1.5T磁共振1H-MRS鑒別良惡性胸腔積液的初步研究

鐘華 代海洋 李麗紅 肖葉玉 吳仁華

1.5T磁共振1H-MRS鑒別良惡性胸腔積液的初步研究

鐘華 代海洋 李麗紅 肖葉玉 吳仁華

目的 探討磁共振波譜對(duì)良、惡性胸腔積液的鑒別診斷價(jià)值。方法 收集行胸腔穿刺抽液的胸腔積液標(biāo)本46例，其中原發(fā)病確診為良性者20例（包括肺結(jié)核14例、肺炎6例），原發(fā)病確診為惡性者26例（包括原發(fā)性肺癌18例、乳腺癌5例、肝癌2例、胃癌1例）。對(duì)胸腔積液標(biāo)本進(jìn)行離心處理，然后利用1.5T磁共振對(duì)胸腔積液標(biāo)本進(jìn)行波譜采集，分析良惡性胸腔積液的波譜特征。結(jié)果 胸腔積液的波譜圖中主要的代謝峰有乳酸、膽堿、肌酸、肌醇及脂質(zhì)等。主要代謝物波峰下面積比較：乳酸：結(jié)核性（5.19±1.31）、炎性（6.08±1.56）和惡性胸腔積液（2.40±0.43）的乳酸峰下面積差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=8.45，P＜0.01）；膽堿：結(jié)核性（2.75±0.91）、炎性（3.27±1.21）和惡性胸腔積液（6.76±1.73）的膽堿峰下面積差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=2.98，P＜0.01）；肌醇：結(jié)核性（2.71±1.19）、炎性（2.25±0.81）和惡性胸腔積液（5.83±2.08）的肌醇峰下面積差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=38.49，P＜0.01）。結(jié)核性和炎性胸腔積液中乳酸（t=-1.04，P＞0.05）、膽堿（t=-0.58，P＞0.05）和肌醇（t=1.19，P＞0.05）波峰下面積差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論 良、惡性胸腔積液具有不同的波譜特征，利用磁共振波譜對(duì)良、惡性胸腔積液進(jìn)行鑒別具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值。

胸腔積液；磁共振波譜學(xué)

胸腔積液在臨床上較為常見，按其發(fā)生機(jī)制可分為漏出液和滲出液兩類，不同性質(zhì)的胸腔積液可提示有不同的病因和發(fā)病機(jī)制，對(duì)良、惡性胸腔積液的鑒別具有重要的臨床意義[1]。磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy，MRS）是利用化學(xué)位移現(xiàn)象來測(cè)定組成物質(zhì)的分子成分的檢測(cè)技術(shù)，是目前唯一可測(cè)得代謝物的化學(xué)成分和含量的檢查方法。對(duì)體液的MRS研究，國(guó)內(nèi)外一般應(yīng)用7.0 T及以上場(chǎng)強(qiáng)的儀器，限制了體液波譜研究的臨床應(yīng)用。本研究利用1.5 T臨床型磁共振儀對(duì)胸腔積液波譜進(jìn)行研究分析，尋找良惡性胸腔積液的MRS特征及鑒別要點(diǎn)，為臨床良惡性胸腔積液的鑒別提供一定的幫助。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2012年6月至2013年6月在惠州市中心人民醫(yī)院行胸腔穿刺抽液的胸腔積液標(biāo)本共46例，所有患者臨床進(jìn)行胸腔積液穿刺引流前均簽署了知情同意書。根據(jù)胸腔積液的來源將其分為良性胸腔積液和惡性胸腔積液兩類，良性胸腔積液中包括結(jié)核性和炎性胸腔積液兩種類型。46例標(biāo)本中，原發(fā)病確診為良性者20例，包括肺結(jié)核14例、肺炎6例；原發(fā)病確診為惡性者26例，包括肺癌18例、乳腺癌5例、肝癌2例、胃癌1例。

