李 銳，劉晉紅，王玉林，婁 昕，馬 林

1. 解放軍總醫(yī)院放射科，北京 100853；

2. 解放軍總醫(yī)院病理科，北京 100853

·專題論著·

三維動脈自旋標記與磁共振動態(tài)對比增強成像參數在膠質瘤術前分級中的對照研究

李 銳1，劉晉紅2，王玉林1，婁 昕1，馬 林1

1. 解放軍總醫(yī)院放射科，北京 100853；

2. 解放軍總醫(yī)院病理科，北京 100853

目的：對照研究三維動脈自旋標記（arterial spin labeling，ASL）與磁共振動態(tài)對比增強成像（dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI）參數在術前腦膠質瘤診斷中的特點。方法：回顧分析2014年7月—2016年5月經病理證實的膠質瘤39例（其中高級別膠質瘤23例、低級別膠質瘤16例），所有患者均行常規(guī)MRI、ASL及DCE-MRI檢查，運用GE開發(fā)工作站Omni-Kinetics Version 2.0獲得容積轉運常數（volume transfer constant，Ktrans）、血管外細胞外間隙容積比（extravascular extracellular space volume fraction，Ve）、血漿容積分數（fractional plasma volume，Vp）、腫瘤血容量（tumor blood volume，TBV）及腫瘤血流量（tumor blood flow，TBF）；ASL應用GE ADW4.6工作站獲得腦血流量（cerebral blood flow，CBF），測得病變的最大CBF及對側正常腦組織的CBF，分別比較不同級別膠質瘤Ktrans、Ve、Vp 、rTBF-DCE及rCBF-ASL之間的差異，并分析rTBF-DCE與rCBF-ASL之間的相關性。結果：與低級別膠質瘤相比，高級別膠質瘤的Ktrans、Ve、Vp、rTBF-DCE、rCBF-ASL值分別為（0.162±0.026）/min、0.810±0.194、0.118±0.026、2.876±0.236、2.574±0.160，均高于低級別膠質瘤的（0.023±0.007）/min、0.463±0.099、0.055±0.017、1.684±0.174、1.163±0.048，且rTBF-DCE與rCBF-ASL之間存在一定相關性（r=0.62，P＜0.05）。結論：基于DCE-MRI獲得的定量參數Ktrans、Ve、Vp、rTBF與基于ASL獲得的定量參數rCBF可用于術前區(qū)分高級別與低級別膠質瘤。

膠質瘤分級；動脈自旋標記；磁共振動態(tài)對比增強成像；微血管滲透性

馬林，教授，主任醫(yī)師，博士生導師?，F任解放軍總醫(yī)院放射診斷科主任。擅長神經系統腫瘤性病變、白質病變、變性病及血管病變的診斷。主要社會職務有中華放射學會神經專業(yè)委員會副主任委員、全軍放射學專業(yè)委員會常務委員、中國研究型醫(yī)院學會放射學專業(yè)委員會副主任委員、中國醫(yī)學影像技術研究會常務理事，擔任《中國醫(yī)學影像學雜志》主編，Investigative Radiology、《中華放射學雜志》、《中國醫(yī)學影像技術》等雜志編委。以第一作者或通信作者發(fā)表核心期刊論文134篇（其中SCI收錄期刊論文42篇），主編專著5部。承擔國家自然科學基金4項。2012年獲北京市科學技術三等獎，2013年獲軍隊醫(yī)療成果一等獎。

