聯(lián)合磁敏感加權(quán)成像及多體素質(zhì)子波譜成像對(duì)腦星形細(xì)胞瘤分級(jí)診斷的研究

陳向榮 CHEN Xiangrong

許淑惠1 XU Shuhui

蔡建忠2 CAI Jianzhong

曹代榮3 CAO Dairong

2.福建省石獅市醫(yī)院影像科 福建石獅 362700

3.福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像科福建福州 350005

高級(jí)別星形細(xì)胞瘤是一種致死性強(qiáng)的疾病，假陰性會(huì)造成嚴(yán)重后果，為提高高級(jí)別星形細(xì)胞瘤的診斷敏感度，除使用MRI平掃+增強(qiáng)外，還可應(yīng)用腦血流灌注、波譜分析、彌散與張量成像、磁敏感加權(quán)成像等多種技術(shù)，但其診斷效能與MR平掃+增強(qiáng)比較的報(bào)道較少[1]。本研究聯(lián)合應(yīng)用磁敏感加權(quán)成像（T2 star weighted angiography，SWAN）和1H-磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy, MRS）3D多體素技術(shù)對(duì)星形細(xì)胞瘤分級(jí)進(jìn)行研究，并同MR平掃+增強(qiáng)的診斷效能進(jìn)行比較。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2008-05～2010-12經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)的57例星形細(xì)胞瘤患者，男性41例，女性16例；年齡8～76歲，平均（45±9）歲。所有患者于術(shù)前行MR平掃+增強(qiáng)、SWAN檢查、1H-MRS 3D多體素，行1H-MRS 3D多體素檢查前所有患者未接受放、化療，無(wú)腦外傷或腦手術(shù)史。術(shù)后病理按2007年WHO神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤組織學(xué)分類（第4版）[2]，Ⅲ、Ⅳ級(jí)歸為高級(jí)別組，共44例；Ⅰ、Ⅱ級(jí)歸為低級(jí)別組，共13例。

1.2 儀器與方法 MR掃描技術(shù)：①M(fèi)R平掃+增強(qiáng)：應(yīng)用GE 1.5T HD超導(dǎo)型雙梯度磁共振儀，頭頸聯(lián)合8通道相控陣線圈；平掃參數(shù)：快速恢復(fù)快速自旋回波（fast recovery fast spin echo, FRFSE）序列：T2WI掃描參數(shù)：TR 4550ms，TE 110ms，回波鏈長(zhǎng)度（echo train length, ETL）28，矩陣384×384，激勵(lì)次數(shù)（number of excitation, NEX）＝1，層厚6mm，層間隔1mm，視野（ fi eld of view, FOV）24cm×24cm；T1液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)（ fl uid attenuated inversion recovery, FLAIR）掃描參數(shù)：TR 2353ms，TE 24.9ms，TI 740ms，ETL 9，層厚6mm，層間隔1mm，F(xiàn)OV 24cm×24cm。增強(qiáng)掃描采用自旋回波（spin echo, SE）序列：T1WI TR 400ms，TE 20ms，層厚6mm，層間隔1mm，F(xiàn)OV 24cm×24cm；對(duì)比劑采用0.1mmol/kg釓噴替酸葡甲胺（Gd-DTPA）。②SWAN檢查：采用頭頸聯(lián)合8通道線圈；定位線為水平軸位；采用3D擾相梯度回 波（spoiled gradient recalled echo, SPGR）序列，TR 78.2ms，TE 55ms，偏轉(zhuǎn)角 30°，矩陣 384×448，F(xiàn)OV 22cm×22cm，層厚3mm，70kHz/pixel，相位編碼方向?yàn)樽笥?。所有患者均行顱腦CT掃描排除腫瘤內(nèi)鈣化。③1H-MRS檢查：采用頭頸聯(lián)合8通道線圈；所有病例行3D多體素I氫質(zhì)子腦檢查/波譜成像（proton brain examination spectroscopy imaging, PROBE/S）檢查，采用點(diǎn)分辨選擇波譜（point resolved spectroscopy, PRESS）技術(shù)，TR 1000ms，TE 144ms，F(xiàn)OV 8～10cm，VOI大小一般為（8cm×8cm）～（10cm×10cm），厚度3～4cm，除包括腫瘤外盡可能包括對(duì)側(cè)正常腦實(shí)質(zhì)，掃描容積間距10～12.5cm，容積內(nèi)層數(shù)8，相位編碼數(shù)8，頻率編碼數(shù)8，NEX 1，以水的頻率為中心頻率，局部自動(dòng)勻場(chǎng)，頻率編碼方向?yàn)榍昂?，體素大?。?cm×1cm×1cm）～（1.25cm×1.25cm×1cm），掃描時(shí)間為8min 32s。以磁敏感成像圖為定位圖。水抑制采用化學(xué)位移選擇法飽和法（CHESS）。線寬（line width）小于10Hz，水抑制水平大于95%。波譜后處理大多數(shù)情況下自動(dòng)完成，當(dāng)波譜明顯扭曲時(shí)，用手動(dòng)校正加以處理。

