磁共振波譜技術及其在診斷乳腺腫物中的臨床應用價值

朱鳳婷(綜述)，謝傳淼(審校)

(華南腫瘤國家重點實驗室，中山大學腫瘤防治中心影像介入中心，廣州510060)

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)已作為醫(yī)學影像學的核心技術之一，經(jīng)過20多年的臨床應用，到現(xiàn)在還有很大的發(fā)展空間，各項新的技術層出不窮，磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)技術也在這種形勢下應運而生。MRS技術是一種表現(xiàn)活體內(nèi)生化信息及代謝狀態(tài)的無創(chuàng)技術。應用MRS技術對人類腫瘤進行研究，近年來已有相當多的報道。現(xiàn)主要介紹磁共振波譜技術在乳腺腫物診斷中的作用。

1 MRS的基本情況介紹

1.1 MRS的成像原理 MRS跟MRI的基本原理一樣，都是在遵循Larmor定律的基礎上的成像技術。由于具有奇數(shù)核子的不同原子核(如1H、31P、13C等)各自有不同的旋磁比，因而在外加靜磁場中進動的頻率不同［1］。在特定的靜磁場中，1H、31P、13C 等原子核所發(fā)射的電磁波會顯示在完全不同的頻率段上，容易區(qū)分。1947年Proctor指出如果改變特定的化學環(huán)境，可使某些原子核在Larmor共振頻率的基礎上產(chǎn)生輕微的偏移，這種現(xiàn)象被稱之為“化學位移”。即處于相同的外界環(huán)境中，同一種原子的原子核結合在不同的分子結構中，其進動頻率是有差別的?！盎瘜W位移”是MRS成像的基礎，正是由于不同化合物存在著頻率差異性，MRS才有把各種化合物逐一分辨的可能?？偟膩碚f，MRS就是利用磁共振現(xiàn)象和“化學位移”作用對特定原子核及其化合物進行分析。

1.2 MRS的譜線分析 MRS在信號的激發(fā)、空間定位、探測采集等技術上與MRI相類似，但各自的表現(xiàn)形式不同，MRS將按時間域分布函數(shù)轉變成按頻率域分布的譜線［1］。橫軸表示“化學位移”即頻率，所探測到的化合物表現(xiàn)為在一個或幾個特定頻率上的峰，根據(jù)不同化合物在MRS上峰的位置不同，因此能用不同共振頻率表示不同類型的化合物。縱軸顯示的是化合物的信號強度，峰下面積和峰的高度與該化合物的濃度呈正比，反映化合物濃度，可用作定量分析?；衔镒畲蠓宓母咭话胩幍淖V線寬度稱為線寬，受外加磁場、樣本本身、橫向弛豫時間T2影響，如果樣品不純或磁場不均勻，波峰增寬，橫向弛豫T2越長線寬越窄。

1.3 MRS的常用種類及臨床應用 醫(yī)學領域上能使用波譜分析的原子核有1H、31P、13C、23Na、19F 等，其中31P-MRS是最早應用于人體的波譜技術。含磷化合物(如PCr、ATP、及Pi)參與細胞能量代謝與生物膜有關的磷脂代謝，31P譜被廣泛應用于研究組織能量代謝和生化改變，但31P自然豐度低，31P-MRS敏感度僅為1H-MRS的6.6%，掃描時需要特殊的配置，因此在臨床的應用受到相當大的限制。

目前臨床最常用的是1H-MRS。1H與其他質子相比，組織豐度高且具有高磁場敏感性［2］，對于因磁場不均勻導致波峰扭曲、波譜質量降低、產(chǎn)生的干擾等，通過勻場可獲得較好解決，具有很高的實用價值。

1.41H-MRS1H-MRS可評價代謝介質包括:NAA(N-乙酰天冬氨酸)、Cho(膽堿化合物)，Cre(肌酸/磷酸肌酸)、mI(肌醇，僅在短TE序列可見)，Glx(谷氨酸類化合物，僅在短TE序列可見)及Lac(乳酸)。正常的代謝介質在1H-MRS譜線上都有對應的頻譜值，如果出現(xiàn)值的升高或下降都有可能是代謝的異常所引起的，臨床醫(yī)師就可以根據(jù)頻譜曲線的變化，結合患者的癥狀進行正確的診斷。