1.2 方法

每例患者收集胸腔積液標(biāo)本約50ml分裝于離心管內(nèi)，常溫下置于離心機(jī)內(nèi)，以1500轉(zhuǎn)每分鐘（離心半徑為6 cm）的轉(zhuǎn)速離心5 min，用注射器抽取上層清液（棄沉渣）并轉(zhuǎn)移至容積為30 ml的球形玻璃容器內(nèi)，用于分析的標(biāo)本量為30 ml。MRS檢查采用美國(guó)GE1.5T磁共振掃描儀（GE Signa，General Electric Systems），標(biāo)準(zhǔn)相控陣頭部線圈，標(biāo)本置于線圈中心，周圍用泡沫材料固定。波譜掃描采用單體素氫質(zhì)子波譜-點(diǎn)分辨自旋回波波譜序列（point-resolve echo spin spectroscopy，PRESS），重復(fù)時(shí)間（TR）=3000 ms，回波時(shí)間（TE）=30 ms，激勵(lì)次數(shù)（NEX）=128。首先利用三平面定位圖像進(jìn)行體素定位，體素選擇于容器的中心，大小為20 mm× 20 mm×20 mm。勻場(chǎng)、抑水和波譜采集掃描均由自動(dòng)預(yù)掃描程序完成，勻場(chǎng)半高寬值≤2，抑水≥99%時(shí)滿足掃描要求再進(jìn)行波譜掃描。掃描結(jié)束后主機(jī)產(chǎn)生P.file文件，從ADW4.3工作站導(dǎo)出，并于實(shí)驗(yàn)室導(dǎo)入U(xiǎn)NIX系統(tǒng)，通過SAGE軟件進(jìn)行相位和基線校正，得出波譜圖像并導(dǎo)出，記錄軟件計(jì)算出的代謝物（包括乳酸、膽堿、肌酸、肌醇和脂質(zhì)等）的波峰下面積。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

波譜圖像分析由兩位具有MRS分析經(jīng)驗(yàn)的副主任醫(yī)師共同完成，當(dāng)意見不一致時(shí)通過討論達(dá)成共識(shí)。數(shù)據(jù)利用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。由于軟件處理得出的波譜下相對(duì)面積較大，分析前對(duì)所得的波峰下面積進(jìn)行對(duì)數(shù)處理得出主要代謝峰的相對(duì)波峰下面積，結(jié)果以±s表示。對(duì)不同類型胸腔積液中同一代謝物的波峰下面積的比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P< 0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

利用PRESS序列采集胸腔積液標(biāo)本具有較好的勻場(chǎng)效果，其勻場(chǎng)半高寬值≤2，波譜圖像具有平穩(wěn)的基線和清晰的代謝峰。胸腔積液的波譜圖中主要的代謝峰有乳酸、膽堿、肌酸、肌醇及脂質(zhì)等。主要代謝物波峰下面積比較：乳酸：結(jié)核性（5.19±1.31）、炎性（6.08±1.56）和惡性胸腔積液（2.40±0.43）的乳酸峰下面積差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=8.45，P<0.01）；膽堿：結(jié)核性（2.75±0.91）、炎性（3.27±1.21）和惡性胸腔積液（6.76±1.73）的膽堿峰下面積差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=2.98，P<0.01）；肌醇：結(jié)核性（2.71±1.19）、炎性（2.25±0.81）和惡性胸腔積液（5.83±2.08）的肌醇峰下面積差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=38.49，P<0.01）。結(jié)核性和炎性胸腔積液中乳酸（t=-1.04，P>0.05）、膽堿（t=-0.58，P>0.05）和肌醇（t=1.19，P>0.05）波峰下面積比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。良、惡性胸腔積液波譜圖見圖1。

