Almanac of Clinical MedicineAlmanac of Clinical MedicineАльманах клинической медицины2072-05052587-9294Moscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)144110.18786/2072-0505-2021-49-012ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИThe potentiality of arterial spins labeling (ASL) magnetic resonance perfusion technique for the diagnosis of glioblastoma residual tissueПотенциал метода ASL-перфузии в оценке резидуальной ткани опухоли после хирургического лечения у пациентов с глиобластомойhttps://orcid.org/0000-0001-6436-0249BunakM. S.БунакМ. С.
Russian Federation

Mark S. Bunak – Junior Research Fellow, Radiology Department

61/2–1 Shchepkina ul., Moscow, 129110

Бунак Марк Сергеевич – младший научный сотрудник рентгенологического отдела

129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2–1

mark-bunak@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9037-0034StepanovaE. A.СтепановаЕ. А.
Russian Federation

Elena A. Stepanova – MD, PhD, Chief Research Fellow, Diagnostic Department

61/2 Shchepkina ul., Moscow, 129110

Степанова Елена Александровна – кандидат медицинских наук, главный научный сотрудник диагностического отделения

129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2

stepanovamoniki@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-1058-0611StashukG. A.СташукГ. А.
Russian Federation

Galina A. Stashuk – MD, PhD, Head of Radiology Department No. 2

61/2 Shchepkina ul., Moscow, 129110

Сташук Галина Александровна – доктор медицинских наук, заведующая рентгенологическим отделением № 2 диагностического отдела

129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2

stashukmoniki@mail.ruMoscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»3003202149141483003202130032021Copyright ©; 2021, Bunak M.S., Stepanova E.A., Stashuk G.A.Copyright ©; 2021, Бунак М.С., Степанова Е.А., Сташук Г.А.2021Bunak M.S., Stepanova E.A., Stashuk G.A.Бунак М.С., Степанова Е.А., Сташук Г.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://almclinmed.ru/jour/article/view/1441

Background: Growing glioblastoma is associated with an impairment of the blood brain barrier and increased hemodynamic parameters (CBV, CBF), which is related to advanced tumor angiogenesis. Arterial spin labeling (ASL) perfusion, an additional study to the routine intravenous contrast-enhanced magnetic resonance imaging (MRI), may be a technique for assessment of hemodynamics and identification of the residual tumor tissue.

Aim: To study the potential of native ASL to assess hemodynamic parameters and detect residual tumor tissue in the patients who had undergone surgical resection of glioblastoma.

Materials and methods: At 2 to 4  weeks after surgery for glioblastoma grade IV, brain MRI with native ASL perfusion and subsequent intravenous contrast enhancement was performed in 63  patients. Cerebral blood flow (CBF) values were measured in three areas of interest: in the presumptive tumor tissue (PTT) with maximal perfusion, in the postoperative scar tissue (PST) and in the deep white matter (DWM) of the contralateral hemisphere.

Results: According to their CBF values, all patients were categorized into two groups. Group 1 included 43  patients (68.3%) with mean CBF in PTT of 135.4±41.3  ml/100  Gr/min (min 73.9, max 255.9). These values were 5 to 6-fold higher than the CBF values in the PST and 6 to 8-fold higher than those in DWM. Group  2 included 20  patients (31.7%) without any areas of abnormal CBF increase in PST, with its mean value of 22.1±5.6  ml/100  Gr/min (min 13.9, max 37.1), which was close to the CBF level in DWM (19.8±4.6  ml/100  Gr/min, p=0.06). There were no between-group differences for the CBF values in PST (p=0.6), and DWM (p=0.7).

Conclusion: ASL MR perfusion technique has good potential for the identification of residual tumor tissue after surgical resection of glioblastoma and can be an alternative to contrast enhancement during long-term follow up.

Обоснование. Рост глиобластомы сопровождается нарушением гематоэнцефалического барьера и  характеризуется повышенными показателями гемодинамики (CBV, CBF), что связано с  выраженным опухолевым ангиогенезом. При магнитно-резонансной томографии (МРТ) в качестве метода оценки гемодинамики для выявления остаточной ткани опухоли после хирургического вмешательства может выступать ASL-перфузия, дополняющая рутинное МРТ-исследование с внутривенным введением контрастного вещества.

Цель  – изучить возможности метода бесконтрастного маркирования артериальных спинов (ASL-перфузии) для оценки гемодинамических параметров и  определения остаточной ткани опухоли у  пациентов после оперативного удаления глиобластомы.

