DWI与动脉自旋标记成像在胶质瘤术前诊断中的应用价值

周欣，张华文，周琳，赵宁

（陕西省核工业二一五医院影像科，陕西 咸阳 712000）

DWI与动脉自旋标记成像在胶质瘤术前诊断中的应用价值

周欣，张华文，周琳，赵宁

（陕西省核工业二一五医院影像科，陕西 咸阳 712000）

目的：探讨DWI及动脉自旋标记法（arterial spin labeling，ASL）在胶质瘤术前分级中的应用价值。方法：选取28例经手术病理证实的脑肿瘤患者，其中高级别胶质瘤（high grade glioma，HGG）18例，低级别胶质瘤（low grade glioma，LGG）10例。所有患者均行DWI及ASL扫描，比较不同级别胶质瘤ADC值及脑血流量（CBF）值的差异。结果：HGG肿瘤实质区CBF值大于LGG；HGG肿瘤实质区ADC值小于LGG；且不同级别胶质瘤ADC值与CBF值有显著相关性（r=-0.759，P=0.002）。结论：DWI及ASL可于术前安全无创地评估脑胶质瘤级别，有助于临床制订治疗方案。

动脉自旋标记成像；磁共振成像，弥散；神经胶质瘤

胶质瘤是颅内最常见的原发性肿瘤，肿瘤高低级别的鉴别直接决定其治疗方案和预后。因此，如何在术前判断胶质瘤级别及其血流灌注已成为研究热点。本文通过DWI与动脉自旋标记成像（arterial spin labeling，ASL）相关参数的研究，探讨两者在预测胶质瘤病理分级中的作用。

1 资料与方法

1.1 一般资料回顾性分析2014年3月至2015年6月经手术病理证实的颅内胶质瘤患者28例的资料，年龄12～76岁，平均（42.3±2.3）岁。其中Ⅰ级3例，Ⅱ级7例，Ⅲ级10例，Ⅳ级8例；Ⅰ、Ⅱ级为低级别胶质瘤（low grade glioma，LGG），Ⅲ、Ⅳ级为高级别胶质瘤（high grade glioma，HGG），即LGG组10例，HGG组18例。

1.2 仪器与方法使用GE Discovery MR 750 3.0 T超导MRI扫描仪，8通道相控阵头线圈。受检者均先行常规平扫、DWI及ASL扫描，后行增强扫描。EPI DWI：TR 2 000 ms，TE 70 ms，矩阵160×160，b值取0 s/mm2及1 000 s/mm2，采集次数2次，扫描时间16 s。ASL采用3D快速自旋回波假连续式标记ASL，TR 4 748 ms，TE 14.6 ms，TI 1 525 ms，矩阵1 024×8，采集次数2次，扫描时间5 min 5 s。

1.3 图像分析应用GE AW 4.6工作站的Functool软件进行图像分析与数据处理，DWI和ASL 2种方法分别自动获取ADC值和脑血流量（cerebral blood flow，CBF）彩图。以T2WI和CE-T1WI为参照，ROI放置在肿瘤强化最明显的部位，大小50 mm2，测3次，取平均值，同时测量肿瘤镜像区域、对侧正常灰质及白质。

1.4 统计学方法采用SPSS 16.0软件，对肿瘤区域及其镜像的CBF、ADC值分别行配对t检验；分别对2组肿瘤区域的CBF与ADC值行方差分析；采用Pearson检验观察2种方法的相关性。

2 结果

28例正常灰质、白质及肿瘤镜像区域的平均CBF值和ADC值见表1，2组肿瘤实质区及镜像的CBF与ADC值见表2。患侧与镜像区ADC值行配对t检验，t=2.15，P=0.041；CBF值行配对t检验，t= 5.41，P=0.000。HGG组中，ADC与CBF行方差分析，F=118.72，P=0.314；LGG组中，ADC与CBF行方差分析，F=26.84，P=0.179。28例在2种方法下相同区域内所测得CBF及ADC值有显著相关性（r=-0.759，P=0.002）。LGG组呈低灌注（图1），增强扫描呈轻度线样强化，ADC值略增高；HGG组呈明显高灌注（图2），增强扫描呈明显环形强化，ADC值减低。

