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DWI多b值水通道蛋白分子成像在腦星形細胞瘤分級診斷的初步研究

2017-05-12 09:35:37段筱璠張輝王效春譚艷秦江波王樂張磊
磁共振成像 2017年1期
關(guān)鍵詞:星形細胞膜實質(zhì)

段筱璠,張輝,王效春,譚艷,秦江波,王樂,張磊

DWI多b值水通道蛋白分子成像在腦星形細胞瘤分級診斷的初步研究

段筱璠1,張輝2*,王效春2,譚艷2,秦江波2,王樂2,張磊2

目的探討DWI多b值水通道蛋白分子成像在腦星形細胞瘤分級診斷的價值。材料與方法搜集經(jīng)手術(shù)病理證實的52例腦星形細胞瘤患者,術(shù)前均行常規(guī)MRI掃描及多b值DWI掃描,其中低級別組(WHO Ⅰ~Ⅱ級) 24例,高級別組(WHO Ⅲ~Ⅳ級) 28例。測量腫瘤實質(zhì)區(qū)的AQP-ADC值、常規(guī)ADC值。采用獨立樣本t檢驗分析AQP-ADC值、常規(guī)ADC值在高低級別腦星形細胞瘤中是否具有統(tǒng)計學(xué)差異,ROC曲線分析比較AQP-ADC值與常規(guī)ADC值的診斷效能。結(jié)果高級別組腫瘤實質(zhì)區(qū)的AQP-ADC值高于低級別組,高級別組腫瘤實質(zhì)區(qū)的常規(guī)ADC值明顯低于低級別組;腫瘤實質(zhì)區(qū)AQP-ADC值、常規(guī)ADC值在腦星形細胞瘤高低級別間有明顯的統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.01),AQP-ADC值、常規(guī)ADC值對腦星形細胞瘤分級的ROC曲線下面積:AQP-ADC值為0.891,常規(guī)ADC值為0.778。結(jié)論AQP-ADC值可以鑒別高低級別腦星形細胞瘤,且優(yōu)于常規(guī)ADC值。

星形細胞瘤;腦;彌散磁共振成像

段筱璠, 張輝, 王效春, 等. DWI多b值水通道蛋白分子成像在腦星形細胞瘤分級診斷的初步研究. 磁共振成像, 2017, 8(1): 13-16.

神經(jīng)膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的原發(fā)性腦腫瘤,其中腦星形細胞瘤約占75%,高級別星形細胞瘤具有生長速度快、侵襲能力強、無邊界浸潤及術(shù)后易復(fù)發(fā)等特性[1-2],因此術(shù)前對腦星形細胞瘤級別的評估對于治療方案的選擇及臨床預(yù)后的評估具有重要意義。MRI功能成像可以提供腫瘤病理生理學(xué)信息,是常規(guī)MRI的重要補充。

MRI水分子擴散加權(quán)成像技術(shù)可以反映活體水分子分布、運動的特征信息[3-4]。傳統(tǒng)觀念認為水分子是以自由擴散的方式通過細胞膜的,1993年Agre等[5]對水通道蛋白的發(fā)現(xiàn),對傳統(tǒng)的這種觀念提出了挑戰(zhàn)。水通道蛋白(aquaporine, AQP)是細胞膜上能選擇性地高效轉(zhuǎn)運水分子的膜內(nèi)在蛋白,能顯著增加細胞膜對水的通透性,參與水的分泌、吸收及細胞內(nèi)外水平衡的調(diào)節(jié)[5-6]。研究發(fā)現(xiàn),膠質(zhì)瘤細胞AQP1、4、9表達明顯增高,而且與腫瘤級別呈相關(guān)性[7-10]。李加慧等[11]研究發(fā)現(xiàn)采用水擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI) 中高值(b>1500 s/mm2)時,能夠檢測到通過紅細胞膜AQP擴散的水分子,從而間接獲得AQP在細胞膜的分布、活性和數(shù)量信息。

