脑胶质瘤MR灌注成像及最大灌注区波谱表现与病理学特征相关性研究

摘要

胶质瘤是脑内最常见的原发性肿瘤,主要以神经病理学、遗传和预后的显著异质性为特征。早期正确的分类、分级诊断和综合评估肿瘤的范围及其与周围解剖结构的关系对于肿瘤治疗方案的确定及预后有重要意义。磁共振波谱分析和灌注成像能提供局部组织代谢物和肿瘤微血管生成信息而有助于对肿瘤性质的进一步明确。由于胶质瘤内不同空间部位的肿瘤组织恶性程度存在明显差异,无论是病理活检取材还是影像学分级所选取的肿瘤部位对肿瘤的正确分级均会产生影响。本研究利用MRI技术分析不同级别或组织类型胶质瘤血流灌注特征和最大灌注区代谢产物的变化,结合相应的病理学及免疫组化特征,在以往研究的基础上,进一步明确肿瘤的MRI血流变化与肿瘤微血管密度和微血管形态变化、代谢产物改变与细胞增殖活性的相关性。
　　 目的:
　　 研究脑胶质瘤MR灌注成像及肿瘤最大灌注区MR波谱特征,评价MRI在胶质瘤分级及定性诊断中的应用价值。对不同级别或组织类型胶质瘤的病理学及免疫组化特征进行分析,探讨胶质瘤MRI血流变化和代谢产物改变与病理学变化的相关性,进一步明确肿瘤MR灌注和波谱分析可能的病理学基础。
　　 材料与方法:
　　 1.研究对象
　　 胶质瘤组:病理证实的胶质瘤患者53例,其中低级别肿瘤(WHO分级为Ⅰ～Ⅱ级)22例:13例星形细胞瘤,8例少突胶质细胞瘤,1例室管膜瘤;高级别肿瘤(WHO分级为Ⅲ～Ⅳ)31例:间变性少突胶质瘤8例,间变性星形细胞瘤6例,胶质母细胞瘤17例。对照组:10例正常自愿者。
　　 2.扫描及指标测定
　　 MRI成像仪采用GE公司生产的SIGNA HDx1.5T扫描仪(GE Medical System,Milwaukee,WI),8通道(8NV)头线圈。完成常规平扫描后,采集FAIR和DSC灌注原始数据(23例患者同时行FAIR扫描),常规T1WI增强扫描,随后,对最大灌注层面进行2D-多体素波谱数据采集。此外,10例正常自愿者行常规平扫和基底节区层面2D-多体素波谱扫描。
　　 分别测定肿瘤DSC灌注的最大血容灌注值(rCBVmax)及同一位置的相对脑血流量(rCBF)值、瘤周区相对脑血容灌注值、瘤体T2高信号边缘区相对脑血容灌注值;FAIR的瘤体最大血流灌注值(rCBFmax)、DSC最大血容灌注区相应的FAIR血流灌注值,采用spearman相关分析两种方法测定的血流灌注值的关系,Mann-Whitney U秩和检验性分析不同级别或组织类型间灌注指标的差异。测定波谱成像层面肿瘤最大灌注区、瘤周区、对侧正常脑实质区的Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr比值,采用Mann-Whitney U秩和检验分析各指标在不同级别或组织类型胶质瘤间的差异。测定正常自愿者基底节区层面皮层、豆状核、丘脑及白质区的Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr值作为对照,双侧大脑半球对称点代谢物比较采用Wilcoxon秩和检验。
　　 3.病理切片染色及指标测定
　　 对病理标本分别进行HE染色及Ki-67、CD34免疫组织化学染色,测定CD34微血管密度及微血管管腔直径,二元线性回归分析两者与rCBVmax之间的关系。测定Ki-67阳性细胞标记率,采用spearman相关性分析Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr各值与Ki-67LI标记率之间的相关性。
　　 4.各指标的评价
　　 采用ROC曲线分别对肿瘤MR灌注的rCBVmax值、最大灌注区代谢物比值Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr中有显著性差异的指标进行分析,确定各指标及最佳诊断界值和取该界值时的灵敏度和特异度,用同样方法对MR波谱分析和灌注成像联合诊断进行分析。
　　 结果:
　　 1.FAIR与DSC灌注两者相应部位的rCBF值呈显著相关性,相关系数r=0.84(P＜0.01),FAIR灌注最大相对血流值(rCBFmax)在高、低级别胶质瘤间有显著性差异(Z=-3.941,P＜0.01)。
　　 DSC灌注成像显示,53例胶质瘤瘤体最大灌注血容量值rCBVmax在高、低级别胶质瘤间存在显著性差异(P＜0.01),而在高级别胶质瘤中Ⅲ、Ⅳ级组间无显著性差异。瘤周区、瘤体T2高信号边缘区的rCBV值在高、低级别胶质瘤间无显著性差异。同时低级别星形细胞瘤和低级别少突胶质瘤rCBVmax值无显著性组间差异,但低级别少突胶质细胞瘤灌注较前者存在明显增高的趋势。
