3D ASL胶质瘤精确定量、精确诊断、精确治疗

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磁共振是一种多对比多参数、同时也是迄今为止软组织对比分辨率最高的成像技术。凭借磁共振成像自身的这些优势使得磁共振成像技术在所有肿瘤诊断和分期中的作用越来越重要。对于颅内占位病变而言也是如此。但单纯依赖于传统的成像技术如平扫、增强以及弥散等来对颅内肿瘤进行诊断、分级或鉴别诊断等显然是不够的。灌注成像能够反映组织水平的微循环灌注，因而也是局部微血管密度的反映。代谢旺盛的肿瘤病变需要有更多的血液供应，作为机体的一种反应，病变内会有更多的肿瘤新生血管形成，因而这类病变在灌注成像上会表现为高灌注。由于肿瘤病变的组织类型不同，不同的肿瘤病变会有不同的代谢特点，因而也表现为不同的灌注类型。通过研究肿瘤的灌注水平我们不仅能够了解肿瘤的代谢状态并依此评估肿瘤的良恶性程度，同时还有助于不同类型肿瘤病变的诊断和鉴别诊断。更重要的是，了解肿瘤的灌注还能更好的判断肿瘤的预后如生长快慢、侵袭性高低。对于需要手术治疗的病人而言，术前了解病变的灌注水平能帮助临床医生制定更合理的手术方案和风险防范预案等等。

胶质瘤是颅内肿瘤病变中最常见的肿瘤病变，同时也是治疗最复杂、预后最差的颅内肿瘤病变。随着胶质瘤恶性程度的不断提高，其新生血管形成程度和组织结构的异质性（即不均匀性）也越来越明显。其中新生血管形成程度是评价胶质瘤分级以及胶质瘤治疗过程中疗效评价的重要生物学标记。在胶质瘤分级方面，传统的影像学依据是根据增强扫描后病变的强化程度来评判。诚然，在那些级别高的胶质瘤如多形性胶母细胞瘤（Glioblastomas Multiforme, GBM）由于其分化差、血脑屏障破坏明显，因此在增强扫描可以表现出非常明显的强化；而在那些低级别的胶质瘤则因为血脑屏障破坏不明显而在增强扫描时表现出轻微强化或强化不明显。但近年来越来越多的临床证据表明单纯依赖增强扫描来对胶质瘤进行分级会导致很大的误差，因为大约有25%的高级别胶质瘤在增强扫描时无强化或仅轻微强化，也大约有25%的低级别的胶质瘤在增强扫描时表现为明显的强化。增强扫描时病变的强化表现取决于病变的血脑屏障破坏程度，因此增强扫描并不能如实反映病变内的微循环水平。也正是因为这个原因依赖增强扫描后的强化表现对胶质瘤进行分级是不准确的。与此相对应的是灌注成像反映的是病变的微循环水平。近年来对于胶质瘤血管微环境（Vascular Microenvironment）的研究越来越深入，因此对胶质瘤的分级、治疗、疗效评价等有了更新的认识和影像学评价依据。而在血管微环境研究中灌注成像因为能真实反映微循环血管密度因而成为重要的影像学生物学标记（Imaging biomarker）。本文从以下几个方面总结3D ASL在胶质瘤分级、治疗以及疗效评价中的临床价值。