2 1H-MRS在判斷乳腺腫物中的應用及優(yōu)勢

2.11H-MRS曲線中NAA與Lac在判斷乳腺腫物中的意義 NAA主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元和前突觸細胞中，免疫細胞化學方法及其他方法均證明NAA為神經(jīng)元特有的物質并均勻分布于大腦，故被認為是神經(jīng)元的標志物，NAA在其他系統(tǒng)中的功能尚不明確。文獻中無相關數(shù)據(jù)證實其與乳腺病變有統(tǒng)計學關系，故在此不作討論。

Lac是無氧酵解的終產(chǎn)物，如果Lac增加說明糖酵解增加，其含量反映了在無氧酵解中產(chǎn)生的主要代謝產(chǎn)物及能量交換，含量升高常代表腫瘤生長旺盛，含量多的往往預后比較差。有報道Lac的含量與腫瘤惡性程度有關［3］，但乳酸含量與腫瘤病理分類相關性尚無具體的文獻報道。另外，在感染的情況下，炎性細胞的功能活躍可致乳酸含量增高，伴隨著疾病的治愈，乳酸將消失或明顯降低［4］，對于乳酸在乳腺病變中的定量分析價值，有待進一步的實驗研究證明。

2.2 乳腺1H-MRS曲線中Cho峰與Cre峰的意義乳腺1H-MRS中最有測量價值的是組織內(nèi)Cho的含量［5］。1H-MRS中的膽堿化合物是細胞膜磷脂代謝的成分之一，其含量反映了細胞膜的合成、分解及運轉。作為活性代謝物而存在的游離膽堿濃度很低，因此膽堿含量升高反映腫瘤細胞膜的轉換和細胞增殖的增加［6］。正常乳腺細胞向乳腺癌的轉變過程中，其膽堿復合物的濃度是逐步增高的。由于乳腺癌細胞生長加速，其膽堿代謝也呈現(xiàn)明顯升高勢態(tài)，乳腺癌細胞中的磷酸膽堿的濃度為正常乳腺上皮細胞的10倍［4］。因此，在乳腺癌的1H-MRS中，在Cho峰上有明顯的增高。

姜宗先等［7］和萬衛(wèi)平等［8］研究分析中得出結論:乳腺腫瘤的1H-MRS波形與非腫瘤性病變及正常組織的MRS波形明顯不同，可通過觀察將兩者區(qū)分開來，其敏感性及特異性均有一定的診斷價值。良惡性腫瘤間，不同代謝產(chǎn)物的波峰積分面積比較得出。乳腺的正常及良性病變組織由于大量脂肪成分的參與，在Cho及Cre峰之間形成一寬大的、高低不等的、無定量價值的“M”型波峰［9］，而良惡性腫瘤的像素區(qū)內(nèi)均為較單一的腫瘤成分，可得到較理想的腫瘤的MRS波形。通過觀察MRS波形，大致可將乳腺的腫瘤性病變與良性病變或正常組織區(qū)分開來，在臨床應用中非常簡單明了。惡性腫瘤的膽堿化合物含量明顯高于良性病變，而通過觀察“M”型波峰中的Cre峰，能在一定程度上幫助診斷腫瘤的良惡性質。由此可見，Cho及Cre含量的高低，可能有助于良惡性腫瘤間的鑒別。

2.3 造影劑對1H-MRS曲線的影響 在MRS的應用中，操作者通常認為在注射順磁性造影劑(如釓劑)后對病灶進行定位更為準確，然而釓劑在MRS中所產(chǎn)生的化學偏移現(xiàn)象應得到重視。造影劑會增加組織的磁敏感性，影響質子的弛豫時間，從而增加波譜的帶寬，降低膽堿峰值的水平。據(jù)報道［10］，在常規(guī)釓劑增強前與增強后10 min內(nèi)作比較，水質子波譜帶寬增加了20%，膽堿波峰降低了10%。另一項研究表明［11］，釓劑注射后膽堿波譜寬度增加了15%，峰值幅度降低了17%。這證明了對比劑的應用會影響MRS的評價效能，所以在需要通過增強掃描才能確定MRS檢查部位的病例中，應該在增強后盡量延后MRS的檢查時間，從而降低造影劑引起的波譜偏移，建議在增強前進行MRS檢查［3］。