1.3 圖像分析 ①M(fèi)R平掃＋增強(qiáng)：由2名有經(jīng)驗(yàn)的影像科MR室主治醫(yī)師和主任醫(yī)師在不知道1H-MRS檢查結(jié)果的情況下對(duì)平掃、增強(qiáng)圖像進(jìn)行閱片，取2者觀察結(jié)果的敏感度和特異度的平均值進(jìn)行分析；其分級(jí)診斷標(biāo)準(zhǔn)為：實(shí)體強(qiáng)化程度、邊緣是否清楚、占位效應(yīng)的程度、信號(hào)是否均勻、出血或壞死、周圍水腫程度、胼胝體是否受累以及是否越過(guò)中線。②SWAN圖像分析：所有患者均有CT掃描幫助區(qū)別腫瘤內(nèi)的鈣化灶及出血灶；首先對(duì)病灶內(nèi)的低信號(hào)形態(tài)進(jìn)行分類：以點(diǎn)狀、團(tuán)簇狀為主或以線狀為主；其次，在連續(xù)層面內(nèi)對(duì)腫瘤內(nèi)部低信號(hào)灶進(jìn)行分級(jí)評(píng)分，0級(jí)：未見(jiàn)低信號(hào)灶；1級(jí)：1～5個(gè)點(diǎn)狀、團(tuán)簇狀或細(xì)線狀低信號(hào)灶（圖1A）；2級(jí)：6～10個(gè)點(diǎn)狀、團(tuán)簇狀或細(xì)線狀低信號(hào)灶（圖1B）；3級(jí)：大于11個(gè)點(diǎn)狀、團(tuán)簇狀或細(xì)線狀低信號(hào)灶[3]。③1H-MRS圖像分析：瘤體區(qū)感興趣區(qū)的定位：首先利用SWAN圖作為3D多體素的定位圖進(jìn)行融合，從而利用SWAN圖避開(kāi)大片出血、壞死及囊變區(qū)；其次，利用3D多體素代謝圖可多層面翻頁(yè)的優(yōu)勢(shì)，找出層面中著色最濃的腫瘤實(shí)體部位以確定感興趣區(qū)放置測(cè)量體素，可得到該代謝物的最大比值，并非在腫瘤最大層面找感興趣區(qū)（圖1C、D）；最后，由1名影像主治醫(yī)師在不知道MR平掃＋增強(qiáng)結(jié)果的情況下進(jìn)行代謝物（Cho/NAA、Cho/Cr、MI/Cr、Lac/Cr）相對(duì)定量測(cè)量，取三維多層面中最大測(cè)量值。在對(duì)側(cè)白質(zhì)或遠(yuǎn)離病灶的白質(zhì)區(qū)測(cè)量相應(yīng)代謝物相對(duì)定量值作為參照控制比較組。SWAN、1H-MRS分析數(shù)據(jù)應(yīng)用ROC曲線分析各種檢測(cè)指標(biāo)的敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值和相應(yīng)的閾值。

圖1 A.SWAN示左顳葉腫瘤實(shí)體部2～3個(gè)小點(diǎn)狀低信號(hào)灶（箭），評(píng)分為1級(jí)；B.SWAN示胼胝體膝部腫瘤體內(nèi)明顯多于6個(gè)以上的小點(diǎn)狀低信號(hào)灶（箭頭），評(píng)分為2～3級(jí)；C、D.以SWAN圖為定位圖行3D多體素掃描，結(jié)合代謝圖進(jìn)行體素定位測(cè)量代謝物

