磁共振波譜技術及其在診斷乳腺腫物中的臨床應用價值

朱鳳婷(綜述)，謝傳淼(審校)

(華南腫瘤國家重點實驗室，中山大學腫瘤防治中心影像介入中心，廣州510060)

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)已作為醫學影像學的核心技術之一，經過20多年的臨床應用，到現在還有很大的發展空間，各項新的技術層出不窮，磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)技術也在這種形勢下應運而生。MRS技術是一種表現活體內生化信息及代謝狀態的無創技術。應用MRS技術對人類腫瘤進行研究，近年來已有相當多的報道。現主要介紹磁共振波譜技術在乳腺腫物診斷中的作用。

1 MRS的基本情況介紹

1.1 MRS的成像原理 MRS跟MRI的基本原理一樣，都是在遵循Larmor定律的基礎上的成像技術。由于具有奇數核子的不同原子核(如1H、31P、13C等)各自有不同的旋磁比，因而在外加靜磁場中進動的頻率不同［1］。在特定的靜磁場中，1H、31P、13C 等原子核所發射的電磁波會顯示在完全不同的頻率段上，容易區分。1947年Proctor指出如果改變特定的化學環境，可使某些原子核在Larmor共振頻率的基礎上產生輕微的偏移，這種現象被稱之為“化學位移”。即處于相同的外界環境中，同一種原子的原子核結合在不同的分子結構中，其進動頻率是有差別的。“化學位移”是MRS成像的基礎，正是由于不同化合物存在著頻率差異性，MRS才有把各種化合物逐一分辨的可能。總的來說，MRS就是利用磁共振現象和“化學位移”作用對特定原子核及其化合物進行分析。

1.2 MRS的譜線分析 MRS在信號的激發、空間定位、探測采集等技術上與MRI相類似，但各自的表現形式不同，MRS將按時間域分布函數轉變成按頻率域分布的譜線［1］。橫軸表示“化學位移”即頻率，所探測到的化合物表現為在一個或幾個特定頻率上的峰，根據不同化合物在MRS上峰的位置不同，因此能用不同共振頻率表示不同類型的化合物。縱軸顯示的是化合物的信號強度，峰下面積和峰的高度與該化合物的濃度呈正比，反映化合物濃度，可用作定量分析。化合物最大峰的高一半處的譜線寬度稱為線寬，受外加磁場、樣本本身、橫向弛豫時間T2影響，如果樣品不純或磁場不均勻，波峰增寬，橫向弛豫T2越長線寬越窄。

1.3 MRS的常用種類及臨床應用 醫學領域上能使用波譜分析的原子核有1H、31P、13C、23Na、19F 等，其中31P-MRS是最早應用于人體的波譜技術。含磷化合物(如PCr、ATP、及Pi)參與細胞能量代謝與生物膜有關的磷脂代謝，31P譜被廣泛應用于研究組織能量代謝和生化改變，但31P自然豐度低，31P-MRS敏感度僅為1H-MRS的6.6%，掃描時需要特殊的配置，因此在臨床的應用受到相當大的限制。

目前臨床最常用的是1H-MRS。1H與其他質子相比，組織豐度高且具有高磁場敏感性［2］，對于因磁場不均勻導致波峰扭曲、波譜質量降低、產生的干擾等，通過勻場可獲得較好解決，具有很高的實用價值。

1.41H-MRS1H-MRS可評價代謝介質包括:NAA(N-乙酰天冬氨酸)、Cho(膽堿化合物)，Cre(肌酸/磷酸肌酸)、mI(肌醇，僅在短TE序列可見)，Glx(谷氨酸類化合物，僅在短TE序列可見)及Lac(乳酸)。正常的代謝介質在1H-MRS譜線上都有對應的頻譜值，如果出現值的升高或下降都有可能是代謝的異常所引起的，臨床醫師就可以根據頻譜曲線的變化，結合患者的癥狀進行正確的診斷。

2 1H-MRS在判斷乳腺腫物中的應用及優勢

2.11H-MRS曲線中NAA與Lac在判斷乳腺腫物中的意義 NAA主要存在于中樞神經系統的神經元和前突觸細胞中，免疫細胞化學方法及其他方法均證明NAA為神經元特有的物質并均勻分布于大腦，故被認為是神經元的標志物，NAA在其他系統中的功能尚不明確。文獻中無相關數據證實其與乳腺病變有統計學關系，故在此不作討論。

