探討彌散張量成像及氫質子磁共振波譜在腦膠質瘤診斷分級中的應用價值

何沛芝 黃文光 王金洪 國鳳高 楊 娟 李 冰 青 麗

腦膠質瘤是一種起源于神經膠質細胞的神經系統(tǒng)類型腫瘤，與正常的腦組織之間無清晰的分界線。腦膠質瘤的發(fā)生率占神經系統(tǒng)腫瘤的35%，占顱腦腫瘤的43%，其主要特征為浸潤性增長[1]。目前，臨床上基本的治療方法為手術治療，而手術需要在減少神經功能損傷的情況下最大限度的切除腫瘤，因此在術前了解腦膠質瘤的嚴重程度及與周圍組織的關系十分重要[2]。

氫質子磁共振波譜(1H-proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)能夠定量分析人體正常組織或病理組織的生化水平和代謝狀況的改變。腫瘤組織先發(fā)生代謝變化，后發(fā)生結構的改變，1H-MRS能夠更準確的顯示組織的代謝變化[3]。1H-MRS能夠以無創(chuàng)的方式檢查患者活體組織的代謝和生化變化情況，分析病理組織的病理變化，為臨床的診斷、治療及預后的預測提供參考。磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)能夠提供腦膠質瘤對皮質脊髓束的影響情況，判斷病變組織與周圍神經組織和血管之間的關系，為其臨床手術治療提供準確的指導[4]。本研究對腦膠質瘤患者進行DTI和1H-MRS檢測，分析其在腦膠質瘤診斷分級中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2015年2月至2017年10月在廣元市第一人民醫(yī)院治療的45例腦膠質瘤患者，其中男性27例，女性18例；年齡28～67歲，平均年齡(50.42±12.81)歲；根據世界衛(wèi)生組織(WHO)分級方法進行分級，其中Ⅰ級5例，Ⅱ級20例，Ⅲ級12例，Ⅳ級8例，參照分級結果將Ⅰ級和Ⅱ級歸入低級別腦膠質瘤(25例)，Ⅲ級和Ⅳ級歸入高級別腦膠質瘤(20例)。對所有患者分別進行DTI和1H-MRS掃描檢查。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準:①均經病理組織學確診；②行DTI和1H-MRS檢查；③臨床影像資料保存完整；④患者及家屬知情同意。

(2)排除標準:①檢查前有放射治療、化療等治療史；②有頭部外傷史或顱腦手術病史。

1.3 儀器設備

采用HDXT 1.5T MRI(美國GE公司)。

1.4 檢查方法

(1)DTI檢查。采用單次激發(fā)回波平面成像(single shot-echo planar imaging，SS-EPI)序列進行檢查。重復時間(repetition time，TR)為5 000 ms，回波時間(echo time，TE)為60 ms，16個方向，層間隔為0 mm，層厚為2 mm，60 層，視野(field of view，F(xiàn)OV)230 mm×230 mm，掃描時間253 s，表觀彌散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)b值為0.8 s/mm2。

(2)1H-MRS檢查。采用點分辨光譜選擇(point resolved spectral selection，PRESS)序列，TR為2000 ms，TE為144 ms，采集1次，編碼256×16，層厚15 mm，F(xiàn)OV 120 mm×120 mm。

1.5 圖像分析與評價指標

(1)圖像分析。將MRS原始圖像導入工作站，軟件處理完成相位循環(huán)、基線校正及代謝物的識別和輔助的計算，分別獲得[N-乙酰天門冬氨酸(N-acetylaspartate，NAA)/膽堿(Cho)，NAA/Cho]、[NAA/肌酸(Cr)，NAA/Cr]及Cho/Cr數值；將彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)圖像導入工作站，自動計算出ADC值；將原始數據導入DTI后處理軟件進行處理測得各向異性分數(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值，且從FA圖中計算及測量感興趣區(qū)(region of interest，ROI)的FA值。

(2)評價指標。檢測患者的瘤體區(qū)FA值、ADC值，并計算Cho/cr、NAA/Cr和NAA/Cho的比值；檢測患者對側正常腦白質的FA值、ADC值，并計算Cho/cr、NAA/Cr和NAA/Cho的比值高低級別膠質瘤的FA值、ADC值，并計算Cho/cr、NAA/Cr和NAA/Cho的比值。

