神經(jīng)上皮腫瘤放射性損傷的磁共振波譜研究

金 松　張 鑫　張 冰　朱 斌　項(xiàng) 蕾　武文博

神經(jīng)上皮腫瘤放射性損傷的磁共振波譜研究

金 松張 鑫★張 冰朱 斌項(xiàng) 蕾武文博

目的 探討神經(jīng)上皮腫瘤患者放療后腦放射性損傷的磁共振波譜特點(diǎn)。方法 收集臨床確診的神經(jīng)上皮腫瘤放療后腦放射性損傷患者20例，另外收集原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤20例，所有患者均在3.0T磁共振傳統(tǒng)平掃及增強(qiáng)的基礎(chǔ)上行磁共振多體素氫質(zhì)子波譜分析掃描。分別以病灶強(qiáng)化區(qū)﹑水腫區(qū)及正常對(duì)照區(qū)為感興趣區(qū)，測量各感興趣區(qū)Cho/Cr﹑NAA/Cr﹑Cho/NAA的比值。以獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤和放射性損傷病灶的強(qiáng)化區(qū)﹑水腫區(qū)Cho/Cr﹑NAA/Cr﹑Cho/NAA的比值，以P＜0.05為差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果 原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤病灶的強(qiáng)化區(qū)與水腫區(qū)Cho/Cr比值分別為（3.50±1.10）和（1.95±0.66）；其Cho/NAA比值分別為（4.42±1.98）和（2.14±1.11）。放射性損傷病灶的強(qiáng)化區(qū)與水腫區(qū)Cho/Cr比值分別為（1.80±0.21）和（1.20±0.26）；其Cho/NAA比值分別為（1.69±0.37）和（0.84±0.24）。NAA/Cr比值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論 原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤病灶的強(qiáng)化區(qū)與水腫區(qū)Cho/Cr﹑Cho/NAA比值與放射性損傷有明顯差異，可作為診斷依據(jù)。

膠質(zhì)瘤 神經(jīng)上皮腫瘤 放射性損傷 磁共振波譜 膽堿

對(duì)于神經(jīng)上皮腫瘤患者而言，放療廣泛應(yīng)用于臨床，明顯提高患者的生存率，然而，腦放射性損傷（radiation injury）的發(fā)生率隨之增加。磁共振成像（MRI）在腦膠質(zhì)瘤治療后隨訪中起著重要的作用。但在常規(guī)MRI上放射性損傷均無特征性的表現(xiàn)。目前多數(shù)學(xué)者把目光投向功能磁共振（fMRI），尤其是磁共振波譜分析（MRS），本文基于此項(xiàng)技術(shù)探討放射性損傷的特點(diǎn)。

1　臨床資料

1.1一般資料 2011年9至2014年7本院放射性損傷患者20例，均有腫瘤放療科放療病史。其中男12例，女8例；年齡23～72歲。另選擇原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤患者20例，其中WHO Ⅱ級(jí)8例、WHO Ⅲ級(jí)5例、WHO Ⅲ級(jí)7例，診斷以《2007年版WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的病理分類》為標(biāo)準(zhǔn)。

1.2試驗(yàn)儀器設(shè)備 所有患者均用3.0 T磁共振成像系統(tǒng)（梯度強(qiáng)度40/80 mT/m，旋轉(zhuǎn)率200/100 T/m/s，Achieva 3.0 T TX 雙梯度雙射頻源磁共振掃描系統(tǒng)）掃描，采用該設(shè)備配備的8通道相陣線圈。EWS工作站MV-1HMRS分析軟件包具有自動(dòng)采集、自動(dòng)分析功能，可自動(dòng)完成包括測量半高寬，峰下面積及其比值、化學(xué)位移等參數(shù)。

