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    腦膠質瘤術前分級的MR影像研究進展

    腦膠質瘤起源于神經上皮組織內的膠質細胞,是腦內最常見的原發性腫瘤,占中樞神經系統腫瘤的40%50%。按照WHO中樞神經系統腫瘤分類,腦膠質瘤分為低級別膠質瘤(Ⅰ、Ⅱ級)和高級別膠質瘤(Ⅲ、Ⅳ級)兩類。腦膠質瘤的臨床治療和預后評價與膠質瘤的級別密切相關。

     

    目前,腦膠質瘤的術前分級主要依據患者的臨床表現和影像學特征,尚缺乏定量的、具有客觀評價標準的術前分級方法。動態增強磁共振成像(dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging,DCE-MRI)能夠顯示腫瘤組織的微循環狀態,準確反映腫瘤組織新生毛細血管的密度和微血管內皮細胞的完整性,可以從細胞和分子水平定量評價腫瘤組織的惡性程度?,F就磁共振影像技術在腦膠質瘤術前分級中的臨床應用進展進行綜述。

     

    1.腦膠質瘤術前分級的影像學方法

     

    目前腦膠質瘤術前分級主要依據患者的臨床表現和腫瘤的影像學特征,常用的影像學方法包括CT、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)和正電子發射計算機斷層成像(positron emission tomography,PET)。各種影像技術可以從腫瘤的形態學、組織成分、新生毛細血管、腫瘤組織代謝活性以及腫瘤細胞分子水平等方面對腦膠質瘤的術前分級進行評價,每種影像技術各具優勢。

     

    2.CT影像在腦膠質瘤術前分級中的應用

     

    CT是顱腦疾病首選的影像檢查方法,CT平掃可以從形態學角度對腫瘤進行評價,能夠顯示腫瘤的出血、壞死和鈣化等腫瘤組織內的病理改變,對腦膠質瘤的識別、診斷和鑒別診斷具有一定幫助,但是對腦膠質瘤術前的準確分級提供的信息較為有限。CT增強檢查能夠顯示腦膠質瘤組織的血液供應情況,腫瘤顯著強化提示腫瘤組織血液供應豐富,腫瘤的惡性程度較高。但是對于Ⅱ級和Ⅲ級膠質瘤的鑒別較為困難。

     

    CT灌注成像能夠揭示腫瘤組織的腦血流動力學改變,通過測量局部腦血流量(regional cerebral blood flow,rCBF)、局部腦血容量、對比劑平均通過時間和對比劑到達峰值時間等腦血流動力學參數,定量分析腫瘤組織的血流分布特點,從而揭示腫瘤組織內微血管密度的變化,為腦膠質瘤術前分級的判定提供較為準確的影像依據。

     

    腦膠質瘤的微循環是由腫瘤誘發的新生毛細血管構成,低級別膠質瘤的新生毛細血管相對較少,腫瘤的腦血容量表現為低灌注狀態;高級別膠質瘤的新生毛細血管較為豐富,但由于高級別膠質瘤生長速度較快,常發生腫瘤組織的壞死和囊變,因此,高級別膠質瘤的腦血容量呈不均勻高灌注狀態。雖然CT影像技術在發現和診斷腦膠質瘤方面具有較大價值,但是對于腦膠質瘤的精確定位、定性診斷和術前分級具有很多不足之處。

     

    3.常規MRI在腦膠質瘤術前分級中的應用

     

    常規MRI檢查可以明確腫瘤發生的部位、范圍和數目等特征,不同級別的腦膠質瘤在MRI影像上具有一定的特征性表現。毛細胞型星形細胞瘤屬于WHOⅠ級,多見于兒童與青少年,好發于小腦半球,病灶界限清楚,呈囊樣改變并伴有壁結節;增強掃描可見壁結節和腫瘤實性部分明顯強化。腦膠質母細胞瘤是WHOⅣ級腫瘤,MRI表現為混雜信號病灶,增強掃描顯示實性部分呈不規則、厚薄不均的環狀強化或花環樣強化。腦膠質瘤的浸潤范圍、瘤周水腫以及腫瘤內的出血、壞死、囊變、水分子彌散和腫瘤強化程度等MRI影像表現均與腦膠質瘤的病理分級具有一定的相關性。

     

    MRI增強檢查可對腦膠質瘤的術前分級進行初步評價,腦膠質瘤的強化程度主要取決于腫瘤組織內新生血管的通透性。在大多數情況下,腦膠質瘤隨著腫瘤級別的增高,腫瘤新生血管的通透性逐漸增加,因而腫瘤的強化程度也逐漸增強;此外,由于高級別膠質瘤內新生血管分布不均勻,在MRI增強掃描圖像上腫瘤常呈現出不均勻強化的特征。但是,對于部分Ⅱ和Ⅲ級腦膠質瘤,由于腫瘤組織的強化程度與腫瘤的惡性程度不完全一致,導致MRI常規檢查在準確鑒別Ⅱ和Ⅲ級腦膠質瘤中較為困難。

