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【摘要】 目的 探讨T 1H-MRS在高级别脑胶质瘤与脑转移瘤中诊断及鉴别诊断的价值。方法 选取经手术病理或临床确诊的30例高级别脑胶质瘤与脑转移瘤患者。采用美国GE公司Signa EXCITE HD 3.0T 超导型MR扫描仪对所有患者行颅脑常规MRl扫描和二维多体素144 ms序列扫描。采用Functool软件包后处理,分别测定瘤体区、瘤周区及健侧相应区域的胆碱/肌酸(Cho/Cr)、胆碱/氮-乙酞天门冬氨酸(Cho/NAA)、氮-乙酞天门冬氨酸/肌酸(NAA/Cr)比值的变化,并对结果利用SPSS13.0软件包进行统计学分析。结果 高级别胶质瘤和转移瘤瘤体区Cho/NAA值比较差异有统计学意义(P<0.05),而Cho/Cr、NAA/Cr值分别比较差异无统计学意义(P>0.05);瘤周区Cho/Cr、Cho/NAA值比较差异有统计学意义(P<0.05),NAA/Cr值比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论 1H-MRS在鉴别诊断高级别胶质瘤和转移瘤中有重要价值,对瘤周区的Cho/Cr、Cho/NAA值的检查是鉴别胶质瘤和转移瘤的重要手段,特别对于单发脑转移瘤更具鉴别意义。
【关键词】质子磁共振波谱;颅内肿瘤;多体素;鉴别诊断
Comparative study of high-grade gliomas and brain metasmses with multivoxel proton magnetic resonance spectroscopy
WANG Yan-bing,XU Rui,ZHANG Tong.Department of Radiology,The People,s Hospital of Rizhao,Shandong 276826,China
【Abstract】 Objective To investigate the value in MR spectrum in differentialdiagnosis between high grade gliomas and metastases.Methods 30 cases of patients who confirmed by histopathologic findings or clinical follow-up were collected.Using a GE Signa EXCITE HD 3.0T super conduct MR unit,all the cases of patients were performed conventional MR scan and mutlti-voxel with 2-D mutlti-voxel PRESS 144 ms.Functool software was used for post-processing of spectrum.The ratios of NAA/Cr,NAA/Cho,Cho/Cr were measured in the solid part of masses,circum of tumors and contralateral parenchyma respectively.The result was used as the statistical method by SPSS13.0 software.Results In the solid part of masses,there were significant differences between high grade gliomas and metastases in the ratios of Cho/NAA(P<0.05),but no differences in the ratios of Cho/Cr,NAA/Cr;In peritumoral edema,there were significant differences in the ratios of Cho/Cr,Cho/NAA(P<0.05),but no significant differences in the ratios of NAA/Cr(P<0.05).Conclusion 1H-MRS is very important and useful in the evaluation of differentialdiagnosis between high grade gliomas and metastases.The inspections of the ratios of Cho/Cr,Cho/NAA of gliomas and metastases peritumoral edema are important methods,especially for solitary metastases.
