高級磁共振成像技術(shù)在腦星形細(xì)胞瘤分級診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

胡 平 葉立果 江洪祥 徐 陽綜述 陳謙學(xué)審校

2016 版WHO 中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)首次將分子遺傳學(xué)標(biāo)志物應(yīng)用于中樞系神經(jīng)統(tǒng)腫瘤的分類與分型，其中星形細(xì)胞腫瘤分為級彌漫性星形細(xì)胞瘤（WHO分級Ⅱ級）、間變性星形細(xì)胞瘤（WHO分級Ⅲ級）和原發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（WHO 分級Ⅳ級），可進(jìn)一步分為異檸檬酸脫氫酶突變型、野生型和未分類型[1，2]。隨著分子病理學(xué)和腫瘤代謝組學(xué)的不斷發(fā)展，腦腫瘤的神經(jīng)影像已從既往單純的形態(tài)學(xué)水平過渡到灌注、功能和代謝的分子水平。當(dāng)前高級磁共振成像技術(shù)正是基于分子水平應(yīng)用于腦腫瘤的研究，如氫質(zhì)子磁共振波譜（proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS），彌散加權(quán)成像（diffusion weight imaging，DWI），彌 散 張 量 成 像（diffusion tensor imaging，DTI），動態(tài)對比增強(qiáng)磁共振成 像（dynamic contrast enhancement MRI，DCEMRI），動態(tài)磁敏感對比磁共振成像（dynamic susceptibility contrast-enhanced MRI，DSC-MRI），動脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling，ASL）。這影像技術(shù)對于神經(jīng)膠質(zhì)瘤的診斷、分級、治療、預(yù)后評估等至關(guān)重要。本文就高級磁共振成像技術(shù)在星形細(xì)胞瘤分級診斷中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 1H-MRS

1.1 成像原理 當(dāng)前廣泛應(yīng)用于MRS 研究的原子核為1H，因其自然豐度和旋磁比高，所以臨床應(yīng)用較為廣泛。1H-MRS 通過化學(xué)位移作用來檢測病灶區(qū)域的能量代謝，通過計(jì)算波峰下各代謝物比值，描述相關(guān)代謝物的變化[3，4]，反映腫瘤瘤區(qū)和正常組織區(qū)域的生化代謝差異。

1.21H-MRS 常見的代謝物1H-MRS 應(yīng)用于腦腫瘤最常用的代謝物有N-乙酰天門冬氨酸（N-acetyl aspartate，NAA）、膽堿（Choline，Cho）、肌酸（Creatine，Cr）、乳酸（lactate，Lac）、肌醇（myoinosital，MI）等。

1.2.1 NAA 波峰位于2.02 ppm 處，存在于神經(jīng)元胞體和突觸中，由線粒體產(chǎn)生，是神經(jīng)元的標(biāo)記物。其含量直觀反映神經(jīng)元的密度和活性，含量減少表示神經(jīng)元丟失或機(jī)能受損。

1.2.2 Cho 波峰位于3.2 ppm 處，存在于神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中，包括磷脂膽堿、磷脂酰膽堿和磷酸甘油膽堿。腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖迅速，并參與細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)增加，Cho升高。

1.2.3 Cr 波峰位于3.0 ppm 處，存在于神經(jīng)元內(nèi)，包括Cr和磷酸肌酸，參與體內(nèi)能量代謝。腦腫瘤細(xì)胞生化代謝加快，所需能量較大，Cr會升高。

1.2.4 Lac 兩峰分別位于1.33 ppm 和4.1 ppm 處。Lac 的積累發(fā)生于糖酵解，因此，腦腫瘤缺氧狀態(tài)可引起Lac升高。

1.2.5 MI 波峰位于3.56 ppm、4.06 ppm，位于星形膠質(zhì)細(xì)胞中，起滲透壓和細(xì)胞容積的維持作用。

1.31H-MRS 在星形細(xì)胞瘤分級診斷的作用Wang等[3]一項(xiàng)涉及1 228例的薈萃分析表明，使用Cho/Cr、Cho/NAA 和NAA/Cr 比值對辨別腦膠質(zhì)瘤的級別具有重要意義。Lin 等[4]定量分析顯示，不同級別膠質(zhì)瘤Cho/Cr和Cho/NAA比值具有顯著性差異，而NAA/Cr 比值無明顯差異。因此，腫瘤區(qū)代謝物比值的變化反映腫瘤的生物學(xué)行為，在指導(dǎo)星形細(xì)胞瘤分級中具有顯著的臨床價(jià)值。

2 DWI

2.1 成像原理 水分子微觀運(yùn)動是DWI 成像的基礎(chǔ)。利用水分子的布朗運(yùn)動，對水分子自由擴(kuò)散進(jìn)行測量和成像。目前，DWI 測量水分子自由擴(kuò)散的常用參數(shù)為表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC），特征性反映待檢組織不同方向（同一平面）水分子自由彌散的速率與范圍[5]。腦腫瘤惡性程度升高，水分子擴(kuò)散的阻力越大，其擴(kuò)散的速率和范圍越小，即ADC值下降越明顯。

2.2 DWI在星形細(xì)胞瘤的分級診斷中的作用Yamasaki 等[6]回顧性分析275 例腦腫瘤病人DWI 測定的ADC 值，發(fā)現(xiàn)不同級別星形細(xì)胞瘤ADC 值有差異。Qin 等[7]研究也表明ADC 值有助于區(qū)分星形細(xì)胞瘤級別，而DWI 聯(lián)合DSC 的相關(guān)參數(shù)的診斷效能最大。