1.3磁共振采集序列參數(shù) 常規(guī)序列：包括T2WI（T2W-TSE，TRA，層厚5mm，間隔1mm，TR/ TE2178ms、80ms，體素0.68×0.55mm，NSA1）、增強(qiáng)前后T1WI（3D-T1FFE，TRA，層厚5mm，間隔1mm，TR/TE230ms/2.3ms，翻轉(zhuǎn)角10°，體素0.82×0.65mm，NSA3）、Venous BOLD（3D-T2*FFE，層厚0.9mm，TR/TE 18ms/26ms，體素0.8×1.79mm，翻轉(zhuǎn)角10°，NSA1）、冠狀位FLAIR（IR，層厚1.5mm，間隔1 mm，TR/TE7000 ms /120 ms，TI2200ms，體素1×0.82 mm，NSA2）。上述序列橫斷位FOV 為23cm×18cm×13cm，總掃描時(shí)間為13min25s。MV-1HMRS：參數(shù)如下，ECHO，TRA，層厚4mm，TR/TE2000ms、144ms，體素12×12mm，NSA4。總掃描時(shí)間為16min25s。

1.4數(shù)據(jù)分析 由2名有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)學(xué)影像科醫(yī)師判讀常規(guī)MRI資料，判斷病灶的位置、邊界、形態(tài)、強(qiáng)化方式及水腫區(qū)的形態(tài)和范圍，并初步判斷病灶的性質(zhì)。感興趣區(qū)（ROI）的選擇以T2WI及增強(qiáng)的T1WI為參考圖，分別選擇強(qiáng)化病灶區(qū)、水腫區(qū)，正常對(duì)照ROIs放置于相同層面正常白質(zhì)區(qū)，其標(biāo)準(zhǔn)為增強(qiáng)T1WI及T2WI均為正常信號(hào)。ROIs＞20個(gè)體素。應(yīng)用EWS工作站MV-1HMRS分析軟件包計(jì)算各代謝物譜線，測量Cho（3.19ppm）、NAA（2.01ppm）、Cr（3.03ppm）等代謝物參數(shù)值（見圖1），計(jì)算Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr等比值。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS18.0軟件，計(jì)量資料以（x±s）表示，以獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤和放射性損傷的強(qiáng)化區(qū)及水腫區(qū)的nrCBV值及Cho/Cr、Cho/ NAA、NAA/Cr比值，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1　正常大腦磁共振波譜曲線

2　結(jié)果

20例患者均可見強(qiáng)化病灶及周圍水腫區(qū)，病灶強(qiáng)化特點(diǎn)無明顯特異性（見圖2）。與對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)比較，發(fā)現(xiàn)所有原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤強(qiáng)化區(qū)及水腫區(qū)的Cho/Cr、Cho/NAA比值均升高，NAA/Cr比值均降低。所有放射性損傷中強(qiáng)化區(qū)的Cho/Cr、Cho/NAA比值均升高，NAA/Cr比值均降低；而水腫區(qū)的Cho/NAA比值均升高。獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，強(qiáng)化區(qū)與水腫區(qū)的Cho/Cr比值、強(qiáng)化區(qū)與水腫區(qū)的Cho/NAA比值組間比較，差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；強(qiáng)化區(qū)與水腫區(qū)的NAA/Cr比值組間比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表1、圖3、圖4。

表1　各組Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr值比較

圖2　常規(guī)增強(qiáng)T1WI，A放射性損傷，B膠質(zhì)瘤WHO Ⅲ級(jí)

圖3　放射性損傷

圖4　放射性損傷

3　討論

大部分神經(jīng)上皮腫瘤，尤其是＞W(wǎng)HO Ⅱ級(jí)的膠質(zhì)瘤通常無明確的邊界，這是由于神經(jīng)上皮腫瘤是沿神經(jīng)纖維束生長并浸潤的特性所決定的［1］。因此該類手術(shù)切除后復(fù)發(fā)率較高。外科切除腫瘤后進(jìn)行輔助放療成為治療腦膠質(zhì)瘤的主要策略。但是，提高患者生存率的同時(shí)又增加了放射性損傷的發(fā)生率。放射性損傷是放療后的嚴(yán)重并發(fā)癥，其病理生理學(xué)基礎(chǔ)尚未完全清楚。與總的照射量、照射野的范圍、照射的頻率、是否輔助化療、生存的時(shí)間、接受治療時(shí)的年齡有明顯的相關(guān)性［2］。損傷機(jī)制假說包括放射線的直接損傷、腦組織的自身免疫反應(yīng)、血管損傷等［3］。放射性損傷分為急性、早發(fā)延遲、晚發(fā)延遲損傷：急性損傷是指發(fā)生在照射治療開始后幾天或數(shù)周；早發(fā)延遲損傷是發(fā)生在照射完成后1～6個(gè)月；晚發(fā)延遲損傷可發(fā)生在放射治療后6個(gè)月或多年以后，這種改變常不可逆，通常稱為放射性壞死［4］，這一期原發(fā)性神經(jīng)上皮腫瘤具有極其相似的臨床表現(xiàn)及常規(guī)MRI形態(tài)學(xué)改變，是最難鑒別的一期。放射性損傷通常發(fā)生在原腫瘤區(qū)或其周圍。由于血腦屏障的破壞，在常規(guī)MRI上可以表現(xiàn)為多種強(qiáng)化形式，如“肥皂泡”、“羽毛狀”或“瑞士奶酪”樣強(qiáng)化［5］。