3 討論

胸腔積液是許多疾病的臨床表現(xiàn)之一，在我國(guó)，結(jié)核和惡性腫瘤是引起胸腔積液的兩個(gè)主要因素，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，結(jié)核性胸腔積液占良性胸腔積液的87%，在惡性胸腔積液中，原發(fā)性肺癌的胸腔積液占惡性胸腔積液的68.7%[2]。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)胸腔積液進(jìn)行了大量的研究工作，胸腔積液的多種實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)對(duì)其性質(zhì)和病因的分析具有重要意義[3-4]。亦有研究利用超聲、能譜CT或PET/CT探討對(duì)良惡性胸腔積液的鑒別診斷價(jià)值，但目前尚無明確的診斷標(biāo)準(zhǔn)，尚不能廣泛應(yīng)用于臨床[5-8]。MRS技術(shù)具有簡(jiǎn)單、快速、無創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，且可從分子水平反映機(jī)體組織和器官的代謝信息，對(duì)疾病的發(fā)病機(jī)制及病因分析具有重要價(jià)值。基于良惡性胸腔積液不同的病因和代謝基礎(chǔ)，利用MRS對(duì)良惡性胸腔積液進(jìn)行鑒別具有一定的臨床價(jià)值。MRS技術(shù)已經(jīng)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和鑒別中發(fā)揮了巨大的作用。不同于高場(chǎng)專用實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)極微小量的樣本即可進(jìn)行檢測(cè)，臨床型磁共振對(duì)體液等小樣本的研究需要達(dá)到一定的體積和規(guī)則的形狀、達(dá)到可檢測(cè)的信號(hào)要求和良好的勻場(chǎng)效果后方可進(jìn)行檢測(cè)。1.5T臨床型磁共振的MRS在技術(shù)設(shè)計(jì)上用于檢測(cè)組織代謝和生化變化。本研究中，將30 ml胸腔積液標(biāo)本置于球形玻璃容器中，可達(dá)到半高寬≤2的良好勻場(chǎng)效果，并可產(chǎn)生基線平穩(wěn)、波譜清晰明顯的譜線。

圖1 良、惡性胸腔積液波譜圖 圖中，橫坐標(biāo)代表代謝峰化學(xué)位移，縱坐標(biāo)代表代謝峰高值。A：結(jié)核性胸腔積液，乳酸峰顯著升高（峰下面積：6.43）；B：惡性胸腔積液（肺腺癌），膽堿（峰下面積：5.37）和肌醇峰（峰下面積：6.42）顯著升高；C：惡性胸腔積液（小細(xì)胞肺癌），膽堿峰（峰下面積：6.69）和肌醇（峰下面積：5.08）顯著升高；D：惡性胸腔積液（乳腺癌多發(fā)轉(zhuǎn)移），肌醇峰（峰下面積：7.91）顯著升高。Lac：乳酸；MI：肌醇；Cho：膽堿。Fig.1 Magnetic resonance spectroscopy of benign and malignant pleural effusion

本研究發(fā)現(xiàn)，良惡性胸腔積液的MRS具有不同的代謝特征，結(jié)核性和炎性胸腔積液的乳酸峰均較惡性胸腔積液高且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，惡性胸腔積液的膽堿和肌醇峰均較結(jié)核性和炎性胸腔積液高且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而結(jié)核性和炎性胸腔積液的乳酸、膽堿和肌醇波峰下面積均未發(fā)現(xiàn)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。良惡性胸腔積液不同的MRS特征反映出其不同的病理意義。胸腔積液細(xì)胞學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，在良性胸腔積液中，其細(xì)胞成分主要為白細(xì)胞（包括中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞及嗜酸性粒細(xì)胞等）及間皮細(xì)胞等，而在惡性胸腔積液中，其細(xì)胞成分主要為脫落或轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞和一些紅細(xì)胞及淋巴細(xì)胞等[9]。胸腔積液的細(xì)胞成分的不同可能是造成其波譜特征不同的原因，在良性胸腔積液中，由于血管通透性的增高及炎性因子釋放等因素造成白細(xì)胞滲出，白細(xì)胞脫離血漿環(huán)境后可能因氧含量減少而造成有氧呼吸的減弱及無氧呼吸的增強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生乳酸，這也可能是良性胸腔積液的pH值低于惡性胸腔積液的原因。在惡性胸腔積液中，由于其含腫瘤細(xì)胞較多，細(xì)胞代謝尤其是細(xì)胞膜的代謝速度快，反映細(xì)胞膜代謝的標(biāo)記物膽堿及肌醇濃度會(huì)相應(yīng)升高[10-11]。另外，在本研究中還發(fā)現(xiàn)，惡性胸腔積液的乳酸峰雖低于良性胸腔積液，但也會(huì)有一定程度的升高，可能與惡性胸腔積液中含有一定量的白細(xì)胞及間皮細(xì)胞等有關(guān)。

