磁共振功能成像在腦膠質(zhì)瘤診斷中的應用價值*

柴茂林,馬黨捐

1.陜西省第二人民醫(yī)院放射科(西安 710005)；2.陜西省第二人民醫(yī)院影像科(西安 710005)

腦膠質(zhì)瘤是神經(jīng)外胚葉衍化出的膠質(zhì)細胞惡性病變引發(fā)的顱內(nèi)腫瘤。流行病學調(diào)查顯示，腦膠質(zhì)瘤發(fā)病率約占顱內(nèi)腫瘤1半左右，且其死亡率位于34歲以下腫瘤人群第2位，位居35～54歲腫瘤人群第3位[1-2]。目前臨床治療腦膠質(zhì)瘤的主要手段為手術(shù)及術(shù)后放化療。通常因腦膠質(zhì)瘤浸潤性和異質(zhì)性生長等特點存在，導致其病理分級和真實級別間出現(xiàn)一定偏差，進而影響到患者術(shù)后康復治療方案選擇及預后[3]。因此，準確判斷腦膠質(zhì)瘤病理級別及侵襲生長程度等對治療方案制定具有重大意義。磁共振功能成像檢查因組織分辨率，可多序列和多參數(shù)成像而成為腦膠質(zhì)瘤初步篩查診斷的首選方法[4-5]。灌注加權(quán)成像(Perfusion weighted imaging,PWI)可從組織血流灌注水平及血管化程度,反應器官組織的血流動力學信息[6]；擴散張量纖維束成像(Diffusion tensor tractography,DTT)是唯一可活體重建腦白質(zhì)纖維束走向和空間分布的無創(chuàng)成像技術(shù)[7]；氫質(zhì)子共振波譜(Hydrogen proton resonance spectrum，1H-MRS)分析是唯一可無創(chuàng)觀察活體組織代謝和生化變化的共振技術(shù)[8]。三種磁共振功能成像技術(shù)各有優(yōu)勢。為更準確的判斷腦膠質(zhì)瘤病理分級，本研究回顧性分析了PWI、DTT、1H-HES技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤分級診斷中的應用效果?，F(xiàn)報告如下。

資料和方法

1 一般資料 收集2015年6月至2017年12月經(jīng)手術(shù)病理學檢查證實為腦膠質(zhì)瘤的48例患者臨床資料。依據(jù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標準分級，其中Ⅰ、Ⅱ級，即低級別膠質(zhì)瘤患者20例，男13例，女7例，年齡22～72歲，平均(56.85±7.12)歲；Ⅲ、Ⅳ級，即高級別膠質(zhì)瘤28例，男17例，女11例，年齡20～75歲，平均(56.41±7.26)歲?；颊咝g(shù)前均行PWI、DTT、1H-MRS掃描檢查。

2 檢查方法 采用GE3.0T超導型磁共振儀進行檢查，患者均行常規(guī)磁共振平掃、PWI、DTT、1H-HES掃描。①常規(guī)平掃：T1加權(quán)成像(T1WI)、T2WI、T1WI矢狀位、T2flair軸位。②PWI掃描：TE 40 ms，TR 1500 ms，翻轉(zhuǎn)角30°，視野(FOV)24 cm×24 cm，矩陣128×128，每位患者掃描30個層，40個時相，產(chǎn)生480圖像，成像時間共68 s，層間距1.0 mm，層厚4.0 mm。掃描前實施自動勻場，待掃描至第5個時相時，采用磁共振儀配套高壓注射器向肘前靜脈注射外源性對比劑釓噴替酸葡甲胺(Gd-DTPA)劑，劑量設(shè)定為0.1 mmol/kg，速率為3.5 ml/s，注射時間<5s，之后注射等量生理鹽水進行沖洗。③DTI選在25個方向進行擴散梯度的方式進行掃描，TR設(shè)定為4600 ms，b值為1000，TE則默認為最小值,層厚為4.0 mm，時間設(shè)定為2 min 4 s，視野為240 mm。④1H-MRS選擇點分辨波譜技術(shù)進行掃描，TE 144.0 ms,TR 1000 ms，掃描時間為5 min 28 s。MRS在平掃軸位T2WI或增強后軸位T1病灶最大實性層面進行定位，定位范圍為腫瘤實性和邊緣區(qū)、健側(cè)腦組織。

