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脑胶质瘤术前分级的MR影像研究进展

脑胶质瘤起源于神经上皮组织内的胶质细胞,是脑内最常见的原发性肿瘤,占中枢神经系统肿瘤的40%50%。按照WHO中枢神经系统肿瘤分类,脑胶质瘤分为低级别胶质瘤(Ⅰ、Ⅱ级)和高级别胶质瘤(Ⅲ、Ⅳ级)两类。脑胶质瘤的临床治疗和预后评价与胶质瘤的级别密切相关。

 

目前,脑胶质瘤的术前分级主要依据患者的临床表现和影像学特征,尚缺乏定量的、具有客观评价标准的术前分级方法。动态增强磁共振成像(dynamic contrast enhanced magnetic resonance imagingDCE-MRI)能够显示肿瘤组织的微循环状态,准确反映肿瘤组织新生毛细血管的密度和微血管内皮细胞的完整性,可以从细胞和分子水平定量评价肿瘤组织的恶性程度。现就磁共振影像技术在脑胶质瘤术前分级中的临床应用进展进行综述。

 

1.脑胶质瘤术前分级的影像学方法

 

目前脑胶质瘤术前分级主要依据患者的临床表现和肿瘤的影像学特征,常用的影像学方法包括CT、磁共振成像(magnetic resonance imagingMRI)和正电子发射计算机断层成像(positron emission tomographyPET)。各种影像技术可以从肿瘤的形态学、组织成分、新生毛细血管、肿瘤组织代谢活性以及肿瘤细胞分子水平等方面对脑胶质瘤的术前分级进行评价,每种影像技术各具优势。

 

2.CT影像在脑胶质瘤术前分级中的应用

 

CT是颅脑疾病首选的影像检查方法,CT平扫可以从形态学角度对肿瘤进行评价,能够显示肿瘤的出血、坏死和钙化等肿瘤组织内的病理改变,对脑胶质瘤的识别、诊断和鉴别诊断具有一定帮助,但是对脑胶质瘤术前的准确分级提供的信息较为有限。CT增强检查能够显示脑胶质瘤组织的血液供应情况,肿瘤显著强化提示肿瘤组织血液供应丰富,肿瘤的恶性程度较高。但是对于Ⅱ级和Ⅲ级胶质瘤的鉴别较为困难。

 

CT灌注成像能够揭示肿瘤组织的脑血流动力学改变,通过测量局部脑血流量(regional cerebral blood flowrCBF)、局部脑血容量、对比剂平均通过时间和对比剂到达峰值时间等脑血流动力学参数,定量分析肿瘤组织的血流分布特点,从而揭示肿瘤组织内微血管密度的变化,为脑胶质瘤术前分级的判定提供较为准确的影像依据。

 

脑胶质瘤的微循环是由肿瘤诱发的新生毛细血管构成,低级别胶质瘤的新生毛细血管相对较少,肿瘤的脑血容量表现为低灌注状态;高级别胶质瘤的新生毛细血管较为丰富,但由于高级别胶质瘤生长速度较快,常发生肿瘤组织的坏死和囊变,因此,高级别胶质瘤的脑血容量呈不均匀高灌注状态。虽然CT影像技术在发现和诊断脑胶质瘤方面具有较大价值,但是对于脑胶质瘤的精确定位、定性诊断和术前分级具有很多不足之处。

 

3.常规MRI在脑胶质瘤术前分级中的应用

 

常规MRI检查可以明确肿瘤发生的部位、范围和数目等特征,不同级别的脑胶质瘤在MRI影像上具有一定的特征性表现。毛细胞型星形细胞瘤属于WHOⅠ级,多见于儿童与青少年,好发于小脑半球,病灶界限清楚,呈囊样改变并伴有壁结节;增强扫描可见壁结节和肿瘤实性部分明显强化。脑胶质母细胞瘤是WHOⅣ级肿瘤,MRI表现为混杂信号病灶,增强扫描显示实性部分呈不规则、厚薄不均的环状强化或花环样强化。脑胶质瘤的浸润范围、瘤周水肿以及肿瘤内的出血、坏死、囊变、水分子弥散和肿瘤强化程度等MRI影像表现均与脑胶质瘤的病理分级具有一定的相关性。

 

MRI增强检查可对脑胶质瘤的术前分级进行初步评价,脑胶质瘤的强化程度主要取决于肿瘤组织内新生血管的通透性。在大多数情况下,脑胶质瘤随着肿瘤级别的增高,肿瘤新生血管的通透性逐渐增加,因而肿瘤的强化程度也逐渐增强;此外,由于高级别胶质瘤内新生血管分布不均匀,在MRI增强扫描图像上肿瘤常呈现出不均匀强化的特征。但是,对于部分Ⅱ和Ⅲ级脑胶质瘤,由于肿瘤组织的强化程度与肿瘤的恶性程度不完全一致,导致MRI常规检查在准确鉴别Ⅱ和Ⅲ级脑胶质瘤中较为困难。