3D ASL无创灌注解决方案：常用的磁共振灌注成像解决方案可以分为两大类：一类是依赖于外源性对比剂作为示踪剂的动态磁敏感对比增强灌注解决方案；另一类是以动脉血中的水分子作为内源性示踪剂的动脉自旋标记（Arterial Spin Labeling， ASL）灌注解决方案。传统的动态磁敏感对比增强解决方案所依赖的模型是血脑屏障模型，而在胶质瘤病变血脑屏障会受到不同程度的破坏，在这种情况下会导致DSC灌注成像低估或无法准确评价病变的真实血供水平；同时由于DSC灌注成像通常采用EPI信号读取方式，这种采集方式具有明显的磁敏感效应，因此在那些存在气体、出血以及各种术后金属固定装置的区域会导致信号丢失而无法准确评价相应区域的灌注水平。与DSC灌注成像解决方案相比，3D ASL是在GE最新磁共振平台推出的全新容积灌注成像解决方案，该技术采用动脉血中的水分子作为示踪剂，因而避免了大分子对比剂所带来的各种潜在危险。水分子是可以自由扩散的，因此以动脉血中水分子作为示踪剂与PET成像中的O15水的机制非常相似，因此3D ASL能更真实的反映脑组织的灌注水平。PET成像所使用的示踪剂如O15水含有正电子，正电子是一种反物质在自然界中不能长久存在，因而PET所使用的各种示踪剂一般半衰期都很短，如O15水的半衰期仅为2分钟，这给PET灌注成像的临床应用带来极大限制。目前PET用于肿瘤代谢成像所使用的示踪剂多为F18荧光脱氧葡萄糖，该示踪剂半衰期相对长，而且能反映组织的代谢水平。但该示踪剂显像也会受肿瘤本身代谢状态的影响，特别是当肿瘤经过化疗或免疫治疗后其代谢水平会被抑制，因此在这种情况下利用该示踪剂成像不能如实反映肿瘤的真实灌注或代谢水平。

采用3D ASL对颅内占位病变进行灌注成像研究能更准确的评价肿瘤病变的新生血管，这恰恰是评价肿瘤良恶性最重要的生物学标记。在研究颅内肿瘤灌注方面3D ASL较传统的DSC对比剂灌注成像有明显优势，这是因为3D ASL采用的是快速自旋回波技术，因此能有效克服DSC对比剂灌注成像易受磁敏感伪影干扰的缺点，在那些采用对比剂灌注成像无法正确评价的区域如靠近气体或合并出血的病变在3D ASL也能如实的反映其灌注水平。正确的评价肿瘤的灌注水平能更准确的对肿瘤进行分级，如在评价胶质瘤的分级上，灌注成像明显优于常规增强扫描。常规的增强扫描所反映的仅仅是血脑屏障是否完整或是否存在，而灌注成像才真正反映了肿瘤病变的血供状态。

胶质瘤WHO分级判断：准确的胶质瘤WHO分级是胶质瘤诊断中的一个重要组成部分，因为不同的胶质瘤分级预示着不同的治疗方案也预示着不同的预后。在WHO分级中2级以下的胶质瘤术后一般不再做进一步的放疗和化疗；而3级及以上的胶质瘤在术后要联合采用进一步的放、化疗综合治疗。如前所述传统的动态增强扫描尽管在胶质瘤分级中具有重要的临床意义，但也存在很大的误差。这是因为增强扫描所反映的是血脑屏障的破坏程度。随着胶质瘤级别的提高，对血供的需求也越来越高，作为机体的一种自身调节，胶质瘤病变会有更高的血管内皮增长因子（Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF）表达，该因子具有三方面的作用：1）促进新生血管形成；2）提高血管通透性；3）正常血管扩张。所以胶质瘤级别越高其新生血管也越多，因此能够准确评价病变微循环水平的灌注成像能够更准确的进行胶质瘤分级。文献报道VEGF表达水平与胶质瘤分级具有高度一致性。在胶质瘤病变促使VEGF合成增多的一个重要因素是肿瘤病变增长过快所导致的缺氧状态。缺氧是促使VEGF合成一个重要因素。胶质瘤的级别越高意味着其增长越快，对氧的需求也越高，因此缺氧也越明显。只有VEGF的高表达才能促使更多的新生血管形成。但要指出的是在VEGF作用下所形成的这些新生血管其内皮排列多不规则，血脑屏障的功能亦不完善，这是增强扫描时表现为明显强化的原因。我们把肿瘤病变区的血管与脑肿瘤组织之间的屏障称之为血-脑肿瘤屏障（Blood-tumor barrier,BTB）,该BTB较正常脑组织区的血脑屏障（BloodBrain Barrier，BBB）相比具有更高的通透性，这是近年来采用K trans等来研究胶质瘤分级、疗效预后等的病理基础。这里需要强调一点血-脑肿瘤屏障的这一特点导致利用磁敏感对比成像来评价病变灌注水平的DSC灌注解决方案往往不能很好的评价病变灌注水平，实际带来的影响可能会低估肿瘤的灌注水平，这对于肿瘤分级及疗效评价显然是不利的。