Материал и  методы. Через 2–4  недели после хирургического удаления глиобластомы (Grade  IV) 63  пациентам выполнена МРТ головного мозга с  использованием бесконтрастного метода ASL-перфузии и  последующим внутривенным введением контрастного препарата. Показатели CBF исследовались в  трех областях интереса – в предположительной ткани опухоли (ПТО) с  максимальной перфузией, послеоперационной рубцовой ткани (ПРТ) и  белом веществе (БВ) противоположного полушария.

Результаты и  обсуждение. Все обследованные были разделены на 2  группы в  зависимости от уровня CBF. Группу  1 составили 43 (68,3%) пациента, средний CBF в ПТО был равен 135,4±41,3 мл/100 Гр в мин (min – 73,9, max – 255,9), что в  5–6  раз выше показателей кровотока в ПРТ и в 6–8 раз выше уровня CBF в БВ. В группу  2 вошли 20 (31,7%) пациентов без участков патологического повышения CBF на фоне ПРТ, средний CBF здесь составил 22,1±5,6 мл/100 Гр в мин (min – 13,9, max – 37,1) и был схож с уровнем CBF в БВ – 19,8±4,6 мл/100 Гр в мин (р=0,06). При сравнении пациентов групп 1 и 2 не было выявлено статистически значимых различий по уровню CBF в ПРТ (р=0,6), уровень CBF в БВ в обеих группах также не различался (р=0,7).

Заключение. Метод ASL-перфузии обладает высоким потенциалом в  определении остаточной ткани опухоли у  пациентов после хирургического лечения глиобластомы и  может выступать альтернативой контрастному усилению при длительном наблюдении пациентов в динамике.