目前,應(yīng)用DWI多b值水通道蛋白分子成像進行腦星形細胞瘤分級診斷的研究報道極少,其是否有臨床應(yīng)用價值有待進一步研究,在此我們探討DWI多b值水通道蛋白分子成像對腦星形細胞瘤分級診斷的價值。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

搜集我院2014年4月至2016年5月經(jīng)手術(shù)病理證實的腦星形細胞瘤52例。根據(jù)WHO 2007年中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標準分為兩組:低級別組(WHOⅠ~Ⅱ級)24例;高級別組(WHO Ⅲ~Ⅳ級)28例。排除標準:MRI檢查前行放化療的患者;復(fù)發(fā)患者。

1.2 檢查方法

使用GE 3.0 T MRI儀,采用八通道頭頸聯(lián)合拓撲相控陣線圈,患者術(shù)前行常規(guī)T1WI、T2WI、T2WI-液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(T2WI-FLAIR)及多b值DWI掃描,最后行T1WI增強掃描。

1.2.1 常規(guī)序列參數(shù)

(1)梯度回波(GRE) T1WI:TR 195 ms,TE 4.8 ms,F(xiàn)OV 24 cm×24 cm,層厚 6.0 mm;(2)快速自旋回波(TSE) T2WI:TR 5900 ms,TE 98 ms,F(xiàn)OV 24 cm×24 cm,層厚 6.0 mm;(3) T2WI-FLAIR:TR 8000 ms,TE 95 ms,F(xiàn)OV 24 cm× 24 cm,層厚 6.0 mm。Gd-DTPA (0.1 mmol/kg)用于T1WI增強掃描。

1.2.2. 多b值DWI

采用平面回波序列(EPI),TR 3000 s,TE 115.5 s,層厚6.0 mm,層距1.0 mm,NEX為3,F(xiàn)OV 24 cm×24 cm,矩陣128×128,b=0、20、50、100、200、400、800、1200、1800、2500、3000、3500、4000 mm2/s,共13個b值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

在GE Adavantage Workstation 4.4工作站使用AQP軟件及ADC軟件進行后處理,分別獲得AQPADC參數(shù)圖及常規(guī)ADC圖(圖1,2),在各參數(shù)圖上采用手繪法在腫瘤實質(zhì)區(qū)(強化區(qū)域)勾畫感興趣區(qū)(region of interest,ROI),ROI的面積大小范圍為20~40 mm2,腫瘤實質(zhì)區(qū)需避開囊變、壞死、出血、大血管和鈣化等,然后分別測量同一腫瘤實質(zhì)區(qū)的AQP-ADC值及常規(guī)ADC值,每個ROI重復(fù)測量3次,取平均值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 高低級別組腫瘤實質(zhì)區(qū)AQP-ADC值及常規(guī)ADC值比較

高低級別組腫瘤實質(zhì)區(qū)的AQP-ADC值及常規(guī)ADC值如表1所示。結(jié)果顯示高級別組腫瘤實質(zhì)區(qū)的AQP-ADC值明顯高于低級別組(P<0.05),高級別組腫瘤實質(zhì)區(qū)的常規(guī)ADC值明顯低于低級別組(P<0.05)。

2.2 腦星形細胞瘤腫瘤實質(zhì)區(qū)ROC曲線分析

腦星形細胞瘤腫瘤實質(zhì)區(qū)AQP-ADC值、常規(guī)ADC值鑒別高低級別腦星形細胞瘤的ROC曲線下面積(AUC)分別為0.891、0.778,界值分別為0.120、1.012,敏感性及特異性分別為96.2%、85.4%及88.5%及81.5% (圖3)。