腦膠質瘤是成人腦內最常見的原發(fā)性中樞神經系統腫瘤［1］，其發(fā)病率、致殘率及復發(fā)率逐年上升，療效和預后與病理分級明顯相關，因此術前正確分級對其治療及預后有重要意義。MRI在膠質瘤診斷中扮演重要角色，通常認為占位效應、囊變、壞死及強化程度與膠質瘤的級別有一定的相關性。大多數高級別膠質瘤出現中等或明顯強化，而低級別膠質瘤不強化或輕微強化；然而文獻報道［2-3］約10%高級別膠質瘤和20%～30%間變性星形細胞瘤無明顯強化，10%低級別膠質瘤可有強化。常規(guī)MRI增強掃描與腫瘤的病理學分級不一致，可能與常規(guī)增強掃描只反映血-腦屏障（blood brain barrier，BBB）的破壞，不能反映腫瘤新生血管密度及其通透性有關［4］。

磁共振動態(tài)對比增強掃描（dynamic contrastenhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI）可評估腫瘤微環(huán)境改變（包括血流動力學與藥物代謝動力學變化），很好地反映腫瘤微血管密度及其通透性［5-6］。DCE-MRI血流動力學參數有相對腫瘤血容量（relative tumor blood volume，rTBV）和相對腫瘤血流量（relative tumor blood flow，rTBF），與腫瘤微血管密度有關；藥物代謝動力學參數有容積轉運常數（volume transfer constant，Ktrans）、血管外細胞外間隙容積比（extravascular extracellular space volume fraction，Ve）、血漿容積分數（fractional plasma volume，Vp）及血液回流常數（Kep），其與腫瘤組織血管的通透性有關。

動脈自旋標記（arterial spin labeling，ASL）是一種基于MRI的功能成像技術，無需注射造影劑，有無創(chuàng)性和較好的可重復性，可迅速測量組織的血流灌注信息。相比傳統的2D ASL，3D ASL基于快速自旋回波（fast spin echo，FSE）成像，可進行全腦成像大范圍采集，使圖像信噪比明顯提高。而假連續(xù)脈沖動脈自旋標記（pseudo-continuous arterial spin labeling，pCASL）結合了脈沖式動脈自旋標記（pulsed arterial spin labeling，PASL）和連續(xù)動脈自旋標記（continuous arterial spin labeling，CASL）的優(yōu)勢，在實現全腦灌注成像的基礎上克服了CASL特殊吸收率（specific absorption ratio，SAR）高的問題。與傳統的動態(tài)磁敏感增強（dynamic susceptibility contrast，DSC） 成像相比，3D ASL可直接反映組織血流灌注，采用梯度回波 （gradient echo，GRE）或FSE序列時磁敏感偽影小。

本研究旨在比較ASL與DCE-MRI參數在術前診斷腦膠質瘤中的特點。

1　資料和方法

1.1臨床資料

回顧分析2014年7月—2016年5月解放軍總醫(yī)院經手術證實的39例腦膠質瘤患者資料。所有患者術前或活檢前行常規(guī)MRI、ASL及DCEMRI檢查，MRI檢查前未接受放療、化療及顱腦手術史。其中高級別膠質瘤23例、低級別膠質瘤16例。男25例、女14例；年齡23～72歲，平均（45.7±1.9）歲。病例納入標準：① 常規(guī)MRI提示腦實質內腫瘤可能；② 所有患者均經病理證實為膠質瘤；③ 所有患者均接受手術及放療；④患者配合良好。病例排除標準：① 對MRI造影劑過敏的患者；② 圖像質量差，影響數據分析者不能入組；③ 孕婦或哺乳期婦女不能入組。

1.2MRI檢查及掃描參數

1.2.1實驗設備

所有數據采集使用GE 3.0T MRI設備（Discovery MR750，GE Healthcare，Milwaukee，WI，USA）及32通道頭部線圈。所有患者均行常規(guī)MRI及增強掃描?；颊邫z查前頭部兩側用海綿墊填充，囑咐其盡可能減少頭部運動帶來的偽影。

