磁共振波譜導(dǎo)航在顱內(nèi)病變穿刺活檢中的應(yīng)用

沈曉 王爾松 顏玉峰

(復(fù)旦大學(xué)附屬金山醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 201508)

約1/3的顱內(nèi)占位性質(zhì)難以通過(guò)臨床與影像學(xué)表現(xiàn)明確診斷［1］，而穿刺活檢術(shù)對(duì)于明確診斷有重要意義，但常規(guī)影像導(dǎo)航不能提供腫瘤代謝信息，容易導(dǎo)致穿刺假陰性或者低估腫瘤級(jí)別。氫質(zhì)子磁共振波譜(proton magnetic resonance spectroscopy，1HMRS)通過(guò)測(cè)定特定組織代謝物的濃度及比值變化實(shí)現(xiàn)對(duì)病變的代謝成像，這不僅有助于術(shù)前對(duì)病變定性診斷，而且可以指導(dǎo)穿刺活檢。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2010年6月—2012年1月在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科就診的顱內(nèi)病變患者28例，其中男性18例，女性10例;年齡16～71歲，平均年齡(40.2±15.8)歲;所有患者術(shù)前均行磁共振成像(MRI)明確病灶位置。28例中病變位于額葉12例，顳葉2例，頂葉5例，島葉-基底節(jié)4例，丘腦3例，中線(胼胝體、鞍區(qū)等)2例;病變體積15 ～52.3 mm3，平均(34.2 ±7.8)mm3。臨床表現(xiàn):肢體乏力12例，言語(yǔ)功能障礙6例，伴有嗜睡、頭痛、嗆咳等癥狀10例。所有患者均簽署知情同意書，排除MRI掃描禁忌證患者。

1.2 主要設(shè)備及參數(shù)

1.2.1 主要儀器及設(shè)備 MAGNETOM Verio 3.0T磁共振系統(tǒng)購(gòu)自德國(guó)西門子公司;StealthStation TRIA i7神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)購(gòu)自美國(guó)美敦力公司;影像后處理工作站購(gòu)自德國(guó)西門子公司;穿刺工具為固定于顱骨的磁兼容Navigus無(wú)框架活檢系統(tǒng)，購(gòu)自美國(guó)美敦力公司。

1.2.2 MRI相關(guān)參數(shù) MRI平掃采用自旋回波(spin echo，SE)序列和快速自旋回波(fast spin echo，F(xiàn)SE)序列獲得T1 加權(quán)像(TR/TE，600/16 ms)和T2加權(quán)像(TR/TE，5100/138 ms)，層厚 5～8 mm，層間距1.5 mm，常規(guī)行3個(gè)斷面完整掃描。在SE序列T1加權(quán)像基礎(chǔ)上獲得MR增強(qiáng)掃描圖像。磁共振波譜掃描采用三維多體素(multi-voxel，MVMRS)點(diǎn)分辨波譜(pointed-resolved spectroscopy sequence，PRESS)成像序列，代謝物一般選擇N-乙酰天冬氨酸(N-acetyl aspartic acid，NAA)、膽堿(choline，Cho)、肌酸(creatine，Cr)、脂質(zhì)(lipid，Lip)，TR/TE=1000/144 ms，體素厚度(voxel thickness)10 mm，層間距2 mm，波譜掃描野(field of view，F(xiàn)OV)大小根據(jù)病變情況而定，包括腫瘤強(qiáng)化區(qū)域、瘤周水腫區(qū)域及部分遠(yuǎn)離病灶的正常腦組織區(qū)域。相位矩陣 160×160，感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)0.5 cm ×0.5 cm ×0.5 cm ～1 cm ×1 cm ×1 cm。

1.3 活檢靶點(diǎn)的選擇 結(jié)合影像的特征，盡量避開(kāi)功能區(qū)與傳導(dǎo)束設(shè)計(jì)穿刺路徑;將靶點(diǎn)分布于腫瘤區(qū)及瘤周，選擇Cho/NAA比值相對(duì)較大的區(qū)域。同一穿刺路徑上由淺至深設(shè)定多個(gè)靶點(diǎn)，如有必要可以一個(gè)入顱點(diǎn)規(guī)劃2條以上穿刺軌跡。

