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胶质瘤恶性程度分级的功能性磁共振成像研究进
发布时间发布时间:2021-06-22 06:06

  作者:王米雪,大连医科大学临床肿瘤医院辽宁省肿瘤医院;于韬,中国医科大学肿瘤医院辽宁省肿瘤医院

  胶质瘤是最常见的颅内原发性肿瘤,组织学中常分为低级别胶质瘤(LGG,即WHOI级和II级)和高级别胶质瘤(HGG,即WHOIII级和IV级)。因HGG的治疗方法异于LGG的治疗方法,因此,明确胶质瘤的级别对临床治疗来说是非常必要的。目前,组织病理学的评估是现有的胶质瘤分级的金标准,但是,采样误差的限制与有限的相关活检样本数使得胶质瘤组织病理学分类成为一个有争议的话题。nba直播。此外,活检可导致大脑肿胀、出血、感染、癫痫发作、中风甚至昏迷等并发症。而且,一旦出现样本检测结果不确定时,则必须重复活检过程。因而,越来越多的学者来探索不同的功能磁共振成像在胶质瘤分级诊断中的作用。

  与传统磁共振技术相比,磁共振波谱成像(magneticresonancespectroscopy,MRS)、扩散加权成像(diffusion-weightedimaging,DWI)、扩散张量成像(diffusiontensorimaging,DTI)等功能成像技术能进一步揭示肿瘤活体代谢成分及组织的血流灌注、水分子弥散情况等功能性信息,为胶质细胞瘤的分级诊断与治疗提供更准确、更完整的信息。本文拟就近年胶质瘤恶性程度分级与功能磁共振成像研究进展进行简要概述。

  DWI是目前惟一能够检测活体组织内水分子扩散运动的无创方法,它可以检测组织内水分子扩散的微观速率。其中,表观扩散系数(ADC)是最常用的反映水分子流动性的参数。一些研究表明,较低的ADC值偏向于HGG,而高ADC值则倾向于LGG。因为肿瘤细胞包含对水扩散的相对屏障,因此在高级细胞肿瘤中的水分散性低于低级细胞肿瘤。但此对应关系并非绝对,例如,HGG中与肿瘤相关、并存的其他多种组织学形态特征如水肿、坏死、出血、囊性变或黏液变性等也可影响水分子扩散程度,并且肿瘤周围水肿引起的组织受压也可使肿瘤ADC值降低。

  DTI是一种在扩散加权成像基础上成立起来的映射水分子扩散的方法,也是一种完全无创的方法。DTI通过水分子扩散的模式,揭示了关于组织结构(包括其纤维)的微观细节。此外,因为它能检查异常的纤维,因此DTI已经成为白质病变的主要的检查方式。基于DTI上的一种新的可视化成像技术-扩散张量纤维束成像(diffusiontensortractography,DTT),能清晰直观的显示脑内白质纤维束走行及重要脑白质纤维束与临近病变的解剖关系,通过判断胶质瘤及其周围纤维的关系,从而,诊断肿瘤分级情况。

  DTI主要的研究参数包括部分各向异性指数(fractionanisotropy,FA),FA值是水分子弥散方向的定量参数,LGG实质区的FA值低于HGG实质区的FA值,说明HGG肿瘤实质区水分子的扩散更趋于往一个方向,分析其原因,可能是LGG与HGG的肿瘤实质区的白质纤维束均已破坏使水分子不再沿轴突走形的方向扩散,但HGG肿瘤实质区的肿瘤细胞往往呈恶性生长,细胞密度较LGG会明显增加,导致细胞外间隙明显减小,存在水分子在某一区域沿细胞外间隙扩散的可能,所以HGG肿瘤实质区的FA值比LGG肿瘤实质区的FA值更高。

  平均扩散率(MD),反应组织水分子的平均扩散能力,MD值是细胞内外间隙水分子向各个方向扩散的平均值,反映扩散的幅度,受细胞内外间隙水分子含量影响,在数值上等同于平均ADC,胶质瘤细胞密度越高,MD值越低。纤维密度指数(FDi),因为DTI取决于水分子扩散运动,在纤维(作为障碍)完整的的存在时,水分子扩散模式存在各向异性。但是当密度或纤维密度和组织受到破坏而减少时,水分子扩散的障碍就消失,扩散模式变为各向同性(水分子各向异性扩散减少)。以这种方式,DTI通过水分子扩散模式为目的揭示了关于组织结构的微观细节,包括其纤维。

