腦膠質(zhì)瘤外科手術(shù)后輔助放療的MR波譜隨訪研究

陳旺生， 李建軍， 劉富金， 王奮， 王飛， 陳峰， 李長清

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·中樞神經(jīng)影像學(xué)·

腦膠質(zhì)瘤外科手術(shù)后輔助放療的MR波譜隨訪研究

陳旺生， 李建軍， 劉富金， 王奮， 王飛， 陳峰， 李長清

目的：探討腦膠質(zhì)瘤外科手術(shù)后輔助放射治療的MR波譜變化趨勢和可能的病理學(xué)基礎(chǔ)。方法：搜集23例經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的膠質(zhì)瘤患者，術(shù)后均接受輔助放射治療，監(jiān)測腦組織、部分病例的殘留腫瘤及復(fù)發(fā)腫瘤的代謝物濃度的變化趨勢，并與放療結(jié)束時的自身數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果：放射野內(nèi)腦組織NAA/Cr、Cho/Cr和NAA/Cho值逐步降低，至放療結(jié)束后第3個月達(dá)最低水平，分別為1.83±0.16、1.27±0.10和1.02±0.15，然后逐漸升高至接近放療前水平，分別為1.73±0.17、1.45±0.07和1.31±0.18，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(F值分別為305.20、50.62和266.68，P值均<0.01)。7例殘留瘤體中5例未復(fù)發(fā)，3種代謝物比值放療后有所降低并保持在一定水平，2例復(fù)發(fā)者放療結(jié)束后第12個月NAA/Cr、Cho/Cr和NAA/Cho值分別為0.20±0.13、3.45±0.11和0.12±0.10，表明腫瘤細(xì)胞增值活躍，代謝旺盛，高度提示腫瘤復(fù)發(fā)，與第二次手術(shù)病理結(jié)果具有較好的一致性。結(jié)論：磁共振波譜通過監(jiān)測代謝物濃度變化，能無創(chuàng)性反映膠質(zhì)瘤術(shù)后放療腦損傷的修復(fù)過程，監(jiān)測殘留瘤體放療后的生物活性，可為診斷腫瘤復(fù)發(fā)提供有價值的信息。

神經(jīng)膠質(zhì)瘤； 放射療法； 磁共振波譜學(xué)； 隨訪研究

腦膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)病率最高的原發(fā)惡性腫瘤，出現(xiàn)臨床癥狀而就診的膠質(zhì)瘤多為Ⅱ～Ⅲ級，目前主要采取手術(shù)治療。雖然膠質(zhì)瘤手術(shù)后可進(jìn)行常規(guī)放射治療(簡稱放療)和化療，但其復(fù)發(fā)率仍然居高不下，往往需要進(jìn)行第二次手術(shù)或增加劑量并擴(kuò)大靶區(qū)放療。準(zhǔn)確定位腫瘤復(fù)發(fā)區(qū)對保護(hù)本來已經(jīng)受到重度創(chuàng)傷的腦功能區(qū)至關(guān)重要[1]。既往相關(guān)研究主要集中在腫瘤復(fù)發(fā)與放射性腦損傷方面[2-4]，尚缺乏關(guān)于外科手術(shù)后輔助放療的磁共振波譜的系統(tǒng)隨訪研究。本文搜集23例外科手術(shù)后接受輔助放療的高級別腦膠質(zhì)瘤患者，對放射野內(nèi)術(shù)后腦組織、部分病例的殘留腫瘤及復(fù)發(fā)腫瘤進(jìn)行磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy,MRS)隨訪，旨在探討其變化趨勢和可能的病理學(xué)基礎(chǔ)。

材料與方法

1.病例資料

回顧性分析2009年5月-2012年12月在本院經(jīng)術(shù)前影像診斷和術(shù)后病理證實(shí)的23例高級別腦膠質(zhì)瘤(彌漫性膠質(zhì)瘤除外)患者的病例資料，其中男14例，女9例，年齡34～56歲，平均38歲。病理分級為Ⅲ級15例，Ⅳ級8例，包括間變性星形細(xì)胞瘤9例，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤8例，混合性膠質(zhì)-神經(jīng)元腫瘤4例，膠質(zhì)肉瘤2例。