Lac是無氧酵解的終產物，如果Lac增加說明糖酵解增加，其含量反映了在無氧酵解中產生的主要代謝產物及能量交換，含量升高常代表腫瘤生長旺盛，含量多的往往預后比較差。有報道Lac的含量與腫瘤惡性程度有關［3］，但乳酸含量與腫瘤病理分類相關性尚無具體的文獻報道。另外，在感染的情況下，炎性細胞的功能活躍可致乳酸含量增高，伴隨著疾病的治愈，乳酸將消失或明顯降低［4］，對于乳酸在乳腺病變中的定量分析價值，有待進一步的實驗研究證明。

2.2 乳腺1H-MRS曲線中Cho峰與Cre峰的意義乳腺1H-MRS中最有測量價值的是組織內Cho的含量［5］。1H-MRS中的膽堿化合物是細胞膜磷脂代謝的成分之一，其含量反映了細胞膜的合成、分解及運轉。作為活性代謝物而存在的游離膽堿濃度很低，因此膽堿含量升高反映腫瘤細胞膜的轉換和細胞增殖的增加［6］。正常乳腺細胞向乳腺癌的轉變過程中，其膽堿復合物的濃度是逐步增高的。由于乳腺癌細胞生長加速，其膽堿代謝也呈現明顯升高勢態，乳腺癌細胞中的磷酸膽堿的濃度為正常乳腺上皮細胞的10倍［4］。因此，在乳腺癌的1H-MRS中，在Cho峰上有明顯的增高。

姜宗先等［7］和萬衛平等［8］研究分析中得出結論:乳腺腫瘤的1H-MRS波形與非腫瘤性病變及正常組織的MRS波形明顯不同，可通過觀察將兩者區分開來，其敏感性及特異性均有一定的診斷價值。良惡性腫瘤間，不同代謝產物的波峰積分面積比較得出。乳腺的正常及良性病變組織由于大量脂肪成分的參與，在Cho及Cre峰之間形成一寬大的、高低不等的、無定量價值的“M”型波峰［9］，而良惡性腫瘤的像素區內均為較單一的腫瘤成分，可得到較理想的腫瘤的MRS波形。通過觀察MRS波形，大致可將乳腺的腫瘤性病變與良性病變或正常組織區分開來，在臨床應用中非常簡單明了。惡性腫瘤的膽堿化合物含量明顯高于良性病變，而通過觀察“M”型波峰中的Cre峰，能在一定程度上幫助診斷腫瘤的良惡性質。由此可見，Cho及Cre含量的高低，可能有助于良惡性腫瘤間的鑒別。

2.3 造影劑對1H-MRS曲線的影響 在MRS的應用中，操作者通常認為在注射順磁性造影劑(如釓劑)后對病灶進行定位更為準確，然而釓劑在MRS中所產生的化學偏移現象應得到重視。造影劑會增加組織的磁敏感性，影響質子的弛豫時間，從而增加波譜的帶寬，降低膽堿峰值的水平。據報道［10］，在常規釓劑增強前與增強后10 min內作比較，水質子波譜帶寬增加了20%，膽堿波峰降低了10%。另一項研究表明［11］，釓劑注射后膽堿波譜寬度增加了15%，峰值幅度降低了17%。這證明了對比劑的應用會影響MRS的評價效能，所以在需要通過增強掃描才能確定MRS檢查部位的病例中，應該在增強后盡量延后MRS的檢查時間，從而降低造影劑引起的波譜偏移，建議在增強前進行MRS檢查［3］。

3 MRS在乳腺成像中的局限性及影響因素

乳腺MRS成像中，病灶與皮膚、胸壁的關系，場強、射頻場均勻性，以及應用對比劑在內的很多因素［12］均可對MRS產生影響，其中病灶大小的影響最為明顯。若腫瘤體積 ＜1.0 cm3［13］，乳腺波譜在定量研究定位時，很難避免將脂肪組織包含在內，其MRS波型測量值極易受瘤周腺體內的脂肪的影響。有文獻指出，＜2.5 cm的病灶，1H-MRS靈敏度為72%，2.5～4.9 cm 的病灶靈敏度為90%，≥5.0 cm 的病灶靈敏度為100%［14］。病變分布不均(伴有出血、壞死、液化及鈣化等)、定位選擇不當等均可影響MRS測量的結果。

