腦星形細(xì)胞瘤磁敏感效應(yīng)級(jí)別與1H-MR波譜相對(duì)定量的相關(guān)性探討

林 祺，張 強(qiáng)，陳東平，許凱華，陳金銀

在臨床上對(duì)腦星形細(xì)胞瘤的準(zhǔn)確分級(jí)具有重要的預(yù)后和治療意義。高分辨率磁敏感加權(quán)像(susceptibility-weighted imaging,SWI)能顯示腫瘤微血管等病理變化，已被應(yīng)用于腦星形細(xì)胞瘤分級(jí)診斷[1-3]。多體素氫質(zhì)子MRS (multi-voxel1H MRS,1HMRS)為顱內(nèi)良惡性腫瘤的診斷提供了定量分析方法。筆者通過(guò)探討腦星形細(xì)胞瘤高分辨率SWI瘤內(nèi)磁敏感信號(hào)(intratumoral susceptibility signals,ITSS)級(jí)別與多體素1H-MRS相對(duì)定量的相關(guān)性，旨在評(píng)估其對(duì)腦星形細(xì)胞瘤分級(jí)診斷的臨床價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

搜集經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)33例腦星形細(xì)胞瘤相關(guān)資料?；颊吣挲g9～81歲，男21例，女12例，按2007年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類法，I～I(xiàn)I級(jí)15例，III～I(xiàn)V級(jí)18例。

1.2 檢查方法

采用飛利浦Achieva 3.0 T X-series磁共振雙梯度成像系統(tǒng)，均采用16通道頭線圈輔助成像。每例患者均行T2WI、T1WI、FLAIR、DWI和T1WI增強(qiáng)等掃描。

圖1 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 (WHO-IV) 1A：ITSS-III級(jí)；1B：Cho/Cr9.47，Cho/NAA5.58；1C：病理顯示多發(fā)新生微血管，內(nèi)皮增生(HE ×100) 圖2 星形細(xì)胞瘤 (WHO-II) 2A：ITSS-I級(jí)；2B：Cho/Cr 2.16，Cho/NAA 3.16；圖2C：病理顯示散在成熟血管，腔內(nèi)堆積紅細(xì)胞 (HE ×100)Fig.1 Glioblastoma (WHO-IV).1A:ITSS-III grade,1B:Cho/Cr 9.47,Cho/NAA 5.58,1C:Pathology revealed multiple microvessel,Endothelial hyperplasia (HE ×100).Fig.2 Astrocytoma (WHO-II).2A:ITSS-I grade,2B:Cho/Cr2.16,Cho/NAA3.16,2C:Pathology revealed scattered in the mature blood vessels,Intraluminal accumulation of red cell(HE ×100).

高分辨率SWI及重建：TR 16 ms，TE 22 ms，層厚1 mm，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，在頭足、左右和前后方向加流動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，寬帶182.3 Hz，所獲SWI圖像進(jìn)行最小信號(hào)強(qiáng)度投影(MinIP)后處理，層厚8 mm，間距1 mm。

多體素1H-MRS掃描：采用點(diǎn)解析波譜序列(2D-PRESS法)：TR 2000 ms，TE 144 ms，F(xiàn)OV 230 mm×190 mm，層厚10 mm，激勵(lì)次數(shù)1次，每個(gè)體素大小為10 mm×10 mm×10 mm。自動(dòng)預(yù)掃描完成勻場(chǎng)及水抑制。

1.3 圖像分析

根據(jù)ITSS的表現(xiàn)來(lái)分4級(jí)[1]：ITSS定義為低信號(hào)強(qiáng)度，呈細(xì)線樣或點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，伴有或不伴有聚集，位于高分辨率SWI腫瘤內(nèi)。0級(jí)：無(wú)ITSS；I級(jí)：1～5個(gè)點(diǎn)狀或細(xì)線狀I(lǐng)TSS；II級(jí)：6～10個(gè)點(diǎn)狀或細(xì)線狀I(lǐng)TSS；III級(jí)：11個(gè)以上點(diǎn)狀或細(xì)線狀I(lǐng)TSS位于腫瘤內(nèi)的連續(xù)區(qū)域。在工作站上根據(jù)病灶特征進(jìn)行1H-MRS ROI的測(cè)定：首先ROI選擇在確定ITSS級(jí)別的同一層面；ROI選擇腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)、邊緣區(qū)以及對(duì)側(cè)正常腦組織，同時(shí)要避開(kāi)骨骼、腦室、血管、壞死、囊變、出血、氣體和鈣化等區(qū)域；最后將1H-MRS ROI的測(cè)定圖送至PACS。

