劉 丹,苗延巍,宋清偉,伍建林
(大連醫(yī)科大學(xué) 附屬第一醫(yī)院 放射科,遼寧 大連 116011)
星形細(xì)胞瘤是顱內(nèi)最常見(jiàn)的神經(jīng)上皮腫瘤,其常規(guī)磁共振表現(xiàn)已為人們熟知。星形細(xì)胞瘤的病理級(jí)別與腫瘤的預(yù)后直接相關(guān)。常規(guī)MRI序列,主要包括自旋回波序列(SE)的T1WI、T2WI以及釓賁替酸葡甲胺(Gd-DTPA)T1WI增強(qiáng)掃描,對(duì)星形細(xì)胞瘤的診斷往往是依據(jù)其典型部位、形態(tài)、周圍水腫以及強(qiáng)化模式等做出結(jié)論,但是,對(duì)其準(zhǔn)確分級(jí)仍是十分困難,準(zhǔn)確率僅僅為57%~61%[1]。腫瘤周圍水腫是星形細(xì)胞瘤的常見(jiàn)伴發(fā)征象,而許多研究表明,周圍水腫區(qū)內(nèi)可能存在腫瘤細(xì)胞,而且隨著腫瘤級(jí)別的增高,這種可能性大大增加。但常規(guī)MRI技術(shù)難以揭示周圍水腫區(qū)有無(wú)腫瘤細(xì)胞存在。磁共振彌散成像(Diffusion-weighted imaging,DWI)和氫質(zhì)子磁共振波譜(Proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)能夠提供微觀的、功能及代謝方面的信息,并能在一定程度上進(jìn)行量化分析,補(bǔ)充了常規(guī)MRI技術(shù)的不足[2-6]。本研究對(duì)28例星形細(xì)胞瘤周圍水腫區(qū)進(jìn)行DWI和1H-MRS成像,以探討兩者對(duì)星形細(xì)胞瘤術(shù)前分級(jí)診斷的能力。
收集2009年1~12月間在大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院進(jìn)行MR檢查的28例星形細(xì)胞瘤臨床資料,所有患者均行常規(guī)MRI、DWI和1H-MRS男17例,女11例,平均年齡52.5歲(8~82歲)。所有病例均經(jīng)手術(shù)和病理證實(shí),其中Ⅰ級(jí)2例,Ⅱ級(jí)7例,Ⅲ級(jí)13例,Ⅳ級(jí)6例。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)需要,參照文獻(xiàn)[3,4],本研究將星形細(xì)胞瘤分為兩組:低級(jí)別(包括Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí))9例及高級(jí)別(Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí))19例。
采用GE Signa MR/i 1.5T超導(dǎo)型掃描儀,最大梯度場(chǎng)為33.3 mT/m,梯度切換率為120 T/(m·s)。每例病人使用正交頭線圈,并按如下順序掃描:自旋回波序列(SE)的T1WI(矢狀位和軸位)、快速自旋回波序列(FSE)的T2WI(軸位和/或冠狀位)、DWI和1H-MRS,最后行T1WI增強(qiáng)掃描。T1WI增強(qiáng)掃描的對(duì)比劑為釓賁替酸葡甲胺(Gd-DTPA),注射量0.1 mg/kg,注射速度2.0 mL/s。
T1WI:TR=300~400 ms,TE=9 ms,2 NEX ;T2WI:TR=3000~4000 ms,TE=90~120 ms,2 NEX。層厚5 mm,層間距0.5 mm,F(xiàn)OV=22~24 cm,矩陣為192~256×256~320。T1WI增強(qiáng)的掃描參數(shù)與其平掃一致。
DWI采用SE-EPI序列,TR=8000 ms,TE=80 ms,1 NEX,F(xiàn)OV=22~24 cm,矩陣為128×128,層厚5~8 mm、層間距0.5~1.5 mm,彌散敏感系數(shù)b為0和1000 s/mm2,為了消除各向異性對(duì)DWI信號(hào)和數(shù)值測(cè)量的影響,本研究組在讀出、相位編碼和層面選擇3個(gè)方向同時(shí)施加彌散敏感梯度場(chǎng)。