【Key words】
1H-magnetic resonance spectroscopy; Gliomas; Multivoxel; Differential diagnosis
高级别胶质瘤和脑转移瘤是颅内较常见的脑肿瘤,CT和常规MRI是检查二者的主要方法,但对于二者的鉴别诊断有一定的难度,尤其对于转移瘤单发或胶质瘤多发的患者就更难以鉴别。核磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)是一种利用磁共振化学位移现象来测定人体内部器官及组织代谢、生理生化改变的定量分析方法[1],可用于观察颅内肿瘤的生化和代谢物的变化。本文通过3.0T MR仪进行多体素1H-MRS分析高级别脑胶质瘤和转移瘤瘤体及瘤周代谢物的成分及变化,探讨多体素1H-MRS在高级别脑胶质瘤与脑转移瘤中诊断及鉴别诊断的临床应用价值。
1 资料与方法
1.1临床资料 选取青岛市立医院及日照市人民医院自2006年8月至2009年12月临床资料齐全、经手术病理或临床确诊的30例脑肿瘤患者,其中高级别胶质瘤患者17例(参照WHO 2007年分级标准,间变型星形细胞瘤6例,胶质母细胞瘤9例,髓母细胞瘤1例,大脑胶质瘤病1例),男11例,女6例,年龄35~69岁,平均46.2岁;脑转移瘤患者13例,年龄41~76岁,平均59.5岁,其中肺癌转移9例,乳腺癌转移2例,结肠癌转移1例,1例来源不明。
1.2 方法
1.2.1 仪器及扫描参数 采用美国GE公司 Signa EXCITE HD 3.0T超导型MR扫描仪,对30例患者分别行常规MRI平扫、多体素化学位移成像(chemical shift imaging,CSI)MRS检查、MR增强扫描。常规MRI平扫时使用标准正交头线圈,取仰卧位,以快速自旋回波(fast spin echo,FSE)序列进行头部横断位的T1加权像(T1 weighted imaging,T1WI)及横断、矢状和冠状位的T2加权像(T2 weighted imaging,T2WI)扫描。T2WI是重要序列,要求横断、矢状和冠状位三个方向的扫描互相垂直,采用重复时间(repetition time,TR)4000 ms,回波时间(echo time,TE)104 ms,视野(field of view,FOV)18 cm,矩阵512×336,层间隔1 mm,层厚5 mm。MRS检查以T2WI图像作为波谱定位像,采用2D多体素点解析波谱序列(point-resolved selective spectroscopy,PRESS),扫描参数:TR1000 ms,TE144 ms,层间隔2 mm,层厚10 mm,FOV 16 cm,矩阵16×16,成像时间260 s;感兴趣区(region of interest,ROI)尽可能涵盖肿瘤实质、坏死区、水肿区以及对侧正常脑组织,避开骨骼、脂肪以及含气结构等;扫描周边加用饱和带以避免其他组织的干扰,扫描前均进行匀场、抑水,保证基线平稳,数据准确,匀场要求水共振峰的半高线宽(FWHM)<10 Hz,自动匀场水抑制效果>98%。采集完CSI数据后静脉注射钆喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA),采用FSE T1WI序列扫描横断、矢状、冠状图像,并与T2WI的层面保持一致。
1.2.2 图像后处理 所得1H-MRS数据在GE ADW4.2工作站采用Functool3.1软件包进行后处理,分别测定瘤体区(平扫T1WI低信号,T2WI高信号,增强后无明显强化或者强化的区域,同时排除囊变坏死区)、瘤体周围水肿区(肿瘤常规影像学边缘区,平扫T1WI低信号,T2WI高信号,FLAIR上信号高于病灶实质,无明显强化)及对侧正常脑组织或同侧远离病灶区域(平扫和增强都未见异常信号)的各代谢物值及Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr等比值,重建出化学位移伪彩图,计算每个主峰曲线下面积。