所有圖像由2名主治醫(yī)師獨(dú)立進(jìn)行逐個(gè)分析。第1：確定每例在SWI上ITSS最高級(jí)別層面；第2：分別記錄每例ITSS最高級(jí)別層面實(shí)質(zhì)區(qū)的膽堿(Cho)/肌酸(Cr)，乙酰天冬氨酸(NAA)/Cr，Cho/NAA相對(duì)定量比值，脂質(zhì)(Lip)、乳酸(Lac)、谷氨酸及谷氨酰胺復(fù)合物(Glx)和肌醇(mI)等代謝物(圖1，2)。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。ITSS級(jí)別與高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤病例數(shù)比較采用卡方檢驗(yàn)。高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤Cho/Cr、Cho/NAA相對(duì)定量比值的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。ITSS級(jí)別與Cho/Cr、Cho/NAA相對(duì)定量比值進(jìn)行Spearman等級(jí)相關(guān)分析。均以P＜0.05判定為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 ITSS級(jí)別與高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤病例數(shù)比較具體見(jiàn)表1。

2.2 高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤Cho/Cr，Cho/NAA相對(duì)定量比值

具體見(jiàn)表2。

2.3 ITSS級(jí)別與Cho/Cr、Cho/NAA相對(duì)定量比值的相關(guān)性

本組33例ITSS級(jí)別與Cho/Cr相對(duì)定量比值的Spearman相關(guān)系數(shù)r=0.763，P＜0.01，二者之間存在正相關(guān)關(guān)系(圖3)；而ITSS級(jí)別與Cho/NAA相對(duì)定量比值的Spearman相關(guān)系數(shù)r=0.741,P＜0.01，二者之間存在正相關(guān)關(guān)系(圖4)；因此ITSS級(jí)別越高Cho/Cr、Cho/NAA相對(duì)定量比值也越大。

圖3 ITSS級(jí)別與Cho/Cr相對(duì)定量比值散點(diǎn)圖 圖4 ITSS級(jí)別與Cho/NAA相對(duì)定量比值散點(diǎn)圖Fig.3 ITSS grade and Cho/Cr relative quantitative ratio of scattergraph.Fig.4 ITSS grade and Cho/NAA relative quantitative ratio of scattergraph

表1 ITSS級(jí)別與高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤病例數(shù)Tab.1 ITSS grade with the high and low grade astrocytic tumours number of cases

Note:χ2=33.00,P＜0.01,The high grade astrocytic tumours of ITSS classification was obviously higher than the low grade astrocytic tumours.

表2 高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤Cho/Cr、Cho/NAA相對(duì)定量比值Tab.2 The high and low grade astrocytic tumours of Cho/Cr,Cho/NAA relative quantitative ratio