1.6 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 19.0軟件對數據進行統(tǒng)計分析，計量指標均采用(x-±s)表示，組間比較使用t檢驗，診斷價值采用受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線下面積(area under curve，AUC)進行分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 瘤體與對側正常腦白質DTI及1H-MRS參數比較

瘤體區(qū)FA值、ADC值、NAA/Cr和NAA/Cho明顯低于對側正常腦白質(t=-13.485，t=-12.005，t=-31.622，t=-29.207；P＜0.05)，而Cho/Cr明顯高于對側正常腦白質(t=30.903，P＜0.05)，見表1。

表1 45例腦膠質瘤患者瘤體與對側正常腦白質DTI及1H-MRS參數比較±s)

表1 45例腦膠質瘤患者瘤體與對側正常腦白質DTI及1H-MRS參數比較±s)

注：表中ROI為感興趣區(qū)；DTI為彌散張量成像；1H-MRS為磁共振氫質子波譜。

1H-MRS參數FA值 ADC值(×10-3 mm2/s) Cho/Cr NAA/Cr NAA/Cho瘤體 0.15±0.05 1.65±0.15 2.84±0.44 0.65±0.13 0.52±0.12對側正常腦白質 0.43±0.13 2.55±0.48 0.80±0.05 2.41±0.35 2.38±0.41 t值 -13.485 -12.005 30.903 -31.622 -29.207 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ROI測量 DTI參數

表2 低級別和高級別腦膠質瘤DTI及1H-MRS參數比較(±s)

表2 低級別和高級別腦膠質瘤DTI及1H-MRS參數比較(±s)

注：表中FA值為各向異性分數；ADC值為表觀彌散系數；Cho/Cr為膽堿(Cho)/肌酸(Cr)；NAA/Cr為N-乙酰天門冬氨酸(NAA)/肌酸(Cr)；NAA/Cho為N-乙酰天門冬氨酸(NAA)/膽堿(Cho)。

腦膠質瘤 例數 FA值 ADC值(×10-3 mm2/s) Cho/Cr NAA/Cr NAA/Cho低級別 25 0.20±0.09 1.70±0.13 2.52±0.54 0.88±0.20 0.67±0.20高級別 20 0.10±0.07 1.55±0.12 2.88±0.60 0.54±0.16 0.50±0.13 t值 4.077 3.978 -2.115 6.179 3.283 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

2.2 低級別和高級別腦膠質瘤DTI及1H-MRS參數比較

低級別腦膠質瘤FA值、ADC值、NAA/Cr和NAA/Cho分別明顯高于高級別腦膠質瘤，其差異有統(tǒng)計學意義(t=4.077，t=3.978，t=6.179，t=3.283；P＜0.05)，而Cho/Cr明顯低于高級別腦膠質瘤，差異有統(tǒng)計學意義(t=-2.115，P＜0.05)，見表2。

2.3 DTI及1H-MRS參數鑒別腦膠質瘤級別的價值

DTI參數FA值、1H-MRS參數Cho/Cr和NAA/Cho具有鑒別腦膠質瘤級別的作用，DTI參數FA值鑒別腦膠質瘤級別的ROC曲線下面積為0.810、截斷值為0.12時，其診斷靈敏度和特異度分別為90.00%和60.00%；1H-MRS參數NAA/Cho鑒別腦膠質瘤級別的ROC曲線下面積分別為0.912、截斷值分別為0.53時，其診斷靈敏度和特異度分別為85.00%和96.00%。見表3，如圖1所示。

表3 DTI及1H-MRS參數鑒別腦膠質瘤級別的價值

圖1 ROC曲線圖

2.4 DTI及1H-MRS的圖像表現(xiàn)

在Ⅳ級膠質瘤患者中，多形性膠質母細胞瘤，T2WI軸位及T1WI動態(tài)增強冠狀位，可見左側顳葉團塊狀混雜信號，增強后外圍明顯花環(huán)狀強化，中央壞死。NAA明顯下降，NAA/cho、NAA/Cr均下降；Cho升高，Cho/NAA明顯升高約5.74，Cho/Cr稍升高，Lip明顯降低；左側顳葉病灶區(qū)聯(lián)絡纖維大部分中斷、缺失。

圖2 DTI及1H-MRS圖像

3 討論

腦膠質瘤是常見的顱內原發(fā)性腫瘤，沿蛋白質纖維束浸潤性生長，腫瘤的周圍存在水腫區(qū)，難以確定腫瘤邊界的位置，因此常規(guī)影像學檢查確定腫瘤邊界的位置較為困難[5]。手術治療腫瘤前其邊界的確定、腫瘤分級對治療方案的確定具有一定的指導作用，在腫瘤治療后預后的評估中也具有一定的意義[6]。