圖1 男,25歲,星形細胞瘤, WHO Ⅰ級。A:右側(cè)顳葉輕度異常強化影;B:常規(guī)ADC圖,腫瘤實質(zhì)區(qū)常規(guī)ADC值為1.073;C: AQP-ADC圖,腫瘤實質(zhì)區(qū)AQP-ADC值為0.116 圖2 女,56歲,星形細胞瘤, WHO Ⅲ級。A:右側(cè)丘腦不規(guī)則環(huán)狀異常強化信號影;B:常規(guī)ADC圖,腫瘤實質(zhì)區(qū)常規(guī)ADC值為0.864;C:AQP-ADC圖,腫瘤實質(zhì)區(qū)AQP-ADC值為0.138Fig. 1 Male, 25 years old with WHO Ⅰ grade astrocytoma. A: Slight enhanced lesion in the right temporal lobe. B: Conventional ADC map. The conventional ADC value of tumoral solid part was 1.073. C: AQP-ADC map. The AQP-ADC value of tumoral solid part was 0.116. Fig. 2 Female, 56 years old with WHO Ⅲ grade astrocytoma. A: Irregular ring like enhanced lesion in the right thalamus. B: Conventional ADC map. The conventional ADC value of tumoral solid part was 0.864. C: AQP-ADC map. The AQP-ADC value of tumoral solid part was 0.138.

圖3 AQP-ADC值及常規(guī)ADC值對腦星形細胞瘤分級的ROC曲線Fig. 3 Receiver operating characteristic (ROC) curves of AQP-ADC value and conventional ADC value of the cerebral astrocytoma.

3 討論

1993年,Agre等[5]學(xué)者對AQP的發(fā)現(xiàn),創(chuàng)立了水在細胞膜主動轉(zhuǎn)運的全新理論,對傳統(tǒng)的水以自由擴散的方式通過細胞膜的理論提出了挑戰(zhàn)。從Stejskal等提出采用雙極梯度進行DWI機制,到雙指數(shù)的IVIM模型,再到IVIM模型基礎(chǔ)上的拉伸指數(shù)模型和DKI模型,都沒有考慮到細胞膜的分子結(jié)構(gòu),以及水分子在組織和細胞中運動的分子生物學(xué)機理[12]。建立在水通道蛋白理論基礎(chǔ)上的AQP分子成像技術(shù),使擴散加權(quán)成像(DWI)多b值水通道蛋白分子成像技術(shù)顯示其分子信息成為可能[5-6,13]。

表1 腦星形細胞瘤腫瘤實質(zhì)區(qū)AQP-ADC值及常規(guī)ADC值比較(×10-3mm2/s)Tab. 1 The comparison of AQP-ADC value and conventional ADC value of the tumoral solid part of the cerebral astrocytoma (×10-3mm2/s)

李加慧 等[11]報道 采用乙 酰 唑胺抑 制AQP1、AQP4進行MR分子成像,作者發(fā)現(xiàn)采用水擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI) 中低b值具有很好的組織特異性,高b值能夠(b>1500 s/mm2)提供AQP信息,從而間接獲得AQP在細胞膜的分布、活性和數(shù)量信息;李秋菊等[14]對肝纖維化大鼠的初步研究表明,DWI多b值成像能夠顯示肝臟組織細胞中水分子的血流灌注相、組織內(nèi)擴散相以及跨細胞膜轉(zhuǎn)運相的圖像信息,尤其高b值下ADC值變化與肝臟細胞膜上AQP表達相關(guān),可以間接反映AQP分子信息;呂水清等[13]應(yīng)用DWI多b值水通道 蛋 白分子成像技術(shù)對AQP在帕金森病患者不同腦區(qū)的MRI表現(xiàn)進行了初步研究;白巖等[12]應(yīng)用DWI多b值水通道蛋白分子成像技術(shù)獲得膠質(zhì)瘤圖像,發(fā)現(xiàn)其可以反映膠質(zhì)瘤分級。

