磁化率特性成像揭示胶质母细胞瘤水肿区浸润：一种基于DECOMPOSE-QSM的肿瘤与免疫细胞浸润区域无创标记新方法

《Communications Medicine》：Magnetic susceptibility properties of tumor-associated cells imaged by MRI reveal glioblastoma infiltration in the edema region

针对胶质母细胞瘤（GBM）术后易复发难题，本研究通过DECOMPOSE-QSM技术分解组织磁化率为顺磁（PCS）与抗磁（DCS）成分，提出顺磁-抗磁比率（PDR）作为新型影像标记。结果显示，PDR可特异性识别水肿区肿瘤与免疫细胞浸润区域（TIZ），且与年龄、MGMT甲基化率等预后因素显著相关。该技术为手术切除与放疗规划提供了潜在的无创指导工具。

　　

论文解读

胶质母细胞瘤（Glioblastoma, IDH-wild-type）是成人中最常见且最具侵袭性的原发性脑肿瘤，尽管现有治疗手段包括手术、放疗和化疗不断进步，患者中位生存期仍仅约14.6个月。其治疗难点在于肿瘤细胞的高度浸润性，即使采用最先进的影像引导手术，也难以完全切除浸润至周边水肿区的肿瘤细胞。常规MRI技术（如T1加权增强扫描）虽能显示肿瘤核心的对比增强区域，却无法有效区分水肿区中的肿瘤浸润组织，导致术后残留和早期复发。近年来，基于5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）的荧光引导手术虽能部分识别浸润细胞，但受限于光学穿透性，临床应用受限。因此，开发一种无创、高灵敏度的影像标记技术，精准定位水肿区的肿瘤浸润区域，成为改善GBM治疗的关键挑战。

为解决这一难题，研究人员聚焦于肿瘤细胞的铁代谢异常。已知肿瘤细胞和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）富含铁元素，而铁作为顺磁性物质，可通过定量磁化率成像（QSM）技术被检测。然而，传统QSM仅能测量体素内平均磁化率，无法区分顺磁性与抗磁性成分的抵消效应。本研究创新性地采用DECOMPOSE-QSM算法，将组织磁化率分解为顺磁成分（PCS，主要反映铁含量）和抗磁成分（DCS，主要源于髓磷脂等），并进一步提出顺磁-抗磁比率（PDR）作为新型影像标记。

研究团队纳入24例新诊断的IDH野生型GBM患者，采集多模态MRI数据（包括多回波梯度回波序列、灌注与渗透性成像等），通过DECOMPOSE-QSM计算PCS与DCS，并自动识别水肿区中PDR异常升高的区域（定义为“肿瘤与免疫细胞浸润区”，TIZ）。关键技术方法包括：利用STISuite进行QSM重建，DECOMPOSE-QSM分解磁化率成分；结合动态磁敏感对比（DSC）和动态对比增强（DCE）成像排除血管源性干扰；基于对侧健康灰质PDR最大值设定TIZ分割阈值；通过组织化学染色与离体MRI验证铁沉积与PDR的相关性。

研究结果

PCS水肿区高信号在常规MRI中不可见

在常规MRI序列（T1w、T2w、FLAIR）中，肿瘤周边水肿区均质无特异对比，而PCS图谱清晰显示水肿区内存在局灶性高信号区域，且该现象在所有患者中一致出现。通过更换QSM重建算法（如iLSQR）及纵向随访验证，确认该信号并非伪影。

PCS高信号非血管源性干扰

通过灌注成像（nCBV）与渗透性成像（K^trans）定量分析，发现高灌注/渗透性区域主要集中于增强肿瘤核心，水肿区绝大部分体素（93%）无血源性污染，证实PCS高信号源于细胞铁代谢异常。

PDR特异性勾勒TIZ

PDR值在TIZ区域内显著高于对侧健康组织（灰质PDR中位数范围0.82–1.18，TIZ中位数范围17.29–696.53），且以对侧灰质PDR最大值为阈值可自动、重复性分割TIZ（Dice系数=0.7）。

PDR与预后因素显著相关

TIZ内logPDR的中位数、众数及10百分位数与患者年龄呈正相关（r=0.42–0.53），与MGMT甲基化百分比正相关（r=0.61–0.66），提示PDR可反映肿瘤生物学侵袭性。

PDR预测肿瘤浸润轨迹

病例随访显示，基线PDR识别的TIZ区域在术后1–3个月出现新增对比增强，病理证实为肿瘤复发，表明PDR具备预测浸润进展的潜力。

铁染色验证PDR生物学基础

离体MRI与DAB增强Perls铁染色显示，高PDR区域对应铁沉积富集区，确认非血红素铁为PDR升高的主要来源。

结论与意义

本研究通过DECOMPOSE-QSM技术首次实现了GBM水肿区肿瘤与免疫细胞浸润的无创在体识别，并提出PDR作为铁代谢相关的定量影像标记。其重要意义在于：

1. 1.
   临床转化潜力：PDR仅需标准临床MRI序列即可生成，可整合于手术导航与放疗规划系统，指导更精准的病灶切除与靶区划定；
2. 2.
   生物学洞察：揭示铁代谢异常在肿瘤浸润中的核心作用，为开发靶向铁代谢的治疗策略提供依据；
3. 3.
   方法学创新：DECOMPOSE-QSM克服传统QSM局限性，为脑肿瘤异质性研究开辟新途径。
   尽管样本量限制需更大队列验证，但PDR在GBM管理中的应用前景已初现端倪，有望成为改善患者预后的关键工具。