DCE-MRI定量参数与脑胶质瘤Ki-67标记指数的相关性分析

王宁， 印弘， 康晓伟， 刘婷婷， 李陈， 曲原飞， 席一斌

脑胶质瘤(brain glioma，BG)是较为常见的中枢神经系统肿瘤，可发生在颅内的任何部位，具有高发病率、高复发率、高死亡率及低治愈率的特点[1]。根据2016年WHO肿瘤分类，可将BG分为低级别胶质瘤(Ⅰ级和Ⅱ级)和高级别胶质瘤(Ⅲ级和Ⅳ级)两大类，高级别胶质瘤(high-grade glioms，HGG)的恶性度高于低级别胶质瘤(low-grade glioms，LGG)，两者的预后显著不同。细胞增殖相关核蛋白抗原(Ki-67)仅在增殖细胞中表达，能可靠地评估肿瘤细胞的增殖活性，与肿瘤的分化程度、浸润、转移和预后的关系密切[2-3]。Ki-67的检测需要切除或穿刺获取肿瘤组织后进行免疫组织化学检查，在术前诊断中的应用有一定局限性。DCE-MRI是一种无创性检查方法，获取的定量参数已广泛应用于胶质瘤的术前分级及预后评估。因此，本研究中通过对BG患者进行DCE-MRI扫描，分析灌注参数及渗透参数与胶质瘤细胞增殖程度的关系，旨在为临床对脑胶质瘤患者的预后预测及疗效评估等提供一定的依据。

材料与方法

1.研究对象

回顾性分析本院2015年9月-2018年6月经术后病理证实为胶质瘤的40例患者的临床和影像学资料，所有患者均为在本院首次发现、未进行过手术、放疗和化疗、术前接受了常规MRI平扫及DCE-MRI扫描。其中男24例，女16例；年龄18～73岁，中位年龄48岁；WHO Ⅱ级胶质瘤18例(星形细胞瘤8例，少突胶质细胞瘤10例)、Ⅲ级7例(间变型少突胶质细胞瘤4例，间变型星形细胞瘤3例)和Ⅳ级胶质母细胞瘤15例。

2.MRI扫描方法

使用GE Discovery MR750 3.0T MR扫描仪及8通道头部线圈。常规MR平扫序列包括横轴面T1WI(TR 1750 ms，TE 25.2 ms，矩阵320×256，层厚4 mm)、T2WI(TR 4080 ms，TE 91 ms，矩阵512×512，层厚5 mm)和T2-FLAIR(TR 8400 ms，TE 147 ms，矩阵256×160，层厚5 mm)；常规增强扫描采用T1WI序列(TR 1750 ms，TE 20.7 ms，矩阵320×256，层厚5 mm)行横轴面、冠状面及矢状面扫描。

DCE-MRI扫描方法：采用3D肝脏容积快速采集(liver acquisition with volume acceleration，LAVA)技术，注射对比剂前先采用5组翻转角(3°、6°、9°、12°、15°)，注射对比剂后采用15°翻转角采集50个期相，扫描参数：TR 4.1 ms，TE 2.0 ms，矩阵256×192，层厚4 mm，层间距0 mm，激励次数0.68，视野24.0 cm×19.2 cm，矩阵256×192。自第5期相开始使用高压注射器经肘静脉注射对比剂钆喷替酸葡甲胺，剂量0.1 mmol/kg，注射流率3.5 mL/s，每个期相的采集时间为8.8 s，总扫描时间为7 min 18 s。

3.数据测量方法

应用美国GE Omni-Kinetics Version(O-K)软件(采用Extended Tofts Linear双室模型)，将LAVA序列及动态增强扫描的原始数据分别导入此软件内，确认动脉输入函数后，在瘤体内勾画感兴趣区(region of interest，ROI)，每个瘤体分别测量3次，ROI大小为20～40 mm2，测量过程中尽量避开坏死、出血、囊变及钙化，并在瘤体对侧镜像部位正常脑组织内勾画ROI，测量各ROI的各项DCE参数，其中渗透参数包括容积转运常数(volume transfer constant，Ktrans)、血管外细胞外容积分数(fractional volume of the extravascular-extracellular space，Ve)、速率常数(the rate constant，Kep)和血浆容积分数(fractional volume of the intravascular compartment，Vp)，灌注参数包括脑血流量(cerebral blood flow，CBF)和脑血容量(cerebral blood volume，CBV)值，并计算相对脑血流量(relative CBF，rCBF)和相对脑血容量(relative CBV，rCBV)：