 

文献报道显示,有近30%的高级别胶质瘤无明显强化或轻微强化,而约10%的低级别胶质瘤表现出明显强化。因此,常规MRI对脑胶质瘤术前分级的准确性存在不足,尤其在Ⅱ和Ⅲ级脑胶质瘤术前鉴别和分级中更显不足。

 

4.磁共振波谱成像在脑胶质瘤术前分级中的应用

 

磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopyMRS)能够从组织代谢和生物化学水平评价脑胶质瘤的恶性程度,在脑磁共振波谱成像中,氮-乙酰天门冬氨酸(N-acetylaspartateNAA)是最重要的代谢活性物质。NAA存在于脑组织神经元及其轴突中,是神经元存活的标志物,NAA含量直接反映神经元的密度及其活性。胆碱主要来源于磷脂代谢的中间代谢物,是细胞膜合成与分解的标志物。

 

肌酸是脑细胞能量代谢的标志物,肌酸含量降低提示糖无氧酵解增加、高能磷酸化代谢减少。乳酸是脑组织缺氧较为敏感的标志物,乳酸水平反映细胞内物质代谢速率和清除率的下降。脂质可以反映细胞坏死情况。脑胶质瘤是由异常增殖的胶质细胞组成,肿瘤细胞浸润神经元,神经元被破坏后导致肿瘤组织中NAA含量下降,并随着胶质瘤恶性程度的增高,NAA水平和NAA/胆碱比值明显降低,胆碱/NAA和胆碱/肌酸比值在高级别胶质瘤中明显高于低级别胶质瘤,其中,胆碱/NAA比值在鉴别高级别和低级别胶质瘤中的灵敏度为78.2%,特异度为84.0%,准确度为82.2%

 

Nakamura等研究发现,虽然乳酸峰可以在各级别脑胶质瘤中检测到,但是同时获得乳酸峰和脂质峰的频率在各级别脑胶质瘤中不同,在Ⅰ、Ⅱ级脑胶质瘤中为0%,Ⅲ级脑胶质瘤中为8.3%,Ⅳ级脑胶质瘤中为44%。上述研究表明,Ⅳ级脑胶质瘤与其他级别胶质瘤的乳酸峰和脂质峰存在明显的不同,利用脑MRS技术可以从肿瘤组织的代谢水平进行高级别胶质瘤的诊断与评价。

 

 

 

DCE-MRI能够定量评价正常脑组织和脑肿瘤组织的微循环状态,通过双室药物代谢动力学模型,能够准确显示肿瘤组织新生毛细血管的密度和微血管内皮细胞的完整性,是评价局部脑组织和肿瘤组织血脑屏障破坏程度准确而有效的方法,能够从细胞和分子水平评价肿瘤组织的恶性程度,为脑胶质瘤术前分级提供可靠的影像学依据。相较于单纯反映脑血流动力学变化和新生血管多少的磁共振灌注成像,DCE-MRI在反映血脑屏障破坏程度上更具有优势。

 

DCE-MRI影像参数分析包括定量和半定量两种方法,常用的评价指标包括容积转运常数(volume transfer constrantKtrans)、速率常数(ratio constant of tracer refluxing from tissue to plasmaKep)和血管外细胞外容积分数(fractional extracellular extravascular volumeVe)三种定量参数。Ktrans为单位时间内、单位体积组织中对比剂从血管内渗透到血管外细胞外间隙的容量,该参数能够反映局部脑组织中毛细血管渗透性的高低。Kep为渗透到血管外细胞外间隙的对比剂重新渗透流回血管内的速率常数;KepKtrans能够准确反映肿瘤组织中新生毛细血管渗透性的改变。Ve为血管外细胞外间隙内对比剂的容积分数,Ve增大提示血管外细胞外间隙扩大,局部组织细胞化程度减低或者局部细胞坏死。

 

高级别脑胶质瘤毛细血管内皮细胞明显增生,微血管形成显著,不成熟的微血管增多,因此,高级别脑胶质瘤组织的新生毛细血管通透性显著增高。DCE-MRI在临床上已经用于脑胶质瘤术前分级的评价,在不同级别的脑胶质瘤中,KtransVe的改变因肿瘤级别的不同而有很大的差异。研究表明,高级别胶质瘤的Ktrans值显著高于低级别胶质瘤的Ktrans值,说明高级别胶质瘤的毛细血管通透性明显高于低级别胶质瘤,使肿瘤组织内对比剂从毛细血管腔内转运到血管外间隙更加容易。