1.2.2常規(guī)MRI掃描序列及參數

具體參數：軸位FSE T2WI 序列參數為：重復時間（repetition time，TR）/回波時間（echo time，TE）=4 526 ms/111 ms，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm；軸位T1WI序列參數為：TR/TE/反轉時間（inversion time，TI）= 1 750 ms/24 ms/780 ms，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm）；冠狀位T2液體衰減反轉恢復（fluid attenuated inversion recovery，FLAIR）序列參數為：TR/TE/TI=8 500 ms/163 ms/2 100 ms，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm；彌散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）采用單次激發(fā)回波平面成像（echo planar imaging，EPI）序列，參數為：TR/TE= 6 000 ms/65.7 ms，b=1 000 s/mm2，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm；增強掃描（軸位、冠狀位、矢狀位）：按0.2 mmol/kg經肘靜脈注射釓噴酸葡胺（gadolinium-diethylenetriamine pentaacetic acid，Gd-DTPA；德國拜耳先靈醫(yī)藥公司）。

1.2.3DCE掃描序列及參數

DCE-MRI采用三維快速擾相梯度回波（three dimensional fast spoiled gradient echo，3D FSPGR）序列，即3D肝臟容積快速采集（liver acquisition with volume acceleration，LAVA）技術。動態(tài)增強掃描前：掃描5組翻轉角分別為3°、6 °、9 °、12 °、15°，分別采集1次，TR/ TE=2.3 ms/1.2 ms，層厚4 mm，激勵次數（number of excitation，NEX）=1，視野（field of view，FOV）24 cm×18 cm，矩陣160×128。動態(tài)增強掃描：翻轉角為12°，掃描參數與動態(tài)增強掃描前一致，時間分辨率為4 s，掃描范圍包括整個腫瘤及周圍水腫區(qū)域。動態(tài)增強掃描掃50個期相，第6期相開始由肘靜脈用高壓注射器以2 mL/s速率按0.2 mmol/kg注射Gd-DTPA，快速注射等量生理鹽水沖洗導管，避免造影劑殘留。共掃描時間3 min 20 s，獲得2 000幅圖像，然后進行常規(guī)增強掃描。

1.2.4ASL掃描序列及參數

3D-pCASL灌注成像使用背景抑制的3D FSE圖像采集方法，在注射造影劑前進行數據采集。ASL參數為：TR/TE=4 844 ms/10.5 ms，PLD= 2 025 ms，層厚4 mm，層間距0 mm，數據采集時間為4 min 41 s；3D FSPGR-delay參數為：TR/TE=4 844 ms/10.5 ms，層厚4 mm，層間距0 mm，在注射造影劑后進行數據采集，與3D ASL相匹配。

1.3數據處理

1.3.1DCE-MRI數據后處理

應用GE公司自主開發(fā)的Omni-Kinetics軟件生成偽彩圖，Extended Tofts Linear雙室模型［7］，由兩名經驗豐富的放射科醫(yī)師在偽彩圖上勾畫感興趣區(qū)（region of interest，ROI），ROI分別置于腫瘤實質強化區(qū)域（參照軸位T2WI、FLAIR及增強掃描）。每個病例測3～5次（每個ROI大小為10～20 mm2。測量過程中盡量避開出血、壞死囊變及鈣化區(qū)域），并分別計算出Ktrans、Ve、Vp、TBF、TBV值，取平均值。

1.3.23D ASL數據后處理

運用GE ADW4.6后處理工作站生成腦血流量（cerebral blood flow，CBF）偽彩圖，由兩名經驗豐富的放射科醫(yī)師在偽彩圖上勾畫ROI （參照DCE-MRI生成的TBF圖），ROI分別置于腫瘤實質強化區(qū)域（參照軸位T2WI、FLAIR及增強掃描）與對側正常腦組織區(qū)域（鏡像），每個病例測3～5次（每個ROI大小為10～20 mm2，測量過程中盡量避開出血、壞死、囊變及鈣化區(qū)域），并分別計算出CBF、rCBF值，取平均值。