　　 不同病理级别及组织类型胶质瘤的微血管密度、管腔径及管腔形态等差异较大,但rCBVmax值与微血管腔径(X1)和肿瘤微血管密度(X2)呈二元线性相关,方程为:Y=1.047+0.219X1+0.055X2,F=10.33,P＜0.01,R=0.557,且t值:3.91＞2.41。
　　 2.胶质瘤最大灌注区代谢物比值显示Cho/Cr、Cho/NAA在高、低级别肿瘤间存在显著性差异,而NAA/Cr值无显著性差异。高级别胶质瘤最大灌注区Lip出现率明显高于低级别胶质瘤,Lac则无显著性差异。瘤周区代谢物比值在高、低级别胶质瘤间无明显差异,同一级别肿瘤最大灌注区、瘤周区及对侧正常白质区的Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr值组间两两比较均存在显著性差异。免疫组织化学显示Ki-67标记率在不同级别胶质瘤间显著不同,且与肿瘤最大灌注区Cho/Cr、Cho/NAA均呈正相关,相关系数r分别为0.419(P＜0.01),0.306(P＜0.05)。10名正常自愿者双侧大脑半球间不同区域波谱Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr比值无显著差异(P＞0.05)。Cho/Cr的范围为0.45-4.12,Cho/NAA的范围0.29-1.27。
　　 3.常规T1增强判断肿瘤高低级别的灵敏度为77.40％,特异度45.50％,ROC曲线分析结果显示MR灌注rCBVmax值最佳诊断界值为2.95时,此时灵敏度为90.32％,特异度为54.55％。,最大灌注区波谱Cho/Cr、Cho/NAA最佳诊断界值分别为2.08和3.37,相应的灵敏度及特异度分别为89.29％,57.14％及47.37％,89.47％;两者联合诊断的灵敏度和特异度增高,分别为100％和47.37％。各单一指标及联合诊断的ROC曲线下面积间无显著性差异,但PWI+MRS＞rCBVmax＞Cho/NAA＞Cho/Cr;联合诊断价值高于任何单一指标。
　　 结论:
　　 1.肿瘤最大灌注rCBVmax值不仅与微血管密度有关,而且与微血管腔直径也明显相关,二元线性回归分析提示肿瘤微血管管腔径线对血容的影响更大,胶质瘤微血管密度和微血管腔径线变化是磁共振灌注血容量变化的重要病理学基础。
　　 肿瘤FAIR灌注成像能提供与DSC灌注一致的血流灌注信息,对于初步判定肿瘤级别有一定帮助,但1.5T磁共振上FAIR序列的信噪比相对过低,使其应用受到限制。DSC灌注能提供较好的信噪比,肿瘤rCBVmax值有助于胶质瘤级别的判定,就低级别星形细胞瘤而言,低级别少突胶质细胞瘤更易出现高灌注。
　　 2.最大灌注区反映肿瘤血管增生活跃部位,更能够反映肿瘤组织的恶性程度,能较为准确反映不同级别肿瘤的代谢特征,将其作为波谱兴趣区可能较以往采用肿瘤增强区域作为兴趣区更具有较好的可重复性和更高的可靠性。最大灌注区代谢物Cho/Cr、Cho/NAA比值在高、低级别胶质瘤间存在显著性差异,这两项代谢物比值能很好的鉴别出高、低级别胶质瘤。最大灌注区Lip峰的出现提示肿瘤发生微坏死,是高级别胶质瘤特征性的表现有助于肿瘤级别的判定。磁共振波谱代谢物比值Cho/Cr、Cho/NAA与肿瘤细胞增殖活性指标Ki-67均呈正相关,两项比值的增高提示肿瘤细胞增殖旺盛、恶性程度增高的病理学变化。
　　 3.胶质瘤瘤周区的rCBV值与波谱Cho/Cr及Cho/NAA值在高、低级别胶质瘤间无显著差异,瘤周灌注和波谱成像对鉴别高、低级别胶质瘤意义不大。但同一级别胶质瘤瘤周不同距离兴趣区的rCBV值和Cho/Cr、Cho/NAA值有明显差异,当常规磁共振成像在界定水肿区困难时,磁共振波谱分析或灌注成像能帮助水肿边界的划定,有助于判定肿瘤浸润范围,为肿瘤治疗提供依据。
　　 4.磁共振灌注和最大灌注区波谱分析在诊断高、低级别胶质瘤时其灵敏度和特异度均高于常规增强,且两者与肿瘤微血管改变及肿瘤细胞增殖活性具有较好的一致性,为磁共振指标联合诊断提供了病理学依据。当联合使用波谱和灌注两项指标时,诊断的价值于任何一单指标,多项检查指标联合应用能为肿瘤治疗方案提供有用信息。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:中英文缩略词表

前言

参考文献

第一部分 脑胶质瘤MR灌注成像与肿瘤微血管密度和形态特征的相关性研究

材料与方法

结果

讨论

参考文献

附图

第二部分 脑胶质瘤MR最大灌注区波谱特征与肿瘤细胞增殖活性的相关性研究

材料与方法

结果

讨论

参考文献

附图

第三部分 脑胶质瘤MR波谱、灌注成像及联合应用价值

材料与方法

结果

讨论

参考文献

全文小结

致谢

文献综述 磁共振新技术在脑胶质瘤诊断中的应用进展

研究生期间发表论文情况