1.3 统计学处理 本研究数据为计量资料,全组数据资料采用SPSS13.0软件进行处理,首先对所有数据进行正态性分布和方差齐性检验,两组数据比较采用t检验,所有统计结果以x±s形式表示。P<0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 高级别脑胶质瘤及脑转移瘤的MR表现 17例高级别胶质瘤中(Ⅲ-Ⅳ级胶质瘤),平扫表现为大片状长T1、长T2信号,边界欠清楚,瘤周水肿较明显,增强扫描表现为花环或不规则状强化,3例表现为较均匀强化。13例脑转移瘤平扫呈长T1、长T2信号,瘤周均表现为大片状水肿,增强后8例表现为环状强化,其余表现为团块状强化。
2.2 脑高级别胶质瘤及脑转移瘤的1H-MRS表现
2.2.1 高级别胶质瘤的1H-MRS表现 17例肿瘤瘤体实质部分区域Cho/Cr、Cho/NAA比值均较健侧区域明显升高,而NAA/Cr比值降低(图2)。明显升高的脂质(Lip)峰及Lac峰在高级别胶质瘤的实质和坏死区域中均可显示(图2A),瘤周水肿区域可见异常波谱(图2B)。8例病灶实质区发现Lac峰;除1例胶质母细胞瘤外,其余16例高级别胶质瘤均显示Lip峰。瘤周水肿区域可见异常波谱,近侧可见明显异常波谱,至远侧Cho逐渐降低,NAA值、Cr值逐渐升高,直至成为正常谱线。瘤体及瘤周区波谱定位图见图2C。
2.2.2 脑转移瘤1H-MRS表现 13例肿瘤瘤体实质区Cho/Cr、Cho/NAA比值均较健侧区域升高,而NAA/Cr比值降低(见图2A),8例见Lac峰升高,7例Lip峰升高;瘤周近侧水肿区域未见异常波谱(图2B)。瘤体及瘤周区波谱定位图见图2C。
2.3 高级别脑胶质瘤与脑转移瘤代谢物比值及结果比较 高级别胶质瘤与脑转移瘤瘤体区、瘤周区各代谢物比值结果以(x±s)形式表示(见表1);全组资料采用SPSS13.0软件进行处理(P<0.05表示差异有统计学意义)。其中两组肿瘤瘤体区Cho/NAA值比较差异有统计学意义(P<0.05),而Cho/Cr、NAA/Cr值分别比较均无统计学意义(P>0.05),而瘤周区Cho/Cr、Cho/NAA值比较有统计学意义(P<0.05),NAA/Cr值比较无统计学意义(P>0.05),P值结果见表2。
表1
两组肿瘤的瘤体区、瘤周区各代谢物比值(x±s)
组别Cho/CrCho/NAANAA/Cr
高级别胶质瘤瘤体区4.148±1.6724.166±2.9411.548±1.156
瘤周区2.058±0.5501.659±0.8551.077±0.433
脑转移瘤瘤体区3.831±1.7622.194±1.2952.008±0.789
瘤周区1.132±0.2360.907±0.3751.405±0.455
表2
两组肿瘤瘤体区、瘤周区各代谢物比值
两两比较(P值)
变量Cho/CrCho/NAANAA/Cr
瘤体区0.63580.03550.2422
瘤周区0.00010.01930.1458
3 讨论
近年来多体素氢质子核磁共振波谱对脑肿瘤的诊断和鉴别诊断已经在临床得到广泛应用,对于高级别胶质瘤与脑转移瘤的鉴别诊断具有非常重要的价值,尤其在转移瘤单发或胶质瘤多发而临床表现和病史又不能提供鉴别,单靠常规CT及MR图像难以作出正确诊断时更具有重要意义。颅内肿瘤的常见代谢物有N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱(Cho)、肌酸(Cr)、乳酸(Lac)、 脂质(Lip)、肌醇(myoinositol,MI)等。目前波谱检查技术包括单体素波谱(single voxelspectroscopy)、多体素波谱(multi-voxel spectroscopy),后者又分为二维MRS和三维MRS,即化学位移成像(CSI)。MRS常用序列是点分辨波谱分析法(PRESS)和激励回波探测法(STEAM)。PRESS用于长回波时间TE(135-270 ms),可获得长T2物质的波谱(如NAA、Cr、Cho、Lac等),对运动不敏感,基线稳定,信噪比(SNR)亦比STEAM要高,而且易于定量[2]。由于本研究观测的主要代谢物大都是长T2物质,所以本研究采用PRESS序列。多体素MRS可了解肿瘤的实质部位、瘤周水肿区及肿瘤周围信号正常区域等部位的代谢变化,可提供多个兴趣区的代谢信息,更加便于对高级别胶质瘤和转移瘤二者的鉴别,还可进一步确定病灶的边缘,利于手术和放疗时尽量减少对正常脑组织的损伤。