3 討論

3.1 高分辨率SWI評(píng)估星形細(xì)胞瘤微血管的基礎(chǔ)及其分級(jí)價(jià)值

SWI本質(zhì)是一種T2*梯度回波，在3個(gè)方向上加有完全流動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，能夠保證靜止和運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子同時(shí)重聚，毫米級(jí)三維薄層掃描能夠獲得高分辨率成像以減小偽影，觀察細(xì)微的血管結(jié)構(gòu)。圖像后處理可以對(duì)SWI行MinIP，常在4層以上相鄰層面投影，產(chǎn)生8 mm層厚的血管重組圖，腫瘤內(nèi)小血管于重組圖上顯示出明顯的連續(xù)性，同時(shí)可溯源至其引流血管，對(duì)微出血做出鑒別[4]。SWI不僅能評(píng)估腫瘤的引流靜脈和供血?jiǎng)用}，而且能顯示亞體素的小靜脈(100～200 μm)來(lái)推斷腫瘤的血管生成程度，對(duì)指導(dǎo)腫瘤的術(shù)前分級(jí)具有積極作用[2-4]。高級(jí)別星形細(xì)胞瘤含大量的脫氧血紅蛋白，可能與血管再生和腫瘤血供增加有關(guān)，它能夠引起磁敏感效應(yīng)，導(dǎo)致SWI信號(hào)下降，即顯示ITSS。因?yàn)镮TSS出現(xiàn)的頻率、形態(tài)、大小、數(shù)量、空間分布形態(tài)(聚集成簇等)在不同級(jí)別腫瘤以及在同一腫瘤的不同區(qū)域存在不均一性，所以一般按腫瘤內(nèi)ITSS的頻率分為0～I(xiàn)II級(jí)，以資量化分析。Park[1]等發(fā)現(xiàn)所有膠質(zhì)母細(xì)胞瘤病灶I(lǐng)TSS級(jí)別最大，間變性星形細(xì)胞瘤ITSS級(jí)別是可變的，而低級(jí)別膠質(zhì)瘤中見(jiàn)不到ITSS。ITSS級(jí)別和星形細(xì)胞瘤級(jí)別Spearman相關(guān)系數(shù)為0.88。ITSS級(jí)別對(duì)星形細(xì)胞瘤分級(jí)診斷的敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值分別為85.2%、92.9%、95.8%和76.5%。本組病例SWI在顯示腫瘤內(nèi)異常微血管結(jié)構(gòu)方面明顯優(yōu)于常規(guī)序列，對(duì)星形細(xì)胞瘤分級(jí)診斷有臨床實(shí)用價(jià)值。18例 III～I(xiàn)V級(jí)星形細(xì)胞瘤ITSS均表現(xiàn)為II～I(xiàn)II級(jí)，15例 I～I(xiàn)I星形細(xì)胞瘤ITSS分別為0～I(xiàn)級(jí)((P＜0.01)。

3.2 3.0T多體素1H-MRS評(píng)估星形細(xì)胞瘤的優(yōu)勢(shì)

筆者在本研究采用3.0 T多體素1H-MRS 2DPRESS法，信噪比顯著提高，采集時(shí)間明顯縮短，波譜分辨率更高，基線更加穩(wěn)定，一次采集覆蓋的范圍較大，不易受脂肪的影響。多體素能同時(shí)觀察星形細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)區(qū)、邊緣區(qū)和對(duì)側(cè)正常區(qū)代謝物指標(biāo)，尚可以采集到如具有短TE (30 ms)的代謝產(chǎn)物，包括mI、Glx等[5]。腦星形細(xì)胞瘤的Cho波升高代表腫瘤細(xì)胞增殖活躍，NAA減低為神經(jīng)元損傷和丟失，Cr減低為能量代謝高所致。在同一個(gè)體腦內(nèi)不同代謝條件下，代謝物總量恒定，而相對(duì)定量是計(jì)算各種代謝物波峰下面積的比值。本研究結(jié)果：高級(jí)別星形細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)區(qū)Cho/NAA、Cho/Cr相對(duì)定量比值分別為7.72±4.99和4.99±1.63，低級(jí)別星形細(xì)胞瘤分別為2.36±0.76和1.82±0.34 (((P＜0.01)，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與相關(guān)報(bào)道結(jié)果相仿[6]。研究還發(fā)現(xiàn)在高級(jí)別腫瘤中10例出現(xiàn)增高的Lip峰和7例出現(xiàn)倒置的Lac峰，而在低級(jí)別腫瘤中3例出現(xiàn)倒置Lac峰，未見(jiàn)明顯增高Lip峰。這些證實(shí)了Lip峰常見(jiàn)于高級(jí)別星形細(xì)胞瘤，是由于腫瘤更容易凝固性壞死、脂質(zhì)析出；而Lac峰增高是葡萄糖無(wú)氧酵解的終產(chǎn)物，反映腫瘤生長(zhǎng)過(guò)快。因此，Lip峰和Lac峰對(duì)腫瘤分級(jí)也有重要的價(jià)值。