1.4統計學處理

2　結 果

2.1病理結果

39例病例證實膠質瘤，其中Ⅱ級16例（星形膠質細胞瘤8例、少突膠質細胞瘤4例、少突星形膠質細胞瘤4例），Ⅲ級8例（間變性星形膠質細胞瘤3例、間變性少突膠質細胞瘤5例），Ⅳ級15例（膠質母細胞瘤15例） （圖1、2） 。

2.2低級別與高級別膠質瘤DCE-MRI參數比較

低級別膠質瘤灌注參數rTBF-DCE及rTBVDCE值均低于高級別膠質瘤，差異有統計學意義（表1）。低級別膠質瘤滲透參數Ktrans、Ve、Vp值均低于高級別膠質瘤（表1）。

2.3低級別與高級別膠質瘤ASL參數比較

低級別膠質瘤的rCBF-ASL值低于高級別膠質瘤，差異有統計學意義（表1，圖1、2）。

2.4低級別與高級別膠質瘤Ktrans、Ve、Vp、rCBF-ASL及rTBF-DCE值的受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析

當Ktrans=0.047 5/min時，鑒別低級別與高級別膠質瘤的特異度和靈敏度分別為78.3%和80.0%；當rCBF=1.538時，鑒別低級別與高級別膠質瘤的特異度和靈敏度分別為95.7%和100%（表2、圖3）。

2.5rTBF-DCE與rCBF-ASL相關性分析

用兩種方法獲得的rTBF-DCE與rCBF-ASL之間存在正相關（r=0.62，P＜0.05）（圖4）。

表2　低級別與高級別膠質瘤Ktrans、Ve、Vp、rCBF-ASL及rTBF-DCE值的ROC曲線分析

圖1　右側島葉星形膠質細胞瘤DCE-MRI與ASL表現

表1　低級別與高級別膠質瘤DCE-MRI與ASL各參數之間的比較

圖2　右側島葉星形膠質母細胞瘤DCE-MRI與ASL表現

圖3　低級別與高級別膠質瘤相應參數的ROC曲線

圖4　低級別與高級別膠質瘤基于rTBF-DCE與rCBFASL的相關性分析

3　討 論

灌注和滲透是反映腫瘤微循環(huán)異常的兩個重要指標［8-9］，了解腫瘤微血管灌注特性對膠質瘤的生物學特性及預后評估具有重要價值。腫瘤生長需足夠的血管維持，其在生長過程中會形成許多不成熟的新生血管。隨著腫瘤生長，血管增多、迂曲，結構發(fā)生紊亂，血管通透性會發(fā)生改變。

以往DSC-MRI灌注成像技術采用單室模型，假設血管通透性沒有改變，不考慮造影劑的滲漏，對比劑分子很容易通過不完整的血管壁滲漏到血管外細胞外間隙（extravascular extracellular space，EES），這些順磁性對比劑分子引起T1值減低，信號增高，導致DSC-MRI測量的CBV值可能低估，評估膠質瘤的惡性程度不夠有效［10-12］。因此，需要一種既可反映腫瘤微血管密度（灌注信息），又可反映血管通透性（滲透信息）的方法。

正常腦組織含有血-腦屏障，而造影劑不能通過血-腦屏障，理論值上Ktrans值為零［13］。腫瘤生長過程中形成的微血管多發(fā)育不成熟，血管壁不完整，通透性高于正常腦組織。腫瘤惡性程度越高，血-腦屏障破壞越嚴重，大量造影劑可滲透到EES。研究表明，Ve值除與EES體積相關外，還受血管通透性的影響，血管通透性越大，Ve值越大。本研究表明，滲透參數Ktrans、Ve、Vp值在高級別膠質瘤中均高于低級別膠質瘤，表明Ktrans、Ve、Vp值越高，腫瘤微血管生成越多，血管通透性越高，腫瘤級別越高，與Awasthi等［14］的研究結果一致。