     

    文獻報道顯示,有近30%的高級別膠質瘤無明顯強化或輕微強化,而約10%的低級別膠質瘤表現出明顯強化。因此,常規MRI對腦膠質瘤術前分級的準確性存在不足,尤其在Ⅱ和Ⅲ級腦膠質瘤術前鑒別和分級中更顯不足。

     

    4.磁共振波譜成像在腦膠質瘤術前分級中的應用

     

    磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy,MRS)能夠從組織代謝和生物化學水平評價腦膠質瘤的惡性程度,在腦磁共振波譜成像中,氮-乙酰天門冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)是最重要的代謝活性物質。NAA存在于腦組織神經元及其軸突中,是神經元存活的標志物,NAA含量直接反映神經元的密度及其活性。膽堿主要來源于磷脂代謝的中間代謝物,是細胞膜合成與分解的標志物。

     

    肌酸是腦細胞能量代謝的標志物,肌酸含量降低提示糖無氧酵解增加、高能磷酸化代謝減少。乳酸是腦組織缺氧較為敏感的標志物,乳酸水平反映細胞內物質代謝速率和清除率的下降。脂質可以反映細胞壞死情況。腦膠質瘤是由異常增殖的膠質細胞組成,腫瘤細胞浸潤神經元,神經元被破壞后導致腫瘤組織中NAA含量下降,并隨著膠質瘤惡性程度的增高,NAA水平和NAA/膽堿比值明顯降低,膽堿/NAA和膽堿/肌酸比值在高級別膠質瘤中明顯高于低級別膠質瘤,其中,膽堿/NAA比值在鑒別高級別和低級別膠質瘤中的靈敏度為78.2%,特異度為84.0%,準確度為82.2%。

     

    Nakamura等研究發現,雖然乳酸峰可以在各級別腦膠質瘤中檢測到,但是同時獲得乳酸峰和脂質峰的頻率在各級別腦膠質瘤中不同,在Ⅰ、Ⅱ級腦膠質瘤中為0%,Ⅲ級腦膠質瘤中為8.3%,Ⅳ級腦膠質瘤中為44%。上述研究表明,Ⅳ級腦膠質瘤與其他級別膠質瘤的乳酸峰和脂質峰存在明顯的不同,利用腦MRS技術可以從腫瘤組織的代謝水平進行高級別膠質瘤的診斷與評價。

     

     

     

    DCE-MRI能夠定量評價正常腦組織和腦腫瘤組織的微循環狀態,通過雙室藥物代謝動力學模型,能夠準確顯示腫瘤組織新生毛細血管的密度和微血管內皮細胞的完整性,是評價局部腦組織和腫瘤組織血腦屏障破壞程度準確而有效的方法,能夠從細胞和分子水平評價腫瘤組織的惡性程度,為腦膠質瘤術前分級提供可靠的影像學依據。相較于單純反映腦血流動力學變化和新生血管多少的磁共振灌注成像,DCE-MRI在反映血腦屏障破壞程度上更具有優勢。

     

    DCE-MRI影像參數分析包括定量和半定量兩種方法,常用的評價指標包括容積轉運常數(volume transfer constrant,Ktrans)、速率常數(ratio constant of tracer refluxing from tissue to plasma,Kep)和血管外細胞外容積分數(fractional extracellular extravascular volume,Ve)三種定量參數。Ktrans為單位時間內、單位體積組織中對比劑從血管內滲透到血管外細胞外間隙的容量,該參數能夠反映局部腦組織中毛細血管滲透性的高低。Kep為滲透到血管外細胞外間隙的對比劑重新滲透流回血管內的速率常數;KepKtrans能夠準確反映腫瘤組織中新生毛細血管滲透性的改變。Ve為血管外細胞外間隙內對比劑的容積分數,Ve增大提示血管外細胞外間隙擴大,局部組織細胞化程度減低或者局部細胞壞死。

     

    高級別腦膠質瘤毛細血管內皮細胞明顯增生,微血管形成顯著,不成熟的微血管增多,因此,高級別腦膠質瘤組織的新生毛細血管通透性顯著增高。DCE-MRI在臨床上已經用于腦膠質瘤術前分級的評價,在不同級別的腦膠質瘤中,KtransVe的改變因腫瘤級別的不同而有很大的差異。研究表明,高級別膠質瘤的Ktrans值顯著高于低級別膠質瘤的Ktrans值,說明高級別膠質瘤的毛細血管通透性明顯高于低級別膠質瘤,使腫瘤組織內對比劑從毛細血管腔內轉運到血管外間隙更加容易。

