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经验交流
同反相位成像在胶质瘤分级中的应用价值
曲源 周立绥 王艳 权光南

Cite this article as: Qu Y, Zhou LS, Wang Y, et al. Application of in-phase and out-of-phase imaging in the grading of gliomas[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(1): 103-105.本文引用格式:曲源, 周立绥, 王艳, 等. 同反相位成像在胶质瘤分级中的应用价值[J]. 磁共振成像, 2022, 13(1): 103-105. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.01.020.


[摘要] 目的 评价同反相位成像在胶质瘤分级中的诊断价值。材料与方法 回顾性分析74例经病理证实的胶质瘤患者的病例资料,术前行MR同反相位增强成像,在同反相位图像上计算胶质瘤实体部分信号下降比率(signal loss ratio,SLR),比较高级别胶质瘤(high grade glioma,HGG)和低级别胶质瘤(low grade glioma,LGG) SLR的差异,并利用受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线评价SLR值的分级效能。结果 HGG的SLR值高于LGG,差异具有统计学意义(P<0.05),SLR鉴别HGG和LGG的曲线下面积(area under the curve,AUC)值为0.895。结论 同反相位成像能帮助进行胶质瘤的分级,且简便易行,具有很好的临床实用价值。
[Abstract] Objective To evaluate the diagnostic value of in-phase and out-of-phase imaging in in grading gliomas.Materials and Methods: A total of 74 patients with glioma confirmed by pathology were retrospectively analyzed. All patient underwent contrast enhanced imaging and in-phase and out-of-phase before the operation. The signal loss ratio (SLR) of the solid part of the glioma was calculated on the in-phase and out-of-phase imaging. The difference of SLR between high-grade glioma (HGG) and low-grade glioma (LGG) was compared, and receiver operating characteristic (ROC) curve was used to evaluate the grading performance of SLR value.Results The SLR value of HGG was higher than that of LGG, which was statistically different (P<0.05). The area under curve (AUC) value of SLR to differentiate HGG and LGG was 0.895.Conclusions In-phase and out-of-phase imaging can help the grading of gliomas. It is simple and easy to implement, and has good clinical practical value.
[关键词] 胶质瘤;分级;磁共振成像;同反相位成像;信号下降比率
[Keywords] glioma;grading;magnetic resonance imaging;in-phase and out-of-phase imaging;signal loss ratio

曲源 1   周立绥 2   王艳 1*   权光南 3  

1 新疆维吾尔自治区人民医院磁共振室,乌鲁木齐 830001

2 成都大学附属医院放射科,成都 610081

3 通用电气医疗(中国)有限公司,北京 100176

王艳,E-mail:drwangxj@sina.cn

全体作者均声明无利益冲突。


基金项目: 新疆维吾尔自治区自然科学基金面上项目 2019D01C157
收稿日期:2021-07-15
接受日期:2021-12-17
中图分类号:R445.2  R730.264 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.01.020
本文引用格式:曲源, 周立绥, 王艳, 等. 同反相位成像在胶质瘤分级中的应用价值[J]. 磁共振成像, 2022, 13(1): 103-105. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.01.020

       同相位(in phase,IP)/反相位(out-of-phase,OP)成像也称化学位移成像(chemical shift imaging),其主要原理是水和脂肪的氢质子在磁场中的进动频率不同,因此在不同的回波时间(echo time,TE)采集信号就会得到水脂信号之和的同相位及水脂信号之差的反相位成像。在目前临床上,同反相位序列在体部,尤其是肝脏含脂性病变的诊断及鉴别诊断中具有重要的价值[1]

       胶质瘤是指起源于脑间质组织的肿瘤,是成人最常见的中枢神经系统肿瘤。根据2016年WHO的标准将胶质瘤分为低级别(low grade glioma,LGG)的Ⅰ、Ⅱ级和高级别(high grade glioma,HGG)的Ⅲ、Ⅳ级[2]。不同级别胶质瘤的生物学行为存在显著差异,因而术前的准确分级对治疗方式的选择及预后评估意义重大。研究发现,脂质合成是胶质瘤的演进过程中的一个重要病理改变,而肿瘤中脂质含量的高低也与肿瘤级别和侵袭性相关[3]。基于此,本研究通过对胶质瘤进行同反相位成像,探讨脂质含量与肿瘤级别的相关性。

1 材料和方法

1.1 一般资料

       本文为回顾性研究,经过新疆维吾尔自治区人民医院伦理委员会批准,免除受试者知情同意(批准文号:ZQ2021317)。回顾性分析2017年10月至2020年6月期间到新疆维吾尔自治区人民医院就诊的胶质瘤患者病例。纳入标准如下:(1) MR检查前未进行任何治疗,并在检查后一个月内进行了手术切除及病理确诊;(2)病理诊断按照2016年WHO脑肿瘤分级标准。排除标准:检查时无法配合,图像质量差无法分析。最终纳入74例,临床资料及病理结果见表1