表1　放射野腦組織3種主要代謝物比值的比較

注：放療結(jié)束時與放療結(jié)束后24個月比較，aP<0.05，bP<0.05。

表2　5例殘留非復(fù)發(fā)腫瘤和2例復(fù)發(fā)腫瘤的3種代謝物比值的比較

注：①因復(fù)發(fā)病例在放療結(jié)束后12個月后再次手術(shù)而無后續(xù)MRS數(shù)據(jù)；②術(shù)后放療前與放療后12個月比較，cP<0.05，dP<0.01。

2.檢查方法

每例患者檢查前均簽署檢查知情同意書。全部檢查均在西門子Verio 3.0T超導(dǎo)型MRI掃描儀上進(jìn)行，采用標(biāo)準(zhǔn)頭部正交線圈。在手術(shù)后、輔助放療前行常規(guī)MRI平掃和Gd-DTPA增強(qiáng)掃描，常規(guī)掃描包括軸面T1WI(TR 400 ms，TE 15 ms)、T2WI(TR 4000 ms,TE 120 ms)、T2液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(T2FLAIR，TR 6000 ms，TE 120 ms，TI 2000 ms)。增強(qiáng)掃描對比劑采用Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg，注射流率2.0 mL/s，其他參數(shù)同T1WI掃描。

波譜數(shù)據(jù)采集及分析：以T2FLAIR和3D-SPGR為波譜成像的定位圖，采用點(diǎn)分辨率線圈采集單體素及多體素波譜，感興趣區(qū)內(nèi)勻場、抑水，確保水的半高帶寬值小于10后自動采集波譜。所有數(shù)據(jù)傳至設(shè)備自帶軟件進(jìn)行波譜后處理，測得每個體素的線譜及波峰峰值，主要觀測的代謝物為N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)及膽堿(Cho)，動態(tài)觀察放射治療后各個不同時間段各部位線譜的形態(tài)改變及NAA/Cr、NAA/Cho、Cho/Cr比值的變化。

興趣區(qū)(region of interest，ROI)的選?。很浖詣臃治鐾暝紨?shù)據(jù)后，由2位高年資影像診斷醫(yī)師和1位放療科醫(yī)師對所獲得的圖像進(jìn)行分析，選取有效區(qū)域的小體素數(shù)值進(jìn)行分析。

3.統(tǒng)計學(xué)處理

測得放射野內(nèi)各感興趣區(qū)不同時期的主要代謝物N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)和膽堿(Cho)的相對半定量濃度以及NAA/Cr、Cho/Cr和Cho/NAA比值，分析相關(guān)數(shù)值在治療過程中的變化趨勢。測量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，采用SPSS 19．0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，對NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho比值進(jìn)行重復(fù)測量的方差分析(2例復(fù)發(fā)病例除外)，分別以放療前數(shù)據(jù)作為基線對照，以P<0．05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié)　果

1.膠質(zhì)瘤外科手術(shù)后、輔助放療前常規(guī)MRI表現(xiàn)

常規(guī)MRI檢查于外科手術(shù)2周后進(jìn)行，23例中顯微鏡下顯示全切16例，術(shù)區(qū)常規(guī)T1WI呈稍低信號，T2WI呈稍高信號，增強(qiáng)掃描未見殘留腫瘤強(qiáng)化，伴少許水腫帶，部分病例可見少許積血及局部柔腦膜或硬腦膜強(qiáng)化；非鏡下全切而部分殘留7例(殘留率小于30%)，術(shù)區(qū)信號較混雜，T1WI呈稍低信號，T2WI呈稍高信號，殘留瘤體信號不均勻，增強(qiáng)掃描可呈均勻強(qiáng)化、不均勻強(qiáng)化或無明顯強(qiáng)化，大小范圍為(0.85×1.73) cm2～(2.36×3.21) cm2，周圍伴不同程度水腫，手術(shù)野可見少量積血，局部腦膜輕度強(qiáng)化(圖1a、b)。

