Objective: To analyze the differences of high-grade glioma subregions using magnetic resonance relaxometry with compilation of images (MAGiC) and arterial spin labeling (ASL), as well as to compare quantitative measurements of these techniques with morphological data.
Material and methods: The study enrolled 35 patients with newly diagnosed supratentorial gliomas (23 - grade IV, 12 - grade III). We measured relaxometric values (T1, T2, proton density), tumor blood flow (TBF) in glioma subregions and normal-appearing brain matter. Neuronavigation was intraoperatively used to obtain tissue samples from active tumor growth zone, perifocal infiltrative edema zone and adjacent brain matter along surgical approach.
Results: ASL perfusion revealed higher tumor blood flow (TBF) in active tumor growth region compared to perifocal infiltrative edema zone (p<0.01). Relaxometric values (T1, T2, proton density) in perifocal zone were higher (p<0.01) compared to adjacent intact white matter along surgical approach. However, there were no differences in TBF between these zones. Proton density in tumor-adjacent intact white matter was higher (p<0.01) compared to normal-appearing white matter in ipsilateral hemisphere. There was inverse correlation between T2 and TBF in active tumor growth zone (Spearman rank R= -0.58; p=0.0016). We found inverse correlation between T2 and Ki67 proliferative index and direct correlation between TBF and Ki67 in this zone. Nevertheless, these relationships were insignificant after multiple test adjustment.
Conclusion: Our study advocates for complementary power of ASL perfusion and MR relaxometry in assessment of high-grade brain glioma subregions. More malignant tumor zones tend to have higher TBF and shorter T2. Further investigation is needed to prove the capability of MAGiC to reveal foci of increased relaxometric values in tumor-adjacent normal-appearing white matter.
Цель исследования: Оценить различия субрегионов глиом высокой степени злокачественности с помощью магнитно-резонансной релаксометрии по методу компиляции магнитно-резонансных изображений (MAGiC) и бесконтрастной перфузии по методу маркирования артериальных спинов (ASL), а также сопоставить результаты количественных измерений с помощью указанных методов с данными морфологического исследования.
Материал и методы: В исследование включены 35 пациентов с глиальными супратенториальными опухолями (23 — Grade IV, 12 — Grade III). Выполняли измерение показателей релаксометрии (время T1, время T2, протонная плотность (ПП), n=27), кровотока (tumor blood flow (TBF), n=35) в субрегионах глиом и визуально интактном веществе головного мозга. Во время удаления опухолей при помощи нейронавигации получали образцы ткани из зоны активного роста опухоли, перифокальной зоны отека-инфильтрации мозгового вещества вблизи опухоли по ходу операционного доступа.
Результаты: В зоне активного роста опухоли кровоток был статистически значимо выше (p<0,01) по сравнению с перифокальной зоной отека-инфильтрации. Значения показателей релаксометрии (время T1, время T2, ПП) в перифокальной зоне оказались статистически значимо выше по сравнению с таковыми в визуально интактном белом веществе по ходу операционного доступа (p<0,01), различий TBF между данными зонами не было. Значения ПП в визуально интактном белом веществе по ходу операционного доступа вблизи перифокальной зоны опухоли были выше, чем в белом веществе ипсилатерального полушария на удалении от опухоли. Значения T2 и TBF в зоне активного роста опухоли характеризовались статистически значимой обратной корреляцией (R по Спирмену= –0,58; p=0,0016). В данной зоне выявлены обратная корреляция значений T2 и пролиферативного индекса Ki-67, а также прямая корреляция TBF и Ki-67, которые были статистически незначимыми при применении поправок на множественное тестирование.
Заключение: Результаты исследования свидетельствуют о наличии взаимодополняющих возможностей методов бесконтрастной перфузии и релаксометрии в оценке областей интереса глиом высокой степени злокачественности. Имеются основания предполагать тенденцию к возможности визуализации участков ткани глиом с более выраженной степенью анаплазии, которые характеризуются более коротким временем релаксации T2 и более выраженным кровотоком. Требуется дополнительное подтверждение возможности выявлять неявные участки повышения показателей релаксометрии в визуально интактном белом веществе, расположенном вблизи опухоли.
Keywords: ASL-perfusion; MAGiC; glioblastoma; high-grade gliomas; magnetic resonance relaxometry.