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CT灌注成像在脑肿瘤研究中的应用

发表者:顾科 1571人已读

顾科  综述      张军宁  审校

 [关键词]  体层摄影术,x线计算机;灌注成像;恶性肿瘤

20世纪90年代初,Miles等[1]提出了CT灌注成像的概念,即在静脉团注对比剂后行同层快速动态扫描,由层面内每一个像素的增强率计算其灌注值,并以灰阶显示而形成组织灌注的定量或半定量图像的一种方法,它在显示形态学变化的同时可反映生理功能的变化,因此是一种功能成像。近年来,随着CT扫描技术及相关软件的发展,CT灌注成像已显示出广阔的临床应用前景。目前,CT灌注成像技术在脑部肿瘤性疾病中主要应用于良恶性肿瘤鉴别、肿瘤分级分期、发现隐匿性恶性病变以及鉴别放射性坏死与复发、指导活检、观察疗效及随访等方面。江南大学附属医院肿瘤放疗科顾科

1   关于脑肿瘤血管生成的CT灌注研究  

恶性肿瘤一般均以新生血管形成和血管生成素活性增高为特征,肿瘤血管生成是新生血管在肿瘤血管上形成的过程。在血管生成之前由于缺乏营养、氧气及生长因子等,肿瘤生长慢、体积小,直径常在2~3mm; 血管生成之后,肿瘤生长速度则明显加快,而且产生了转移能力。肿瘤新生血管情况—-其量化标准为微血管密度(MVD)计数---是评价肿瘤生长、转移及良恶性、恶性程度的重要指标[2]。恶性肿瘤CT灌注表现为高灌注,血流量及血容量增加,而且由于肿瘤组织内新生成的微血管壁内皮细胞是不完整的,细胞间隙较大,可引起对比剂外渗,从而使肿瘤灌注不同于正常组织的灌注[3],这使得CT灌注从组织细胞和微循环水平评价恶性肿瘤病变成为可能。由于MRI灌注成像中密度改变与对比剂浓度之间不呈线性关系,且检测结果受兴趣区内血流流动和磁化敏感性伪影干扰,故CT灌注成像能够比MRI灌注成像更为精确地定量表达肿瘤微血管情况。

脑肿瘤的新生血管程度较其他部位肿瘤更明显,且以破坏血脑屏障为特征。应用CT灌注成像,通过分析血液动力学参数的变化规律并绘制时间—密度曲线(TDC)作综合性分析,可较客观地评价脑肿瘤微循环和血管生成情况。Terada等于1992年首先报道了脑肿瘤的CT灌注成像。Cenic等[4]的研究结果显示,脑肿瘤区的脑血流量(CBF)、脑血容量(CBV)分别比瘤周增高29%及44%,说明肿瘤组织血管显著增生;瘤周区CBF、CBV分别较对侧正常脑组织高28%和38%,提示瘤周区供血小动脉较正常脑血管扩张;肿瘤与瘤周脑组织的PS(表面通透性)值显著高于对侧正常组织,与肿瘤组织血脑屏障破坏有关。此外,Cenic等用兔VX2肿瘤模型进行CT灌注研究,将其与金标准——放射性微球技术作比较,发现二者具有良好相关性(r=0.847)和高度一致性(二者回归斜率接近1.0,m=0.99±0.33,P﹥0.05)。由于CT灌注成像是非侵入性肿瘤MVD情况确定方法,并且TDC图像分析相对简便,在提供准确量化的生理指标的同时,还可以提供高空间分辨率的形态学图像,因此在肿瘤性疾病尤其是脑瘤的研究中势必有广泛的临床应用。

2          脑肿瘤的诊断、鉴别诊断与病理分级中的应用  

2.1   脑肿瘤的定性诊断及鉴别诊断

脑瘤CT灌注参数本质上是脑肿瘤血供特点及瘤体内部微血管密度状况的反映,因此有利于肿瘤的定性诊断。不同组织学类型或者分化程度不同的脑瘤,它们的病理生理及血流动力学改变不尽相同,TDC对脑肿瘤的诊断与鉴别诊断有重要的参考价值。研究发现不同脑瘤的CBF、CBV、MTT(对比剂通过时间)及PS等数值各有相对固定的范围。各种脑瘤的CBF值一般均有较明显升高,其中脑膜瘤略高于胶质瘤、明显高于垂体瘤,而与脑转移瘤相仿,脑膜瘤的高灌注特点有助于肿瘤鉴别[5]。脑瘤MTT值的变化与正常脑组织差别不大,尚无明确的临床意义。Bartolini等[6]对27例脑瘤CT灌注成像的研究结果显示:脑膜瘤各项灌注指标呈现均匀增高;恶性胶质瘤表现为明显的异质性;良性胶质瘤各项灌注指标均无明显变化;脑转移瘤则表现为肿瘤边缘区各项灌注指标的增高。施裕新等[7]对脑膜瘤血流灌注成像的定量研究表明,脑膜瘤的相对血流量(rCBF)、相对血容量(rCBV)、MTT值明显高于对侧脑组织(P均﹤0.002)。