3.0T MRS较1.5TMRS最明显的优势是信噪比(SNR)可提高23%~46%,信号采集时间明显缩短,波谱分辨率更高,基线更加稳定[3]。并可发现1.5T MRS未能检出的某些具有重要意义的代谢物峰,可设定较小体素,更能确切反映体素内组织代谢情况,改善波谱空间分辨率。体积小于1.0 cm3(1.5T核磁共振波谱体素的上限)的体素在不增加检查时间的情况下,仍可获得足够的信噪比,从而克服了匀场、水抑制及快速空间编码上的技术障碍。Inoue[4]等曾报道一例发生在右顶枕叶大脑深层白质内直径小于15 mm的胶质瘤,用3.0TMRS能够检出,而1.5TMRS未能测出。因此,超高场强MR成像系统将提高MRS在脑肿瘤诊断中的应用价值。
3.1 高级别胶质瘤与脑转移瘤肿瘤强化区1H-MRS表现 高级别胶质瘤为颅内较常见的肿瘤,是由肿瘤性星形细胞、少突胶质细胞、室管膜细胞或者脉络膜细胞产生的。高级别胶质瘤其典型的波谱为NAA峰显著下降,Cr峰中等下降和Cho峰明显升高。脑转移瘤没有星形细胞或神经元,主要表现为NAA峰缺乏,Cho明显增高,Cr下降或消失,Cho/Cr比值升高,可出现Lac峰和Lip峰。尽管颅内肿瘤的1H-MRS研究揭示了几乎所有肿瘤与正常脑组织波谱表现均存在差异,但这些差异在不同的肿瘤之间缺乏特征性[5]。本研究中高级别胶质瘤与脑转移瘤瘤体实质区Cho/Cr 值分别为(4.148±1.672)、(3.831±1.762),NAA/Cr值分别为(1.548±1.156)、(2.008±0.789),两者Cho/Cr、NAA/Cr比值比较无统计学意义,而Cho/NAA值分别为(4.166±2.941)、(2.194±1.295),两者比较差异有统计学意义,这可能与转移瘤神经元缺乏有关。有文献[6]报道脑转移瘤与高级别胶质瘤组相比,Cho/Cr、NAA/Cr值比较差异无统计学意义,并认为恶性程度较高的肿瘤,其波谱表现相似。与本研究结果相符。Lac是能量代谢低能通路-葡萄糖无氧酵解的终产物,常见于肿瘤增长过快。Lip常见于肿瘤坏死、脂质析出,而恶性肿瘤更容易发生坏死,故使其成为较有意义的鉴别肿瘤良恶性的指标。本文在17例高级别胶质瘤中发现Lac峰8例,16例显示Lip峰,可见Lip峰是最具鉴别诊断意义指标,若出现即高度提示恶性肿瘤。本组脑转移瘤中转移灶较小者,无Lip峰,而Lac峰出现时,病灶明显增大。
3.2 脑胶质瘤与脑转移瘤瘤周水肿发生机制及代谢物比较 脑胶质瘤、转移瘤瘤周水肿的发生机理较复杂,一般认为其均为血管源性水肿。局部侵袭是脑胶质瘤的一个显著特征,胶质瘤内肿瘤新生血管血脑屏障(BBB)不完整,其程度与病理分级有关,肿瘤侵袭范围与瘤周水肿程度相一致[7]。转移瘤血管属有窗性血管,与起源组织血管相同,不具血脑屏障,是脑水肿形成的基础。本文研究中高级别胶质瘤与脑转移瘤瘤周区Cho/Cr值分别为(2.058±0.550)、(1.132 ±0.236),NAA/Cr值分别为(1.077±0.433)、(1.405±0.455),Cho/Cr、NAA/Cr值分别比较差异有统计学意义。Law [8]等研究发现胶质瘤瘤周水肿Cho值升高,常规MRI图像上表现正常的肿瘤周围无水肿区域脑组织也存在病理性波谱,但转移瘤则不然,二者Cho/Cr值差异有统计学意义。Smith[7]等亦认为脑转移瘤和星形细胞瘤的区别在于转移瘤有清楚的边界,瘤体邻近的组织在波谱上无明显异常表现,胶质瘤在强化区域以外可以显示异常的波谱。本文研究亦发现高级别胶质瘤瘤周水肿区出现异常波谱,而在脑转移瘤水肿区未出现异常波谱,与以上研究观点一致。
总之,H-MRS为研究活体生化、能量代谢提供了一种全新的、无创的方法,当脑高级别胶质瘤与脑转移瘤在常规MR检查中鉴别诊断困难时,行多体素波谱检查可对二者作出较为准确的鉴别诊断,为临床治疗提供更多独特的信息。
图1 男,30岁,右额叶胶质母细胞瘤。 A 瘤体区单个体素的谱线图,表现为高耸的Cho峰,明显降低的Cr峰,明显升高的Lip峰;B 瘤周区单个体素谱线图,表现为异常波谱;C 右额叶胶质母细胞瘤波谱定位图。
图2 男 64岁 肺癌脑转移瘤。A瘤体区单个体素谱线图,Cho峰明显升高,NAA峰明显降低,可见 Lip峰;B 瘤周区单个体素的谱线图,表现为正常波谱;C 脑转移瘤波谱定位图
参考文献
[1] McKnight TR.Proton magnetic resonance spectroscopic evaluation of brain tumor.Metabolism Semin Oncol,2004,31:605-617.
