3.0T多體素氫質子磁共振波譜在評價腦膠質瘤病理分級及浸潤范圍中的應用

胡麗娟 廖凱兵

(湖北省中西醫結合醫院放射科，武漢市 430015，E-mail：aloe_hlj@126.com)

論著·臨床研究

3.0T多體素氫質子磁共振波譜在評價腦膠質瘤病理分級及浸潤范圍中的應用

胡麗娟 廖凱兵

(湖北省中西醫結合醫院放射科，武漢市 430015，E-mail：aloe_hlj@126.com)

目的 探討3.0T 多體素氫質子磁共振波譜(1H-MRS)在評價膠質瘤術前病理分級及腫瘤浸潤范圍中的應用價值。方法 腦膠質瘤患者60例，其中低級膠質瘤28例，高級膠質瘤32例；所有患者在術前行3.0T1H-MRS檢查，檢測腫瘤、瘤周區域、正常腦組織膽堿復合物(Cho)/肌酸(Cr)、N-乙酰-L-天門冬氨酸復合物(NAA)/Cr、NAA/Cho的比值。結果 與正常腦組織比較，膠質瘤組織總體Cho/Cr比值升高，NAA/Cr、NAA/Cho比值下降(P<0.05)；低、高級別膠質瘤組織的Cho/Cr比值也高于對側正常腦組織，NAA/Cho及NAA/Cr低于對側正常腦組織(P<0.05)。高級膠質瘤組織Cho/Cr比值高于低級膠質瘤，NAA/Cho比值低于低級膠質瘤(P<0.05)；腦膠質瘤瘤組織Cho/Cr與病理級別呈正相關(P<0.05)，NAA/Cho與病理級別呈負相關(P<0.05)。與對側正常腦組織比較，低級膠質瘤腫瘤周圍區域的Cho/Cr比值升高，NAA/Cho及NAA/Cr比值降低(P<0.05)，高級膠質瘤腫瘤周圍區域的Cho/Cr比值升高，NAA/Cho比值降低(P<0.05)。結論 3.0T多體素1H-MRS能反映膠質瘤細胞的生化物質代謝情況，可在一定程度上評價膠質瘤病理級別及腫瘤浸潤范圍，從而可提高腦膠質瘤術前診斷的準確性。

膠質瘤；磁共振波譜學；病理分級；浸潤；膽堿復合物；肌酸；N-乙酰-L-天門冬氨酸復合物

膠質瘤是中樞神經系統最常見的原發腫瘤，其發病率占顱內腫瘤40%～50%[1]，臨床治療方案的制訂及預后的評估很大程度上取決于膠質瘤的病理級別及浸潤范圍。常規MRI在膠質瘤病理分級及浸潤范圍的判斷上存在局限性，而氫質子磁共振波譜(1H magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)能無創檢測膠質瘤的組織代謝信息，可作為常規MRI的有力補充。以往的研究多側重于腫瘤實質區的研究，對于腫瘤瘤周區域代謝物的特點研究較少。本文旨在分析不同病理級別膠質瘤腫瘤實質區的代謝物特點，并對腫瘤瘤周區域代謝物的變化作初步分析。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2015年6～12月在我院行MRI檢查的膠質瘤患者60例，男35例，女25例，年齡6～65歲，平均45.2歲。按世界衛生組織(World Health Organization，WHO)2007年膠質瘤分類分級標準[2]，低級膠質瘤(Ⅰ、Ⅱ級)28例，高級膠質瘤(Ⅲ、Ⅳ級)32例，均經術后病理證實。在接受磁共振檢查前，所有患者均未接受化療及放療，無腦外傷及腦手術史。低級膠質瘤組男15例、女13例，年齡(44.43±13.97)歲；高級膠質瘤組男18例、女14例，年齡(45.88±17.60)歲。兩組性別、年齡比較，差異無統計學意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2 常規MRI及1H-MRS檢查方法 使用GE Signa EXCITE 3.0T超導MRI儀，頭頸聯合線圈。所有患者先行軸位、矢狀位平掃，T1加權成像：重復時間(repetition time，TR)=2 300 ms，回波時間(echo time，TE)=22 ms；T2加權成像：TR=5 100 ms，TE=110 ms；層厚5 mm，間距1.2 mm。隨后進行多體素1H-MRS掃描，采用點分辨波譜技術，根據T2WI上的腫瘤信號特征選定興趣區(region of interest，ROI)，ROI包括腫瘤實質區、瘤周區及其對側正常組織。TR=1 000 ms，TE=144 ms，成像時間5 min 25 s。最后行軸、冠、矢狀位T1增強掃描，造影劑為歐乃影[釓雙胺注射液，通用電氣藥業(上海)有限公司生產]，經肘靜脈注射，劑量為0.2 mmol/kg。