2.輔助放療后的MRS動態(tài)隨訪

放射野中腦組織(n=23)、殘留非復(fù)發(fā)瘤體(n=5)和2例復(fù)發(fā)腫瘤在各隨訪時間點(diǎn)的3種代謝物變化見表1、2。

3.隨訪周期內(nèi)2例復(fù)發(fā)病例的MRI表現(xiàn)和再次手術(shù)病理結(jié)果

在術(shù)后隨訪的第13和19個月，2例復(fù)發(fā)病例灶周水腫加重，增強(qiáng)掃描可見異常強(qiáng)化瘤體增大(圖1c、d)，MRS顯示Cho/Cr值明顯增高，最高達(dá)32.6，NAA/Cr值降低(圖1e、f)。首次手術(shù)病理結(jié)果分別為間變性星形細(xì)胞瘤(Ⅲ級)和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(Ⅳ級)，第二次手術(shù)病理鏡下可見瘤體內(nèi)不規(guī)則壞死區(qū)，腫瘤細(xì)胞密集，可見豐富新生腫瘤血管，Ki-67陽性細(xì)胞呈簇狀分布(圖1g、h)。

討　論

手術(shù)結(jié)合放療和化療是治療腦惡性膠質(zhì)瘤的有效方案，由于手術(shù)野結(jié)構(gòu)和成分相對復(fù)雜，手術(shù)后放療不同于單純的放療，影像學(xué)表現(xiàn)呈現(xiàn)多樣性，對放射性腦損傷、腫瘤復(fù)發(fā)、放療后假性進(jìn)展的鑒別難度較大，成為相關(guān)學(xué)科的棘手問題[5]，磁共振波譜動態(tài)隨訪有助于從可能的病理演變角度進(jìn)行探索。

圖1男，58歲，間變性星形細(xì)胞瘤Ⅲ級。a) 手術(shù)后T2WI示術(shù)區(qū)結(jié)構(gòu)紊亂，可見囊腔，周圍腦組織伴水腫帶； b) 增強(qiáng)掃描示囊腔呈環(huán)形強(qiáng)化； c) 術(shù)后第15個月，腫瘤復(fù)發(fā)，實(shí)性成分填充術(shù)后囊腔； d) 增強(qiáng)掃描示實(shí)性部分不均勻強(qiáng)化； e) MRS示Cho峰明顯增高，NAA峰明顯降低； f) MRS示部分區(qū)域可見乳酸峰； g) 第2次手術(shù)病理鏡下示腫瘤細(xì)胞密集排列，異型性明顯，新生腫瘤血管豐富(×400，HE)； h) 細(xì)胞增值抗原(Ki-67)染色陽性細(xì)胞呈簇狀分布。

關(guān)于照射野內(nèi)腦組織的神經(jīng)元損傷，本組結(jié)果顯示，與放療前自身比較，自放療開始至結(jié)束后的3個月內(nèi)，NAA/Cr值均呈下降趨勢，在放療結(jié)束后3～24個月內(nèi)不同程度回升，但低于放療前水平。NAA是公認(rèn)的神經(jīng)元標(biāo)志物，位于磁共振譜線的2.02 ppm處，單位體積腦組織內(nèi)神經(jīng)元的數(shù)目和代謝的改變都會引起NAA/Cr值的變化[6]，降低表明神經(jīng)元丟失和/或其代謝障礙,回升則提示神經(jīng)元功能的恢復(fù)趨勢。筆者分析，在接受輻射期間，由于射線作用于神經(jīng)元的線粒體而引起能量代謝受損，并隨著射線劑量的增加進(jìn)一步減低；另一方面，少數(shù)神經(jīng)元的細(xì)胞膜和DNA受電離輻射作用在此階段發(fā)生調(diào)亡，單位體素內(nèi)NAA含量相對減少?？傊?，NAA/Cr值降低幅度與腦組織損傷程度呈正相關(guān)。在放療結(jié)束后的3個月內(nèi)，雖然放射線的直接作用終止，但NAA/Cr值仍呈下降趨勢，主要是由于放射線作用的序貫性[7]。然后，NAA/Cr值不同幅度回升，接近放療前水平，表明神經(jīng)元的代謝功能得到一定程度的恢復(fù)，此外，細(xì)胞內(nèi)外水腫程度減輕，單位體素內(nèi)神經(jīng)元數(shù)目增加?？梢?，動態(tài)NAA/Cr值可在一定程度上反映神經(jīng)元的功能損傷及其修復(fù)狀態(tài)。