表1 灰质、白质及肿瘤镜像区平均ADC值与脑血流量（CBF）值（±s）

表1 灰质、白质及肿瘤镜像区平均ADC值与脑血流量（CBF）值（±s）

ROIADC（×10-4mm2/s）CBF［mL·min-1·（100 g）-1］灰质6.90±1.2250.99±14.92白质5.99±1.5426.57±10.01镜像7.18±1.5138.54±14.64

表22 组肿瘤实质区及其镜像区的ADC值及CBF值（±s）

表22 组肿瘤实质区及其镜像区的ADC值及CBF值（±s）

注：HGG，高级别胶质瘤；LGG，低级别胶质瘤。

分组ADC（×10-4mm2/s）CBF［mL·min-1·（100 g）-1］HGG5.47±11.05117.91±43.38镜像17.13±1.3537.73±1.6.07 LGG13.22±3.7138.76±15.10镜像27.28±1.8539.99±12.30

图1 男，37岁，右额颞叶低级别胶质瘤图1aCE-T1WI示右额、颞叶不规则状低信号影内见轻度线样强化图1bCBF图示病灶为低灌注图1cADC图示病灶ADC值略增高图1d病理图片示少突胶质细胞瘤，WHOⅡ级；肿瘤细胞呈圆形，大小较一致，细胞膜清晰，多数肿瘤细胞浆透亮，核位于中央，形成蜂窝状结构（HE×100）图2男，65岁，左额、颞及岛叶高级别胶质瘤，侵犯对侧图2aGd-T1WI示左额颞叶及岛叶花环样强化病灶，侵犯对侧图2bCBF图示病灶为明显环形高灌注图2cADC图示病灶中心ADC值降低图2d病理为胶质母细胞瘤，WHOⅣ级；肿瘤细胞呈圆形或不规则形，排列密集，细胞异型性明显，核分裂象易见，局部可见肿瘤细胞在血管周围形成假菊形团，并可见坏死（HE×400）

3 讨论

颅内胶质瘤的生物学特性较复杂，术前预测胶质瘤的级别、肿瘤内部微循环灌注情况对评价其疗效有重要价值。常规MRI增强扫描虽能显示血-脑脊液屏障的破坏或血管渗透性的高低，但难以显示胶质瘤内部的微血管丰富程度，肿瘤强化程度并不代表肿瘤恶性度［1］。PWI能较好地显示胶质瘤内部异常增殖血管及微血管的丰富程度，进而预测胶质瘤的病理组织变化及进展情况［2-5］；DWI能反映肿瘤细胞密度，是胶质瘤病理分级最重要的决定因素［6］，因此利用PWI及DWI对胶质瘤进行定性及定量分析成为近年来的研究热点［7-10］。由于胶质瘤分级复杂，单纯应用一种功能成像技术对其分级有一定局限。同时应用ASL及DWI，可提高诊断的准确性及可靠性。

MRI灌注技术可分为2类：一类使用外源性示踪剂，最常用的是动态磁敏感对比增强（dynamicsusceptibility-weighted contrast-enhanced，DSC）灌注成像。一类使用内源性示踪剂，即ASL法。大量研究［11-14］证明，DSC及ASL灌注成像均可反映脑肿瘤的血流灌注及血管增殖情况，而肿瘤血管增殖程度是区别恶性程度的关键因素，能更准确地反映胶质瘤的恶性程度及提供定量信息，且相对脑血流量（rCBF）与CBF有相关性。文献［10-12］报道，因ASL技术无创，已替代DSC应用于脑肿瘤。由于ASL以自由水作为内在示踪剂，不受血-脑屏障破坏的影响，对HGG的CBF评估可能更准确、更有意义［15］。CBF能准确反映胶质瘤恶性程度及病理分级。胶质瘤早期无毛细血管，当瘤体增长至一定程度时，迅速出现新生毛细血管网，丰富的血供使其呈指数型快速生长［16-17］，为ASL鉴别HGG和LGG提供了可靠的病理学基础。本研究中HGG组CBF值（117.91±43.38）mL·min-1·（100 g）-1大于LGG组的（38.76±15.10）mL·min-1·（100 g）-1，说明随着肿瘤级别的增高，其内血管增殖程度增高，灌注增高，从而鉴别肿瘤级别的高低。