PS值在脑瘤定位、定性诊断中更具价值。李智勇等[8]研究发现,脑垂体瘤与脑膜瘤的PS值增加显著,平均﹥16ml.100g-1.min-1,相当于胶质瘤和转移瘤的1.7倍;Roberts[9]等用CT灌注对2例脑转移瘤进行观察,发现肿瘤的CBF、CBV与正常脑组织比较增高不显著,但它们的PS值分别为大于10ml.min-1.100g-1及大于40ml.min-1.100g-1,明显高于正常脑组织(脑实质PS值接近零)。总的来讲,脑膜瘤多表现为高CBF、高PS值,脑胶质瘤多表现为高CBF、中等PS值,脑转移瘤则表现为中等CBF、中等PS值。因此,合理地综合分析CT灌注成像参数值有助于各种脑瘤的诊断与鉴别诊断。

2.2   提示脑瘤病理分级、恶性程度及预后

rCBV被视为是一个与组织学微血管密度计数相对应的活体评价肿瘤微血管的指标,与肿瘤病理分级具有显著相关性,高度恶性星形细胞瘤的rCBV均值明显增高[10],并且存在动静脉瘘,表面通透性大,函数图呈明显不均一性。星形细胞瘤的恶性程度与血管化程度、血脑屏障破坏程度之间的联系已得到公认。Verhoye等[11]将多形形胶质母细胞瘤植入裸鼠的脑部,研究证实肿瘤的PS值与其生长速度相关,即高PS区生长快,提示PS值与预后、转移及对治疗的反应密切相关;Fisher等[12]在一项兔脑内植入VX2肿瘤的实验性研究中发现,随肿瘤存活期的延长,血容量及血脑屏障通透性均增加,故CT灌注可以通过检测血管生成区的生理变化,有助于提示脑瘤预后。

3         在脑肿瘤活检与手术、放疗中的临床应用 

3.1   脑肿瘤范围的界定及指导活检   传统的CT和MRI增强扫描对脑瘤边界的确定并不十分准确,有的星形细胞瘤虽已侵入周边正常脑组织,但可以并不被强化。 CT灌注成像可以通过对脑瘤组织灌注参数的测定,全面观察及精确显示脑肿瘤的真实轮廓(其中以PS图像价值最大),无肉眼强化的肿瘤病灶仍能显示出高血流灌注区,可在脑瘤的手术与放疗中为肿瘤边界的确定提供比传统CT或MRI更加准确地信息。同时,PS图像尚可发现较小的可疑或隐匿病灶,有助于早期诊断脑瘤。由于CT灌注成像技术能在活体上评价肿瘤,且对病变的检出率高于单纯增强所见,故可应用于引导立体定向活检,于恶性程度最高处取材,减少因活检部位选择不当而造成的分级误差。Uematsu等[13]报道,脑膜瘤瘤周水肿rCBF 和rCBV明显低于对侧正常脑组织,两者相比平均为45%和46%,与脑转移瘤相似,而部分脑胶质瘤rCBF 和rCBV可高于正常脑组织,提示肿瘤浸润。瘤周水肿影响脑组织灌注,检测其血流变化有助于选择手术方案和估计术后恢复。

3.2   评价脑瘤手术与放疗及药物治疗疗效    CT灌注参数中PS图对肿瘤的显示最为清晰,尤其是脑瘤行部分切除术后或放疗之后,PS值的测量可以作为脑瘤放疗后检测疗效的一个重要指标。Fuss等[14]发现CT灌注也可以准确可靠地反映放疗前后肿瘤组织的CBF、CBV变化,且CBV的下降程度与放疗总剂量及每日照射剂量相关,因此可有效地评价放疗疗效。此外,高剂量照射野以外的脑组织CBV下降较轻微,说明现代立体定向放疗技术可有效地保护正常脑组织。此外,CT灌注成像还可以显示脑胶质瘤对类固醇激素、缓激肽等药物治疗过程中灌注量和通透性的改变,并且通过定量分析反映血管生成素的活性,在监测抗血管生成药物抑制肿瘤生长方面有重要价值[15]

3.3   放射性脑坏死与脑瘤复发的鉴别    Cenic等[4]发现,脑瘤残留或复发的CT灌注参数变化主要与肿瘤血管生成有关,而放射性脑坏死主要与血脑屏障破坏有关,坏死区周围血管激酶活性增加可表现为低灌注区。放射性脑坏死的灌注参数特别是PS值的变化幅度可能没有脑瘤残留或复发明显。Sugahara等人[16]在MRI灌注成像研究中发现,放射性脑坏死rCBV低,脑瘤复发rCBV高,当强化病灶的rCBV值与正常脑组织rCBV值之比﹥2.6时提示脑瘤复发,而比值﹤0.6时则提示为脑坏死。但PS值用作提示脑瘤残留或复发的量化指标,尚待临床深入研究证实。CT灌注在此研究领域中同样具有重要应用价值。