Cho/Cr值在膠質(zhì)瘤術(shù)后輔助放療的隨訪中具有重要意義,不僅反映膠質(zhì)細(xì)胞的代謝和功能，也是鑒別腫瘤復(fù)發(fā)與膠質(zhì)增生的量化指標(biāo)。Cho反映總膽堿的含量，包括磷酸膽堿、磷脂酰膽堿和磷酸甘油膽堿，與細(xì)胞膜磷脂代謝和髄鞘形成有關(guān)，在膠質(zhì)細(xì)胞中的含量明顯高于神經(jīng)元，因此認(rèn)為Cho/Cr值的變化主要說明膠質(zhì)細(xì)胞的代謝和功能變化[8]，Cho/Cr值升高表明膠質(zhì)細(xì)胞增殖活躍和/或細(xì)胞膜代謝增高，降低則表明細(xì)胞膜磷脂合成和髄鞘形成的速度減慢。本組資料顯示在整個放療過程中，Cho/Cr值均呈下降趨勢，在放療結(jié)束后3～24個月內(nèi)不同程度回升至接近或達(dá)到放療前水平。筆者分析認(rèn)為，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞受放射線的生物作用后，線粒體能量代謝減弱、細(xì)胞活性降低，細(xì)胞膜磷脂合成和髄鞘形成速度減慢，Cho表達(dá)減少，Cho/Cr值降低；由于NAA/Cr和Cho/Cr值均降低，NAA/Cho值也隨之降低，其降低的程度取決于NAA/Cr和Cho/Cr的相對值。但是，也有學(xué)者在放療開始不久后就發(fā)現(xiàn)Cho/Cr值升高[9]，這可能與放療模式不同導(dǎo)致神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞出現(xiàn)代謝異常的時間和損傷程度不同有關(guān)。需要強(qiáng)調(diào)的是，由于手術(shù)野結(jié)構(gòu)和成分相對復(fù)雜[10]，MRS不同于單純的鼻咽癌放射性腦損傷，Cho/Cr值受多重因素的影響，尤其是伴有肉芽組織和較多膠質(zhì)增生時，膠質(zhì)細(xì)胞含量增多，細(xì)胞膜代謝增高，膠質(zhì)增生的Cho/Cr值高于腦組織。

本組納入病例均為高級別膠質(zhì)瘤，外科手術(shù)時難以鏡下全切，7例伴有殘留，術(shù)后增強(qiáng)掃描顯示較小殘留病灶短徑約1.0 cm，MRS掃描能較好地獲取其波譜數(shù)據(jù)。放療可誘發(fā)腫瘤細(xì)胞預(yù)設(shè)的程序性壞死以及應(yīng)用放射線對腫瘤細(xì)胞的直接殺傷至其死亡[10]，從而達(dá)到破壞腫瘤組織的目的。理論上講，殘留腫瘤在放射線作用下，細(xì)胞增殖活躍度和代謝降低，Cho/Cr值降低；反之，如腫瘤復(fù)發(fā)則表現(xiàn)為腫瘤細(xì)胞增殖活躍，細(xì)胞代謝增加，Cho/Cr值升高，而且與增殖活躍程度呈正相關(guān)。本組結(jié)果發(fā)現(xiàn)，殘留腫瘤中除2例復(fù)發(fā)者外，放療后Cho/Cr值均下降，表明放射線不同程度抑制腫瘤分裂，甚至誘發(fā)異型性細(xì)胞程序性壞死。至于Cho/Cr值降低到什么程度復(fù)發(fā)的可能性小，尚未見相關(guān)文獻(xiàn)報道。筆者認(rèn)為，Cho/Cr值呈下降趨勢提示腫瘤細(xì)胞生物活性得到抑制、增值能力降低，只要其比值不反彈，腫瘤復(fù)發(fā)的可能性相對較小，本組2例復(fù)發(fā)病例可為佐證。本組2例殘留腫瘤復(fù)發(fā)于放療后1年，常規(guī)MRI觀察到水腫加重，增強(qiáng)掃描示異常強(qiáng)化灶不規(guī)則增大，但未見遠(yuǎn)隔異常強(qiáng)化灶，MRS表現(xiàn)為NAA/Cr和NAA/Cho值降低，Cho/Cr值明顯增高，Cho/NAA值高達(dá)38.6，提示細(xì)胞膜合成代謝旺盛，腫瘤細(xì)胞異常增殖活躍、細(xì)胞密度顯著增加，與第二次手術(shù)的病理結(jié)果具有較好的一致性，鏡下可見腫瘤細(xì)胞排列密集、豐富新生腫瘤血管、Ki-67陽性細(xì)胞呈簇狀分布。由此可見膠質(zhì)瘤術(shù)后MRS隨訪，尤其是Cho/Cr值持續(xù)增高對診斷膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)具有重要價值。有文獻(xiàn)報道，Cho/NAA值達(dá)到30可作為鑒別膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)與膠質(zhì)增生的依據(jù)。