[2] Martin RC,Sawrie S,Hugg J,et al.Cognitive correlates of 1H MRSI-detected hippocampal abnormalities in temporal Lobe epilepsy.Neurology,1999,53(11):2052-2058.
[3] Gonen O,Gruber S,Li BS.Multivoxel 3D proton spectroscopy in the brain at 1.5T versus 3.0T:Signal-to-noise ratio and resolution comparison.AJNR,2001,22(9),1727-1731.
[4] Inoue T,Ogasawara K,Kumabe T,et al.Minute glioma identified by 3.0 Tesla magnetic resonance spectroscopy-case report.Neurol Med Chir,2005,45(2):108-111.
[5] Kienlin M,Ziegler A,FurY,etal.2D-spatial/2D-spectral spectroscopic imaging of intracerebral gliomas in rat brain.Mag Res Med,2000,43:211.
[6] 陈增爱,耿道颖,沈天真.质子磁共振波谱对脑肿瘤的鉴别诊断价值.中国医学计算机成像杂志,2001,7:217.
[7] 林志雄,张鹏飞,江常震,等.人脑胶质瘤侵袭微生态系统的形态学观察.解剖学报,2002,33(4):355-359.
[8] Law M,Cha S,Knopp EA,et al.High-grade gliomas and solitary metastases:differentiation by using perfusion and proton spectroscopic MR imaging.Radiology,2002,222(3):715-721.
[9] Smith JK,Castillo M,Kwock L.MR spectroscopy of brain tumors.Magn Reson Imaging Clin North Am,2003,11(3):415-429.
【关键词】质子磁共振波谱;颅内肿瘤;多体素;鉴别诊断
Comparative study of high-grade gliomas and brain metasmses with multivoxel proton magnetic resonance spectroscopy
WANG Yan-bing,XU Rui,ZHANG Tong.Department of Radiology,The People,s Hospital of Rizhao,Shandong 276826,China
【Abstract】 Objective To investigate the value in MR spectrum in differentialdiagnosis between high grade gliomas and metastases.Methods 30 cases of patients who confirmed by histopathologic findings or clinical follow-up were collected.Using a GE Signa EXCITE HD 3.0T super conduct MR unit,all the cases of patients were performed conventional MR scan and mutlti-voxel with 2-D mutlti-voxel PRESS 144 ms.Functool software was used for post-processing of spectrum.The ratios of NAA/Cr,NAA/Cho,Cho/Cr were measured in the solid part of masses,circum of tumors and contralateral parenchyma respectively.The result was used as the statistical method by SPSS13.0 software.Results In the solid part of masses,there were significant differences between high grade gliomas and metastases in the ratios of Cho/NAA(P<0.05),but no differences in the ratios of Cho/Cr,NAA/Cr;In peritumoral edema,there were significant differences in the ratios of Cho/Cr,Cho/NAA(P<0.05),but no significant differences in the ratios of NAA/Cr(P<0.05).Conclusion 1H-MRS is very important and useful in the evaluation of differentialdiagnosis between high grade gliomas and metastases.The inspections of the ratios of Cho/Cr,Cho/NAA of gliomas and metastases peritumoral edema are important methods,especially for solitary metastases.