3 圖像分析和數(shù)據(jù)處理 PWI經(jīng)配套的神經(jīng)灌注軟件對灌注原始途徑實施后處理，獲得患者腦血容量(CBV)的偽彩圖像，選擇CBV灌注最大層面，分別于瘤體的最大灌注區(qū)域、周圍水腫區(qū)域及對側(cè)的正常腦白質(zhì)區(qū)域挑選4個興趣區(qū)域(ROI，面積約80～100 mm2) 對各區(qū)域CBV、腦血流量(CBF)進行計算，并取其平均值；選擇健側(cè)腦白質(zhì)區(qū)域CBV、CBF作為參照值，計算瘤體實質(zhì)區(qū)及周圍水腫區(qū)的相對CBV值(rCBV)、相對CBF(rCBF)；1H-MRS結(jié)果經(jīng)后處理得到患者代謝物和解剖圖的疊加圖像、代謝物的分布圖及比率圖，主要觀察代謝物質(zhì)為乙酰天門冬氨酸(NAA)、總膽固醇(Cho)、肌酐(Cr)、脂質(zhì)(Lip)、肌醇(MI)、乳酸(Lac)，計算Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr；DTI圖像經(jīng)重建DTT圖，觀測患者術(shù)前白質(zhì)纖維束破壞及移位情況，計算各向異性分數(shù)(FA)及相對FA(rFA)。

結(jié) 果

1 PWI及DTT所得瘤實質(zhì)區(qū)、周圍水腫區(qū)及健側(cè)白質(zhì)區(qū)CBV、CBF、FA值對比 見表1。膠質(zhì)瘤不同區(qū)域CBV、CBF、FA值間差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，瘤實質(zhì)區(qū)、瘤周圍水腫區(qū)CBV、CBF值顯著高于健側(cè)白質(zhì)區(qū)，F(xiàn)A值則顯著低于健側(cè)白質(zhì)區(qū)；瘤實質(zhì)區(qū)CBV、CBF值顯著高于瘤周圍水腫區(qū)，F(xiàn)A值則顯著低于瘤周圍水腫區(qū)。

表1 PWI及DTT所得瘤實質(zhì)區(qū)、周圍水腫區(qū)及對健側(cè)白質(zhì)區(qū)CBV、CBF、FA值對比

注：與健側(cè)白質(zhì)區(qū)比較，*P<0.05；與瘤周圍水腫區(qū)比較，#P<0.05

2 PWI及DTT所得高低級別瘤實質(zhì)區(qū)和周圍水腫區(qū)rCBV、rCBF、rFA值對比值對比 見表2。高級別瘤實質(zhì)區(qū)和周圍水腫區(qū)rCBV、rCBF值均顯著高于低級別，差異均存在統(tǒng)計學意義(P<0.05)；rFA值在高低級別間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表2 PWI及DTT所得高低級別瘤實質(zhì)區(qū)和周圍水腫區(qū)rCBV、rCBF、rFA值對比值對比

注：與低級別比較，*P<0.05

31H-MRS所得高低級別患側(cè)和健側(cè)代謝指標值對比 見表3。高低級別健側(cè)代謝指標Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr值間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。高低級別患側(cè)Cho/Cr、Cho/NAA值均顯著高于健側(cè)，NAA/Cr值顯著低于健側(cè)，且高級別患側(cè)Cho/Cr、Cho/NAA顯著高于低級別，NAA/Cr值顯著低于低級別(P<0.05)。

表3 1H-MRS所得高低級別患側(cè)和健側(cè)代謝指標值對比

注：與同級別健側(cè)比較，*P<0.05；與低級別患側(cè)比，#P<0.05

4 高低級別膠質(zhì)瘤成像特點 常規(guī)磁共振和PWI檢查：28例高級別患者瘤實質(zhì)區(qū)內(nèi)灌注不均，且以高灌注為主，高灌注區(qū)分布于瘤實質(zhì)區(qū)或周邊，而在強化留周圍水腫區(qū)域亦可見稍高或等灌注區(qū)，5例等灌注，1例低灌注；20例低級別患者以低灌注為主，其中2例表現(xiàn)為高灌注，1例等灌注；診斷正確率為87.50%(42/48)。MRS掃描：28例高級別患者中25例瘤實質(zhì)區(qū)NAA、Cr顯著下降，Cho、MI顯著升高，5例見Lac峰，3例見Lip峰，3例Lac峰和Lip峰同見，2例因多種原因被誤判為低級別患者；20例低級別中17例瘤實質(zhì)區(qū)NAA、 Cr值出現(xiàn)不同程度下降、Cho升高，但變化均不如高級別明顯，3例被誤診為高級別膠質(zhì)瘤；診斷正確率為89.58%(43/48)。DTT掃描：28例高級別患者中24例瘤體區(qū)白質(zhì)纖維束出現(xiàn)不同程度中斷破壞并伴有局部移位現(xiàn)象；其余則以移位推擠為主，并伴有局部變細，纖維束完整性相對較好，術(shù)前均被誤判為低級別膠質(zhì)瘤；20例低級別15例瘤體區(qū)白質(zhì)纖維束僅出現(xiàn)移位推擠，并伴局部稀疏變細，纖維束完整性相對較好，其余5例除存在上述現(xiàn)象外，局部伴發(fā)破壞中斷，因此被誤診為高級別患者；診斷正確率為81.25%(39/48)。術(shù)前依據(jù)PWI、DTT、1H-MRS掃描結(jié)果，綜合分析瘤體血流灌注水平、白質(zhì)纖維束完整性和形態(tài)變化、組織代謝及生化變化，48例膠質(zhì)瘤患者診斷為高級別者26例、低級別22例，與術(shù)后病理學檢查符合率者45例，診斷正確率為93.85%，高于單一掃描診斷。