1.3 圖像后處理及多體素波譜分析 將波譜檢查獲得原始圖像傳送至GE AW4.5工作站，用Functool軟件進行分析，使用體素大小為1 cm×1 cm×1 cm，分別觀察腫瘤實質部分、腫瘤瘤周區及對側正常腦組織區等不同部位各代謝物的變化情況，并測量膽堿復合物(choline，Cho)/肌酸(creatine，Cr)、N-乙酰-L-天門冬氨酸復合物(N-acetyl-L-aspartic acid，NAA)/Cr、NAA/Cho、乳酸(lactic acid，Lac)/Cr的比值，每組比值均測量3次取平均值，以減少誤差。

1.4 統計學分析 應用SPSS 17.0軟件進行統計分析，計量資料以(x±s)表示比較采用t檢驗，采用Spearman等級相關分析來評價低、高級膠質瘤腫瘤實質區代謝物比值與病理級別的相關性。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 膠質瘤腫瘤實質部分與對側正常腦組織各代謝物比值比較 60例患者均成功完成掃描，得到的波譜圖基線平穩，各代謝物譜線清晰。膠質瘤腫瘤實質區的Cho/Cr比值高于對側正常腦組織，而NAA/Cho及NAA/Cr低于對側正常腦組織(P<0.05)，見表1。與對側正常腦組織比較，低、高級別膠質瘤腫瘤實質區的Cho/Cr比值升高、NAA/Cho及NAA/Cr下降(P<0.05)，見表2～3、圖1～2。

表1 膠質瘤腫瘤實質部分與 對側正常腦組織各代謝物比值(x±s)

表2 高級別膠質瘤腫瘤實質部分 與對側正常腦組織各代謝物比值(x±s)

表3 低級別膠質瘤腫瘤實質部分 與對側正常腦組織各代謝物比值(x±s)

2.2 低、高級膠質瘤腫瘤實質部分各代謝物比值比較 高級膠質瘤腫瘤實質部分Cho/Cr比值高于低級膠質瘤腫瘤實質部分，NAA/Cho比值低于低級膠質瘤腫瘤實質部分，差異有統計學意義(P<0.05)，見表4、圖1～2。15例高級別膠質瘤及9例低級別膠質瘤可檢測到Lac峰，Lac/Cr比值分別為0.44±0.22、0.38±0.43，兩者比較，差異無統計學意義(t=0.428，P=0.677)。

表4 高級別膠質瘤與低級別 膠質瘤腫瘤實質部分各代謝物比值(x±s)

2.3 腦膠質瘤腫瘤實質部分的各代謝物比值與病理級別的相關性 Cho/Cr比值與病理級別呈正相關(r=0.631，P<0.001)，而NAA/Cho比值與病理級別呈負相關(r=-0.602，P<0.001)，NAA/Cr與病理級別無相關性(r=-0.041，t=0.759)。

2.4 低、高級膠質瘤腫瘤周圍區域與對側正常組織的各代謝物比值比較 低級膠質瘤腫瘤周圍區域的Cho/Cr比值高于對側正常腦組織，NAA/Cho及NAA/Cr比值低于均對側正常腦組織(P<0.05)，見表5； 高級膠質瘤腫瘤周圍區域的Cho/Cr比值高于對側正常腦組織，NAA/Cho比值低于對側正常腦組織(P<0.05)；見表6、圖1～2。

表5 低級別膠質瘤瘤周區域與 對側正常腦組織的各代謝物比值(x±s)

表6 高級別膠質瘤瘤周區域與 對側正常腦組織的各代謝物比值(x±s)