3 MRS在乳腺成像中的局限性及影響因素

乳腺MRS成像中，病灶與皮膚、胸壁的關系，場強、射頻場均勻性，以及應用對比劑在內(nèi)的很多因素［12］均可對MRS產(chǎn)生影響，其中病灶大小的影響最為明顯。若腫瘤體積 ＜1.0 cm3［13］，乳腺波譜在定量研究定位時，很難避免將脂肪組織包含在內(nèi)，其MRS波型測量值極易受瘤周腺體內(nèi)的脂肪的影響。有文獻指出，＜2.5 cm的病灶，1H-MRS靈敏度為72%，2.5～4.9 cm 的病灶靈敏度為90%，≥5.0 cm 的病灶靈敏度為100%［14］。病變分布不均(伴有出血、壞死、液化及鈣化等)、定位選擇不當?shù)染捎绊慚RS測量的結果。

盡管膽堿化合物對乳腺癌的診斷具有特異性，但MRS中的Cho峰值在乳腺實質代謝增高的生理狀態(tài)(如哺乳期等)下也可測得，正常乳腺組織水分也會隨著月經(jīng)周期的改變而變化，容易造成數(shù)據(jù)的假陽性及假陰性。

4 小結

正是由于測量范圍內(nèi)病灶組織成分的差異以及女性生理期的代謝變化等因素［15］，目前1H-MRS尚未能單獨作為診斷指標廣泛應用。通過多種MR技術的聯(lián)合使用能提高乳腺癌診斷的準確率，單獨使用平掃MRI，確診率為81.0%，平掃及增強 MRI，準確率為92.9%，結合MRS，對乳腺癌的確診率可達97.6%［8］?？梢奙RS對MRI在乳腺病變的診斷與鑒別診斷中的輔助作用不可低估。一方面，MRS檢查能減少不必要的活檢，能減輕患者心理負擔;另一方面，由于MRS的無創(chuàng)性和無射線損害，為反復檢查以監(jiān)測放化療效果提供必要的影像支持。

［1］楊正漢，馮逢，王霄英.磁共振成像技術指南檢查規(guī)范、臨床策略及新技術應用［J］.北京:人民軍醫(yī)出版社，2010:333.

［2］Castillo M，Kwock L，Uldlezji SK，et al.Clinical applications of proton MR spectroscopy［J］.AJNR，1996，17(1):1-15.

［3］吳亞平，葛玲玉.乳腺癌1H-MRS最新研究和臨床應用進展［J］.國際醫(yī)學放射學雜志，2010，33(6):515-519.

［4］Barbara AH，Stephen A，George YL，et al.Proton MR spectroscopy after acute central nervous system injury:outcome prediction in neonates infants and children［J］.Radiology，1997，202(3):487-496.

［5］Katz-Brall R，Labin PT，Leakinski RE.Clinical utility of proton magnetic resonance spectroscopy in characterizing breast lesions［J］.Nati Cancer Inst，2002，94(16):1197.

［6］Yosinmasa K，Hidehiko K，Aklra Y，et al.Proton MR spectroscopy of brain minors:an in vitro study［J］.Neurosurgery，1994，35(5):606-614.

［7］姜宗先，陳香遠.乳腺癌的MRI診斷分析［J］.中國健康月刊，2011，30(2):365-366.

［8］萬衛(wèi)平，賈寧陽，徐雪原，等.乳腺腫瘤的磁共振質子波譜評價［J］.中國醫(yī)學計算機成像雜志，2001，7(4):236-241.

［9］季冬，李銘，趙澤華，等.MR氫質子波譜成像在乳腺癌中的應用［J］.中國醫(yī)學計算機成像雜志，2010，6(2):111-114.

［10］Haddadin IS，Mclntosh Meisamy SI，et al.Metabolite quantification and high-field MRS in breast cancer［J］.NMR Biomed，2009，22(1):65-76.

［11］Joe BN，Chen VY，Salibi N，et al.Evaluation of1H-magnetic resonance spectroscopy of breast cancer pre-and post-gadolinium administration［J］.Invest Radiol，2005，40(3):405-4l1.

［12］汪曉紅，彭衛(wèi)軍，譚紅娜，等.氫質子磁共振波譜監(jiān)測乳腺癌新輔助化療療效的應用研究［J］.中國醫(yī)學計算機成像雜志，2010，16(1):20-24.

［13］俞連法，章士正.MRI鑒別乳腺良惡性病變的臨床應用進展［J］.浙江實用醫(yī)學，2009，14(5):427-429.

［14］孫永青，陳為軍.磁共振對乳腺疾病的診斷［J］.解放軍醫(yī)藥雜志，2011，23(4):53-56.

［15］Dzendrowskyj TE，Noyszewski EA，Beers J，et al.Lipid composition changes in normal breast throughout the menstrual cycle［J］.MAGMA，1997，5(2):105-110.