多模态功能MRI在脑胶质瘤术前分级中的临床应用研究

摘要

第一部分 3D ASL在脑胶质瘤术前分级中的应用研究 目的:采用三维动脉自旋标记（three-dimensional arterial spin labeling，3D ASL）成像技术，以病理学为标准，研究3D ASL 灌注成像对脑胶质瘤术前诊断与分级的应用价值。 材料与方法：收集经病理证实的51 例胶质瘤患者，其中，女 24 例，男 27 例，平均年龄 48.41±14.18 岁;包括低级别胶质瘤（I 级+II 级）23 例，高级别胶质瘤（III级+IV级）28例。所有病例均行MRI常规扫描和3D-ASL扫描，采用3.0T MR扫描仪（Discovery 750w，GE，USA)。在3D-ASL脑血流量(cerebral blood flow，CBF)伪彩图上，分别测量病变实性部分最大肿瘤血流量(tumor blood flow, TBF)值、肿瘤镜像区域(mirror region, M)脑组织CBF值及对侧正常白质区CBF值。 计算肿瘤相对血流量比值( relative tumor blood flow，rTBF)。rTBF=病变TBF值／肿瘤镜像区域或对侧正常白质区CBF值（分别表示为rTBF-M和rTBF-WM）。根据ASL灌注图上高灌注范围与增强扫描图像上强化范围的不同，将病例分为“ASL优势型”、“CE优势型”和“无强化无高灌注型”。TBF和相对比值rTBF在高、低级别胶质瘤的组间比较采用独立样本t检验或Mann-Whitney检验（非参数检验），I级、II级、III级和IV级胶质瘤TBF和相对比值rTBF的组间比较采用方差分析或Kruskal-Wallis检验（非参数检验）。运用Spearman Rank相关系数来分析TBF值和相对比值rTBF与肿瘤级别之间的关系。当P＜0.05时认为差异有统计学意义。绘制ROC曲线确定不同级别胶质瘤的最佳分类阈值，并计算其敏感度和特异度。 结果：①低级别胶质瘤 TBF、rTBF-M（以对侧镜像区为参照得到的相对比值）和rTBF-WM 值（以对侧半卵圆中心正常白质为参照得到的相对比值）均低于高级别胶质瘤（P<0.05）。②对I～IV级胶质瘤行组间比较，显示IV级胶质瘤TBF值均高于I级、II级胶质瘤（P<0.05）;IV级胶质瘤rTBF-M大于 I级（P<0.05）;IV级胶质瘤rTBF-WM分别高于I级和II级（P<0.05）。③TBF、rTBF-M、rTBF-WM均与胶质瘤分级呈正相关(r=0.614，P<0.0001;r=0.495，P=0.0002;r=0.541，P<0.0001)。④ROC曲线结果显示，在鉴别低级别与高级别胶质瘤时 TBF 具有最高特异度（72.7%）， rTBF-WM敏感度最高（96.4%）。⑤51例患者中，29例患者（56.86%）ASL高灌注区范围小于等于强化范围，归类为“CE优势型”（低级别6例，高级别23例）; 9例患者（17.6%）ASL高灌注区范围大于强化范围或ASL高灌注区未见强化，归类为“ASL优势型”（低级别5例，高级别4例）;另外13例（25.49%）为“无强化无高灌注型”。结论：3D-ASL能够更真实地反映脑胶质瘤灌注信息，并可实现精准定量测量脑血流量（ CBF），准确地评价胶质瘤分级，有较好的科研和临床应用前景。对于 ASL 灌注图上高灌注范围超过CE-MRI强化范围，或ASL呈高灌注但CE-MRI未见强化的“ASL优势型”患者，需要给予特别关注。 第二部分 体素内不相干运动MR成像在脑胶质瘤术前分级中的应用研究 目的：利用体素内不相干运动扩散加权成像技术无创性评估脑胶质瘤微血管循环，并研究其在脑胶质瘤术前诊断及分级中的临床应用价值。 材料与方法：收集经术后病理证实的49例胶质瘤患者，其中，女 24 例，男 25 例，年龄范围 48.76±13.00 岁。