1.4 MRS代謝影像與3D導(dǎo)航影像的融合 通過(guò)局域網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)到影像后處理工作站，采用磁共振自帶軟件Spectroscopy計(jì)算Cho/NAA值，選擇Cho/NAA較高的區(qū)域設(shè)計(jì)穿刺軌跡及靶點(diǎn)，生成Cho/NAA偽彩圖。在Matlab環(huán)境下運(yùn)行由本課題組自行開(kāi)發(fā)的標(biāo)記軟件Biopsy NAV，依次導(dǎo)入波譜原始數(shù)據(jù)、神經(jīng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)及活檢靶點(diǎn)體素坐標(biāo)，活檢靶點(diǎn)解剖位置將自行標(biāo)記于導(dǎo)航數(shù)據(jù)中，傳輸至神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)。通過(guò)工作站后處理實(shí)現(xiàn)MRS代謝影像與3D解剖影像融合。

1.5 組織活檢及常規(guī)病理 導(dǎo)航的注冊(cè)基于導(dǎo)航影像進(jìn)行，注冊(cè)誤差＜2 mm，本研究精度偏差平均(0.4±0.42)mm，且通過(guò)體表解剖標(biāo)識(shí)鼻尖、內(nèi)眥進(jìn)行目測(cè)驗(yàn)證。根據(jù)預(yù)設(shè)穿刺路徑，顱骨鉆一孔并固定穿刺基座，穿刺前校正穿刺方向后固定穿刺針。穿刺針在導(dǎo)航引導(dǎo)下穿刺靶點(diǎn)中心，使體素和標(biāo)本匹配精確。根據(jù)術(shù)前計(jì)劃，每個(gè)靶點(diǎn)4個(gè)方向抽吸組織樣本，抽吸后保留穿刺針以壓迫止血。穿刺結(jié)束后等待冷凍病理檢查結(jié)果后轉(zhuǎn)為開(kāi)顱手術(shù)，切除病灶后再行常規(guī)病理學(xué)檢測(cè)。

1.6 病理學(xué)組織切片分析 穿刺標(biāo)本及開(kāi)顱切除的腫瘤標(biāo)本均經(jīng)10%甲醛固定后送至病理科，經(jīng)石蠟包埋、切片、HE染色后應(yīng)用EnVision法進(jìn)行相關(guān)免疫組織化學(xué)染色，HE和免疫組織化學(xué)染色結(jié)果由兩位資深神經(jīng)病理?？漆t(yī)師根據(jù)2007年第四版《WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤》分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行診斷。對(duì)于形態(tài)和分級(jí)有爭(zhēng)議的切片則由2名以上病理科醫(yī)師討論后確診。

2 結(jié) 果

2.1 功能成像結(jié)果 28例患者均成功獲得常規(guī)MRI結(jié)構(gòu)影像及MRS影像數(shù)據(jù)，波譜基線基本平穩(wěn)，成像質(zhì)量良好，均有明顯Cho增高和NAA降低的區(qū)域。

2.2 病理陽(yáng)性率 共實(shí)施28例幕上病變穿刺活檢，靶點(diǎn)均按術(shù)前計(jì)劃精確定位，靶點(diǎn)精度偏差(0.4±0.42)mm，所有標(biāo)本均獲病理確診，除 1 例腦膿腫外，均行開(kāi)顱腦內(nèi)病灶切除術(shù)并獲取病理標(biāo)本，穿刺病理與術(shù)后常規(guī)病理結(jié)果符合率100%(27/27)，見(jiàn)表 1。

表1 組織病理學(xué)診斷 (n，%)

2.3 并發(fā)癥 所有病例術(shù)中及術(shù)后均未出現(xiàn)明顯并發(fā)癥，如嚴(yán)重出血、新發(fā)神經(jīng)功能障礙等。

2.4 典型病例 患者，女性，55歲，言語(yǔ)不利伴頭痛1個(gè)月。查體:神志清楚，混合型失語(yǔ)，肢體肌力5級(jí)，肌張力正常，皮層感覺(jué)及位置覺(jué)存在。術(shù)前影像診斷:左額葉占位，考慮膠質(zhì)瘤可能，先行病理活檢確定病變性質(zhì)。應(yīng)用1H-MRS分析病灶Cho和NAA值，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)找出病灶Cho/NAA相對(duì)較高區(qū)域，選定該區(qū)域附近為活檢靶點(diǎn)，在MRS代謝影像導(dǎo)航引導(dǎo)下按預(yù)定軌跡到達(dá)靶點(diǎn)取材，冷凍切片病理結(jié)果提示高級(jí)別膠質(zhì)瘤，再轉(zhuǎn)為開(kāi)顱手術(shù)切除腫瘤。術(shù)后第2天患者癥狀及體征未加重，肢體肌力5級(jí)，穿刺活檢及術(shù)后常規(guī)病理結(jié)果均為“間變星形細(xì)胞瘤 WHO III”，見(jiàn)圖1。

