Radiology:BOLD功能磁共振成像在胶质瘤恶性程度评估中的应用

2022-09-06 shaosai MedSci原创

脑胶质瘤的进展通过新生血管、血管生成、神经血管单元的重塑和异常代谢物的产生破坏了局部脑血管系统的结构和功能的完整性,最终会改变胶质瘤的血管微环境。

现阶段功能性核磁共振(fMRI)的血氧水平依赖(BOLD)信号已被广泛用于评估基于内在神经-血管耦合的神经活动。除了神经元起源成分外,BOLD信号还包含与血管自动调节有关的系统性低频振荡(sLFO)。sLFOs沿脑血管的缓慢传播(6-9秒)可以被静止状态BOLD fMRI信号的时移分析(TSA)所捕获,提供了一种无标签的定性方法来描述血管动态的特征。作为使用外源性造影剂的传统灌注MRI的替代方法,TSA已被成功应用于检测多种脑部疾病的组织灌注不足和血管失调。

脑胶质瘤的进展通过新生血管、血管生成、神经血管单元的重塑和异常代谢物的产生破坏了局部脑血管系统的结构和功能的完整性,最终会改变胶质瘤的血管微环境。与低级别的胶质瘤相比,高级别的胶质瘤表现出更大的时间偏移和放大的sLFO,表明血液动力学紊乱具有恶性肿瘤的特异性。 此外,BOLD不同步被发现与胶质瘤的分子规格有关。相对于没有这种等位基因突变的胶质瘤,异柠檬酸脱氢酶1 R132H突变的胶质瘤引起的分布式血管失调较少。虽然之前有关于胶质瘤患者血流动力学损害的相关研究,但胶质瘤诱导的血管调节的程度和临床相关性还没有完全了解。。

近日,发表Radiology杂志的一项研究通过使用静息状态BOLD信号的sLFO的TSA和决策树模型来研究脑血管动态及其与肿瘤侵袭性的相关性,为早期时识别脑胶质瘤的恶性程度及治疗效果提供了技术支持。

项回顾性研究连续纳入了96名经组织学确认的脑胶质瘤患者(2012年3月至2017年2月)。进行了TSA来量化sLFO信号的时间特性。使用Mann-Whitney U检验评估了肿瘤区域和对侧半球相对于健康对照组大脑的时间偏移特性的改变。建立了一个基于时移特征的决策树模型来预测世界卫生组织(WHO)胶质瘤等级。

共有88名胶质瘤患者(WHO II级,45人;III级,21人;IV级,22人;平均年龄,42岁;年龄范围,20-73岁;51名男性)和来自1000个功能连接体项目的40名健康人(平均年龄,32岁;年龄范围,24-49岁;19名男性)被纳入研究。与健康大脑相比,脑组织的sLFO特点是肿瘤区域的时间移动增加,与对侧半球的参考信号相关性增强。与参考信号负相关的肿瘤体素比例随着胶质瘤恶性程度的增加而明显增加。决策树模型在个人层面预测胶质瘤恶性程度的准确率达到91%(88名患者中的80名)(P= .004)。


 时间偏移分析的工作流程。bi = iTR时移时的相关系数;bmax = 具有最大绝对值的相关系数;bmax-pos = 具有最大正值的相关系数;BOLD = 依赖血氧水平;bvar = 相关系数的变化。fMRI = 功能性MRI;HGG = 高等级胶质瘤;iTR = 210 i 110,整数;LGG = 低等级胶质瘤;T1 WI = T1加权图像;Ti = iTR时移的体素的BOLD信号;TR = 重复时间;Trefer = 参考信号。1个TR=2秒

本研究表明,脑胶质瘤诱发了肿瘤附近的血管功能紊乱和对侧半球血管活动的过度同步化,这两者都是恶性肿瘤的特异性征象。从静息状态功能MRI得出的脑血管震荡的改变为胶质瘤的血管微环境提供了参考依据。

原文出处:

Siqi Cai,Zhifeng Shi,Shihui Zhou,et al.Cerebrovascular Dysregulation in Patients with Glioma Assessed with Time-shifted BOLD fMRI.DOI:10.1148/radiol.212192

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