低级别胶质瘤（I+II级）24例，高级别胶质瘤（III+IV级） 25例。所有病例均行MRI常规扫描及IVIM扫描，采用3.0T MR扫描仪（Discovery 750w，GE，USA)。在IVIM伪彩图上，将 ROI置于肿瘤实质区内Standard ADC数值最小的部分，得到肿瘤Standard ADC 、D、D*、 f数值。为标准化处理，通过对称轴获得各参数镜像区域(mirror region, M)和对侧正常白质(contralateral normal white matter,WM)Standard ADC 、D、D*、 f 数值。计算肿瘤实质区各参数相对比值，相对比值=病变数值／镜像区域或对侧正常白质区数值，分别记录为rStandard ADC-M 、rD-M、rD*-M、 rf-M和rStandard ADC-WM 、rD-WM、rD*-WM、 rf-WM。Standard ADC 、D、D*、 f值和其相对比值rStandard ADC 、rD、rD*、 rf在高、低级别胶质瘤的组间比较采用独立样本 t 检验或 Mann-Whitney 检验（非参数检验），I 级、II级、III级和IV级胶质瘤上述参数的组间比较采用方差分析或Kruskal-Wallis检验（非参数检验）。运用Spearman Rank相关系数来分析Standard ADC 、D、D*、 f值和其相对比值rStandard ADC 、rD、rD*、 rf与肿瘤级别之间的关系。当P＜0.05时认为差异有统计学意义。绘制 ROC 曲线确定不同级别胶质瘤的最佳分类阈值，并计算其敏感度和特异度。 结果：①低级别胶质瘤Standard ADC值和D值高于高级别胶质瘤（P<0.05），低级别胶质瘤D*值低于高级别胶质瘤（P<0.05）。两组之间f值无统计学差异（P＞0.05）。当以对侧镜像区域为参照时，低级别胶质瘤rStandard ADC-M 、rD-M值均高于高级别胶质瘤（P<0.05）;低级别胶质瘤rD*-M值低于高级别胶质瘤（P<0.05）。两组之间rf-M值无统计学差异（P＞0.05）。当以对侧正常半卵圆中心白质区为参照时，低级别胶质瘤rStandard ADC-WM、rD-WM、rf-WM值均高于高级别胶质瘤（P<0.05）;而低级别胶质瘤rD*-WM低于高级别胶质瘤（P<0.05）。 ②对I～IV级胶质瘤行组间比较发现：I级和II级胶质瘤患者StandardADC、D值分别高于III级和IV级(P<0.05); I级和II级胶质瘤组D*值分别低于III级和IV级(P<0.05)。以对侧镜像区域为参照，I级和II级胶质瘤患者rStandardADC-M、rD-M值亦分别高于III级和IV级(P<0.05);IV级胶质瘤组rD*-M值分别高于 I级和II级(P<0.05)。以对侧半卵圆中心正常白质为参照，I级胶质瘤患者rStandardADC-WM、rD-WM分别高于II级、III级和IV级,II级胶质瘤患者rStandardADC-WM、rD-WM分别高于III级和IV级(P<0.05)。I级和II级胶质瘤患者rD*-WM值分别低于III级和IV级(P<0.05)。 ③对有统计学意义的指标进一步做ROC曲线分析，结果表明：在鉴别高级别和低级别胶质瘤时，D*具有最高诊断效能（AUC 0.957），当D*为4.99（×10-3mm2/s）时，具有最高灵敏度96%;D具有最高特异度92%。对鉴别II级与III级胶质瘤，D具有最高诊断效能（AUC:0.950），StandardADC（AUC:0.878）和 D*（AUC:0.944）亦具有较高诊断功效。 结论：磁共振IVIM 成像可以直观、敏感地反映毛细血管床的血液流动状态，可同时提供病变的灌注和弥散信息。多个IVIM参数，包括ADC，D，D*，可作为术前胶质瘤分级的非侵入性预测因子。 