圖1 患者1H-MRS圖

3 討 論

腦內(nèi)病變穿刺活檢術(shù)可分為有框架、無(wú)框架及術(shù)中磁共振(intraoperative magnetic resonance imaging，iMRI)實(shí)時(shí)影像導(dǎo)航3個(gè)階段。CT及MRI技術(shù)的發(fā)展成熟促進(jìn)了有框架穿刺活檢術(shù)的發(fā)展，目前該術(shù)式已廣泛應(yīng)用于臨床。據(jù)報(bào)告，該術(shù)式平均定位誤差1～1.5 mm，平均活檢陽(yáng)性率91%，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率及病死率分別在7%以下與3%以下。但是，該術(shù)式存在以下缺點(diǎn):(1)手術(shù)過(guò)程非直觀且計(jì)算過(guò)程繁瑣，術(shù)中腦移位易導(dǎo)致穿刺失敗或假陰性;(2)裝置笨重，安裝時(shí)易引起患者不適，不適用于兒童或不能配合的患者;(3)穿刺明確性質(zhì)后不能迅速轉(zhuǎn)為常規(guī)開(kāi)顱手術(shù)。神經(jīng)導(dǎo)航的出現(xiàn)使活檢穿刺術(shù)從有框架邁入無(wú)框架時(shí)代。無(wú)框架影像導(dǎo)航于上世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始應(yīng)用于臨床，并不斷發(fā)展，該術(shù)式與有框架術(shù)式比較在定位誤差、活檢率以及術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率方面均無(wú)顯著不同。但是，因無(wú)框架影像導(dǎo)航平均定位誤差1～3 mm，故相比有框架導(dǎo)航具有以下優(yōu)勢(shì):(1)手術(shù)過(guò)程直觀，穿刺時(shí)可隨時(shí)了解靶點(diǎn)位置，多靶點(diǎn)穿刺時(shí)不必重復(fù)計(jì)算;(2)裝置輕巧簡(jiǎn)便，免去安裝頭架帶來(lái)的不適;避免了患者不配合導(dǎo)致的誤差和危險(xiǎn);(3)可迅速轉(zhuǎn)為開(kāi)顱手術(shù);(4)更適合淺表病灶活檢。MRI應(yīng)用于活檢，可在術(shù)中及時(shí)糾正腦移位誤差。以往穿刺活檢術(shù)均依賴常規(guī)影像，有研究［2］表明，即使術(shù)后MRI影像證實(shí)穿刺靶點(diǎn)無(wú)誤，組織病理學(xué)檢查仍有可能無(wú)法確診或出現(xiàn)誤診，其原因可能與以下因素有關(guān):(1)傳統(tǒng)活檢術(shù)式基于MR解剖結(jié)構(gòu)影像，缺乏病灶組織的成分及代謝信息，所確定靶點(diǎn)往往并非病變最典型的組織，可能導(dǎo)致穿刺結(jié)果陰性;(2)由于腫瘤的異質(zhì)性，部分腫瘤可能含有不同級(jí)別的惡性腫瘤細(xì)胞，若取材時(shí)僅取到含有低級(jí)別腫瘤細(xì)胞的部分，則會(huì)出現(xiàn)誤診;(3)病灶性質(zhì)罕見(jiàn)，超越了當(dāng)時(shí)病理學(xué)診斷的能力范圍。

由此可見(jiàn)，如何選擇最佳穿刺靶點(diǎn)是確定腫瘤性質(zhì)的關(guān)鍵，臨床上常規(guī)結(jié)構(gòu)影像導(dǎo)航通常把增強(qiáng)MR顯示的腫瘤明顯強(qiáng)化的部位作為活檢穿刺點(diǎn)，它反映的是腫瘤對(duì)血腦屏障的破壞區(qū)，不能說(shuō)明是腫瘤最惡性部位，可能導(dǎo)致穿刺結(jié)果假陰性。Edward等［3］證實(shí)，1H-MRS顯示膠質(zhì)瘤代謝物并非均一，具體表現(xiàn)為在腫瘤中心比腫瘤周圍NAA降低更明顯;或在生長(zhǎng)較快的星形細(xì)胞瘤中Cho信號(hào)增加明顯，在腫瘤邊緣Cho增加比中心顯著，實(shí)體部分Cho比囊性部分高，高級(jí)別腫瘤比低級(jí)別腫瘤Cho高。大多數(shù)高級(jí)別膠質(zhì)瘤的高代謝活性區(qū)多不局限于增強(qiáng)MRI T1W序列結(jié)構(gòu)影像所確定的腫瘤邊界，腫瘤邊界區(qū)域仍存在高代謝活性。同樣，低級(jí)別膠質(zhì)瘤的高代謝活性區(qū)也不完全局限于MRI T2W或FLAIR序列結(jié)構(gòu)影像所顯示的腫瘤區(qū)域內(nèi)。常規(guī)MRI不能提供腫瘤生理學(xué)(如微脈管系統(tǒng)血管生成、代謝物改變、微壞死或細(xì)胞構(gòu)成等)方面可靠的信息，已成為限制神經(jīng)導(dǎo)航穿刺活檢術(shù)發(fā)展的瓶頸。