【图片说明】女，28岁，脑干占位病变。该病例增强扫描未见明显强化，在3D ASL灌注成像上病变表现为明显的高灌注改变，而在DSC灌注成像（右侧两幅图像）其高灌注改变不如3D ASL明显。这是因为该病变临近气体区域（蝶窦，乳突）而导致基于EPI信号采集方式受磁敏感干扰而无法准确评价病变的灌注水平，而相应的3D ASL采用的是FSE信号读取，可以有效克服气体等导致的磁敏感干扰，因而能准确的评价病变的灌注水平。术后病理：WHO 3级胶质瘤。（图片来源：中国人民解放军总医院放射科）

胶质瘤级别转化判断：在对WHO 2级或以下的胶质瘤进行动态观察过程中发现有些低级别的胶质瘤可以逐渐转化为高级别胶质瘤，病理上表现为肿瘤细胞密度增大以及局部新生血管增多。在发现这种从低级别向高级别转化方面能够准确反映病变微循环灌注水平的灌注成像可以提前6个月至1年发现这种转化倾向。及早的发现这种从低级别向高级别的转化区域对于这些胶质瘤的准确分级及进一步治疗具有深远的临床意义。这种从低级别向高级别的转化往往表现病变中的一部分细胞异型性增高，细胞密度增大，同时会伴有血管微环境的改变。由于增强扫描无法准确评价病变的灌注水平，因而在对这些低级别胶质瘤监测过程中不能及早发现这些从低级别向高级别转化的区域，显然单纯的依据增强扫描来观测病变的大小及形态学改变不能更准确的评判病变的病理变化。更早的明确这种从低级别向高级别的转化能更及时的制定更合理的治疗方案。

【图片说明】男，43岁，星形细胞瘤（WHO 2级）复查。平扫及增强扫描病变边界较清楚，在增强扫描显示病变主体强化不明显，但其内可见少许小斑片样强化。而该病例在3D ASL灌注成像显示病变内可见小片状高灌注改变，该高灌注区域与增强扫描之高强化区域并不重叠。根据3D ASL灌注改变考虑该肿瘤病变已出现部分恶变转化，经手术证实：间变性星形细胞瘤（WHO2级合并WHO 3级改变。）

（图片来源：北京电力医院放射科）

胶质瘤活性靶区评价：胶质瘤病变具有几个特点：其一多呈弥漫性浸润生长：即便是WHO 2级的分化良好的胶质瘤也往往呈弥漫性浸润生长。尽管在增强扫描有时可以表现为强化表现，但这些强化的区域只是代表局部血脑屏障破坏比较明显，而并非肿瘤的真实边界。胶质瘤的这一特点使得胶质瘤很难达到彻底手术切除，而在脑部又无法像其他脏器肿瘤那样任意扩大切除范围而达到更完全的切除；其二胶质瘤特别是恶性胶质瘤往往具有明显的组织结构异质性，也就是在整个病变中其病理改变并不一致，这通常可以导致胶质瘤针吸病理检查的采样误差。根据胶质瘤上述两个特点近年来提出关于胶质瘤靶向治疗的理念。事实上如果我们能够更准确地确定胶质瘤病变内活性或者说恶性度最高的区域，我们就可能对相应的高活性区域进行靶向切除、针吸或放射治疗，这样既可以达到以往大范围切除相同的生存率和生存时间，同时又保证了病人更高的生存和生活质量，同时如果能明确胶质瘤病变的高活性区域也能指导准确的针吸穿刺病理检查，这对于避免因采样误差而导致错误的病理分级有重要的临床价值。在诸多评价胶质瘤活性区的影像学方案而言，尽管临床上迄今仍多数还停留在依赖于增强扫描的水平，但显而易见增强后强化的病变区域并非总是胶质瘤活性最高的区域，而在3D ASL等灌注成像时所发现的高灌注区域才能更真实的反映肿瘤的活性区域。MRS等也在临床上应用于胶质瘤活性区判断，但临床对比来看MRS不如3D ASL等敏感性高。