【Key words】
1H-magnetic resonance spectroscopy; Gliomas; Multivoxel; Differential diagnosis
高级别胶质瘤和脑转移瘤是颅内较常见的脑肿瘤,CT和常规MRI是检查二者的主要方法,但对于二者的鉴别诊断有一定的难度,尤其对于转移瘤单发或胶质瘤多发的患者就更难以鉴别。核磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)是一种利用磁共振化学位移现象来测定人体内部器官及组织代谢、生理生化改变的定量分析方法[1],可用于观察颅内肿瘤的生化和代谢物的变化。本文通过3.0T MR仪进行多体素1H-MRS分析高级别脑胶质瘤和转移瘤瘤体及瘤周代谢物的成分及变化,探讨多体素1H-MRS在高级别脑胶质瘤与脑转移瘤中诊断及鉴别诊断的临床应用价值。
1 资料与方法
1.1临床资料 选取青岛市立医院及日照市人民医院自2006年8月至2009年12月临床资料齐全、经手术病理或临床确诊的30例脑肿瘤患者,其中高级别胶质瘤患者17例(参照WHO 2007年分级标准,间变型星形细胞瘤6例,胶质母细胞瘤9例,髓母细胞瘤1例,大脑胶质瘤病1例),男11例,女6例,年龄35~69岁,平均46.2岁;脑转移瘤患者13例,年龄41~76岁,平均59.5岁,其中肺癌转移9例,乳腺癌转移2例,结肠癌转移1例,1例来源不明。
1.2 方法
1.2.1 仪器及扫描参数 采用美国GE公司 Signa EXCITE HD 3.0T超导型MR扫描仪,对30例患者分别行常规MRI平扫、多体素化学位移成像(chemical shift imaging,CSI)MRS检查、MR增强扫描。常规MRI平扫时使用标准正交头线圈,取仰卧位,以快速自旋回波(fast spin echo,FSE)序列进行头部横断位的T1加权像(T1 weighted imaging,T1WI)及横断、矢状和冠状位的T2加权像(T2 weighted imaging,T2WI)扫描。T2WI是重要序列,要求横断、矢状和冠状位三个方向的扫描互相垂直,采用重复时间(repetition time,TR)4000 ms,回波时间(echo time,TE)104 ms,视野(field of view,FOV)18 cm,矩阵512×336,层间隔1 mm,层厚5 mm。MRS检查以T2WI图像作为波谱定位像,采用2D多体素点解析波谱序列(point-resolved selective spectroscopy,PRESS),扫描参数:TR1000 ms,TE144 ms,层间隔2 mm,层厚10 mm,FOV 16 cm,矩阵16×16,成像时间260 s;感兴趣区(region of interest,ROI)尽可能涵盖肿瘤实质、坏死区、水肿区以及对侧正常脑组织,避开骨骼、脂肪以及含气结构等;扫描周边加用饱和带以避免其他组织的干扰,扫描前均进行匀场、抑水,保证基线平稳,数据准确,匀场要求水共振峰的半高线宽(FWHM)<10 Hz,自动匀场水抑制效果>98%。采集完CSI数据后静脉注射钆喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA),采用FSE T1WI序列扫描横断、矢状、冠状图像,并与T2WI的层面保持一致。
1.2.2 图像后处理 所得1H-MRS数据在GE ADW4.2工作站采用Functool3.1软件包进行后处理,分别测定瘤体区(平扫T1WI低信号,T2WI高信号,增强后无明显强化或者强化的区域,同时排除囊变坏死区)、瘤体周围水肿区(肿瘤常规影像学边缘区,平扫T1WI低信号,T2WI高信号,FLAIR上信号高于病灶实质,无明显强化)及对侧正常脑组织或同侧远离病灶区域(平扫和增强都未见异常信号)的各代谢物值及Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr等比值,重建出化学位移伪彩图,计算每个主峰曲线下面积。