1H-MRS能夠檢測活體器官、組織內代謝水平變化及生化成分的改變情況，同時能夠對細胞內的化合物進行定量分析，腫瘤組織中的Cr、NAA、Cho的水平及Cho/cr、Cho/NAA的峰值比均與腦膠質瘤的代謝邊界具有一定的相關性，通過檢測、計算其數值能夠確定腫瘤的代謝邊界[7]。NAA的值在大多數腫瘤強化區(qū)域的波普表現(xiàn)為峰值下降，由于肌酸類物質的水平下降，而膽堿類物質的水平升高，使得CHo/Cr的比值升高，而NAA/Cr及NAA/Cho的比值降低[8]。

DTI由DWI發(fā)展而來，能夠定量測定不同組織內水分子的方向和擴散程度，充分表現(xiàn)分子擴散的異向性，從而反應組織的解剖學及病理變化[9]。DTI定量研究的主要參數有FA值、ADC值、評價各向同性的平均擴散率(mean diffusivity，MD)及相對各向異性(relative anisotropy，RA)[10-11]。FA值代表的是水分子在擴散主向量軸上的運動強度，F(xiàn)A=擴散張量變化中的RA成分÷整個擴散張量，數值在0～1之間。ADC值在一定程度上能夠指導腫瘤的分級，與腫瘤部分細胞的密度具有一定的相關性[12]。

DTI通過FA圖顯示腫瘤與腦白質之間的關系，可提供清晰的灰白質的對比。DTI能夠清晰的顯示皮質脊髓束的方向性和完整性，能夠準確的顯示白質纖維束的走行方向，纖維束間的交叉情況，單個纖維的中斷、破壞等異常情況[13]。Cho水平的升高與細胞的稠密度和膜的轉換率相關，是用于評價腫瘤的一種代謝產物。當Cho/NAA＞2.0時，鑒別腫瘤病變的特異度和敏感度較高[14]。

本研究結果顯示，瘤體區(qū)FA值、ADC值、NAA/Cr和NAA/Cho明顯低于對側正常腦白質，而Cho/Cr明顯高于對側正常腦白質，表明由于腦膠質瘤的發(fā)展，使其腫瘤細胞與周圍的正常腦白質細胞之間產生差異，從而使FA和ADC的值低于對側正常腦白質；由于腫瘤細胞的生理及生化代謝發(fā)生變化，使Cho的水平升高，Cr水平降低，而在掃描區(qū)域NAA含量較少，導致NAA/Cr和NAA/Cho明顯低于對側正常腦白質，而Cho/Cr比對側正常腦白質高。

1H-MRS在腫瘤分級中的準確度較高，Cho的水平會隨著細胞密度的改變而改變，腫瘤的惡性程度升高，Cho的水平也隨之升高[15]。級別較高的腦膠質瘤中NAA及Cr的水平降低十分明顯。ADC的值與腫瘤實質部分細胞的密集度密切相關，在一定程度上可用于指導腫瘤分級[16]。

本研究結果顯示，低級別腦膠質瘤FA值、ADC值、NAA/Cr和NAA/Cho比值明顯高于高級別腦膠質瘤，而Cho/Cr明顯低于高級別腦膠質瘤，F(xiàn)A在腫瘤分級中的靈敏度為90%，特異度為60%，Cho/Cr值在腫瘤分級中的靈敏度為60%，特異度為88%，NAA/Cho在腫瘤分級中的靈敏度為85%，特異度為96.00%，表明DTI和1H-MRS在腦膠質瘤分級中的靈敏度和特異度較好，由于隨著腫瘤的惡性程度的升高，腫瘤細胞的密度增加，降低細胞間的間隙，細胞的核質比增加，異型性增高，使水分子的擴散度受到限制，因此腫瘤的級別越高FA和ADC的值越低；隨腫瘤細胞的增多引起Cho的分泌水平升高，而Cr的值隨腫瘤分級的增高而降低，因此Cho/Cr值在腫瘤分級中的靈敏度和特異度較高。

本研究分別通過DTI和1H-MRS進行腦膠質瘤的診斷和分級，且結果顯示兩者的靈敏度和特異度均較好，可用于臨床在腦膠質瘤的診斷分級。