(1)

(2)

4.病理学检查

本组病例在胶质瘤切除术后均进行常规组织学分析。Ki-67的检测使用单克隆小鼠抗人Ki-67抗体进行Ki-67蛋白的免疫组化分析，在400倍显微镜下选取肿瘤细胞最密集的区域(热点)，计数每1000个恶性肿瘤细胞中免疫反应阳性的细胞数，以两者的百分比(Ki-67指数)作为评估指标。

5.统计分析

所有数据均采用SPSS 19.0软件包进行分析。对LGG和HGG组间DCE-MRI各项参数(Ktrans、Ve、Kep、Vp、rCBF及rCBV)及Ki-67指数的比较采取两独立样本t检验。DCE-MRI各项参数值与Ki-67的相关性分析应用Spearman相关分析法。取P<0.05为差异有统计学意义。

肿瘤内血管通透性低、血管数量较少； e) rCBV伪彩图示肿瘤区呈蓝色(箭)，提示肿瘤内血管数量较少； f) rCBF伪彩图示肿瘤区呈蓝色(箭)，提示肿瘤内血管数量较少，血流量较小。

结 果

1.DCE-MRI参数及Ki-67指数的组间比较

LGG与HGG的DCE各项参数和Ki-67指数的测量值及组间比较见表1。HGG组中各项DCE-MRI参数值和Ki-67指数值均高于LGG组(图1、2)，组间差异均有统计学意义(P<0.05)。

表1 两组DCE-MRI各参数值和Ki-67指数及组间比较

注：Ktrans及Kep值的单位为min-1；无“*”代表t值，有“*”代表t′值。

2.DCE-MRI参数与Ki-67指数的相关性分析

DCE-MRI各参数与Ki-67指数的相关性分析结果见表2。DCE-MRI定量参数中Ktrans、Ve、rCBV和rCBF值与Ki-67指数存在正相关关系(r值分别为0.742、0.636、0.642和0.633，P值均小于0.001)，Kep值与Ki-67指数亦存在正相关关系(r=0.490，P=0.002)，Vp值与Ki-67指数间无显著相关性(r=0.238，P=0.145)。

表2 DCE各参数与Ki-67指数的相关性分析

讨 论

1.DCE-MRI定量参数区分HGG与LGG的价值

脑胶质瘤新生血管较正常组织血管管腔异常扩大扭曲，管壁脆性和通透性增加，并形成大量排列杂乱的分支和动静脉瘘，肿瘤的分级越高细胞间隙越大，血管超微结构越不成熟，血管壁的通透性越大[4]。DCE-MRI作为一种无创的MR功能成像技术，其成像机制并不完全依赖血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)的破坏，而与血管的高通透性密切相关，能反映胶质瘤组织微循环结构和血管通透性[5]。因此，经静脉注射小分子对比剂后，对比剂容易从血管内室渗漏到血管外细胞外间隙(extravas-cular extracelluar space，EES)，而正常脑组织血管壁细胞连接紧密，BBB完整，对比剂不易进入脑组织内[6]。DCE-MRI定量参数中Ktrans值反映对比剂由血管腔渗透至EES的速率，在正常脑组织中其值接近于0；Ve值反映的是血管外细胞外空间容积分数，为对比剂从血管内渗漏到血管外间隙的容积与整个EES的比值，反映血管壁的通透性，也反映了EES中的细胞密度或肿瘤坏死的程度，与Ktrans共同反映对比剂漏出至EES的能力，影响Ktrans值的相关因素亦影响Ve值的大小；Kep值为Ktrans与Ve的比值，反映对比剂由EES反流入毛细血管腔的速率，Kep和Ktrans两者受渗透性和灌注量的影响，反映肿瘤内新生血管的情况；Vp反映每单位组织内血浆容积[7]。本研究中LGG的Ktrans、Ve、Kep、Vp、rCBF和rCBV值均低于HGG，两组间的差异均有统计学意义，这与多个研究中发现Ktrans、Ve、Kep、rCBF和rCBV值均能区分HGG与LGG的结果相一致[8-10]，这说明HGG与LGG相比，瘤体内生成不成熟血管的数量多，血管壁通透性也随之增高，对比剂更易于渗透至较高级别的肿瘤内部。而这些研究中Vp值在LGG与HGG间的差异无统计学意义，本研究中Vp值虽然在两组间存在差异，但P值接近0.05，可能与本研究中样本量较小有关，也说明参数Vp值区分胶质瘤级别的价值相对较小。本研究中，Ktrans图上表现为低灌注而rCBV及rCBF值较高者，仅在LGG中存在2例，但其全脑CBV及CBF值均较低，这可能与低级别胶质瘤内肿瘤血管虽较多，但血管壁较成熟、通透性较低；也可能与全脑灌注低、使得肿瘤的rCBV及rCBF值偏大有关，有待后续研究中扩大样本量进一步分析探讨。

