多模态MRI在评估胶质瘤瘤体微观结构中的应用价值

李香营 黄丹妮 吴元魁 陈建强 彭俊 王丹凤 梁其洲 袁园 符水喜

(1中南大学湘雅医学院附属海口医院 海口市人民医院放射科，海南 海口 570208；2南方医科大学南方医院医学影像中心；3中南大学湘雅医学院附属海口医院 海口市人民医院神经外科；4海南医学院第二附属医院东湖院区急诊科)

胶质瘤较高的异质性和瘤周浸润，是其术后复发和死亡率居高不下的重要原因，术前通过功能磁共振技术评估胶质瘤微观结构特点成为目前临床研究的热点〔1,2〕。多模态磁共振成像(MRI)技术作为一种多模态成像，具有兼顾各种MRI序列优势，全面反映肿瘤的形态、功能及瘤周浸润情况，有助于肿瘤诊断、分级及微结构、生物学特性的评估〔3～5〕，临床应用较多的成像序列包括扩散加权成像(DWI)、磁共振波谱成像(MRS)、灌注加权成像(PWI)和扩散张量成像(DTI)等。研究显示〔6〕多模态MRI在瘤周浸润、血管新生等微观结构评估中优势明显，而对于瘤体微观结构的研究相对较少，本研究则重点探讨多模态MRI在评估胶质瘤瘤体微观结构及胶质瘤分级中的价值。

1 材料与方法

1.1一般资料 收集中南大学湘雅医学院附属海口医院2017年1月至2019年11月经手术病理证实的胶质瘤患者36例，年龄20～89岁，平均年龄(49.8±17.5)，其中男24例，女12例，病例排除标准：①多模态MRI资料不全(术前同一台MRI行DWI、DTI及PWI检查)或图像存在伪影干扰，质量不满意，影响瘤体组织后处理；②术前患者已接受不同周期的放化疗；③胶质瘤瘤体较小，出血、坏死明显或肿瘤部位不满意，无法准确选择感兴趣区。本研究获得患者知情同意且经医院伦理委员会审核批准后实施〔2017-(伦审)-081〕。参照2016年WHO中枢神经系统肿瘤分级标准〔7〕，高级别胶质瘤(WHO Ⅲ～Ⅳ级)最多，占61%(22例),余14例为低级别胶质瘤(WHO I～Ⅱ级)。

1.2MRI检查

1.2.1多模态MRI 扫描设备为GE 3.0T磁共振，头颅8通道相控阵线圈，扫描序列及参数如下：T1加权成像(T1WI)：回波时间(TE)/重复时间(TR)20/1 780 ms；T2加权成像(T2WI)：TE/TR 145/5 000 ms；层厚/层间距6/1 mm，矩阵320×224，视野(FOV)24 cm×24 cm；T2-Flair：TE/TR 112/5 800 ms。增强序列为T1三维快速扰相梯度回波(T1-3D-FSPGR)：采用高压注射器肘静脉团注对比剂Gd-DTPA(北陆药业)，剂量0.1 mmol/kg，速率2 ml/s。

DTI及DWI扫描采用自旋回波平面回波成像(SE-EPI)序列，梯度扩散因子(b)值为1 000 s/mm2，参数分别为TR/TE 5 900 ms/85 ms和6 200 ms/90 ms，矩阵分别为160×192和160×160，层厚和层间距同常规扫描。PWI共扫描100期，预扫描10期后以4 ml/s速度经肘正中静脉快速团注对比剂行灌注成像，剂量30 ml。

1.2.2多模态MRI后处理 多模态MRI原始数据传至GE ADW4.4工作站，由两名具有高级职称的神经影像专家共同阅片，讨论，根据T2WI+T1WI+T2-Flair+T1-3D-FSPGR增强确定胶质瘤瘤体、出血区及坏死区，于瘤体最大层面勾勒感兴趣区，分别计算相应部位DWI参数ADC值、DTI参数FA值和 PWI参数rCBV值。

1.3血管内皮生长因子(VEGF)表达及细胞密度 VEGF 阳性细胞的表达方法参照文献〔8〕，先在低倍视野(×40)下浏览全片，选择阳性细胞表达清晰且不存在大面积出血，坏死的热区，然后在高倍视野下(×400)计算不少于6个视野的平均阳性细胞百分比。采用图像分析软件Image J分析肿瘤细胞密度〔9〕。