1H-MRS采用二維多體素波譜成像(2D-MRSI)。首先以包括腫瘤病灶最大層面的軸位或冠狀位T2WI作為波譜定位像;感興趣區(qū)(ROI)的大小既要盡可能涵蓋腫瘤實(shí)質(zhì)、周圍水腫區(qū)以及對(duì)側(cè)正常腦組織,同時(shí)要避開(kāi)骨骼、脂肪以及含氣結(jié)構(gòu)。采用高選擇性飽和脈沖(very selected saturation,VSS),覆蓋可能干擾波譜成像的物質(zhì)(如脂肪、骨骼等),以盡可能提高感興趣區(qū)周邊區(qū)域波譜分析的精確性。自動(dòng)勻場(chǎng)、抑水(chemical shift selective pulses,CHESS)后,采用多體素的點(diǎn)解析波譜序列(point-resolved spectroscopy sequence,PRESS)進(jìn)行定位;掃描參數(shù):TR=1000 ms,TE=144 ms,1NEX,層厚10 mm,F(xiàn)OV=24 cm,矩陣16×16,成像時(shí)間260 s,體素大小為1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm。當(dāng)一次掃描無(wú)法包括對(duì)側(cè)腦組織時(shí),行兩次采集。
1.3.1 數(shù)據(jù)采集:根據(jù)T1WI、 T2WI、T1WI增強(qiáng)圖像的信號(hào)特點(diǎn)確定腫瘤的實(shí)質(zhì)部分及周圍水腫區(qū)。若腫瘤的T1WI增強(qiáng)圖像有強(qiáng)化,將增強(qiáng)最顯著部分作為瘤體實(shí)質(zhì)的測(cè)量區(qū),而增強(qiáng)區(qū)外部的T1WI低信號(hào)、T2WI高信號(hào)區(qū)分別作為周圍水腫區(qū);而對(duì)于無(wú)增強(qiáng)的低級(jí)別星形細(xì)胞瘤,選T2WI信號(hào)最高和占位最明顯的區(qū)域作為腫瘤部分。對(duì)于周圍水腫的數(shù)據(jù)采集要求盡可能靠近腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū),而且ROI的大小為10~40 pixel。
1.3.2 DWI分析:利用Functool 2軟件包進(jìn)行分析,對(duì)腫瘤實(shí)質(zhì)、周圍水腫區(qū)、正常腦組織的DWI信號(hào)和表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)進(jìn)行分析。ADC值的計(jì)算:ADC=ln(S2/S1) /(b1-b2) mm2/s(S1、S2是不同彌散敏感系數(shù)b1、b2時(shí)DWI的信號(hào)強(qiáng)度,本研究中b1、b2分別為0和1000 s /mm2)。數(shù)據(jù)測(cè)量感興趣區(qū)(ROI)的大小為20~40 mm2,主要根據(jù)腫瘤實(shí)質(zhì)及水腫區(qū)的大小而定,注意避開(kāi)腦溝、腦室部位,盡可能消除由于容積效應(yīng)而引起的測(cè)量誤差。在瘤體及瘤周各區(qū)設(shè)置3~5個(gè)感興趣測(cè)量區(qū)(依病灶大小而定),取每個(gè)區(qū)域內(nèi)測(cè)量值的均數(shù)。
1.3.31H-MRS分析:同樣應(yīng)用Functool 2軟件包進(jìn)行分析,獲得腫瘤實(shí)質(zhì)、瘤周水腫區(qū)以及對(duì)側(cè)正常組織的譜線。正常組織的波譜主要表現(xiàn)為三種代謝物峰,即位于2.11 ppm的N-乙酰天門冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)、3.20 ppm的膽堿復(fù)合物(Choline-containing compounds,Cho)和3.03 ppm的肌酸(Creatine,Cr)。計(jì)算上述各部位不同代謝物比值:Cho/NAA、Cho/Cr、NAA/Cr。乳酸峰(Lac)和/或脂質(zhì)峰(Lip)在正常組織中很少出現(xiàn),而且兩代謝物峰比鄰,難以區(qū)分并準(zhǔn)確計(jì)算,本研究未予測(cè)量、分析。由于本研究采用PRESS序列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,所以,一些短T2的代謝物,如谷氨酸復(fù)合物(Glx)、肌醇(mI)和丙氨酸(Ala)等,并未觀測(cè)到。
正常腦白質(zhì)ADC值為(7.74±0.90)×10-4mm2/s。以正常腦白質(zhì)信號(hào)為參照,星形細(xì)胞瘤瘤體及周圍水腫區(qū)在DWI圖上多呈低或等信號(hào),見(jiàn)圖1、2,病灶及瘤周水腫區(qū)ADC值見(jiàn)表1。高級(jí)別星形細(xì)胞瘤瘤體實(shí)質(zhì)的ADC值為(10.91±1.65)×10-4mm2/s,周圍水腫區(qū)的ADC值為(12.95±1.59)×10-4mm2/s,均明顯低于低級(jí)別星形細(xì)胞瘤的(14.52±2.88)×10-4mm2/s和(16.82±2.40)×10-4mm2/s。兩者比較差異有顯著性意義(P<0.05)。