本組病例數(shù)偏少，尤其沒有納入低級別膠質(zhì)瘤病例，對統(tǒng)計分析的準(zhǔn)確性不利，有待今后研究逐漸增加樣本量和樣本的多樣性，以得到更加準(zhǔn)確的統(tǒng)計學(xué)結(jié)果。本研究僅部分病例手術(shù)前行MRS檢查，此外，由于納入病例均為高級別膠質(zhì)瘤，瘤體大，MRS難以獲得鏡像區(qū)正常代謝物比值作為內(nèi)參照，以上均為不足之處，尚需進(jìn)一步完善。

綜上所述，將MRS用于腦膠質(zhì)瘤外科手術(shù)后輔助放療的隨訪，通過監(jiān)測代謝物濃度變化，可無創(chuàng)性反映膠質(zhì)瘤術(shù)后放療腦損傷的修復(fù)過程，評估殘留瘤體放療后的生物活性，為診斷腫瘤復(fù)發(fā)提供有價值的信息，值得推廣應(yīng)用。

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Follow-up MR spectroscopic study of adjuvant radiotherapy after surgery of brain glioma

CHENG Wang-sheng,LI Jian-jun,LIU Fu-jin,et al.

Department of Radiology,People's Hospital of Hainan Province,Haikou 570311,P.R.China

Objective：To investigate the change of MRS and possible pathological basis of brain glioma after surgery in addition with adjuvant radiation therapy.Methods：23 cases of glioma with surgery and pathology confirmed glioma of brain underwent adjuvant postoperative radiotherapy.MRS was used to monitor the metabolite changes of brain tissue,residual tumor and recurrent tumor,and comparisons were made based on MRS data.Result：MRS showed that NAA/Cr,Cho/Cr and NAA/Cho values of brain tissue within radiation field reduced gradually,which reached the lowest point at the end of the first 3 months after radiotherapy,which were 1.83±0.16,1.27±0.10,and 1.02±0.15 respectively.Then,increased gradually and almost reached the level before radiotherapy,which were 1.73±0.17,1.45±0.07,and 1.31±0.18,respectively,with statistically significant difference (Fvalue was 305.20、50.62 and 266.68 respectively，P<0.01).No recurrence was found in 5 of 7 cases with residual tumors the three metabolites ratio decreased after radiotherapy and maintain in a certain level;in 2 cases with recurrence,the NAA/Cr,Cho/Cr and NAA/Cho values were 0.20±0.13,3.45±0.11,and 0.12±0.10，respectively at 12 months after radiotherapy,indicating that this tumor had active proliferation and high metabolism,there was a good correlation with the pathology of second surgery.Conclusion:Via the monitoring of the change of metabolites,MRS can monitor the repair process of radiation injury of brain non-invasively after surgery treatment of glioma,which provides valuable information in the diagnosis of tumor recurrence.

Glioma; Radiotherapy; Magnetic resonance spectroscopy; Follow-up studies

570311海南省人民醫(yī)院放射科(陳旺生、李建軍、王飛、陳峰、李長清)，病理科(劉富金)，放療科(王奮)

陳旺生(1975-)，男，湖北蘄春縣人，博士，主任醫(yī)師，主要從事神經(jīng)系統(tǒng)影像診斷和研究工作。

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81360233，81560282)；海南省重點(diǎn)科技項(xiàng)目(ZDXM20130069)；海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(812154)；海南省衛(wèi)生廳科研立項(xiàng)課題(2011-23,2012PT-19)

R739.41; R445.2

A

1000-0313(2016)01-0055-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.01.013

2015-03-27

2015-08-10)