1.3 统计学处理 本研究数据为计量资料,全组数据资料采用SPSS13.0软件进行处理,首先对所有数据进行正态性分布和方差齐性检验,两组数据比较采用t检验,所有统计结果以x±s形式表示。P<0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 高级别脑胶质瘤及脑转移瘤的MR表现 17例高级别胶质瘤中(Ⅲ-Ⅳ级胶质瘤),平扫表现为大片状长T1、长T2信号,边界欠清楚,瘤周水肿较明显,增强扫描表现为花环或不规则状强化,3例表现为较均匀强化。13例脑转移瘤平扫呈长T1、长T2信号,瘤周均表现为大片状水肿,增强后8例表现为环状强化,其余表现为团块状强化。
2.2 脑高级别胶质瘤及脑转移瘤的1H-MRS表现
2.2.1 高级别胶质瘤的1H-MRS表现 17例肿瘤瘤体实质部分区域Cho/Cr、Cho/NAA比值均较健侧区域明显升高,而NAA/Cr比值降低(图2)。明显升高的脂质(Lip)峰及Lac峰在高级别胶质瘤的实质和坏死区域中均可显示(图2A),瘤周水肿区域可见异常波谱(图2B)。8例病灶实质区发现Lac峰;除1例胶质母细胞瘤外,其余16例高级别胶质瘤均显示Lip峰。瘤周水肿区域可见异常波谱,近侧可见明显异常波谱,至远侧Cho逐渐降低,NAA值、Cr值逐渐升高,直至成为正常谱线。瘤体及瘤周区波谱定位图见图2C。
2.2.2 脑转移瘤1H-MRS表现 13例肿瘤瘤体实质区Cho/Cr、Cho/NAA比值均较健侧区域升高,而NAA/Cr比值降低(见图2A),8例见Lac峰升高,7例Lip峰升高;瘤周近侧水肿区域未见异常波谱(图2B)。瘤体及瘤周区波谱定位图见图2C。
2.3 高级别脑胶质瘤与脑转移瘤代谢物比值及结果比较 高级别胶质瘤与脑转移瘤瘤体区、瘤周区各代谢物比值结果以(x±s)形式表示(见表1);全组资料采用SPSS13.0软件进行处理(P<0.05表示差异有统计学意义)。其中两组肿瘤瘤体区Cho/NAA值比较差异有统计学意义(P<0.05),而Cho/Cr、NAA/Cr值分别比较均无统计学意义(P>0.05),而瘤周区Cho/Cr、Cho/NAA值比较有统计学意义(P<0.05),NAA/Cr值比较无统计学意义(P>0.05),P值结果见表2。
表1
两组肿瘤的瘤体区、瘤周区各代谢物比值(x±s)
组别Cho/CrCho/NAANAA/Cr
高级别胶质瘤瘤体区4.148±1.6724.166±2.9411.548±1.156
瘤周区2.058±0.5501.659±0.8551.077±0.433
脑转移瘤瘤体区3.831±1.7622.194±1.2952.008±0.789
瘤周区1.132±0.2360.907±0.3751.405±0.455
表2
两组肿瘤瘤体区、瘤周区各代谢物比值
两两比较(P值)
变量Cho/CrCho/NAANAA/Cr
瘤体区0.63580.03550.2422
瘤周区0.00010.01930.1458
3 讨论
近年来多体素氢质子核磁共振波谱对脑肿瘤的诊断和鉴别诊断已经在临床得到广泛应用,对于高级别胶质瘤与脑转移瘤的鉴别诊断具有非常重要的价值,尤其在转移瘤单发或胶质瘤多发而临床表现和病史又不能提供鉴别,单靠常规CT及MR图像难以作出正确诊断时更具有重要意义。颅内肿瘤的常见代谢物有N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱(Cho)、肌酸(Cr)、乳酸(Lac)、 脂质(Lip)、肌醇(myoinositol,MI)等。目前波谱检查技术包括单体素波谱(single voxelspectroscopy)、多体素波谱(multi-voxel spectroscopy),后者又分为二维MRS和三维MRS,即化学位移成像(CSI)。MRS常用序列是点分辨波谱分析法(PRESS)和激励回波探测法(STEAM)。PRESS用于长回波时间TE(135-270 ms),可获得长T2物质的波谱(如NAA、Cr、Cho、Lac等),对运动不敏感,基线稳定,信噪比(SNR)亦比STEAM要高,而且易于定量[2]。由于本研究观测的主要代谢物大都是长T2物质,所以本研究采用PRESS序列。多体素MRS可了解肿瘤的实质部位、瘤周水肿区及肿瘤周围信号正常区域等部位的代谢变化,可提供多个兴趣区的代谢信息,更加便于对高级别胶质瘤和转移瘤二者的鉴别,还可进一步确定病灶的边缘,利于手术和放疗时尽量减少对正常脑组织的损伤。3.0T MRS较1.5TMRS最明显的优势是信噪比(SNR)可提高23%~46%,信号采集时间明显缩短,波谱分辨率更高,基线更加稳定[3]。并可发现1.5T MRS未能检出的某些具有重要意义的代谢物峰,可设定较小体素,更能确切反映体素内组织代谢情况,改善波谱空间分辨率。体积小于1.0 cm3(1.5T核磁共振波谱体素的上限)的体素在不增加检查时间的情况下,仍可获得足够的信噪比,从而克服了匀场、水抑制及快速空间编码上的技术障碍。Inoue[4]等曾报道一例发生在右顶枕叶大脑深层白质内直径小于15 mm的胶质瘤,用3.0TMRS能够检出,而1.5TMRS未能测出。因此,超高场强MR成像系统将提高MRS在脑肿瘤诊断中的应用价值。