arterial spin labeling perfusionglioblastomamagnetic resonance imagingresidual tumor tissueASL-перфузияглиобластомамагнитно-резонансная томографиярезидуальная опухоль1.Huang AP, Tsai JC, Kuo LT, Lee CW, Lai HS, Tsai LK, Huang SJ, Chen CM, Chen YS, Chuang HY, Wintermark M. Clinical application of perfusion computed tomography in neurosurgery. J Neurosurg. 2014;120(2):473–488. doi: 10.3171/2013.10.JNS13103.2. Ребрикова ВА, Сергеев НИ, Падалко BВ, Котляров ПМ, Солодкий ВА. Возможности МР-перфузии в оценке эффективности лечения злокачественных опухолей головного мозга. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2019;83(4):113–120. doi: 10.17116/neiro201983041113.3. Котляров ПМ, Нуднов НВ, Виниковецкая АВ, Егорова ЕВ, Альбицкий ИА, Овчинников ВИ, Гомболевский ВА. Перфузионная компьютерная томография в диагностике и оценке эффективности лечения злокачественных опухолей головного мозга. Лучевая диагностика и терапия. 2015;(2):63–69.4. Petersen ET, Mouridsen K, Golay X; all named co-authors of the QUASAR test-retest study. The QUASAR reproducibility study, Part II: Results from a multi-center Arterial Spin Labeling test-retest study. Neuroimage. 2010;49(1):104– 113. doi: 10.1016/j.neuroimage.2009.07.068.5.Gevers S, van Osch MJ, Bokkers RP, Kies DA, Teeuwisse WM, Majoie CB, Hendrikse J, Nederveen AJ. Intra- and multicenter reproducibility of pulsed, continuous and pseudo-continuous arterial spin labeling methods for measuring cerebral perfusion. J Cereb Blood Flow Metab. 2011;31(8):1706–1715. doi: 10.1038/jcbfm.2011.10.6. Claes A, Idema AJ, Wesseling P. Diffuse glioma growth: a guerilla war. Acta Neuropathol. 2007;114(5):443–458. doi: 10.1007/s00401-007-0293-7.7.Jain R. Perfusion CT imaging of brain tumors: an overview. AJNR Am J Neuroradiol. 2011;32(9): 1570–1577. doi: 10.3174/ajnr.A2263.8. Thomsen H, Steffensen E, Larsson EM. Perfusion MRI (dynamic susceptibility contrast imaging) with different measurement approaches for the evaluation of blood flow and blood volume in human gliomas. Acta Radiol. 2012;53(1):95–101. doi: 10.1258/ar.2011.110242.9. Paulson ES, Schmainda KM. Comparison of dynamic susceptibility-weighted contrast-enhanced MR methods: recommendations for measuring relative cerebral blood volume in brain tumors. Radiology. 2008;249(2):601–613. doi: 10.1148/radiol.2492071659.10. Yang L, Krefting I, Gorovets A, Marzella L, Kaiser J, Boucher R, Rieves D. Nephrogenic systemic fibrosis and class labeling of gadolinium-based contrast agents by the Food and Drug Administration. Radiology. 2012;265(1): 248–253. doi: 10.1148/radiol.12112783.11. Carlsson A, Starck G, Ljungberg M, Ekholm S, Forssell-Aronsson E. Accurate and sensitive measurements of magnetic susceptibility using echo planar imaging. Magn Reson Imaging. 2006;24(9):1179–1185. doi: 10.1016/j.mri.2006.07.005.12. Wong EC. An introduction to ASL labeling techniques. J Magn Reson Imaging. 2014;40(1): 1–10. doi: 10.1002/jmri.24565.13. Buxton RB, Frank LR, Wong EC, Siewert B, Warach S, Edelman RR. A general kinetic model for quantitative perfusion imaging with arterial spin labeling. Magn Reson Med. 1998;40(3): 383–396. doi: 10.1002/mrm.1910400308.14.Jiang J, Zhao L, Zhang Y, Zhang S, Yao Y, Qin Y, Wang CY, Zhu W. Comparative analysis of arterial spin labeling and dynamic susceptibility contrast perfusion imaging for quantitative perfusion measurements of brain tumors. Int J Clin Exp Pathol. 2014;7(6):2790–2799.15. Reginster P, Martin B, Denolin V. Comparative study of pseudo-continuous arterial spin labeling and dynamic susceptibility contrast imaging at 3.0 Tesla in brain tumors. Neurooncol Open Access. 2017;2(1):1–11. doi: 10.21767/2572-0376.100018.16. Ma H, Wang Z, Xu K, Shao Z, Yang C, Xu P, Liu X, Hu C, Lu X, Rong Y. Three-dimensional arterial spin labeling imaging and dynamic susceptibility contrast perfusion-weighted imaging value in diagnosing glioma grade prior to surgery. Exp Ther Med. 2017;13(6):2691–2698. doi: 10.3892/etm.2017.4370.17.Detre JA, Rao H, Wang DJ, Chen YF, Wang Z. Applications of arterial spin labeled MRI in the brain. J Magn Reson Imaging. 2012;35(5): 1026–1037. doi: 10.1002/jmri.23581.18. Patel P, Baradaran H, Delgado D, Askin G, Christos P, John Tsiouris A, Gupta A. MR perfusion-weighted imaging in the evaluation of highgrade gliomas after treatment: a systematic review and meta-analysis. Neuro Oncol. 2017;19(1): 118–127. doi: 10.1093/neuonc/now148.19. Warmuth C, Gunther M, Zimmer C. Quantification of blood flow in brain tumors: comparison of arterial spin labeling and dynamic susceptibility-weighted contrast-enhanced MR imaging. Radiology. 2003;228(2):523–532. doi: 10.1148/radiol.2282020409.20. Баталов АИ, Захарова НЕ, Погосбекян ЭЛ, Фадеева ЛМ, Горяйнов СА, Баев АА, Шульц ЕИ, Чёлушкин ДМ, Потапов АА, Пронин ИН. Бесконтрастная ASL-перфузия в предоперационной диагностике супратенториальных глиом. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2018;82(6):15–22. doi: 10.17116/neiro20188206115.21. Yun TJ, Park CK, Kim TM, Lee SH, Kim JH, Sohn CH, Park SH, Kim IH, Choi SH. Glioblastoma treated with concurrent radiation therapy and temozolomide chemotherapy: differentiation of true progression from pseudoprogression with quantitative dynamic contrast-enhanced MR imaging. Radiology. 2015;274(3):830–840. doi: 10.1148/radiol.14132632.22. Park JE, Ryu KH, Kim HS, Kim HW, Shim WH, Jung SC, Choi CG, Kim SJ, Kim JH. Perfusion of surgical cavity wall enhancement in early post-treatment MR imaging may stratify the time-to-progression in glioblastoma. PLoS One. 2017;12(7):e0181933. doi: 10.1371/journal.pone.0181933.23. Chawla S, Wang S, Wolf RL, Woo JH, Wang J, O'Rourke DM, Judy KD, Grady MS, Melhem ER, Poptani H. Arterial spin-labeling and MR spectroscopy in the differentiation of gliomas. AJNR Am J Neuroradiol. 2007;28(9):1683–1689. doi: 10.3174/ajnr.A0673.24. Zeng Q, Jiang B, Shi F, Ling C, Dong F, Zhang J. 3D Pseudocontinuous Arterial Spin-Labeling MR Imaging in the Preoperative Evaluation of Gliomas. AJNR Am J Neuroradiol. 2017;38(10):1876–1883. doi: 10.3174/ajnr.A5299.25. Lindner T, Ahmeti H, Lübbing I, Helle M, Jansen O, Synowitz M, Ulmer S. Intraoperative resection control using arterial spin labeling – Proof of concept, reproducibility of data and initial results. Neuroimage Clin. 2017;15:136–142. doi: 10.1016/j.nicl.2017.04.021.