MV-1HMRS是基于化學(xué)位移原理測定體內(nèi)化學(xué)成分的無創(chuàng)性技術(shù)，也是目前唯一一種可以活體檢測人體組織代謝的手段，其能檢測到腦組織內(nèi)多種生化成分，如N-乙酰天門冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、膽堿（Cho）以及乳酸（Lac）或脂質(zhì)（Lip）。3.0T 高場磁共振與1.5T 磁共振比較，其化學(xué)位移分辨率提高1倍，從而明顯提高物質(zhì)的分辨率。臨床中會(huì)根據(jù)不同的臨床問題及病變的位置來選擇不同1HMRS技術(shù)，其中包括單體素氫質(zhì)子波譜（SVS）、多體素氫質(zhì)子波譜（MVS）。以往國內(nèi)多數(shù)研究多采用SVS，通常情況下神經(jīng)上皮腫瘤放療后出現(xiàn)的強(qiáng)化病灶是原腫瘤細(xì)胞與放射性損傷組織的混合體，SVS存在不同程度的部分容積效應(yīng)，因此本資料全部采用MVS技術(shù)，可以覆蓋強(qiáng)化組織、周圍水腫組織及對(duì)側(cè)正常表現(xiàn)的腦組織，這樣能夠?qū)Χ鄠€(gè)體素進(jìn)行取樣，采集數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。另外，由于部分患者是外科手術(shù)后復(fù)查，不可避免的在病灶區(qū)存在陳舊性出血，從而干擾病灶區(qū)的磁場，產(chǎn)生一些雜峰，但這并不影響判斷各指標(biāo)的比值及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

前瞻性研究證明，利用代謝活動(dòng)的早期變化能夠預(yù)測放療照射后腦組織結(jié)構(gòu)性的變化，且早于神經(jīng)認(rèn)知癥狀及傳統(tǒng)MRI發(fā)現(xiàn)的解剖結(jié)構(gòu)改變，尤其是NAA水平的降低。其NAA水平的下降主要是由于神經(jīng)元的損傷、水腫、神經(jīng)元對(duì)血腦屏障破壞的反應(yīng)、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的損傷、脫髓鞘改變、細(xì)胞因子的釋放、炎癥細(xì)胞的釋放。盡管放射性損傷的NAA水平下降的機(jī)制與原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤不同，但兩者產(chǎn)生的波譜表現(xiàn)一致。第2種重要的受放射線影響的代謝產(chǎn)物是Cho復(fù)合物，其與增生組織的細(xì)胞膜生物合成及代謝更新有關(guān)。理論上放射線可以引起腦組織Cho水平的下降與Cho/Cr比值的下降［6，7］，但本資料中入組的所有病例包括腦放射性壞死，病灶強(qiáng)化區(qū)及大部分周圍水腫帶均表現(xiàn)為Cho/Cr比值升高，作者認(rèn)為，對(duì)于原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤，無疑是腫瘤細(xì)胞增殖及浸潤造成的，而放射性損傷則是因膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增生、炎性細(xì)胞釋放等所致細(xì)胞膜復(fù)制增加所致，尤其對(duì)于早發(fā)延遲放射性損傷，這種表現(xiàn)更加顯著，Cho/Cr比值升高程度可以明顯超過原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤的水平。第3種代謝產(chǎn)物是Cr，其是能量代謝的標(biāo)志物，在多種條件下均很穩(wěn)定，因此在代謝物比值計(jì)算時(shí)通常被作為分母，盡管有些報(bào)道質(zhì)疑Cr在腫瘤、缺氧等條件下的穩(wěn)定性［6］。