示肿瘤区红黄色分布较多，提示肿瘤内血管数量较多； f) rCBF图示肿瘤区红黄色分布较多，提示肿瘤内血管数量较多、血流量较大。

2.Ki-67指数区分HGG与LGG的价值

Ki-67抗原是由MKI67基因编码的一种核蛋白，位于细胞核内，与细胞周期关系密切，只能在细胞周期的活动期被检测到，可以作为反映细胞增殖和生长的组织病理学指标[11-13]。Ki-67指数反映的是Ki-67表达阳性肿瘤核在所有肿瘤细胞核中所占的百分比，与胶质细胞瘤的组织学分级及预后呈正相关[14,15]。在本研究中，脑胶质瘤患者Ki-67均有不同程度的阳性表达，HGG高于LGG，在两组间有显著差异，说明肿瘤级别越高，Ki-67指数亦越高，肿瘤增殖程度随着肿瘤级别的增高而增高，这与国内外多位研究者[1,16-18]认为随着肿瘤级别的增高、Ki-67指数也随之增高的结果相一致。本研究中DCE-MRI各定量参数中Ktrans、Ve、Kep、rCBF和rCBV值与Ki-67指数在区分胶质瘤级别中具有一定的一致性，可共同作为评估胶质瘤级别的指标，从而为胶质瘤的临床治疗提供一定的参考。

3.DCE-MRI各定量参数与Ki-67指数的相关性分析

本研究中，DCE-MRI定量参数中Ktrans、Ve、Kep、rCBV和rCBF值与Ki-67指数均呈正相关，这也与上述各参数值可区分LGG和HGG的结果相一致。多位研究者[19-21]认为随着Ki-67指数的升高，高增殖活性与肿瘤微血管密度(microvessel density，MVD)、rCBV及rCBF升高呈正相关。本研究中rCBV及rCBF均与Ki-67指数呈正相关，这些说明脑胶质瘤细胞增殖能力越强，肿瘤新生血管生成越多、密度越大，肿瘤微血管生成与细胞增殖相辅相成，共同影响胶质瘤的分级。本研究中Ktrans、Ve及Kep均与Ki-67指数相关，如前所述，Ktrans、Ve及Kep值均能反映血管壁的成熟程度及通透性，说明随着肿瘤级别的升高，肿瘤内血管越不成熟，通透性随之增加，而肿瘤增殖活性也随之增高，也证明了肿瘤内血管壁通透性的程度与肿瘤增殖的程度关系密切，这也与董飞等[22]研究中认为Ktrans值与Ki-67指数呈正相关的结论相一致。本研究中Vp值与Ki-67指数不存在相关性，如上述所讨论Vp值在多个研究中与胶质瘤分级无关相一致，再次说明Vp值在评估胶质瘤级别和细胞增殖程度上的价值不大。

综上所述，DCE-MRI各项参数不仅能区分高、低级别胶质瘤，还可术前评估肿瘤细胞的增殖程度，DCE-MRI可无创性地对肿瘤的临床治疗及预后评价提供有价值的信息。