  有学者研究结果表明,与HGG相比,LGG的FDi值更高。因此,通过判断纤维病变来明确肿瘤分级是DTI独有的优势。

  灌注加权成像(perfusionweightedimaging,PWI)是利用示踪剂显示脑血管系统信号变化的成像方法。示踪剂可以是内源性的(动脉血)或外源性的(氧化氘,钆布酸二甲酚胺)。动脉自旋标记(ASL)MRI是使用动脉血作为示踪剂的内源性PWI方法,动态敏感性对比灌注加权成像(DSC-PWI)则是外源性PWI方法。动态磁敏感增强灌注加权成像(DSC-MRI)系快速经静脉注射对比剂Gd-DTPA后测量一定时间内肿瘤组织内信号衰减程度以评价相对脑血容量(rCBV)。T2WI显示对比剂首次通过肿瘤组织时信号强度降低,而后恢复。

  随时间改变的T2信号强度称为T2相关度,与对比剂剂量和达到的血药浓度呈正相关。通过对动态参数T2相关度的测量可以评价兴趣区(ROI)相对脑血容量或肿瘤组织相对肿瘤血容量(rTBV),后者可以反映肿瘤血管增殖情况。但是,Boxerman等人研究发现只有在对比剂渗漏矫正的情况下rCBV对胶质瘤的分级才有意义。动脉自旋标记灌注加权成像(ASL-PWI)是一种非侵入性PWI方法,可用于评价和定量脑血流量(CBF)。李勇等人通过对12例高LGG患者的ASL-CBF图及其所测得的数据进行分析,发现3D-动脉自旋标记(3D-ASL)PWI不但可以显示正常脑组织区域的血流分布情况以及病变区域异常的血流灌注情况,还可以反映肿瘤内部不均匀的微血管分布,因此3D-ASL灌注加权成像对胶质瘤的分级有重要意义。

  目前,MRS是唯一可检测体内代谢物代谢情况的技术,它能对体内代谢物浓度进行检测,从分子代谢水平反映组织细胞的病理生理改变,进而对疾病的认识更加深入,这是对常规磁共振成像的重要补充。目前最常应用于人体的MRS技术是1H-MRS。MRS检测的胶质瘤的产物包括乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱(Cho)、乳酸(Lac)、肌酸(Cr)、脂质(Lip)、肌醇(MI)等。由于胶质瘤细胞的旺盛生长导致临近正常神经元被肿瘤细胞破坏或取代,胶质瘤的典型1H-MRS表现:NAA显著下降,Cr轻度下降,Cho显著升高,Lac轻度升高,Cr一般较稳定或轻度降低。

  一些国外学者研究发现,在评估MRS参数时,Cho/Cr在HGG的分级中具有重要价值,尤其在Ⅲ级和Ⅳ级胶质瘤中分别为(2.47±0.55)和(2.84±0.45)比Cho/NAA更具有诊断价值。而且阈值为1.56的Cho/Cr用于鉴别HGG对LGG,显示的灵敏度、特异性和阳性阴性预测值分别为75.8%、47.5%、81.2%和39.6%。由此可见MRS在胶质瘤恶性程度分级诊断中具有重要的作用。

  磁敏感加权成像(susceptibilityweightedimaging,SWI)是在T2加权梯度回波序列效应的基础上利用组织之间的磁敏感性差异来成像的MRI序列。因其利用血氧水平依赖信号强度诱导的磁相差来区分细小静脉和周围脑组织,对新生血管(静脉血和脱氧血红蛋白),出血和钙化的检测非常敏感,所以成为检测胶质瘤内部结构特征不可或缺的工具。在这个意义上,LiC等人使用3特斯拉SWI检测到HGG的小血管和微血管出血量相对于低级星形细胞瘤较多。此外,使用1.5或3特斯拉SWI数据的半定量分析的进一步研究发现,