表1  病例临床资料及病理分级

1.2 仪器与方法

       采用1.5 T磁共振扫描仪(HDxt,GE Healthcare)和8通道头颈联合线圈进行扫描。扫描序列包括:(1)轴位T2WI序列:FOV 24 cm×24 cm,TR 4500 ms, TE 124 ms,矩阵 352×352,层厚5 mm,层间隔1.5 mm, 激励次数2。(2)轴位T2 Flair序列:FOV 24 cm×24 cm,TR 8400 ms, TI 2100 ms, TE 120 ms,矩阵 288×224,层厚 5 mm,层间隔1.5 mm,激励次数2。(3)轴位同反相位T1 FSPGR序列:FOV 24 cm×24 cm,TE时间反相位2.3 ms, 同相位4.6 ms, TR 150 ms, 翻转角80°,矩阵 288×256,层厚 5mm,层间隔1.5 mm, 激励次数2。(4)轴位T1 FSE增强序列:FOV 24 cm×24 cm,TE 12 ms, TR 500 ms, 矩阵 320×256,层厚 5 mm,层间隔1.5 mm, 激励次数2。扫描时均拷贝定位线,保证层面一致。

1.3 图像分析

       将图像上传至AW 4.7工作站,由两名分别具有5年及8年中枢神经诊断经验的医师进行后处理计算。以T1增强的图像作为参考,在同反相位图像上肿瘤的实体部分勾画三个ROI,尽量避开肿瘤坏死、出血及钙化区,大小约10~15 mm²,记录同相位信号强度(signal intensity of in phase,SIP)及反相位信号强度(signal intensity of opposed phase,SOP),取这三个ROI的平均值作为最终数值。因脂质所致的信号下降比率(signal loss ratio,SLR)计算方法为:SLR=(SIP-SOP)/2SIP。分别计算Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级胶质瘤以及HGG的SLR值。

1.4 统计学分析

       使用SPSS 23.0软件,首先采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)评价两名医师计算结果的一致性,结果表明各组SLR测量结果的ICC值均有很好的一致性,以测量结果的平均值作为最终值。采用Kolmogorov-Smirnov检验分析数据的正态分布性,检验结果各参数均服从正态分布,故测量结果以均数±标准差表示。采用独立样本t检验比较HGG和LGG的SLR值,P<0.05表示差异有统计学意义。利用ROC曲线评估SLR值对Ⅱ级与Ⅲ级、Ⅲ级与Ⅳ级及HGG与LGG的鉴别诊断的效能。

2 结果

       2.1 各级别胶质瘤及临床资料及病理结果见表1

2.2 影像表现及SLR测量结果

       图1、2分别为不同级别胶质瘤增强及同反相位成像。LGG的SLR值为0.004±0.006,HGG的SLR值为0.030±0.016,其中Ⅲ级胶质瘤的SLR值为0.018±0.008,Ⅳ级胶质瘤的SLR值为0.039±0.015。

图1  男,54岁,左颞叶星形细胞瘤,病理分级Ⅱ级。A:T2 Flair,可见左侧颞叶占位性病灶,信号不均;B:T1增强,肿瘤未见明确强化;C和D分别为同相位及反相位成像,肿瘤内部SLR值为0.005。
图2  男,67岁,右侧额叶胶质母细胞瘤,病理分级Ⅳ级。A:T2 Flair,可见右侧额叶占位性病灶,周围可见水肿;B:T1增强,肿瘤显著强化;C和D分别为同相位及反相位成像,可见肿瘤在反相位上信号下降,SLR值为0.039。
图3  SLR在胶质瘤分级中的ROC曲线。A:SLR区分Ⅱ及Ⅲ级胶质瘤;B:SLR区分Ⅲ及Ⅳ级胶质瘤;C:SLR区分HGG及LGG。

2.3 ROC曲线分析

       SLR对胶质瘤分级的ROC曲线分析见图3。Ⅱ与Ⅲ级、Ⅲ与Ⅳ级、HGG与LGG区别的AUC值分别为0.934、0.921和0.975。当SLR的临界值为0.012时,SLR对HGG和LGG分级的敏感度为90.5%,特异度为91.6% (图2)。