【图片说明】女，47岁，左额叶胶质瘤。该病例在增强扫描时病变未见明显强化，似乎提示该肿瘤病变为分化比较好的低级别胶质瘤。但在3D ASL灌注成像上提示病变内可见两个高灌注区域，MRS显示额极处明显Cho/NAA增高区域。该病例对比说明：3D ASL灌注成像能更真实的显示病变的高活性区域，MRS虽然能显示高活性区域，但其与3D ASL对比敏感性上MRS不如3D ASL灌注成像。当肿瘤病变从低级别向高级别转化过程中，由于肿瘤增长速度加快导致局部缺氧从而促进VEGF合成增多，相应区域新生血管形成增多，因此在灌注成像上显示脑血流量增多。波谱成像特别是Cho/NAA比值变化取决于细胞增生和神经元破坏，当神经元不坏不明显时该比值增高不明显。（图片来源：中山大学附属三院放射科，广州）

胶质瘤疗效评价：随着对胶质瘤认识的不断深入，胶质瘤的临床治疗方案也在不断完善。目前对于高级别胶质瘤多采用手术联合放疗、化疗等综合性治疗。对于采用这种手术并联合放化疗的病人如何准确的评价其疗效？因为早期的疗效评价是决定进一步治疗的关键。

1、Macdonald评价标准与胶质瘤治疗过程中的假性进展：这是在讨论胶质瘤治疗疗效评价时必须要讨论的一个问题。尽管对于胶质瘤的影像学评价手段日益增多，但迄今为止临床上用于评价胶质瘤疗效特别是胶质瘤经过手术并联合放、化疗的标准仍是采用1990年由Macdonald提出的评价标准。这一标准基于二维平面测量方法来评价增强扫描后是否有新增加的强化病灶以及原肿瘤病灶增强范围是否增大，如果增强范围增加达２５％则认为是肿瘤恶化、进展。但是这一标准存在着明显的缺陷。如前所述增强扫描的强化所反映的是血脑屏障的破坏，而在胶质瘤治疗过程中手术所造成的创伤性缺血改变、放疗及化疗药物（替莫唑胺）都可以导致血脑屏障的破坏，以替莫唑胺为例，这是一种细胞毒性的化疗药物，在其导致残存肿瘤细胞破坏的同时也会导致血脑屏障受到同样的破坏，因此在经过手术并联合放、化疗后有多种机制导致血脑屏障破坏，这就意味着会有增强扫描后强化病灶的出现。临床研究已经证实许多采用Macdonald标准评价为病变进展的临床病例经过连续的复查后发现病变稳定或明显缓解，这部分病例就是通常所说的胶质瘤治疗过程中的假性进展（Pseudoprogression）。明确胶质瘤治疗后是真性进展还是假性进展对于治疗极其重要，因为一旦明确为真性进展就意味着必须改变原有的治疗方案，但事实上现行的治疗方案是行之有效的。那么究竟如何鉴别真、假进展呢？尽管迄今为止尚无最后定论，但灌注成像引起越来越多的灌注。因为真性进展往往都伴有新生血管形成的增多，而假性进展仅仅是血脑屏障的破坏但不伴有新生血管的增多。

【图片说明】女，61岁，胶质瘤术后联合放、化疗。连续动态观察发现在第二次增强扫描时强化病变焦三周前有所增大，是否是真的治疗后进展？对比同时扫描的3D ASL脑血流图发现第二次扫描时高灌注范围缩小，根据该灌注改变考虑增强扫描所见可能为假性进展，坚持原方案继续治疗，在第三次、四次增强扫描显示强化病灶缩小，其内可见囊变及索条改变，相对应的3D ASL灌注成像显示高灌注范围进一步缩小。（图片来源：北京协和医院放射科）