綜上所述，通過本研究的初步探索，發(fā)現(xiàn)良惡性胸腔積液的MRS特征具有一定差異，利用MRS對(duì)良惡性胸腔積液的鑒別具有一定的臨床應(yīng)用價(jià)值，尤其是在原發(fā)灶性質(zhì)不明確的情況下，利用MRS分析可對(duì)胸腔積液良惡性的判斷提供參考。本研究仍存在較多不足之處，首先由于本研究所使用的波譜分析軟件尚無胸腔積液波譜的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)致胸腔積液波譜中仍有較多的代謝峰無法準(zhǔn)確定性，也無法實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定量分析；另外，對(duì)于極小量標(biāo)本測(cè)試而言，與專用實(shí)驗(yàn)儀器比較，臨床型儀器在數(shù)據(jù)采集和分析的精確度等方面存在差距，良惡性胸腔積液中更有意義的生物學(xué)標(biāo)識(shí)有待于進(jìn)一步探究。二是由于病例數(shù)限制，本研究對(duì)良惡性胸腔積液的波譜特征進(jìn)行了初步分析，利用MRS對(duì)胸腔積液良惡性的判斷的可行性和準(zhǔn)確性需要大量病例研究進(jìn)一步驗(yàn)證，不同原發(fā)病變引起的胸腔積液之間的波譜學(xué)差異需進(jìn)一步細(xì)化。三是良惡性胸腔積液不同的波譜特征差異的原因仍需進(jìn)一步深入研究。

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A preliminary study of1H-MRS in diagnosis of benign and malignant pleural effusions

Zhong Hua*,Dai Haiyang,Li Lihong,Xiao Yeyu,Wu Renhua.*Department of Radiology,HuiZhou Municipal Central Hospital,Huizhou 516001,China

Zhong Hua,Email：gdhz_zhong_h@163.com

Objective To investigate the feasibility of magnetic resonance spectroscopy（MRS）in the diagnosis of benign and malignant pleural effusions.MethodsSamples of 46 cases of pleural effusion were collected in clinics after performing pleurocentesis.Among the obtained samples,20 cases were benign pleural effusion（14 cases of tuberculosis and 6 cases of pneumonia）and 26 cases were malignant pleural effusion（18 cases of primary bronchogenic carcinoma,5 cases of breast carcinoma,2 cases of primary hepatic carcinoma,and 1 case of gastric carcinoma）.The effusion pleural samples were centrifuged and subjected to1H MRS examination using a 1.5T MR device.ResultsThe main metabolites in the pleural effusion contain lactate,choline,creatine,myo-inositol（MI）,and fatty acids.Area of Lactate：pleural effusion from tuberculosis(5.19±1.31),pneumonia(6.08±1.56)and malignant pleural effusion(2.40±0.43) has statistic significance(F=8.45,P＜0.01).Area of choline：pleural effusion from tuberculosis(2.75±0.91), pneumonia(3.27±1.21)and malignant pleural effusion(6.76±1.73)has statistic significance(F=2.98，P＜0.01).Area of MI：pleural effusion from tuberculosis(2.71±1.19),pneumonia(2.25±0.81)and malignant pleural effusion(5.83±2.08)has statistic significance(F=38.49，P＜0.01).Area of lactate（t=-1.04,P＞0．05）,choline（t=-0.58,P＞0．05）and MI（t=1.19,P＞0．05）between pleural effusion from tuberculosis（5．19±1．31）and pneumonia has no statistic significance.Conclusions Benign and malignant pleural effusions show different MRS characteristics.1H MRS has certain clinical value in the differentiation of benign and malignant pleural effusions.

Pleural effusion;Magnetic resonance spectroscopy

2015-03-03）

10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2015.04.004

516001，惠州市中心人民醫(yī)院放射科（鐘華，代海洋，李麗紅）；515041，汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院影像科（肖葉玉，吳仁華）

鐘華（Email：gdhz_zhong_h@163.com）