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 18.0軟件，MR平掃＋增強(qiáng)由2名醫(yī)師閱片后行Kappa一致性檢驗(yàn)分析。

2 結(jié)果

2.1 MR平掃＋增強(qiáng)掃描結(jié)果 2名醫(yī)師MR平掃+增強(qiáng)圖像閱片一致性強(qiáng)（Kappa＝0.82），其對(duì)腦星形細(xì)胞瘤高、低級(jí)別分級(jí)診斷的敏感度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值分別為75.3%、70.8%、86.1%、55.2%。

2.2 SWAN分析結(jié)果 SWAN評(píng)分＝1級(jí)時(shí)，對(duì)高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤的診斷敏感度為87.3%，特異度為85.7%；SWAN評(píng)分≥2級(jí)時(shí)，對(duì)高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤的診斷敏感度為84.8%，特異度為90.9%；ROC曲線下面積為0.951（圖2A）。

2.31H-MRS分析結(jié)果 采用點(diǎn)分辨選擇波譜（PRESS，TE 144ms）的1H-MRS 3D技術(shù)，以Youden指數(shù)最大值為閾值切點(diǎn)，確定瘤體各代謝物相對(duì)定量值對(duì)高、低級(jí)腦星形細(xì)胞瘤的診斷效能，結(jié)果為Cho/NAA＝2.35時(shí)，其敏感度為86.4%，特異度為81.2%，曲線下面積為0.847（圖2B）；瘤體Cho/Cr＝2.8時(shí)，其敏感度為70.0%，特異度為88.0%，曲線下面積為0.805；MI/Cr＝0.5時(shí)，其敏感度為77.0%，特異度為81.0%，曲線下面積為0.844；Lac/Cr＝0.3時(shí)，其敏感度為82%，特異度為88.0%，曲線下面積為0.864，但在本次實(shí)驗(yàn)只使用TE 144ms的PRESS，TE較長(zhǎng)，Lac峰常被噪聲淹沒(méi)，出現(xiàn)率不高，故棄用Lac/Cr。

2.41H-MRS和SWAN聯(lián)合篩檢結(jié)果 瘤體Cho/NAA的ROC曲線下面積最大為0.847，診斷效能最高。當(dāng)SWAN評(píng)分≥2級(jí)時(shí)，其曲線下面積為0.951，診斷效能較高，故作為聯(lián)合篩選的首選指標(biāo)。聯(lián)合瘤體Cho/NAA、SWAN并聯(lián)篩檢結(jié)果見(jiàn)表1，其同MR平掃+增強(qiáng)的診斷效能比較見(jiàn)表2、圖3。

圖2 A.SWAN評(píng)分≥2級(jí)為診斷界點(diǎn)時(shí)的ROC曲線；B.CHO/NAA＝2.35時(shí)的ROC曲線

表1 Cho/NAA＝2.35、SWAN≥2聯(lián)合篩檢結(jié)果

圖3 A.T1WI增強(qiáng)，腫瘤表現(xiàn)為環(huán)形強(qiáng)化（箭）；B、C.在SWAN上腫瘤內(nèi)部多個(gè)點(diǎn)狀低信號(hào)灶（箭頭），評(píng)分為3級(jí)，但3D多體素譜線的Hunter角仍呈上升方向，提示為低級(jí)別腫瘤；D.病理結(jié)果示多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤伴出血（HE，×100）