本資料比較原發(fā)神經(jīng)上皮腫瘤與放射性損傷，強(qiáng)化區(qū)及水腫區(qū)Cho/Cr及Cho/NAA 比值明顯高于后者，與以往國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道相符。Weybright等應(yīng)用2DCSI1HMRS技術(shù)進(jìn)行研究，給出Cho/NAA 及Cho/Cr比值的截?cái)嘀禐?.8，即Cho/NAA 及Cho/Cr比值＞1.8可以診斷為原發(fā)膠質(zhì)瘤組織［7］。Zeng等［8］利用多體素3D MRS評(píng)價(jià)腦膠質(zhì)瘤治療后原位新發(fā)強(qiáng)化病灶，發(fā)現(xiàn)腫瘤組織Cho/NAA 及Cho/Cr比值明顯高于放射性損傷，利用1.71作為Cho/Cr和/或Cho/NAA比值作為腫瘤標(biāo)準(zhǔn)的截?cái)嘀担涿舾行浴⑻禺愋苑謩e為94.1%、100%，與本資料結(jié)果相似。

1 張冰， 朱斌. DWI在膠質(zhì)瘤與單發(fā)轉(zhuǎn)移瘤及其瘤周水腫中的診斷價(jià)值. 中國醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志， 2006， 12（2）：80～83.

2 Fatterpekar GM， Galheigo D， Narayana A， et al. Treatment-related change versus tumor recurrence in high-Grade gliomas： a diagnostic conundrum-Use of dynamic susceptibility contrast-enhance（DSC）perfusion MRI. AJR， 2012， 198（1）：19～26.

3 劉家斌， 李廣生. 放射性腦損傷機(jī)制及放射保護(hù)研究進(jìn)展. 贛南醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2010， 30（1）：161～162.

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5 Welzel T， Niethammer A， Mende U， et al. Diffusion tensor imaging screening of radiation-induced changes in the white matter after prophylactic cranial irradiation of patients with small cell Lung cancer：first results of a prospective study. AJNR， 2008， 29（2）：379～383.

6 Isobe T， Matsumura A， Anno I， et al. Changes in 1H-MRS in glioma patients before and after irradiation： the significance of quantitative analysis of choline-containing compounds. No Shinkei Geka， 2003，31（2）： 167～172.

7 Weybright P， Sundgren PC， Maly P， et al. Differentiation between brain tumour recurrence and radiation in jury using MR spectroscopy. AJR，2005， 185（5）： 1471～1476.

8 Zeng QS， Li CF， Zhang K， et al. Multivoxel 3D proton MR Spectroscopy in the distinction of recurrent glioma from radiation injury. J Neurooncol， 2007， 84（1）：63～69.

Purpose To investigate the characteristics of the magnetic resonance spectroscopy in radiation injury of the brain with neuroepithelial tumors. Methods Twenty cases of radiation injury and 20 cases of the primary neuroepithelial tumors were retrospectively studied. The Cho/Cr，NAA/ Cr，and Cho/NAA ratios in the enhancing part，peri-local edema，and contralateral normal white matter were measured using a commercially available post-processing workstation. Results The Cho/Cr ratios in the enhancing part of primary neuroepithelial tumors and radiation injury were 3.50±1.10 and 1.80±0.21，and in the peri-local edema，they were 1.95±0.66 and 1.20±0.26，respectively. The Cho/NAA ratios，in corresponding location，were 4.42±1.98 and 1.69±0.37，2.14±1.11 and 0.84±0.24，respectively. There were no statistically differences in the NAA/Cr ratios（P＞0.05）. Conclusion The Cho/Cr and Cho/NAA ratios in the enhancing part and peri-local edema of primary neuroepithelial tumors were higher than those of radiation injury.

Magnetic resonance spectroscopy Glioma Neuroepithelial tumor Radiation injury

210008 南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科