1.4统计学处理 采用SPSS24.0软件进行t检验、Kruskal-Wallis检验、Pearson相关分析。

2 结 果

2.1MRI检查结果 高级别胶质瘤瘤体FA值和rCBV值显著高于低级别胶质瘤，ADC值则明显低于低级别胶质瘤(P<0.05)。见表1。

表1 不同级别胶质瘤瘤体ADC值、FA值和rCBV值的组间比较结果

2.2脑胶质瘤瘤体多模态MRI参数与微观结构的相关性 胶质瘤瘤体FA值〔(0.16±0.03)〕、rCBV值〔(3.47±1.57)〕与VEGF阳性细胞百分比〔(26.57±5.88)%〕均呈正相关(r=0.67、0.67,P<0.05)，与细胞密度〔(15.20±5.21)%〕亦呈正相关(r=0.63、0.76，P<0.05)；ADC值〔(1.11±0.17)×10-3mm2/s〕与VEGF阳性细胞百分比及细胞密度均呈负相关(r=-0.54、-0.63,P<0.05)。见图1。

图1 免疫组织化学显示VEGF抗体呈明显阳性表达(SP，×400)

3 讨 论

胶质瘤是颅内最常见的原发性恶性肿瘤，存在明显的结构异质性和肿瘤细胞浸润，术后复发率高，5年生存率低于5%〔10〕，成为临床亟待解决的问题。近年来多模态MRI不仅用于评估肿瘤的结构异质性及瘤周浸润，在反映胶质瘤遗传异质性方面也有一定优势〔11,12〕。

本研究结果显示高级别胶质瘤瘤体ADC值明显低于低级别胶质瘤，FA值和rCBV值则高于低级别胶质瘤，这和胶质瘤的病理学特点及MRI各参数的理论基础有关。ADC值、FA值和rCBV受多种因素的影响，其中以肿瘤微观结构异质性最明显，包括肿瘤细胞密度，新生血管数量及白质纤维束构成等。ADC值反映水分子的弥散特点，rCVB是标定血容量的最优指标，随着胶质瘤级别的增高，肿瘤细胞密度越密集，核浆比例升高，细胞外间隙变窄，所需新生血管越丰富，这在一定程度上限制了水分子的弥散，造成高级别胶质瘤ADC值降低，rCBV升高。FA值是量化水分子弥散方向的重要参数，FA值越高，越趋于同方向运动，高级别胶质瘤瘤体FA值高于低级别胶质瘤，可以解释为无论什么级别的胶质瘤，瘤体区域的白质纤维束均已不同程度破坏，而高级别胶质瘤细胞构成更密集，造成细胞外间隙明显变窄，在某一区域有可能存在水分子沿着细胞外间隙方向进行扩散〔13〕。林坤等〔14〕在研究定量多模态MR对37例经手术病理证实的脑胶质瘤分级诊断效能后认为，在定量多模态MR众多参数中，最小表现弥散系数(minADC)值和FA值在胶质瘤患者术前评估中优势明显，可用于疑似脑胶质瘤患者的术前分级。不过对于磁共振弥散张量成像参数FA值是否具有胶质瘤分级诊断的价值，国内外也存在不同观点。在一项通过DTI区分低级别胶质瘤和高级别胶质瘤的前瞻性研究中，作者认为采用瘤体平均弥散率(MD)值结合肿瘤周围组织FA值可以准确对胶质瘤进行分级诊断，并强调了瘤周区域对术前胶质瘤分级诊断的重要性〔15〕。

病理学也已经证实，在胶质瘤生长过程中，氧供应不断减少，肿瘤本身及其所处的微环境内的基质细胞就会产生促血管生成因子，并诱导内皮细胞增殖和迁移，形成新的脉管系统，而通常这种由VEGF刺激产生的新脉管系统在结构和功能上存在异常，表现在新生血管解剖结构不完整，成熟度不够，血管通透性较高，相应微观结构亦发生变化。本实验数据提示FA值、rCBV升高和(或)ADC降低的瘤体区域可能表明肿瘤细胞密度高和血管异常增多,这在一定程度印证了影像病理学的统一，胶质瘤级别越高，新生血管数量和功能不完善越明显，肿瘤细胞增殖越旺盛，rCBV值和FA值越高，ADC值则越低。不过针对肿瘤ADC值与VEGF阳性细胞百分比是否存在相关性，国内外专家观点不一，在一项荟萃分析中，四项研究认为存在负相关，包括肝癌，前列腺癌，直肠癌和甲状腺癌，也有四项研究认为存在正相关，包括食管癌，卵巢癌，宫颈癌和胰腺癌，在五项研究中认为两者之间没有相关性〔16〕。

综上所述，多模态MRI参数在术前评估胶质瘤瘤体微观结构特点方面优势互补，可以间接反映肿瘤血管新生和细胞密度，其中以rCBV值优势明显。