3.1 高级别胶质瘤与脑转移瘤肿瘤强化区1H-MRS表现 高级别胶质瘤为颅内较常见的肿瘤,是由肿瘤性星形细胞、少突胶质细胞、室管膜细胞或者脉络膜细胞产生的。高级别胶质瘤其典型的波谱为NAA峰显著下降,Cr峰中等下降和Cho峰明显升高。脑转移瘤没有星形细胞或神经元,主要表现为NAA峰缺乏,Cho明显增高,Cr下降或消失,Cho/Cr比值升高,可出现Lac峰和Lip峰。尽管颅内肿瘤的1H-MRS研究揭示了几乎所有肿瘤与正常脑组织波谱表现均存在差异,但这些差异在不同的肿瘤之间缺乏特征性[5]。本研究中高级别胶质瘤与脑转移瘤瘤体实质区Cho/Cr 值分别为(4.148±1.672)、(3.831±1.762),NAA/Cr值分别为(1.548±1.156)、(2.008±0.789),两者Cho/Cr、NAA/Cr比值比较无统计学意义,而Cho/NAA值分别为(4.166±2.941)、(2.194±1.295),两者比较差异有统计学意义,这可能与转移瘤神经元缺乏有关。有文献[6]报道脑转移瘤与高级别胶质瘤组相比,Cho/Cr、NAA/Cr值比较差异无统计学意义,并认为恶性程度较高的肿瘤,其波谱表现相似。与本研究结果相符。Lac是能量代谢低能通路-葡萄糖无氧酵解的终产物,常见于肿瘤增长过快。Lip常见于肿瘤坏死、脂质析出,而恶性肿瘤更容易发生坏死,故使其成为较有意义的鉴别肿瘤良恶性的指标。本文在17例高级别胶质瘤中发现Lac峰8例,16例显示Lip峰,可见Lip峰是最具鉴别诊断意义指标,若出现即高度提示恶性肿瘤。本组脑转移瘤中转移灶较小者,无Lip峰,而Lac峰出现时,病灶明显增大。
3.2 脑胶质瘤与脑转移瘤瘤周水肿发生机制及代谢物比较 脑胶质瘤、转移瘤瘤周水肿的发生机理较复杂,一般认为其均为血管源性水肿。局部侵袭是脑胶质瘤的一个显著特征,胶质瘤内肿瘤新生血管血脑屏障(BBB)不完整,其程度与病理分级有关,肿瘤侵袭范围与瘤周水肿程度相一致[7]。转移瘤血管属有窗性血管,与起源组织血管相同,不具血脑屏障,是脑水肿形成的基础。本文研究中高级别胶质瘤与脑转移瘤瘤周区Cho/Cr值分别为(2.058±0.550)、(1.132 ±0.236),NAA/Cr值分别为(1.077±0.433)、(1.405±0.455),Cho/Cr、NAA/Cr值分别比较差异有统计学意义。Law [8]等研究发现胶质瘤瘤周水肿Cho值升高,常规MRI图像上表现正常的肿瘤周围无水肿区域脑组织也存在病理性波谱,但转移瘤则不然,二者Cho/Cr值差异有统计学意义。Smith[7]等亦认为脑转移瘤和星形细胞瘤的区别在于转移瘤有清楚的边界,瘤体邻近的组织在波谱上无明显异常表现,胶质瘤在强化区域以外可以显示异常的波谱。本文研究亦发现高级别胶质瘤瘤周水肿区出现异常波谱,而在脑转移瘤水肿区未出现异常波谱,与以上研究观点一致。
总之,H-MRS为研究活体生化、能量代谢提供了一种全新的、无创的方法,当脑高级别胶质瘤与脑转移瘤在常规MR检查中鉴别诊断困难时,行多体素波谱检查可对二者作出较为准确的鉴别诊断,为临床治疗提供更多独特的信息。
图1 男,30岁,右额叶胶质母细胞瘤。 A 瘤体区单个体素的谱线图,表现为高耸的Cho峰,明显降低的Cr峰,明显升高的Lip峰;B 瘤周区单个体素谱线图,表现为异常波谱;C 右额叶胶质母细胞瘤波谱定位图。
图2 男 64岁 肺癌脑转移瘤。A瘤体区单个体素谱线图,Cho峰明显升高,NAA峰明显降低,可见 Lip峰;B 瘤周区单个体素的谱线图,表现为正常波谱;C 脑转移瘤波谱定位图
参考文献
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