盡管膽堿化合物對乳腺癌的診斷具有特異性，但MRS中的Cho峰值在乳腺實質代謝增高的生理狀態(如哺乳期等)下也可測得，正常乳腺組織水分也會隨著月經周期的改變而變化，容易造成數據的假陽性及假陰性。

4 小結

正是由于測量范圍內病灶組織成分的差異以及女性生理期的代謝變化等因素［15］，目前1H-MRS尚未能單獨作為診斷指標廣泛應用。通過多種MR技術的聯合使用能提高乳腺癌診斷的準確率，單獨使用平掃MRI，確診率為81.0%，平掃及增強 MRI，準確率為92.9%，結合MRS，對乳腺癌的確診率可達97.6%［8］。可見MRS對MRI在乳腺病變的診斷與鑒別診斷中的輔助作用不可低估。一方面，MRS檢查能減少不必要的活檢，能減輕患者心理負擔;另一方面，由于MRS的無創性和無射線損害，為反復檢查以監測放化療效果提供必要的影像支持。

［1］楊正漢，馮逢，王霄英.磁共振成像技術指南檢查規范、臨床策略及新技術應用［J］.北京:人民軍醫出版社，2010:333.

［2］Castillo M，Kwock L，Uldlezji SK，et al.Clinical applications of proton MR spectroscopy［J］.AJNR，1996，17(1):1-15.

［3］吳亞平，葛玲玉.乳腺癌1H-MRS最新研究和臨床應用進展［J］.國際醫學放射學雜志，2010，33(6):515-519.

［4］Barbara AH，Stephen A，George YL，et al.Proton MR spectroscopy after acute central nervous system injury:outcome prediction in neonates infants and children［J］.Radiology，1997，202(3):487-496.

［5］Katz-Brall R，Labin PT，Leakinski RE.Clinical utility of proton magnetic resonance spectroscopy in characterizing breast lesions［J］.Nati Cancer Inst，2002，94(16):1197.

［6］Yosinmasa K，Hidehiko K，Aklra Y，et al.Proton MR spectroscopy of brain minors:an in vitro study［J］.Neurosurgery，1994，35(5):606-614.

［7］姜宗先，陳香遠.乳腺癌的MRI診斷分析［J］.中國健康月刊，2011，30(2):365-366.

［8］萬衛平，賈寧陽，徐雪原，等.乳腺腫瘤的磁共振質子波譜評價［J］.中國醫學計算機成像雜志，2001，7(4):236-241.

［9］季冬，李銘，趙澤華，等.MR氫質子波譜成像在乳腺癌中的應用［J］.中國醫學計算機成像雜志，2010，6(2):111-114.

［10］Haddadin IS，Mclntosh Meisamy SI，et al.Metabolite quantification and high-field MRS in breast cancer［J］.NMR Biomed，2009，22(1):65-76.

［11］Joe BN，Chen VY，Salibi N，et al.Evaluation of1H-magnetic resonance spectroscopy of breast cancer pre-and post-gadolinium administration［J］.Invest Radiol，2005，40(3):405-4l1.

［12］汪曉紅，彭衛軍，譚紅娜，等.氫質子磁共振波譜監測乳腺癌新輔助化療療效的應用研究［J］.中國醫學計算機成像雜志，2010，16(1):20-24.

［13］俞連法，章士正.MRI鑒別乳腺良惡性病變的臨床應用進展［J］.浙江實用醫學，2009，14(5):427-429.

［14］孫永青，陳為軍.磁共振對乳腺疾病的診斷［J］.解放軍醫藥雜志，2011，23(4):53-56.

［15］Dzendrowskyj TE，Noyszewski EA，Beers J，et al.Lipid composition changes in normal breast throughout the menstrual cycle［J］.MAGMA，1997，5(2):105-110.