表2 Cho/NAA＝2.35、SWAN≥2聯(lián)合篩檢與MR平掃+增強(qiáng)診斷效能比較（%）

3 討論

本研究采用1H-MRS 3D多體素PRESS，融合3D SWAN圖為定位圖進(jìn)行采集，有利于體素放置時(shí)避開(kāi)影響譜線的大出血灶或大壞死灶，提高譜線的穩(wěn)定性和信噪比[4]。1H-MRS 3D多體素對(duì)病灶是一個(gè)容積的三維評(píng)價(jià)，有空間分辨力更高的優(yōu)點(diǎn)，能在一次掃描后的數(shù)據(jù)中同時(shí)測(cè)量腫瘤及瘤周的三維空間上多個(gè)位點(diǎn)的代謝物比值（如Cho/NAA），取其最大值為研究數(shù)據(jù)，克服了組織活檢取材時(shí)沒(méi)有取到腫塊惡性度最大部分的缺點(diǎn)，這樣也更能吻合病理組織學(xué)的多點(diǎn)取樣方法。近來(lái)，SWAN作為非對(duì)比增強(qiáng)的腦腫瘤成像序列，認(rèn)為是無(wú)創(chuàng)性進(jìn)行腦腫瘤分級(jí)有價(jià)值的成像方法[5]。SWAN技術(shù)在腫瘤診斷方面的優(yōu)勢(shì)在于它能夠清晰顯示腫瘤的出血、靜脈血管、壞死構(gòu)成等；多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和間變型高級(jí)別星形細(xì)胞瘤生長(zhǎng)速度快，腫瘤血管壁不成熟伴出血增多，它產(chǎn)生的磁敏感效應(yīng)引起SWAN上的信號(hào)衰減，呈簇狀或點(diǎn)狀低信號(hào)[6]；同時(shí)高級(jí)別星形細(xì)胞瘤的腫瘤血管增生和血供增加，供血的小動(dòng)脈及引流靜脈也多，SWAN能顯示引流小靜脈，表現(xiàn)為細(xì)條狀或簇狀低信號(hào)，間接反映了腫瘤的血管增生情況，對(duì)腫瘤分級(jí)具有重要意義[7]；此外，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受體分布最高,假柵欄樣區(qū)域最明顯，亦可致高級(jí)別惡性腫瘤內(nèi)組織間的磁敏感差異明顯，這些病理特點(diǎn)均能被SWAN反映，呈點(diǎn)狀低信號(hào)影[8,9]。本研究中，SWAN圖上高、低級(jí)別組腫瘤內(nèi)低信號(hào)的評(píng)分差異說(shuō)明高、低星形細(xì)胞瘤內(nèi)病理特點(diǎn)不同。因此，SWAN在腦星形細(xì)胞瘤的分級(jí)中具有重要臨床價(jià)值。

本研究旨在通過(guò)SWAN和1H-MRS兩種技術(shù)聯(lián)合診斷，提高高級(jí)別星形細(xì)胞瘤的診斷敏感度。伴出血的多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤瘤體區(qū)Cho/NAA比值較低，Hunter角仍呈正常上升，易造成高級(jí)別星形細(xì)胞瘤漏診，其譜線可能受瘤體內(nèi)多發(fā)小出血的影響，但SWAN發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，瘤體內(nèi)見(jiàn)許多點(diǎn)狀低信號(hào)，SWAN評(píng)分≥3級(jí)。當(dāng)SWAN評(píng)分≥2級(jí)、Cho/NAA＝2.35時(shí)聯(lián)合篩檢，其敏感度為93.2%，特異度為81.0%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為95.3%，陰性預(yù)測(cè)值為78.6%，準(zhǔn)確度為85.9%，其診斷高級(jí)別星形細(xì)胞瘤的敏感度明顯高于MR平掃＋增強(qiáng)掃描，準(zhǔn)確度也較高，減少了假陰性，從而減少了致死率高的高級(jí)別星形細(xì)胞瘤的漏診。盡管特異度下降，對(duì)高級(jí)別星形細(xì)胞瘤診斷的假陽(yáng)性率增高，但低級(jí)別星形細(xì)胞瘤的發(fā)病率較低，且其致死率較高級(jí)別星形細(xì)胞瘤低，所以總體上對(duì)患病人群危害性減少。

本研究顯示，SWAN檢查和1H-MRS 3D多體素單獨(dú)或聯(lián)合應(yīng)用均能提高術(shù)前高級(jí)別星形細(xì)胞瘤診斷的敏感度，是MR平掃＋增強(qiáng)對(duì)星形細(xì)胞瘤分級(jí)診斷的有用輔助手段，特別利用SWAN及1H-MRS 3D多體素優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)時(shí)，可大幅提升高級(jí)別星形細(xì)胞瘤的診斷敏感度。但其是否能對(duì)星形細(xì)胞瘤患者總體治療效果產(chǎn)生良性影響、提高生存率，有待進(jìn)一步研究。本研究的缺點(diǎn)：①樣本例數(shù)不夠大；②高級(jí)別星形細(xì)胞瘤易出血壞死影響1H-MRS 3D多體素的譜線穩(wěn)定，造成各代謝物比值測(cè)量偏差。

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