 

在脑胶质瘤受试者工作特征曲线分析中,Ktrans阈值为0.054/min时能够较准确地鉴别出Ⅱ级与Ⅲ级脑胶质瘤,其灵敏度为87.5%,特异度为91.7%Ktrans阈值为0.084/min时能够较准确地鉴别出Ⅱ级与Ⅳ脑胶质瘤,其灵敏度为93.3%,特异度为100%Ve是评价脑胶质瘤恶性程度另一个较为可靠的定量指标,Ve值增加提示血管外细胞外间隙扩大,对比剂由毛细血管内向组织间隙扩散更加容易,同时也提示肿瘤组织局部细胞化程度减低,发生细胞坏死的可能性增加。

 

相关研究显示,Ve0.296时,Ve值预测高级别和低级别脑胶质瘤的灵敏度为92.9%,特异度为91.7%;在Ⅱ、Ⅲ级脑胶质瘤鉴别中,Ve0.092时,Ve值预测的灵敏度为100%,特异度为87.1%,低级别和高级别胶质瘤的Ve值比较差异有统计学意义。此外,DCE-MRI在脑胶质瘤瘤周水肿评价中也同样发挥着重要作用,Ktrans的大小预示着肿瘤组织及肿瘤周边血脑屏障通透性的高低,高级别胶质瘤的浸润性较高,其对肿瘤周围血脑屏障的损害较重,因而高级别胶质瘤的瘤周水肿大多较为明显。

 

国内学者研究显示,脑不同级别胶质瘤瘤周水肿内的Ktrans值和Ve值存在很大的不同,当Ktrans0.007/min时,Ktrans值评价肿瘤恶性程度的灵敏度为97.5%,特异度为95.0%。在脑胶质瘤术前分级评价中,DCE-MRI不仅能够准确反映脑胶质瘤微血管渗透性的改变,还能够准确预测肿瘤组织侵袭性生长的程度,显示出侵袭性较强和微血管生成活跃的区域,从而为脑立体定向病理活检区的选择提供准确信息,为脑胶质瘤术前分级、临床治疗决策的制定以及患者预后评价提供可靠的依据。

 

在应用DCE-MRI测量脑胶质瘤KtransVe值过程中,需要注意以下几个技术方面的问题。首先,需要准确选取流入动脉以获得动脉输入函数。DCE-MRI是在血管内、外对比剂存在渗透差异的基础上进行的连续、快速、重复扫描,通过测量流入动脉靶区内的时间-信号强度曲线,从而获得动脉输入函数,因此,流入动脉的选取在图像后处理过程中非常重要。其次,在DCE-MRI的参数定量测量中,需要尽量减少对比剂注射量和注射速率对测量结果的影响。此外,在进行基于感兴趣区的定量测量时,感兴趣区的大小及其放置的位置需要充分考虑,尽量避开小血管对测量结果的影响。

 

目前,DCE-MRI在脑胶质瘤术前分级的临床应用中,其最佳参数及最佳阈值的选取还有待进一步研究。脑胶质瘤临床治疗方法的选择和患者预后的评价与胶质瘤的恶性程度密切相关,高级别胶质瘤的生存率较低,而低级别胶质瘤的5年生存率总体上可达80%,但低级别胶质瘤各病理亚型患者的生存率比较差异有统计学意义。在2016WHO中枢神经系统肿瘤分类中,已将脑胶质瘤的分子分型引入到肿瘤的分类中,依据胶质瘤不同的分子分型开展精准化医疗,将会极大地提高脑胶质瘤的临床治疗效果,改善脑胶质瘤患者的预后。

 

8.结语

 

胶质瘤是脑内最常见的恶性肿瘤,不同级别胶质瘤的治疗方法和患者的预后差别较大,胶质瘤术前准确分级对于临床治疗方案的确定和患者预后评价具有重要的临床意义。

 

神经影像技术在脑胶质瘤术前诊断和分级中发挥着重要作用,每种影像技术各有其优势和缺点,MRI常规成像结合DWIMRS可为脑胶质瘤的术前诊断和分级提供有价值的信息。随着神经影像技术的进步,以DCE-MRI为代表的MRI影像组学,能够从肿瘤的影像学特征、血流分布特点以及微血管通透性改变等多方面定量评价胶质瘤的恶性程度,为脑胶质瘤的术前分级和术后评价提供更加准确的影像学信息,进一步提高脑胶质瘤的临床综合诊疗水平。

 

来源:李万兰,周剑,高培毅.脑胶质瘤术前分级的MR影像研究进展

 

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