2、抗血管形成靶向治疗与假性疗效反应：前已述及，在胶质瘤病变会有大量的大量的新生血管形成以确保肿瘤病变的增长需要，而促进新生血管形成的原因是因为在肿瘤病变会有更高的血管内皮增长因子（VEGF）的表达。于是设想如果能采用那些抗血管内皮生长因子的靶向药物就可能抑制新生血管的形成从而达到抑制肿瘤增长的目的。贝伐单抗是第一个经FDA批准的人源化抗VEGF单克隆抗体。VEGF除了能促进新生血管形成外，同时也可以导致血管通透性增高，从而导致增强扫描的强化表现。当采用贝伐单抗治疗后可以在一定程度上血管通透性降低，从而导致增强扫描上强化病灶范围缩小，这种征象被称为假性反应。在这种情况下同样采用能够真正反映微血管环境的灌注成像才能更客观的评价治疗疗效。

【图片说明】女，44岁，右颞叶胶质瘤，贝伐单抗靶向治疗后复查。从常规平扫到增强扫描显示病变治疗前后变化不明显，但在相对应的3D ASL灌注图像上显示治疗前后病变区灌注水平明显降低。该病例说明单纯的依赖常规形态学检查无法准确评价疗效（图片来源：北京协和医院放射科）

胶质瘤放疗后改变与复发：胶质瘤具有明显侵袭生长的特点，同时病变边界常显示不清，因而很难通过手术彻底切除。需要指出的是即便在增强扫描有时可以显示出肿瘤的边界，但此边界并非肿瘤的真实边界，只不过在这个区域病变的血脑屏障破坏的比较明显，因而在增强扫描时表现出明显的强化。而由于神经系统功能的独特性，在颅脑肿瘤且切除无法随意扩大切除范围以达到根治目的。基于这个特点高级别胶质瘤术后需联合放疗、化疗。放射治疗过程中除了可以达到杀伤肿瘤细胞的目的，同时也会导致正常脑组织损伤，其中包括血脑屏障功能受损等改变。因此在放射治疗后在MR复查时受照射区域常可表现出明显的强化改变。而肿瘤残存或复发同样也可表现为增强扫描后的强化表现，这种放疗后损伤和残存、复发在增强扫描上的相同表现把放疗后改变和复发的鉴别诊断带入一个进退两难的境界。放疗后改变不伴有新生血管的形成，而肿瘤残存或复发会伴有新生血管的形成，因此能够反映病变区灌注水平的3D ASL灌注成像能更有效的对这二者进行鉴别。另一方面，放疗后改变和肿瘤残存、复发在增强扫描上也都可以表现为不明显或轻度强化，在这种情况下3D ASL等灌注成像在鉴别诊断中同样极其重要。同时需要指出的放疗后脑损伤可以导致在很长时间后受照区域增强扫描依然表现为响应区内的明显强化，所以时间不是区分放疗后改变与复发的依据。

【图片说明】男，51岁。放疗后复查显示左顶叶未见明显强化病灶，而在3D ASL灌注成像上相应区域呈明显高灌注改变，提示肿瘤复发或残存。（图片来源：北京协和医院放射科）

综上所述对于胶质瘤而言新生血管形成不仅是肿瘤增长的必要条件，同时也是决定肿瘤分级、预后的重要因素。而与此相对应能够准确反映肿瘤灌注水平的各种灌注成像解决方案为胶质瘤诊断、分级、疗效评价提供了重要的生物学标记。，使得ASL灌注解决方案从以往的亚临床应用真正进入到临床应用阶段。3D ASL独有的Spiral K空间填充方式，基于FSE的信号读取方式以及其在1.5秒3D ASL作为一项全新的灌注成像解决方案克服了传统ASL信噪比低、易受磁敏感伪影干扰等缺点内1000次连续射频标记技术确保3D ASL能在较短的时间内实现全脑无创灌注成像。相信这项新的灌注解决方案能够让胶质瘤的诊断、分级以及疗效判断进入一个全新的精准量化的时代。