第三部分 DCE-MRI定量参数在脑胶质瘤微血管通透性及术前分级中的临床应用 目的：以病理结果为金标准，探讨DCE-MRI的定量参数（Ktrans，Kep，Ve）在脑胶质瘤微血管通透性及病理分级中的临床应用价值。 材料与方法：收集经病理证实的30 例胶质瘤患者，其中，男 15 例，女 15 例，平均年龄48.73±9.21 岁。低级别胶质瘤（II级）12例，高级别胶质瘤（III级+IV级） 18例。所有病例均行MRI常规扫描和DCE扫描，采用3.0T MR扫描仪（Discovery 750w，GE，USA)。在 DCE 参数图上，ROI 置于肿瘤实性部分强化最明显处，获得该层面的Ktrans值、Ve值、Kep值。Ktrans值、Ve值、Kep值采用( x±s )描述，其在高、低级别胶质瘤的组间比较采用独立样本t检验或Mann-Whitney检验（非参数检验），II级、III级和IV级胶质瘤Ktrans值、Ve值、Kep值的组间比较采用方差分析或Kruskal-Wallis检验（非参数检验）。运用Spearman Rank相关系数来分析各参数与肿瘤级别之间的关系。当P＜0.05时认为差异有统计学意义。绘制ROC曲线确定不同级别胶质瘤的最佳分类阈值，并计算其敏感度和特异度。 结果：①低级别胶质瘤的Ktrans值、Ve值均低于高级别胶质瘤（P<0.05）。低级别和高级别胶质瘤Kep值无明显差异（P＞0.05）。Ⅱ级胶质瘤组Ktrans值、Ve值分别低于Ⅲ级和Ⅳ级胶质瘤（P<0.05）;Ⅲ级和Ⅳ级胶质瘤之间 Ktrans、 Ve 值无统计学差异（P＞0.05）。②Ktrans值、Ve值与胶质瘤分级之间呈正相关，相关系数分别为0.724 （P<0.02）和0.622 （P<0.01）。③在鉴别低级别与高级别胶质瘤时，Ktrans具有最高诊断效能（AUC:0.972）。 Ve 亦具备较高诊断效能，灵敏度、特异度分别为94.4%和83.3%。在鉴别II、 III级胶质瘤时，Ktrans诊断效能相对较高（AUC:0.752）， Ve具有较高灵敏度（85.7%）。 结论：DCE-MRI的定量参数Ktrans值、Ve值可较准确地用以评估胶质瘤的术前分级。 第四部分 3D ASL、IVIM和DCE-MRI在胶质瘤术前分级中的应用价值比较 目的：比较单独或联合应用3D ASL、IVIM、DCE-MRI对胶质瘤术前分级的临床应用价值。 材料与方法： 收集本研究中同时进行3D ASL、IVIM和DCE-MRI检查的30 例脑胶质患者，男性、女性各 15 例，平均年龄 48.73±9.21 岁。低级别胶质瘤（II 级）12例，高级别胶质瘤（III级+IV级）18例。MR检查和后处理方法同第一、第二、第三部分。选择在鉴别高、低级别胶质瘤时有统计学意义的参数（IVIM的D及D*值、3D ASL的TBF值和DCE-MRI的Ktrans及Ve值），对单独或联合应用上述参数进行胶质瘤分级的诊断效能进行评估，采用ROC曲线统计分析，以P<0.05有统计学意义。结果：在单独运用上述方法时，DCE-MRI的诊断效能最高（Ktrans AUC：0.972），其次为IVIM（D*AUC：0.907），最后为3D ASL（TBF AUC：0.574）;联合应用IVIM的D*和DCE-MRI的Ktrans可提高分级能力（AUC：0.991）;IVIM的D*、3D ASL的TBF和DCE-MRI的Ktrans联合应用，诊断效能最大（AUC=1）。 结论：单独运用IVIM、3D ASL或DCE-MRI时，DCE-MRI中Ktrans的诊断效能最高。上述两种或三种方法联合应用可以明显提高胶质瘤术前分级的准确性。

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