表1 高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤的ADC值
以瘤周水腫區(qū)ADC值14.85×10-4mm2/s為閾值,則鑒別高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤的敏感性為85.7%,特異性為82.1%,準(zhǔn)確性為71.4%。
所有病例均獲得滿意的1H-MRS譜線。腫瘤對(duì)側(cè)半球正常組織的代謝物比值為:nCho/nNAA為0.87±0.21,nCho/nCr 為1.21±0.25,nNAA/nCr為1.42±0.30。
與正常腦組織相比,星形細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)可見(jiàn)Cho峰明顯增高,NAA峰明顯下降,Cr峰輕或中度降低,部分(12例)出現(xiàn)Lac和/或Lip峰,見(jiàn)圖3、4。高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)的Cho/NAA值(3.44±0.99;1.77±0.57)均明顯高于正常組織;同時(shí),高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤瘤體實(shí)質(zhì)的Cho/Cr、NAA/Cr分別高于、低于對(duì)側(cè)正常組織(P<0.05)。高級(jí)別星形細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)的Cho/NAA值明顯高于低級(jí)別的(P=0.01)。
腫瘤周圍水腫區(qū)的譜線大多表現(xiàn)為Cho峰輕/中度增高,NAA峰和Cr峰輕度下降或無(wú)明顯變化,見(jiàn)圖3、4。高級(jí)別星形細(xì)胞瘤瘤周區(qū)的Cho/NAA值明顯高于低級(jí)別的(2.13±0.74,1.14±0.23,P=0.02);而其他代謝物比值(Cho/Cr、NAA/Cr)在兩者之間差異沒(méi)有顯著性意義(P>0.05,見(jiàn)表2)。以瘤周水腫區(qū)的Cho/NAA值1.37為閾值來(lái)鑒別高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤,則敏感性為96.4%,特異性為75.0%,準(zhǔn)確性為78.6%。
表2 高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤1H-MRS代謝物比值分析
圖1 右顳葉膠質(zhì)母細(xì)胞瘤
圖2 左顳葉星形細(xì)胞瘤(Ⅱ級(jí))
圖3 右頂葉間變性星形細(xì)胞瘤(Ⅲ級(jí))
圖4 左顳枕葉星形細(xì)胞瘤(Ⅱ級(jí))
腫瘤周圍水腫是星形細(xì)胞瘤常見(jiàn)的伴發(fā)征象,而且,隨著腫瘤級(jí)別的增高,周圍水腫的程度會(huì)逐漸增加;同時(shí),病理學(xué)研究表明,Ⅱ~Ⅳ級(jí)星型細(xì)胞瘤腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)為浸潤(rùn)性生長(zhǎng)。常規(guī)影像學(xué)方法很難準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)腫瘤周圍水腫的腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)狀況,也難以對(duì)腫瘤級(jí)別進(jìn)行定性、定量地診斷。DWI能夠定量測(cè)量活體中的水分子彌散運(yùn)動(dòng)狀況,1H-MRS能夠無(wú)創(chuàng)性地在體內(nèi)觀察多種腦組織及腫瘤組織內(nèi)的代謝物濃度和比值。以往DWI和MRS在顱內(nèi)腫瘤的應(yīng)用研究多側(cè)重于瘤體實(shí)質(zhì),并已得出許多有價(jià)值的結(jié)論[2-6]。本文從星形細(xì)胞瘤常見(jiàn)的伴發(fā)征象——周圍水腫入手,探討DWI和1H-MRS對(duì)星形細(xì)胞瘤分級(jí)的臨床應(yīng)用。
