Ktrans計算系統(tǒng)(美國GE Healthcare公司)進行處理,獲取顱內(nèi)占位性病變實質(zhì)區(qū)及瘤周水腫區(qū)Ktrans值、Kep以及Ve功能性偽彩圖.結(jié)合偽彩圖及常規(guī)增強掃描圖像,于動態(tài)增強原始圖像上畫出所有層面感興趣區(qū)域(regions of interest,ROI),包括所有實性強化部分,即腫瘤實質(zhì)區(qū)及瘤周水腫區(qū),分析病灶區(qū)ROI層面信號與時間關(guān)系,控制病灶ROI面積為(20±5)mm2,盡可能避開囊變、血管及壞死區(qū),測ROI內(nèi)上述各參數(shù)平均值.每個病變實質(zhì)區(qū)進行3次測量,最終各參數(shù)取其平均值.

1.5 觀察與評價指標

觀察所有患者膠質(zhì)瘤術(shù)前影像學特征.統(tǒng)計分析64例腦膠質(zhì)瘤患者DCE-MRI灌注定量參數(shù)Ktrans、Kep和Ve值變化,對比兩組Ktrans、Kep和Ve值;分析DCE-MRI灌注定量參數(shù)值對膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的預(yù)測價值.

1.6 統(tǒng)計學方法

采用SPSS19.0軟件處理數(shù)據(jù),計數(shù)資料用百分率(%)表示,組間對比行x2檢驗;計量資料采用Shapiro-Wilk方法驗證,呈正態(tài)分布的資料用均值±標準差(±s))表示,兩組間對比采用獨立樣本t檢驗,同組內(nèi)比較采取配對樣本t檢驗,偏態(tài)分布資料按中位數(shù)(第1~第3四分位數(shù))[M(Q1~Q3)]表示,采用秩和檢驗.采用受試者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線評價DCE-MRI灌注定量參數(shù)Ktrans、Kep和Ve值對膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的預(yù)測價值,并確定檢測指標最佳截斷值,以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義.

2 結(jié)果

2.1 膠質(zhì)瘤術(shù)前影像學特征

腦膠質(zhì)瘤病理分級不同其MRI影像表現(xiàn)各異:①病理分級為Ⅰ級偏良性腫瘤,邊界十分清楚,T1WI及T2WI分別呈低、高較均勻信號,占位、瘤周水腫征象輕微,有囊變出現(xiàn),增強后大部分無強化;②病理分級為Ⅱ級信號多呈不均勻,水腫、占位程度處于Ⅰ~Ⅱ級間,有囊變、出血出現(xiàn),增強后部分無強化或呈不均勻強化(見圖1);③病理分級為Ⅲ~Ⅳ級高度惡性腫瘤,信號不均勻,T2WI見大片水腫信號,存在明顯占位效應(yīng),瘤體壞死或囊變、出血,增強后強化明顯,呈花瓣狀、團片狀、結(jié)節(jié)狀和斑點狀強化.

圖1 腦膠質(zhì)瘤患者左顳葉Ⅱ級膠質(zhì)瘤

2.2 兩組DCE-MRI灌注定量參數(shù)值比較

腦膠質(zhì)瘤患者低級別組Ktrans、Kep和Ve值均顯著低于高級別組,差異有統(tǒng)計學意義(t=9.043,t=8.254,t=8.803;P<0.05),見表1.

表1 兩組腦膠質(zhì)瘤患者DCE-MRI灌注定量參數(shù)比較(min-1,±s))

表1 兩組腦膠質(zhì)瘤患者DCE-MRI灌注定量參數(shù)比較(min-1,±s))

注:表中Ktrans為容積轉(zhuǎn)移常數(shù);Kep為速率常數(shù);Ve為血管外細胞外間隙容積比

組別 例數(shù) Ktrans Kep Ve低級別組 27 0.07±0.03 0.57±0.22 0.50±0.24高級別組 37 0.25±0.10 1.16±0.32 0.92±0.14 t值 9.043 8.254 8.803 P值 0.000 0.000 0.000

2.3 DCE-MRI灌注定量參數(shù)對膠質(zhì)瘤術(shù)前分級預(yù)測價值

經(jīng)ROC曲線處理,DCE-MRI灌注定量參數(shù)Ktrans、Kep和Ve值對膠質(zhì)瘤術(shù)前分級均有一定預(yù)測價值,曲線下面積分別為0.903、0.842和0.866,見表2和圖2.

表2 64例腦膠質(zhì)瘤患者DCE-MRI灌注定量參數(shù)對膠質(zhì)瘤術(shù)前分級的預(yù)測價值

圖2 DCE-MRI灌注定量參數(shù)ROC曲線

3 討論

膠質(zhì)瘤屬于神經(jīng)上皮組織來源腫瘤,瘤細胞分化程度不同,其治療方案的選擇及患者預(yù)后不同.既往臨床上腫瘤分級常規(guī)行穿刺活檢或手術(shù)病理檢查,由于該方法屬于有創(chuàng)性檢查,腫瘤結(jié)構(gòu)復(fù)雜,存在明顯異形性,病理取樣點并不能表示腫瘤細胞分化最差部分,故其臨床應(yīng)用受限[7].近年來,伴隨著醫(yī)學影像學科的快速發(fā)展,MRI技術(shù)逐漸應(yīng)用于臨床,其作為一種安全無創(chuàng)手段,在神經(jīng)系統(tǒng)疾病檢查中發(fā)揮著重要作用,是膠質(zhì)瘤患者術(shù)前檢查及術(shù)后療效評估的重要手段.有研究發(fā)現(xiàn),MRI技術(shù)能為膠質(zhì)瘤形態(tài)學、結(jié)構(gòu)特征的觀察提供全面視角,并能反映腫瘤內(nèi)部病理生理學特性,為膠質(zhì)瘤診斷提供更有力證據(jù)[8-9].