4        存在的问题与展望

   近年来CT灌注成像技术正日趋成熟。多层螺旋CT(MSCT)扫描可以一次获得多个生理参数,新上市的对比剂能在血管内存留更长时间,以及与PET标准化摄取值类似的计算标准化灌注值的CT灌注软件包的应用[17],使CT灌注在脑肿瘤研究中的应用得到了深化,已取得的成果令人鼓舞,有望成为脑瘤CT扫描的常规方法,而今后脑瘤CT灌注研究将主要应用于术后随访与观察放疗、药物治疗的效果。CT灌注临床应用的重要限制是射线辐射及造影剂副作用问题;另外,尚缺乏能与分子生物学结合的新型造影剂,而且CT灌注成像对某些存在核分裂但无血管生成、无血脑屏障破坏的脑瘤的恶性程度难以作出精确估计,因而对CT灌注成像技术的相关基础、实验及临床应用仍需更进一步深入研究。

5        参考文献

[1]Miles KA, Hayball M, Dixon AK. Colour perfusion imaging: a new application of computed tomography. Lancet, 1991,337:643-645

[2]Hermans R, Lambin P, Van der Coten A, et al. Tumoural perfusion as measured by dynamic computed tomography in head neck carcinoma. Radiother Oncol, 1999,53(2):105-111

[3]Purdie TG, Henderson E, Lee TY. Functional CT imaging of angiogenesis in rabbit VX2 soft-tissue tumor. Phys Med Biol, 2001,46(12):3161-3175

[4]Cenic A, Nabavi DG, Craen RA, et al. A CT method to measure hemodynamics in brain tumors: validation and application of cerebral blood flow maps. Am J Neuroradiol,2000,21(3):462-470

[5]Kremer S, Grand S, Remy C, et al. Contribution of dynamic contrast MR imaging to the differentiation between dural metastasis and meningioma. Neuroradiology,2004,46:642-648

[6]Bartolini A, Gasparetto B, Furlan M, et al. Function perfusion and BBB permeability images in the diagnosis of cerebral tumors by angio CT. Comput Med Imaging Graph, 1994,18(3):145-150

[7]施裕新,徐剑峰,池鸣鸣.CT灌注成像对脑膜瘤血流灌注的定量研究.中华放射学杂志,2004,38(12):1269-1272

[8]李智勇,伍建林,王淼淼,等.MSCT灌注成像在脑肿瘤的临床应用价值.Journal of Computed Tomography,2002,3(1):16

[9]Rorberts HC, Rorberts TP, Lee TY, et al. Dynamic contrast-enhanced CT of human brain tumors: quntitative assessment of blood volume, blood flow, and microvascular permeability: report of two cases. Am J Neuroradiol,2002,23(3):828-834

[10]Ricci PE, Dungan DH. Imaging of low-and intermediate-grade gliomas. Semin Radiat Oncol,2001,11(2):103-112

[11]Verhoye M, van der Sanden BP, Rijken PF, et al. Assessment of the neovascular permeability in glioma xenografts by dynamic T(1) MRI with Gadomer-17. Magn Reson Med, 2002,47:305-313

[12]Fisher B, Stevens L, Lee TY, et al. An in vivo study of angiogenesis in a brain tumor model by dynamic contrast-enhanced CT scaning: Application to stereotactic radiosurgery. In: Kondziolka D. Radiosurgery[M]. Pittsburgh Pa: Karger, 2000.135

[13]Uematsu H, Maeda M, Itoh H. Peritumoral brain edema in intracranial meningiomas evaluated by dynamic perfusion-weighted MR imaging: a preliminary study. Eur Radio, 2003,13:758-762

[14]Fuss M, Wenz F, Scholdei R, et al. Radiation-induced rCBV changes in normal brain and low-grade astracytomas: Quantification and time and dose-dependent occurrence. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2000,48(1):53-58

[15]Miles KA, Griffiths MR. Perfusion CT: a worthwhile enhancement? Br J Radil, 2003,76(4):220-231

[16]Sugahara T, Korogi Y, Tomiguchi S, et al. Posttherapeuticintra axial brain tumor: the value of perfusion MR imaging for differtiating tumor recurrence from nonneoplastic contrast enhancing tissue[J]. Am J Neuroradiol,2000,21(5):901-909

[17]Miles KA, Griffiths MR, Fuentes MA. Standardized perfusion value: universal CT contrast enhancement scale that correlates with FDG PET in lung nodules. Radiology, 2001,220(2):548-553


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发表于:2011-06-06 23:02

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