3 DTI

3.1 成像原理DTI 以DWI 成像原理為基礎(chǔ)，對水分子微觀運(yùn)動過渡到三維形式的分析，通過測量組水分子彌散的速率、范圍和方向。DTI 常用的參數(shù)為部分各向異性（fractional anisotropy，F(xiàn)A）、球面各項(xiàng)異性（spherical anisotropy，CS）等，最常用FA 取值0～1，1表示最大各向異性的彌散[8]。

3.2 DTI 在星形細(xì)胞瘤的分級診斷的作用Raja 等[9]

研究表明DTI和DKI 參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動分級膠質(zhì)瘤的巨大潛力，特別區(qū)分星形細(xì)胞瘤。Jolapara 等[10]發(fā)現(xiàn)高級別星形細(xì)胞瘤的平均最大FA 值高于低級別星形細(xì)胞瘤，而高級別星形細(xì)胞瘤的平均最小CS值低于低級別星形細(xì)胞瘤。這提示DTI 相關(guān)指標(biāo)（例如最大FA 和最小CS）可幫助星形細(xì)胞瘤進(jìn)行分級診斷。

4 DCE-MRI

4.1 成像原理DCE-MRI 是基于弛豫度變化的灌注技術(shù)。Tofts 等[11]提出的雙室血流動力學(xué)模型，可將選定的感興趣區(qū)分別分為血管內(nèi)間隙和血管外細(xì)胞外間隙（extravascular extracellular space，EES）。由于腫瘤新生血管較多，其血管通透性高，注入的造影劑很快分布到血管內(nèi)及EES，因此縮短了T1弛豫時(shí)間，增加了T1信號。該技術(shù)常用參數(shù)包括：體積轉(zhuǎn)移常數(shù)（Ktrans），后流速度（kep），EES容積分?jǐn)?shù)（Ve）。

4.2 DCE-MRI 在星形細(xì)胞瘤的分級診斷中的作用Zhao 等[12]研究表明，每個(gè)階段的Ktrans、kep 和Ve 值均與星形細(xì)胞瘤和少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤病理分級相關(guān)。這提示膠質(zhì)瘤腫瘤實(shí)體Ktrans和周圍組織水腫的參數(shù)可用于準(zhǔn)確地區(qū)分膠質(zhì)瘤。Jia等[13]研究表明除Ⅲ級與Ⅳ級星形細(xì)胞瘤外，不同級別星形細(xì)胞瘤的Ktrans 值和Ve 值均存在顯著差異，特別是Ktrans 和Ve 的臨界值星形細(xì)胞瘤級別具有良好的靈敏度和特異度。

5 DSC-MRI

5.1 成像原理DSC-MRI 為最常用的磁共振灌注技術(shù)，其基于造影劑推注第一次通過毛細(xì)血管床期間的磁化率變化，可以估計(jì)相對腦血容量（relative cerebral blood volume，rCBV），顯示膠質(zhì)瘤新血管生成的組織病理學(xué)結(jié)果，間接反映膠質(zhì)瘤惡性程度[14]。

5.2 DSC-MRI 在星形細(xì)胞瘤的分級診斷中的作用Mangla 等[15]研究發(fā)現(xiàn)星形細(xì)胞瘤rCBV 值與無進(jìn)展生存期呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。提示DSC-MRI 對星形細(xì)胞瘤組織病理學(xué)分級有臨床意義。

6 ASL

6.1 成像原理ASL 是另一種磁共振灌注加權(quán)成像，不需要外部造影劑，通過使用磁性標(biāo)記的動脈血水分子作為內(nèi)源性示蹤劑，就可以很好地評估組織的血流灌注。在標(biāo)記好的水分子到達(dá)成像層面后，對信號進(jìn)行快速采集，得到標(biāo)記像，然后對其余同一層面未使用射頻脈沖的水分子進(jìn)行信號采集，得到控制像，兩者相減，得到灌注像[16]。

ASL 的參數(shù)為腦血流量（cerebral blood flow，CBF）、CBV。膠質(zhì)瘤在生長的過程中，伴隨著腫瘤血管的增生。ASL 技術(shù)可以測量腫瘤血流（tumor blood flow，TBF）。

6.2 ASL在星形細(xì)胞瘤的分級診斷中的作用Morana等[17]研究表明低級別和高級別星形細(xì)胞瘤DSC 和ASL 存在顯著差異，所有參數(shù)在預(yù)測腫瘤分級方面具有相似的性能。因此，用1.5 T掃描儀執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)化脈沖式ASL 可提供與小兒星形細(xì)胞瘤的DSCMRI 相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，并可區(qū)分星形細(xì)胞瘤的級別。Khashbat 等[18]研究表明，與低級別星形細(xì)胞瘤相比，高級別星形細(xì)胞瘤顯示出更高的絕對TBF。TBF 比率診斷準(zhǔn)確度較高，而絕對TBF 的準(zhǔn)確性較低。在常規(guī)MRI 表現(xiàn)不明確的情況下，ASL 灌注成像的參數(shù)，尤其是TBF比率，有助于區(qū)分星形細(xì)胞瘤級別。

綜上所述，高級磁共振成像技術(shù)有助于指導(dǎo)星形細(xì)胞瘤分級診斷，有助于精準(zhǔn)評估星形細(xì)胞瘤，有助于手術(shù)方案的制定以及預(yù)測手術(shù)治療效果，有助于病人的預(yù)后評估和隨訪。在精準(zhǔn)醫(yī)療的背景下，磁共振影像組學(xué)這一快速發(fā)展的學(xué)科，正在與腫瘤病理分子學(xué)、代謝組學(xué)、基因組學(xué)等學(xué)科融合發(fā)展。隨著相關(guān)技術(shù)的革新，尤其是人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來的磁共振影像將更好地服務(wù)于膠質(zhì)瘤的診斷、分級、治療、預(yù)后評估等。