MRI技術(shù)能清晰顯示膠質(zhì)瘤系列病理表現(xiàn),對膠質(zhì)瘤定性,并判斷其惡性程度,主要以腫瘤病灶均勻度、瘤內(nèi)囊變壞死、出血、占位效應(yīng)、腫瘤邊界、瘤周強化形態(tài)、水腫程度等病理表現(xiàn)為依據(jù).而腦膠質(zhì)瘤病理分級不同,其MRI表現(xiàn)不同,有報道稱腦膠質(zhì)瘤患者常規(guī)MRI增強掃描,其瘤周水腫、強化形態(tài)與病理分級、微血管密度以及腫瘤細胞增殖有關(guān)[10].本研究表明,在MRI表現(xiàn)上,腦膠質(zhì)瘤Ⅰ級偏良性腫瘤,邊界清楚,有囊變;Ⅱ級信號多呈不均勻,有囊變、出血,增強后部分呈不均勻或無強化;Ⅲ~Ⅳ級高度惡性腫瘤,瘤體壞死或囊變、出血,增強后強化明顯,證實腦膠質(zhì)瘤病理分級不同導致MRI表現(xiàn)各異.

本研究結(jié)果顯示,低級別組Ktrans、Kep和Ve值均明顯低于高級別組,經(jīng)ROC曲線處理,證實DCEMRI灌注定量參數(shù)Ktrans、Kep和Ve值對膠質(zhì)瘤術(shù)前分級均有一定預(yù)測價值,這與劉振清[11]等研究結(jié)論相似.國外有學者采用藥代動力學模型反映活體組織微血管通透性,用Ktrans、Kep和Ve等指標對其量化,Carceller等[12]認為,癌區(qū)Ktrans值較非癌區(qū)高.趙明等[13]通過對經(jīng)手術(shù)病理證實的80例腦膠質(zhì)瘤患者行常規(guī)MRI增強及T1-DCE MRI檢查,發(fā)現(xiàn)Ktrans、Kep和Ve與病理學分級具有顯著相關(guān)性,相較于Kep、Ve和Ktrans對診斷不同級別膠質(zhì)瘤具有相對較高的敏感性和特異性,以0.160為最佳診斷切點值,診斷不同級別膠質(zhì)瘤的靈敏度高達90%,特異度高達95%,這與本研究結(jié)論相似.

高級別膠質(zhì)瘤能產(chǎn)生較多血管內(nèi)皮生長因子,導致內(nèi)皮細胞增殖,一定程度上會增加血管通透性,并可生成較多不成熟新生毛細血管,也會導致通透性增加[14].而活體測量血管通透性在腫瘤分級及腫瘤侵襲性判斷中起著重要作用,高血管通透性往往預(yù)示腫瘤級別高,傾向于惡性,預(yù)后相對較差[15].而Ktrans屬于微血管通透性的一項定量指標,經(jīng)典二室模型理論提示,對比劑注射后在血管內(nèi)與血管外細胞外間隙間進行交換,血漿向血管外細胞外間隙的轉(zhuǎn)移常數(shù)則為Ktrans,真實反映血流速度及血管表面滲透性,顯示腫瘤微血管通透性程度;Kep示對比劑自血管外細胞外間隙滲透至血管速度,若其與Ktrans同步上升,則示腫瘤組織局部血管滲透性較大;而Ve表示血管外細胞外間隙體積所占比例.正常腦組織Ktrans值為零,基于缺血再灌注、腫瘤及炎癥等病理狀況下,破壞了血腦屏障,導致毛細血管通透性增加,故Ktrans值相應(yīng)增加[16-17].

本研究顯示,隨膠質(zhì)瘤級別的增加,DCE-MRI灌注定量參數(shù)Ktrans、Kep和Ve值相應(yīng)升高,證實腫瘤級別越高,則新生毛細血管越多,血管通透性越大,而腫瘤血管血腦屏障破壞越嚴重,血管外細胞外間隙所占比例相應(yīng)增加;其中,相對于Kep和Ve值,Ktrans值對高、低級別膠質(zhì)瘤的診斷效能最高.

在腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級診斷中,定量動態(tài)增強MRI具有重要的應(yīng)用價值,在常規(guī)MRI基礎(chǔ)上結(jié)合Ktrans、Kep和Ve所提供的微循環(huán)信息,可評估腫瘤血管血腦屏障破壞程度,指導膠質(zhì)瘤定位活檢.但由于本研究樣本量偏小,故今后仍需深入調(diào)查研究.