DWI是一种探测组织细微结构的影像方法，通过水分子的弥散运动，反映组织结构局部特征［18］，而ADC值可反映多因素对水分子弥散运动的影响，ADC值增加，表示水分子扩散运动加强而DWI呈低信号；反之亦然［19］。其判断胶质瘤级别的原理为：细胞密度是胶质瘤病理分级的决定性因素［6］，细胞密度越高，肿瘤级别越高，细胞外间隙越小，导致水分子扩散受限加剧，故ADC值降低［6，20］。张玉东等［21］研究显示，高b值DWI较中、低b值DWI对胶质瘤分级更有价值，对于HGG，在高b值与中b值、高b值与低b值比较时平均相对信号强度（relative signal intensity，rSI）以及rADC的差异均有统计学意义，对于LGG，在高b值与中b值、高b值与低b值比较时平均rSI的差异均有统计学意义。本研究中HGG组的水分子扩散运动受限明显，DWI呈明显高信号，而ADC值明显减低；LGG组水分子扩散运动受限较弱，DWI呈等或稍高信号，ADC值增加。在相同b值时，HGG的ADC值（5.47±1.05）×10-4mm2/s明显低于LGG组的（13.22±3.71）×10-4mm2/s，说明肿瘤级别越高，细胞密度越高，扩散受限越明显，ADC值越低，从而鉴别肿瘤级别的高低。

本研究主要比较CBF及ADC值在显示HGG、LGG的灌注及弥散中差异，且两者呈明显负相关（r= -0.759，P=0.002）。对胶质瘤而言，随着肿瘤级别的增加，其内血管增殖的程度呈增加趋势、细胞更加密集，即肿瘤级别越高，肿瘤呈高灌注，CBF值增加而ADC值减低。因此，ASL及DWI在显示胶质瘤的病理组织结构及血管增殖方面有独特的作用，且均无需注射对比剂，可减少罹患肾源性纤维化的风险。ASL及DWI安全无创、简单易行、可重复性高，联合应用可作为脑肿瘤术前评估及随访的诊断手段。

［1］杨向丽，张辉，梁丽，等.动态磁敏感对比增强灌注技术在脑肿瘤鉴别诊断中的价值［J］.中西医结合心脑血管病杂志，2011，9（3）：319-321.

［2］Cha S，Knopp EA，Johnson G，et al.Intracranial mass lesions：dynamiccontrast-enhancedsusceptibility-weightedecho-planar perfusion MR imaging［J］.Radiology，2002，223：11-29.

［3］Stephan GW，Soonmee C，Meng L，et al.Preoperative assessment of intracranial tumors with perfusion MR and a volumetric interpolated examination：a comparative study with DSA［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2002，23：1767-1774.

［4］彭靖，戴建平，朱明旺，等.MR脑血流灌注成像在星形细胞肿瘤中的应用研究［J］.中华放射学杂志，2003，37（7）：636-639.

［5］张皓，沈天真，陈星荣，等.胶质瘤动态增强磁化率MR灌注成像研究［J］.中国医学计算机成像杂志，2003，9（1）：1-7.

［6］Sugahara T，Korogi Y，Kochi M，et al.Usefulness of diffusionweighted MRI with echo-planar technique in the evaluation of cellularity in gliomas［J］.J Magn Reson Imaging，1999，9：53.

［7］Yamasaki F，Kurisu K，Satoh K，et al.Apparent diffusion coefficient of brain tumors at MR imaging［J］.Radiology，2005，235：985-991.