A MRS橫斷位T2WI定位圖。B 腫瘤組織波譜圖,顯示Cho明顯升高,NAA和Cr明顯下降。C 腫瘤周圍區域波譜圖,顯示Cho明顯升高,NAA和Cr中度下降。D 對側正常腦組織波譜圖。

圖1 星形細胞瘤WHOⅢ級患者MRS

圖2 星形細胞瘤WHOⅡ級患者MRS

3 討 論

高信噪比及伴隨的高分辨率是3.0T MRI的優勢，在中樞神經系統和骨關節系統成像中，其圖像質量明顯優于1.5T，并且可令成像時間大大縮短。MRS是目前唯一能無創性地探測體內化學物質及代謝信息的技術，可以從分子水平來評估病變，其成像的理論基礎是化學位移效應[3]。3.0T MRI化學位移效應是1.5T的兩倍，因此，可以增大不同代謝物的化學位移，提高MRS的靈敏度[4]。由于上述性能的提高，在科學研究和臨床應用中3.0T MRI具有不可替代的優勢，本文即使用3.0T MRS對膠質瘤的代謝產物進行研究。

本研究中，膠質瘤腫瘤實質區的1H-MRS表現為NAA峰下降，Cho峰升高，Cr變化不大，Cho/Cr比值升高、NAA/Cho及NAA/Cr下降，部分病例觀察到Lac峰。這提示利用Cho/Cr、NAA/Cho及NAA/Cr可區分正常組織與腫瘤組織，與其他文獻報道相似[5-6]。Cho屬于膽堿類，是與細胞膜合成及降解相關的化合物，當細胞分裂增值旺盛時可引起Cho含量的升高[7]。膠質瘤Cho顯著升高，提示腫瘤細胞分裂增殖活躍。NAA僅存在于神經元內，是神經元活性的標志物[8]，其含量在正常腦組織中是最高的，在膠質瘤中下降，提示腫瘤侵犯神經元，導致其數目減少或功能受損。Cr屬于肌酸類，其改變反映體內能量代謝的變化，由于其含量在各種病理、生理條件下變化不大，因而常被用作內參照物，參考比較其他代謝物的變化[4]。

術前初步判斷膠質瘤的級別對手術方案的制訂是非常重要的。Kumar等[9]的研究結果顯示，Cho/Cr在高、低級別膠質瘤中均顯著升高，且二者差異有統計學意義。Law等[10]也認為，Cho/Cr、NAA/Cho和NAA/Cr比值在高、低級別膠質瘤之間具有顯著差異。本研究結果顯示，與對側正常腦組織比較，低、高級別膠質瘤腫瘤實質區的Cho/Cr比值升高、NAA/Cho及NAA/Cr下降(P<0.05)，提示高、低級別腦膠質瘤均可出現Cho峰升高，NAA峰降低。但高級膠質瘤腫瘤實質部分Cho/Cr比值高于低級膠質瘤腫瘤實質部分，NAA/Cho比值低于低級別膠質瘤腫瘤實質部分(P<0.05)，且 Cho/Cr比值與膠質瘤病理級別存在正相關(P<0.05)，而NAA/Cho比值與膠質瘤病理級別呈負相關(P<0.05)，提示可根據Cho/Cr及NAA/Cho對膠質瘤惡性程度進行分級，這亦與其他文獻[11]相似。Lac為糖酵解的終產物，它的出現提示有氧呼吸不再有效進行。Lac峰產生的原因可能是腫瘤細胞無氧酵解代謝增加，也有可能是有氧氧化的途徑-三羧酸循環遭到破壞而造成Lac堆積。Lac水平是否能反映膠質瘤的級別，目前的研究結果并不一致。Yerli等[12]研究發現，Lac峰更常見于高級別膠質瘤。但Jenkinson等[13]認為Lac對判斷腫瘤級別意義不大，它可能只是腫瘤細胞無氧酵解的產物。本研究發現，在高、低級別腦膠質瘤中均能檢測到Lac峰，雖然高級別膠質瘤較低級別膠質瘤Lac/Cr比值高，但兩者差異無統計學意義(P>0.05)。