3.3 ITSS級(jí)別與1H-MRS相對(duì)定量的相關(guān)性探討

星形細(xì)胞瘤血管增生的程度、細(xì)胞或細(xì)胞核的異形性、核內(nèi)有絲分裂的程度、是否存在壞死是決定腫瘤生物學(xué)侵襲性和組織學(xué)分級(jí)的主要標(biāo)準(zhǔn)，其中腫瘤微血管狀態(tài)是決定惡性程度及預(yù)后最重要指標(biāo)。劉影等[7]探討腦星形細(xì)胞瘤內(nèi)部微結(jié)構(gòu)與表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)值相關(guān)性，認(rèn)為ADC值有助于腦星形細(xì)胞瘤術(shù)前分級(jí)評(píng)價(jià)。SWI是近幾年發(fā)展起來(lái)新技術(shù)，可以更清楚地顯示不同類型腫瘤和腫瘤內(nèi)不同部分中血管結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和多樣性，尤其是腫瘤微血管、鈣化等病理變化，給診斷和研究腦腫瘤提供新方法。MRS是惟一無(wú)創(chuàng)研究活體代謝、生化變化和化合物定量分析的方法。Pinker等[8]利用PET與SWI進(jìn)行相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，病灶內(nèi)磁敏感效應(yīng)出現(xiàn)頻率和PET對(duì)腦腫瘤分級(jí)有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性。有研究報(bào)道，MRS的Cho/Cr定量比值增高與SWI腫瘤中代謝物濃度相關(guān)[2]。通過(guò)本組33例腦星形細(xì)胞瘤ITSS級(jí)別與Cho/Cr、Cho/NAA相對(duì)定量比值相關(guān)性分析，結(jié)果Spearman相關(guān)系數(shù)分別為0.763和0.741，P＜0.01，呈正相關(guān)；因此ITSS級(jí)別越高Cho/Cr、Cho/NAA相對(duì)定量比值也越大。

[References]

[1]Park MJ,Kim HS,Jahng GH,et al.Semiquantitative assessment of intratumoural susceptibility signals using non-contrast-enhanced high-field highresolution susceptibility-weighted in patients with gliomas:comparison with MR perfusion imaging.AJNR Am J Neuroradiol,2009,30(7):1402-1408.

[2]Mittal S,Wu Z,Neelavalli J,et al.Susceptibility-weighted imaging:technical aspects and clinical applications.Part2.AJNR Am J Neuroradiol,2009,30(2):232-252.

[3]Shen JL,Zhang H,Liu QW,et al.Initial study susceptibility weighted imaging in brain masses.Chin J Magn Reson Imaging,2010,1(1):29-35.沈俊林,張輝,劉起旺,等.磁敏感加權(quán)成像對(duì)腦腫瘤診斷價(jià)值初探.磁共振成像,2010,1(1):29-35.

[4]Haacke EM,Mittal S,Wu Z,et al.Susceptibility-weighted imaging:technical aspects and clinical applications.part 1.AJNR Am J Neuroradiol,2009,30(1):19-30.

[5]Lin Q,Chen JY,Xu KH,et al.3.0 T Multi-Voxel1H-MR spectroscopy in application value of intracranial disease diagnosis.Chin J CT &MRI,2011,9(5):36-38.林祺,陳金銀,許凱華,等.3.0T多體素1H-MRS在顱內(nèi)病變?cè)\斷中的應(yīng)用價(jià)值.中國(guó)CT和MRI雜志,2011,9(5):36-38.

[6]Yu BL.Differential diagnosis of CT and MR in central nervous system.Shanxi:Shanxi science tech publishing house,2005:9-11.魚(yú)博浪.中樞神經(jīng)系統(tǒng)CT和MR鑒別診斷.陜西:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2005:9-11.

[7]Liu Y,Zeng FY,Wang CX,et al.Correlation of microarchitecture and apparent diffusion coefficient value in astrocytoma.Chin J Magn Reson Imaging,2011,2(1):47-49.劉影,曾飛雁,王昌新,等.星形細(xì)胞腫瘤內(nèi)部微結(jié)構(gòu)與ADC值相關(guān)性研究.磁共振成像,2011,2(1):47-49.

[8]Pinker SA,Noebauer-Huhmann IM,Starrou I,et al.Highresolution contrast-enhanced,susceptibility-weighted MR imaging at 3T in patients with brain tumors:correlation with positron-emission tomography and histopathologic findings.AJNR Am J Neuroradiol,2007,28(7):1280-1286.