星形細(xì)胞瘤周圍水腫與瘤內(nèi)新生血管血腦屏障(BBB)完整性、微循環(huán)障礙、缺血缺氧以及神經(jīng)遞質(zhì)與神經(jīng)肽的變化等多種因素密切相關(guān)。Ⅰ、Ⅱ級(jí)星形細(xì)胞瘤內(nèi)血管內(nèi)皮結(jié)合較緊密,BBB較為良好,Ⅲ、Ⅳ級(jí)星形細(xì)胞瘤內(nèi)血管內(nèi)皮結(jié)合不良,同時(shí)瘤細(xì)胞惡性度越高,分泌的生物活性因子,如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、一氧化氮合酶(NOS)等越多,水腫越嚴(yán)重。此外,星形細(xì)胞瘤沿神經(jīng)纖維、腦白質(zhì)呈侵襲性生長(zhǎng),瘤-腦間缺乏明顯的界限,水腫向瘤體周圍多個(gè)方向擴(kuò)散后,亦會(huì)壓迫腦組織和浸潤(rùn)、栓塞周圍引流靜脈,進(jìn)一步加重水腫程度。同時(shí),手術(shù)標(biāo)本觀察發(fā)現(xiàn)星形細(xì)胞瘤周圍水腫及鄰近腦組織的非強(qiáng)化區(qū)可見(jiàn)腫瘤細(xì)胞散在浸潤(rùn),腫瘤侵襲范圍與瘤周水腫程度相一致,而且,瘤周水腫越嚴(yán)重,腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)越明顯[7,8]。
影響腫瘤實(shí)質(zhì)ADC值的因素主要包括:腫瘤細(xì)胞數(shù)目、細(xì)胞器的數(shù)目和大小、細(xì)胞間隙、是否合并微囊變、微梗塞、出血、鈣化等。病理學(xué)已證實(shí),膠質(zhì)瘤瘤周水腫區(qū)內(nèi)不僅可發(fā)現(xiàn)異常形態(tài)的毛細(xì)血管和間質(zhì)水腫,還可發(fā)現(xiàn)散在的腫瘤細(xì)胞沿著新生血管或擴(kuò)張的血管浸潤(rùn)生長(zhǎng)[7],因此,腫瘤周圍水腫區(qū)的ADC值推測(cè)主要與細(xì)胞間隙以及有無(wú)腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)相關(guān)。本組資料中高級(jí)別星形細(xì)胞瘤周圍水腫的ADC值低于低級(jí)別的,二者之間差異具有顯著性意義,這和高級(jí)別星形細(xì)胞瘤周圍腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)程度較低級(jí)別明顯的病理學(xué)發(fā)現(xiàn)相符,也同一些研究者的研究結(jié)果一致[9,10]。作者嘗試?yán)弥車[區(qū)的ADC值進(jìn)行星形細(xì)胞瘤的分級(jí)診斷,以ADC值14.85×10-4mm2/s為閾值,則鑒別高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤的敏感性為85.7%,特異性為82.1%,準(zhǔn)確性為71.4%。
但也有研究提示DWI難以確定周圍水腫內(nèi)腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)情況,Kono等[11]發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤瘤周水腫和Ⅱ級(jí)星形細(xì)胞瘤瘤周水腫區(qū)的ADC值無(wú)明顯區(qū)別。這還需要更多的瘤周水腫區(qū)腫瘤浸潤(rùn)情況的病理和DWI對(duì)照,才能明確DWI對(duì)推測(cè)瘤周水腫區(qū)腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)情況的診斷價(jià)值。同時(shí)在通過(guò)ADC圖和ADC值是否可以量化瘤周腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)程度這一觀點(diǎn)上,也存有爭(zhēng)議[10,12]。
彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是利用活體中水分子彌散具有各向異性的特點(diǎn)而成像的,各向異性分?jǐn)?shù)(FA值)是反映各向異性的量化值。一些研究表明,相對(duì)于ADC值,F(xiàn)A值對(duì)于膠質(zhì)瘤的分級(jí)診斷更具有意義[13]。Goebell E等[14]的研究發(fā)現(xiàn),DTI對(duì)于膠質(zhì)瘤的級(jí)別的判定很有幫助,由于Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤瘤周細(xì)胞浸潤(rùn)不如Ⅲ級(jí)的明顯,在周圍水腫區(qū)的正常白質(zhì)結(jié)構(gòu)大多保持完整排列,故Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤瘤周水腫區(qū)的FA值顯著高于Ⅲ級(jí)的(0.962和0.943,P=0.01)。