結(jié)合反映生化和代謝信息的影像學(xué)技術(shù)，本研究穿刺前首先利用1H-MRS分析顱內(nèi)病灶的生化和代謝情況，確定活檢穿刺最佳靶點(diǎn)位置，為術(shù)前判定病變性質(zhì)及指導(dǎo)活檢等提供了新的線索。在腦組織1H-MRS中，Cho是細(xì)胞膜磷脂代謝的中間產(chǎn)物，是髓鞘形成、細(xì)胞代謝和膠質(zhì)增生的指標(biāo)，其作用是構(gòu)成細(xì)胞膜和形成神經(jīng)遞質(zhì)，在腦損傷、炎性反應(yīng)和腫瘤等疾病中Cho普遍升高;NAA位于神經(jīng)元胞體和突觸中，其含量直接反映神經(jīng)元的密度，其峰值降低提示神經(jīng)元被破壞的程度，幾乎所有病變均會(huì)導(dǎo)致NAA下降［4］。根據(jù) 1H-MRS結(jié)果確定 Cho/NAA比值最大區(qū)域作為活檢點(diǎn)后，在導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)下對(duì)病變代謝最旺盛的區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)活檢。本組病例在術(shù)中磁共振神經(jīng)導(dǎo)航下穿刺取材，全部獲得成功，穿刺病理診斷陽(yáng)性率100%，診斷陽(yáng)性率略高于常規(guī)有框架、無(wú)框架及iMRI影像導(dǎo)航活檢［5-7］。

Walter等［8］采用MRS代謝影像指導(dǎo)穿刺活檢，但由于MRS經(jīng)過(guò)圖像后處理后得到的數(shù)據(jù)的導(dǎo)出格式均不是可直接用于導(dǎo)航的DICOM等格式，無(wú)法直接應(yīng)用于穿刺手術(shù)，只能以目測(cè)選點(diǎn)與結(jié)構(gòu)影像配準(zhǔn)，故具有誤差和不穩(wěn)定性。本課題組采用自主研發(fā)的標(biāo)記軟件Biopsy_NAV，手動(dòng)選取MRS代謝影像上的感興趣靶點(diǎn)，通過(guò)坐標(biāo)計(jì)算，將其精確地與MRI結(jié)構(gòu)影像融合，有效解決了將代謝影像與結(jié)構(gòu)影像精確配準(zhǔn)用于導(dǎo)航的難題。通過(guò)MRI掃描證實(shí)，該方法配準(zhǔn)的精確性可靠，本組病例預(yù)設(shè)靶點(diǎn)獲取率達(dá)到100%。

本研究中28例患者(1例穿刺診斷腦膿腫除外)穿刺活檢術(shù)后冷凍病理結(jié)果均提示惡性腫瘤或者病灶局部占位效應(yīng)明顯，均轉(zhuǎn)行開(kāi)顱手術(shù)，切除病灶后行常規(guī)病理檢查，穿刺病理診斷與術(shù)后常規(guī)病理診斷符合率100%(27/27)。本研究在MRS代謝影像導(dǎo)航下穿刺，穿刺病理結(jié)果與開(kāi)顱術(shù)后常規(guī)病理高度一致，說(shuō)明MRS是一種無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確可靠的研究人體器官和組織代謝、生化改變以及化合物定量并可用于選取典型的病灶靶點(diǎn)及指導(dǎo)穿刺的手段。

本研究中仍存在不足:1H-MRS易受骨質(zhì)、水、壞死、出血、海綿竇等的干擾，尤其易受水分子干擾(包括嚴(yán)重水腫)，易出現(xiàn)基線不穩(wěn)、影響波譜成像質(zhì)量的情況，選定VOI的時(shí)候應(yīng)盡可能避開(kāi)顱骨、海綿竇和腦室;本組資料樣本量較小，須進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量以肯定其效果。盡管如此，1H-MRS作為一種診斷及研究手段，術(shù)前可對(duì)活體腦組織的生化及代謝進(jìn)行無(wú)創(chuàng)性檢測(cè)，應(yīng)用于定點(diǎn)穿刺活檢術(shù)時(shí)活檢陽(yáng)性率較以往術(shù)式明顯提高，具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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