本研究顯示，ASL灌注成像不僅可顯示腦膠質瘤的血流變化，還可用于膠質瘤的術前評估及分級診斷，與文獻報道相符［15-16］。其獲得的rCBF經ROC曲線分析鑒別高級別與低級別膠質瘤的特異度（100%）和靈敏度（95.7%）明顯高于基于T1WI的灌注成像參數rTBF （特異度80.0%，靈敏度73.9%）。另外，還發(fā)現兩者之間存在一定的相關性（r=0.62），與文獻報道一致。Roy等［17］研究認為，DCE-MRI與3D pCASL獲得的病變區(qū)rCBF之間存在較弱的相關性，且兩者獲得的正常腦灰質與腦白質CBF之間無相關性。這可能與模型選擇有關，本研究選擇的是Omni-Kinetics軟件生成的Extended Tofts Liner雙室模型；還可能與本研究中病例數相對較少有關。

本研究局限性在于：樣本量相對較小，沒有進一步將高級別膠質瘤分級研究；受軟件限制，沒有對整個腫瘤實性部分進行測量；部分病例由穿刺活檢獲得病理，沒有做到病理與影像進行點對點對照。

總之，ASL與DCE-MRI對術前膠質瘤分級有一定指導意義。相比于ASL灌注成像只能反映組織的CBF，DCE-MRI具有更高的信噪比及空間分辨率，可在同一動態(tài)增強掃描參數下同時獲得滲透參數和灌注參數來評估血腦屏障破壞程度和范圍，有廣闊的臨床應用前景。

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Comparative study of three dimensional pseudo-continuous arterial spin labeling and dynamic contrast-enhanced MRI parameters in preoperative grading of gliomas

LI Rui1， LIU Jinhong2， WANG Yulin1， LOU Xin1，MA Lin1（1. Department of Radiology， Chinese PLA General Hospital， Beijing 100853， China； 2. Department of Pathology， Chinese PLA General Hospital， Beijing 100853， China）
Correspondence to: MA Lin E-mail: cjr.malin@vip.163.com

Objective: To comparatively study the difference between three dimensional pseudo-continuous arterial spin labeling （3D pCASL） and dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging （DCE-MRI） in the features of assessing the preoperative grading of gliomas. Methods: The data of 39 patients with proved gliomas （23 with high-grade gliomas and 16 with low-grade gliomas） from July 2014 to May 2016 were retrospectively analyzed. All patients were scanned on a 3.0T MRIsystem using conventional sequences， 3D pCASL and DCE sequence. DCE-MRI parameters such as volume transfer constant（Ktrans）， extravascular extracellular space volume fraction （Ve）， fractional plasma volume （Vp）， tumor blood flow （TBF） and tumor blood volume （TBV） and 3D pCASL parameter cerebral blood flow （CBF） were measured and analyzed in different grades of gliomas， respectively using Omni-Kinetics Version 2.0 workstation and GE Advantage 4.5 workstation. Relative TBF （rTBF）and rCBF were obtained based on normalized mirror region and contralateral white matter. A correlation between rTBF on DCEMRI and rCBF on 3D pCASL was noted. Results: The differences in Ktrans， Ve， Vp， rTBF and rCBF values ［（0.162±0.026）/min vs. （0.023±0.007）/min， 0.810±0.194 vs. 0.463±0.099， 0.118±0.026 vs. 0.055±0.017， 2.876±0.236 vs. 1.684±0.174， 2.574±0.160 vs.1.163±0.048］ were statistically significant between high-grade glioma and low-grade glioma. There was certain correlation between rTBF on DCE-MRI and rCBF on 3D pCASL （r=0.62， P＜0.05）. Conclusion: DCE-MRI parameters （Ktrans， Ve， Vp and rTBF） and ASL parameter （rCBF） might be useful in differentiating the preoperative grading of gliomas.

Glioma grading； Arterial spin labeling； Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging；Microvascular permeability

R445.2

A

1008-617X（2016）03-0217-06

馬林 E-mail：cjr.malin@vip.163.com

（2016-09-10）