3 讨论

       本研究对胶质瘤进行同反相位成像,通过定量肿瘤内的脂质含量而进行肿瘤分级。结果表明,随着肿瘤级别的升高,SLR值也随之升高,且HGG肿瘤的实体部分的SLR值显著高于LGG,因此SLR值可作为胶质瘤术前分级的参考指标。这是国内首次探索采用同反相位成像对胶质瘤进行分级。

3.1 本研究理论基础及相关应用

       脂肪合成是肿瘤发生发展过程中的重要代谢通路,而脂肪含量的增加可能与细胞凋亡或坏死导致的细胞膜崩解有关。虽然脂肪在肿瘤演进过程中所起的作用目前仍不完全明确,但已有研究证实脂肪含量的增加与脑肿瘤的级别及侵袭性呈正相关[4]。此外,在胶质瘤基因表型分析方面,Suh等[5]报道,在预测胶质瘤异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)基因表型中,计算2-羟基戊二酸(2-hydroxyglutarate,2-HG)与脂肪峰的比值单一观察2-HG的升高更为准确。因此,通过评价肿瘤组织中脂肪的含量,就能间接地反映细胞的成熟及分化程度,帮助诊断肿瘤分级、基因突变状态判断及预后评估。

3.2 本研究结果及与以往研究对比

       在各种影像学检查中,MR在定量组织脂肪含量上具有独有的优势,这是因为MR的信号主要来自水和脂肪的氢质子,而来自不同组织的氢质子在MR上会存在进动频率的差异,通过这种化学位移的差异就可以精准定量脂肪的含量。磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)即是基于化学位移现象而显示组织的代谢情况,研究报道位于1.3和0.9 ppm的脂质峰是胶质瘤分级的重要参考[6, 7]。然而,MRS扫描时间长,后处理复杂,同时谱线容易受到邻近气体、病灶内钙化及出血等磁敏感效应的影响,而且脂肪峰也易受其他峰的干扰[8]。本研究使用同反相位成像定量肿瘤内脂肪含量,扫描时间短,同时方便得到SLR值,且相比MRS稳定性更好。本研究测量了Ⅱ~Ⅳ级胶质瘤的SLR值,结果表明HGG的SLR值显著高于LGG,这与以往的研究结论类似,但临界值存在差异。Lim等[9]报道脑部恶性病变的SLR值高于良性病变及感染性病变。Ramli等[10]纳入22例胶质瘤并计算其SLR值,结果表明SLR可作为胶质瘤分级的参数,其中,SLR值低于0.064为胶质瘤Ⅱ级,高于0.086为胶质瘤Ⅳ级,两者之间为胶质瘤Ⅲ级。然而,Ramli的研究样本量较少,且Ⅲ级胶质瘤只有4例,且部分病理结果是通过活检得到的,不可避免地存在采样误差。Seow等[11]通过同反相位成像计算脂肪含量,其结果表明肿瘤实体部分的SLR值可帮助胶质瘤分级,但Ⅱ及Ⅲ级的SLR值之间存在重叠。在上述研究中,SLR的计算公式为(SIP-SOP)/SIP,而本研究SLR的计算公式为(SIP-SOP)/2SIP,这是计算脂肪含量更为准确的计算方法。此外,研究报道通过水脂分离进行脂肪定量的方法包括两个、三个及六个回波法,每种方法都会存在一定程度的计算误差,而六个回波的方法准确度最高,这是因为六个回波能保证最佳信噪比,同时实现更准确的磁场均匀度及T2*的衰减校正[12]。本研究采用双回波的方法,虽然存在一些偏差,但也有研究证实其稳定性及准确性满足临床需求[13]。Seow等[14]采用同反相位成像研究胶质瘤预后,结果发现肿瘤无强化区的脂肪含量与预后有一定相关性,这也表明了双回波方法的临床价值和可行性。同反相位成像基于水脂的频率差异成像,但在胶质瘤中,尤其是在HGG中存在异常蛋白质的增多。蛋白质的中心频率与水脂均不相同,因此需要剔除其影响才能实现SLR更准确定量。

3.3 本研究局限性及下一步的研究方向

       本研究不足之处:首先,纳入的病例数不足,每组级别则更少;另外,未能进行肿瘤分子基因状态的分析;其次,本研究以增强图像作为参考,测量肿瘤实质区的SLR,而胶质瘤具有显著的异质性,因此SLR的测量也会存在偏差;最后,同反相位序列为梯度回波序列,因此SLR的测量结果也易受磁敏感效应的影响。下一步研究将纳入更多的病例,并按IDH基因表型进行分组,探讨SLR在区别不同基因表型中的意义[15]

       总之,同反相位化学位移成像能帮助进行胶质瘤的分级,且扫描时间短,后处理计算简单易行,可应用于临床,具有较好的实用价值。

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