本研究發(fā)現(xiàn),腫瘤周圍水腫區(qū)的譜線大多表現(xiàn)為Cho峰輕/中度增高,NAA峰和Cr峰輕度下降或無(wú)明顯變化,而且,高級(jí)別星形細(xì)胞瘤瘤周區(qū)的Cho/NAA值明顯高于低級(jí)別的。Cho 峰升高與腫瘤細(xì)胞分裂增殖活躍及腫瘤細(xì)胞膜代謝異常增高有關(guān),可作為腫瘤細(xì)胞增殖的指標(biāo)[15,16,19],星形細(xì)胞瘤瘤周水腫內(nèi)的Cho 值升高和瘤細(xì)胞向瘤周浸潤(rùn)有關(guān),而且在高級(jí)別腫瘤中更加明顯。NAA 為成熟神經(jīng)元標(biāo)志物,水腫區(qū)內(nèi)NAA含量下降進(jìn)一步提示正常神經(jīng)元被腫瘤侵犯及神經(jīng)元功能受損。
高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤近瘤周區(qū)的Cho/NAA值顯著差異對(duì)于鑒別兩者提供了更多信息。本研究以近瘤周區(qū)的Cho/NAA值1.37為閾值來(lái)鑒別高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤,敏感性為96.4%,特異性為75.0%,準(zhǔn)確性為78.6%。
利用膠質(zhì)瘤周圍水腫區(qū)存在腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)的特征,可以對(duì)膠質(zhì)瘤與其它腫瘤進(jìn)行鑒別。如Law等[3]研究發(fā)現(xiàn),高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤周水腫區(qū)有腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn),其Cho/Cr=2.28±1.24,而轉(zhuǎn)移瘤瘤周水腫區(qū)無(wú)腫瘤浸潤(rùn),Cho/Cr=0.76±0.23,差異有顯著性意義,有助于兩者鑒別。同時(shí),1H-MRS能夠較早地探測(cè)到腫瘤的周圍浸潤(rùn)情況,為手術(shù)或放、化療方案的制定提供有價(jià)值的信息。
與其它研究相比,本研究在1H-MRS多個(gè)代謝物比值中,僅發(fā)現(xiàn)Cho/NAA值在特定區(qū)域差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而Cho/Cr、NAA/Cr、Cho/nCho雖有變化趨勢(shì),但未達(dá)到檢驗(yàn)水平。分析原因有二,一是病例數(shù)偏少,尤其低級(jí)別膠質(zhì)瘤;二是測(cè)量有部分容積效應(yīng)影響。由于本MR機(jī)的采集MRS最小體素為1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm,難免在測(cè)量時(shí)包含了部分正常組織、壞死或液化組織等,造成誤差。
DWI和1H-MRS對(duì)于顱內(nèi)占位病變的診斷與鑒別診斷均有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值,前者觀察的是細(xì)胞內(nèi)外水分子的微觀運(yùn)動(dòng),而后者從分析組織、細(xì)胞代謝物濃度方面著手來(lái)評(píng)估病變,各有側(cè)重。與1H-MRS相比,DWI具有耗時(shí)少、掃描覆蓋廣、測(cè)量值相對(duì)更準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì),而1H-MRS掃描時(shí)間長(zhǎng),易受骨骼、氣體或脂肪等干擾,并且測(cè)量的可重復(fù)性相對(duì)較差[2,17]。有研究發(fā)現(xiàn),膠質(zhì)瘤的ADC值與Cho信號(hào)呈負(fù)相關(guān)[18],從不同方面反映了腫瘤細(xì)胞密集度。
總之, DWI和1H-MRS是常規(guī)序列的補(bǔ)充,兩者的聯(lián)合應(yīng)用大大提高了星形細(xì)胞瘤術(shù)前分級(jí)診斷的準(zhǔn)確性。
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