     

    在腦膠質瘤受試者工作特征曲線分析中,Ktrans閾值為0.054/min時能夠較準確地鑒別出Ⅱ級與Ⅲ級腦膠質瘤,其靈敏度為87.5%,特異度為91.7%;Ktrans閾值為0.084/min時能夠較準確地鑒別出Ⅱ級與Ⅳ腦膠質瘤,其靈敏度為93.3%,特異度為100%。Ve是評價腦膠質瘤惡性程度另一個較為可靠的定量指標,Ve值增加提示血管外細胞外間隙擴大,對比劑由毛細血管內向組織間隙擴散更加容易,同時也提示腫瘤組織局部細胞化程度減低,發生細胞壞死的可能性增加。

     

    相關研究顯示,Ve0.296時,Ve值預測高級別和低級別腦膠質瘤的靈敏度為92.9%,特異度為91.7%;在Ⅱ、Ⅲ級腦膠質瘤鑒別中,Ve0.092時,Ve值預測的靈敏度為100%,特異度為87.1%,低級別和高級別膠質瘤的Ve值比較差異有統計學意義。此外,DCE-MRI在腦膠質瘤瘤周水腫評價中也同樣發揮著重要作用,Ktrans的大小預示著腫瘤組織及腫瘤周邊血腦屏障通透性的高低,高級別膠質瘤的浸潤性較高,其對腫瘤周圍血腦屏障的損害較重,因而高級別膠質瘤的瘤周水腫大多較為明顯。

     

    國內學者研究顯示,腦不同級別膠質瘤瘤周水腫內的Ktrans值和Ve值存在很大的不同,當Ktrans0.007/min時,Ktrans值評價腫瘤惡性程度的靈敏度為97.5%,特異度為95.0%。在腦膠質瘤術前分級評價中,DCE-MRI不僅能夠準確反映腦膠質瘤微血管滲透性的改變,還能夠準確預測腫瘤組織侵襲性生長的程度,顯示出侵襲性較強和微血管生成活躍的區域,從而為腦立體定向病理活檢區的選擇提供準確信息,為腦膠質瘤術前分級、臨床治療決策的制定以及患者預后評價提供可靠的依據。

     

    在應用DCE-MRI測量腦膠質瘤KtransVe值過程中,需要注意以下幾個技術方面的問題。首先,需要準確選取流入動脈以獲得動脈輸入函數。DCE-MRI是在血管內、外對比劑存在滲透差異的基礎上進行的連續、快速、重復掃描,通過測量流入動脈靶區內的時間-信號強度曲線,從而獲得動脈輸入函數,因此,流入動脈的選取在圖像后處理過程中非常重要。其次,在DCE-MRI的參數定量測量中,需要盡量減少對比劑注射量和注射速率對測量結果的影響。此外,在進行基于感興趣區的定量測量時,感興趣區的大小及其放置的位置需要充分考慮,盡量避開小血管對測量結果的影響。

     

    目前,DCE-MRI在腦膠質瘤術前分級的臨床應用中,其最佳參數及最佳閾值的選取還有待進一步研究。腦膠質瘤臨床治療方法的選擇和患者預后的評價與膠質瘤的惡性程度密切相關,高級別膠質瘤的生存率較低,而低級別膠質瘤的5年生存率總體上可達80%,但低級別膠質瘤各病理亞型患者的生存率比較差異有統計學意義。在2016WHO中樞神經系統腫瘤分類中,已將腦膠質瘤的分子分型引入到腫瘤的分類中,依據膠質瘤不同的分子分型開展精準化醫療,將會極大地提高腦膠質瘤的臨床治療效果,改善腦膠質瘤患者的預后。

     

    8.結語

     

    膠質瘤是腦內最常見的惡性腫瘤,不同級別膠質瘤的治療方法和患者的預后差別較大,膠質瘤術前準確分級對于臨床治療方案的確定和患者預后評價具有重要的臨床意義。

     

    神經影像技術在腦膠質瘤術前診斷和分級中發揮著重要作用,每種影像技術各有其優勢和缺點,MRI常規成像結合DWIMRS可為腦膠質瘤的術前診斷和分級提供有價值的信息。隨著神經影像技術的進步,以DCE-MRI為代表的MRI影像組學,能夠從腫瘤的影像學特征、血流分布特點以及微血管通透性改變等多方面定量評價膠質瘤的惡性程度,為腦膠質瘤的術前分級和術后評價提供更加準確的影像學信息,進一步提高腦膠質瘤的臨床綜合診療水平。

     

    來源:李萬蘭,周劍,高培毅.腦膠質瘤術前分級的MR影像研究進展

     

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