［8］Baehring JM，Bi WL，Bannykh S，et al.Diffusion MRI in the early diagnosis of malignant glioma［J］.J Neurooncol，2007，82：221-225.

［9］Kwee TC，Galbán CJ，Tsien C，et al.Comparison of apparent and distributed diffusion coefficients in high grade gliomas［J］. J Magn Reson Imaging，2010，31：531-537.

［10］Alvarez-Linera J，Benito-León J，Escribano J，et al.Predicting the histopathological grade of cerebral gliomasusing high b value MR DW imaging at 3 Tesla［J］.J Neuroimaging，2008，18：276-281.

［11］Knopp EA，Cha S，Johnson G，et al.Glial Neoplasms：dynamic contrast-enhanced T2※-weighted MR imaging［J］.Radioology，1999，211，791-798.

［12］Le Bas J L，Kremer S，Grand S，et al.NMR perfusion imaging：applications to the study of brain tumor angiogenesis［J］.Bull Acad Natl Med，2000，184：557-567.

［13］Warmuth C，Gunther M，Zimmer C.Quantification of blood flow in brain tumors：comparison of arterial spin labeling and dynamic susceptibility-weighted contrast-enhanced MR imaging［J］. Radiology，2003，228：523-532.

［14］丁芳芳，袁涛，全冠民，等.脑高级别胶质瘤ASL灌注成像研究进展［J］.国际医学放射学杂志，2014，37（4）：328-331.

［15］朱记超，娄明武，张方璟，等.动脉自旋标记技术在脑肿瘤术前评估中的应用研究［J］.临床放射学杂志，2012，31（12）：1688-1693.

［16］Winkler F，Kienast Y，Fuhrmann M，et al.Imaging glioma cell invasion invivo reveals mechanisms of dissem ination and peritumoral angiogenesis［J］.Glia，2009，57：1306-1315.

［17］Shibuya M.Brain angiogenesis in developmental and pathological processes：therapeutic aspects of vascular endothelial growth factor［J］.FEBS J，2009，276：4636-4643.

［18］Schaefer PW，Ozsunar Y，He J，et al.Assessing tissue viability with MR diffusion and perfusion imaging［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2003，24：436-443.

［19］沙琳，范国光，曹倩，等.联合应用PWI与DWI鉴别胶质瘤复发与放射性损伤［J］.中国临床医学影像学杂志，2013，24（12）：841-845.

［20］Guo AC，Cummings TJ，Dash RC，et al.Lymphomas and high grade astrocytomas：comparison of water diffusibilibty and histologic characteristics［J］.Radiology，2002，224：177-183.

［21］张玉东，罗天友，陈晓兵，等.高b值扩散加权成像对胶质瘤分级的应用价值［J］.临床放射学杂志，2011，30（6）：776-780.

Application of diffusion-weighted imaging and arterial spin labeling in evaluating cerebral gliomas

ZHOU Xin，ZHANG Huawen，ZHOU Lin，ZHAO Ning.Department of Radiology，the Nuclear Industry 215 Hospital of Xianyang，Xianyang，712000，China.

Objective：To explore the usefulness of diffusion-weighted imaging（DWI）and arterial spin labeling（ASL）in evaluating brain tumors.Methods：Twenty-eight patients with pathologically determined brain tumors were enrolled in this study.The brain tumor included high grade glioma（n=18）and low grade glioma（n=10）.Both DWI and ASL were performed in all the 28 patients，and the cerebral blood flow（CBF），apparent diffusion coefficient（ADC）were quantitatively determined.Results：The CBF of HGG parenchyma area was greater than the LGG;while the ADC of HGG parenchyma area was lower than LGG.And there was a signification correlation（r=-0.759，P=0.002）existed between CBF and ADC.Conclusion：Both DWI and ASL can be used for non-invasively evaluated the grade of glioma in preoperative diagnosis，then helps making an appropriate plan before operation.

Arterial spin labeling；Diffusion magnetic weighted imaging；Glioma

2015-09-16）

10.3969/j.issn.1672-0512.2016.02.003

张华文，E-mail：1579226281@qq.com。