目前，手術切除是治療膠質瘤的主要方法。但是膠質瘤浸潤性生長的特征，使得手術難以完全切除腫瘤組織[14]。一般認為，常規MRI圖像上腫瘤的邊界即為腫瘤強化邊緣，瘤周區域為周邊的T2WI異常信號區，以此來確定手術及放療的范圍。然而，越來越多的研究發現，膠質瘤瘤周水腫不單是血管源性水腫，還有大量腫瘤細胞沿著新生的血管呈浸潤性生長[15]。因此，明確膠質瘤的浸潤范圍，對于決定手術及放療范圍有重要意義。本研究中，低級膠質瘤腫瘤周圍區域的Cho/Cr比值高于對側正常腦組織，NAA/Cho及NAA/Cr比值低于對側正常腦組織(P<0.05)，而高級膠質瘤腫瘤周圍區域的Cho/Cr比值高于對側正常腦組織，NAA/Cho比值低于對側正常腦組織(P<0.05)，即膠質瘤瘤周區MRS表現為Cho/Cr升高，NAA/Cho及NAA/Cr下降，提示膠質瘤瘤周約1cm的范圍內仍有腫瘤細胞的浸潤，但腫瘤細胞密度較腫瘤實質區低，這對確定腫瘤的浸潤范圍有一定幫助，為手術及放療方案的制訂提供有價值的信息。由于受MRI設備軟硬件條件限制，本研究使用的體素仍較大，膠質瘤浸潤的確切范圍難以確定，有待進一步的研究。

總之，3.0T多體素1H-MRS作為一種無創檢測手段，可檢測膠質瘤多種代謝物變化，對腦膠質瘤的術前病理分級有較大意義，并可在一定程度上評價腦膠質瘤瘤周區域腫瘤細胞的浸潤范圍，反映腫瘤的侵襲性，從而有利于臨床治療方案的制訂和預后的評估。

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Application of 3.0T multivoxel1H magnetic resonance spectroscopy to evaluating pathological grading and invasion extent of brain glioma

HULi-juan,LIAOKai-bing

(DepartmentofRadiology,HubeiProvincialHospitalofIntegratedChineseandWesternMedicine,Wuhan430015,China)

Objective To explore the application value of 3.0T multivoxel1H magnetic resonance spectroscopy(1H-MRS) for the evaluation of preoperative pathological grading and invasion extent of brain glioma.Methods Sixty patients with brain glioma included 28 with low-grade brain glioma and 32 with high-grade brain glioma.All patients underwent 3.0T1H-MRS examination before operation.The ratios of choline(Cho)/creatine(Cr),N-Acetyl-L-aspartic acid(NAA)/Cr and NAA/Cho were measured in tumor tissue,peritumoral tissue and normal brain tissue.Results Compared to the normal brain tissue,the ratio of Cho/Cr increased and the ratios of NAA/Cr and NAA/Cho decreased in the gliomas tissue(P<0.05);the ratio of Cho/Cr increased while the ratios of NAA/Cho and NAA/Cr decreased in the low-grade glioma and high-grade glioma tissue(P<0.05).The ratio of Cho/Cr was higher and the ratio of NAA/Cho was lower in the high-grade glioma tissue compared to the low-grade glioma tissue(P<0.05).The pathological grading positively correlated with the ratio of Cho/Cr in the glioma tissue(P<0.05),and negatively correlated with the ratio of NAA/Cho(P<0.05).Compared to the contralateral normal brain tissue,the ratio of Cho/Cr increased while the ratios of NAA/Cho and NAA/Cr decreased in the low-grade glioma peritumoral tissue(P<0.05),and the ratio of Cho/Cr increased while the ratio of NAA/Cho decreased in the high-grade glioma peritumoral tissue(P<0.05).Conclusion 3.0T multivoxel1H-MRS can reflect the metabolic condition of biochemical substance in glioma cells,and can evaluate the pathological grading and invasion extent of glioma to a certain extent,thus can improve the preoperative diagnostic accuracy of brain glioma.

Glioma,Magnetic resonance spectroscopy,Pathological grading,Invasion,Choline,Creatine,N-Acetyl-L-aspartic acid

胡麗娟(1981～)，女，碩士，主治醫師，研究方向：神經系統影像診斷。

R 739.41；R 445.2

A

0253-4304(2016)09-1252-04

10.11675/j.issn.0253-4304.2016.09.18

2016-04-11

2016-06-27)