本研究采用高b值(1800~4000 s/mm2),通過AQP后處理軟件得到AQP圖像,并測量腫瘤實質(zhì)區(qū)的AQP-ADC值,結(jié)果顯示高級別組腫瘤實質(zhì)區(qū)的AQP-ADC值明顯高于低級別組。造成這種結(jié)果的原因目前尚無定論,分析可能與不同級別的腦膠質(zhì)瘤組織細胞表達AQP的程度不同有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),膠質(zhì)瘤細胞AQP1、4、9 表達明顯增高,而且與腫瘤級別呈相關(guān)性[8]。近年來發(fā)現(xiàn)AQP不僅能夠選擇性高效轉(zhuǎn)運水分子,還可促使水分子快速進入細胞板狀偽足,增強腫瘤細胞遷移和侵襲能力、調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤細胞需氧酵解導(dǎo)致局部微環(huán)境的改變、膜電位的維持、細胞有絲分裂卵裂溝的形成及細胞骨架的重構(gòu)等[8-9]。而且文獻報道AQP的表達程度與腫瘤級別呈正相關(guān),這些高表達的AQP引起膠質(zhì)瘤組織內(nèi)水代謝增高[12],表現(xiàn)為高級別組的AQP-ADC值不同程度高于低級別組;而且,我們的研究結(jié)果顯示,與常規(guī)ADC值相比,其對腦星形細胞瘤分級的診斷效能更高。

綜上所述,本研究結(jié)果初步表明通過AQP MRI分子成像技術(shù)可以鑒別高低級別腦星形細胞瘤,是采用一種無創(chuàng)的方式來對腦星形細胞瘤的惡性程度進行預(yù)測,并對臨床治療方案的選擇提供參考。但是,本研究尚存在一些不足之處,首先,總體病例數(shù)相對較少,缺乏一定的代表性,仍需病例數(shù)較多的實驗來進行反復(fù)驗證,并確定準確率較高的界值;其次,本研究沒有進行AQP表達的測定,AQP的表達與否缺乏免疫組化的支持,但是,大量文獻報道膠質(zhì)瘤組織細胞中AQP表達升高,而且與病理級別呈相關(guān)性,在接下來的研究中,我們會進行AQP表達的測定,使結(jié)果更具說服力。

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The preliminary study of aquaporins function with multi b-values diffusion weighted magnetic resonance imaging in the grading diagnosis of cerebral astrocytoma

DUAN Xiao-fan1, ZHANG Hui2*, WANG Xiao-chun2, TAN Yan2, QIN Jiang-bo2, WANG Le2, ZAHNG Lei21Medical Imaging Department of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China
2Department of Radiology, First Clinical Medical College, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China
*

Zhang H, E-mail: zhanghui_mr@163.com
Received 22 Sep 2016, Accepted 19 Nov 2016
ACKNOWLEDGMENTSThis study was supported by grants from the National Natural Science Foundation (No. 81471652) to Hui Zhang; the Natural Science Foundation of Shanxi Province to Yan Tan (No. 201601D021162).

Objective:To investigate the value of aquaporins function with multi b-values diffusion weighted magnetic resonance imaging in the grading diagnosis of astrocytoma.Materials and Methods:Fifty-two patients with cerebral astrocytoma underwent conventional MRI scanning and multi b value DWI scanning before surgery, of which the low-grade group (WHOⅠ—Ⅱgrade) were 24 cases, the highgrade group (WHO Ⅱ—Ⅳgrade) were 28 cases. Measuring the AQP-ADC values and conventional ADC values in tumoral solid part. Using independent sample t-test to compare AQP-ADC values and conventional ADC values between the lowgrade group and high-grade group, ROC curve was used to compare the diagnostic performance of AQP-ADC values and conventional ADC values.Results:The AQP-ADC value in tumoral solid part of high-grade group was higher than those of low-grade group, and the conventional ADC value in tumoral solid part of highgrade group was lower than those of low-grade group, the AQP-ADC value and conventional ADC value of tumoral solid part had significant differences between the groups (P<0.01). The area under the ROC curve (AUC) of AQP-ADC value and conventional ADC value was 0.891, 0.778 respectively.Conclusions:AQP-ADC value in tumoral solid part could be used to identify low grade astrocytoma from high grade astrocytoma, and was better than conventional ADC value.

Astrocytoma; Brain; Diffusion magnetic resonance imaging

國家自然科學(xué)基金面上項目(編號:81471652),山西省自然科學(xué)基金(編號:201601D21162)

1. 山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)系,太原030001

張輝,E-mail:zhanghui_mr@163. com

2016-09-22

R445.2;R730.264

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.01.004

2. 山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院影像科,太原 030001

接受日期:2016-11-19

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