  与LGG相比,HGG中肿瘤内易感性信号强度更高。另外,MoenninghoffC等观察到,使用7特斯拉SWI成像时,HGG病例的肿瘤微血管密度高于低级别星形细胞瘤。而且,与较低场强的图像相比,7特斯拉MRI能够更显着地显示肿瘤微血管性。由此可见,在不允许使用造影剂的情况下,SWI可能有利于对胶质瘤分级的评价,而且不同场强的SWI作用大小也各不相同。

  化学交换饱和转移(chemicalexchangesaturationtransferimaging,CEST)成像是一种独特的检测技术,其可以用水交换质子测量内源性低浓度生物分子。基于这种独特的质子交换机制,CEST在分子MRI中起着重要的作用。CEST的通过降低在成像中检测到的自由水信号强度(SI),从而为图像提供阴性对比。酰胺质子转移(APT)成像是基于CEST的分子MRI技术的变体,其发生于游离本体的水质子与内源性移动蛋白质和肽的酰胺质子(-NH)之间的化学交换。TogaoO等人研究发现HGG在APT成像中SI值显着增加:HGG中的APTSI[Ⅲ级和Ⅳ级,(3.8±1.0)%]高于LGG[Ⅱ级,(2.1±0.4)%]。但是由于APT是新开发的神经放射学技术,因此需要进一步验证具有较大样本量以验证初步结果,以确定APT成像是否准确反映胶质瘤的分级状况。

  体素内非相干性运动磁共振成像(introvoxelincoherentmotionMRimaging,IVIM-MRI)是用于描述体素的微观运动的一种成像方法。生物体的这种微观运动包括水分子的扩散和血液的微循环(即灌注)。换句话说,IVIM-MRI成像可以同时获得DWI与PWI,因此,IVIM成像与DSC-PWI成像和常规DWI成像相比具有明显的理论优势。首先,IVIM不需要静脉注射造影剂。第二,IVIM无需获取动脉流入函数或进行反卷积和造影剂渗漏校正。第三,用于扩散和灌注成像的几何在IVIM中是相同的,因为这些参数是从相同的数据集获取的。第四,使用IVIM成像测量的纯扩散系数(D)可以比ADC更准确地反映扩散状态,因为在计算纯扩散系数时排除了灌注的影响。最后,IVIM-MRI本质上是定量的,不需要任何校正。

  IVIM建模常用的两个扩散系数,一个与分子扩散受限相关的纯扩散系数D(也称为Dslow),另一个假扩散系数D*(也称为Dfast)与组织灌注有关,最后是血管体积分数f。TogaoO等人研究发现HGG组D值和ADC均较LGG组D值和ADC低。D*在HGG和LGG之间没有差异。HGG(17.5±6.3)%的f值显着大于LGG(5.8±3.8)%,P<0.0001。证实IVIM对胶质瘤分级诊断具有一定的指导作用。

  随着计算技术的最新进展和基因组学的使用,产生了一个名为放射组学(radiomics)的新的研究领域。它将传统的影像图像转换为可发掘的数据信息,并对之进行高通量(highthroughput)定量分析。通过放射组学研究,解码隐含在医学影像信息中的因患者的细胞、生理、遗传变异等多因素共同决定的综合影像信息,并且客观定量的将其内涵呈现在临床诊治、预后分析的整个过程。McgarrySD等人对脑胶质细胞瘤的多参数MRI放射组谱(RP)与患者预后进行研究。采用放射组学分析方法,确定患者肿瘤的诊断及预后相关的影像学特征。鉴定出五个组谱与肿瘤体积无关,与生存却高度相关,其中RP的较高体积与较差的预后相关。

  尽管放射组学作为一个新领域需要解决的基本问题,但随着进一步的工作,放射组学可能会越来越自动化,具有更高的吞吐量。像基因组学一样,为临床提供精准的诊断。功能磁共振技术对胶质瘤的分级诊断起着不可估量的作用,本文只是对部分成像技术简单进行了综述,各种技术均有着其不可取代的一面,相辅相成。但是遗憾的是,这些功能目前还不能整合到一起,并且这些技术仅限于一些大综合医院。因此,希望随着医学影像学的发展,这些技术能够在更多的医院得到更广泛的应用,为临床诊断及治疗提供更多的帮助。

  来源:王米雪,于韬.胶质瘤恶性程度分级的功能性磁共振成像研究进展[J].现代肿瘤医学,2018,26(10):1607-1610.

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