討 論

常規(guī)磁共振掃描可顯示瘤體部位和大致范圍，但因膠質(zhì)瘤內(nèi)部成分具有多樣性，且釓劑具有非特異性，導致掃描診斷中高低級別瘤體強化不一致；而病理學診斷方法則為有創(chuàng)性操作，且難以在腦組織功能區(qū)域進行操作，穿刺活檢結(jié)果取決于材料部位和樣本量，因而很難反映整個瘤體情況。磁共振功能成像可彌補常規(guī)磁共振掃描和病理組織診斷之不足，然不同技術(shù)間亦存在不同優(yōu)劣勢。

PWI成像技術(shù)主要顯示組織胃管血流動力學信息，通過反映活體組織微血管密度、分布及血流灌注情況為臨床判斷提供依據(jù)。膠質(zhì)瘤病變程度越高，血管生成密度越高[9]，CBV、CBF偽彩圖正好反應膠質(zhì)瘤血容量和血流量，但因腦組織中毛細血管網(wǎng)較豐富且復雜，導致ROI部分對比出現(xiàn)再循環(huán)，為獲得更有效的血流動力學參數(shù)，本研究選擇rCBV、rCBF。周麗等[10]研究結(jié)果表明，高級別腦膠質(zhì)瘤rCBV顯著高于低級別，瘤實質(zhì)區(qū)顯著高于周圍水腫區(qū)。陳杰云等[11]研究發(fā)現(xiàn)，PWI可顯示瘤實質(zhì)區(qū)、周區(qū)血流灌注特點和瘤實質(zhì)區(qū)血腦屏障破壞程度。本研究結(jié)果顯示，膠質(zhì)瘤不同區(qū)域CBV、CBF值間差異具有統(tǒng)計學意義，瘤實質(zhì)區(qū)、瘤周圍水腫區(qū)CBV、CBF值顯著高于健側(cè)白質(zhì)區(qū)；瘤實質(zhì)區(qū)CBV、CBF值顯著高于瘤周圍水腫區(qū)；高級別瘤實質(zhì)區(qū)和周圍水腫區(qū)rCBV、rCBF值均顯著高于低級別。提示，PWI可用于腦膠質(zhì)瘤浸潤程度及高低級別的診斷評估，該結(jié)果與江晶晶等[12]和周麗等[10]人結(jié)果相吻合。DTI掃描成像可反映病變區(qū)域白質(zhì)內(nèi)水分子擴散的優(yōu)勢方向。FA屬于該功能成像技術(shù)的常用量化指標之一，常用于評價病變區(qū)白質(zhì)各向異性改變。正常情況下，腦神經(jīng)纖維中的水分子布朗運動呈有序的方向性。當腫瘤發(fā)生時，腫瘤細胞異常增殖使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生紊亂，細胞密度、大小和分布等出現(xiàn)改變，水分子擴散亦變得雜亂無章，進而導致FA值下降[13]。本研究結(jié)果顯示，雖瘤實質(zhì)區(qū)、周圍水腫區(qū)及健側(cè)白質(zhì)區(qū)FA值差異具有統(tǒng)計學意義，但不同級別膠質(zhì)瘤FA值間差異無統(tǒng)計學意義。提示，DTI掃描可用于腦膠質(zhì)瘤周圍水腫組織是否發(fā)生腫瘤細胞侵襲及浸潤，但不能用于膠質(zhì)瘤分級判斷，該結(jié)果與江晶晶等[12]人相一致。MRS是通過磁共振化學位移成像獲得局部組織某些代謝產(chǎn)物波譜信息，并對其進行定量分析，從而從分子水平反應局部組織病理生理及代謝變化。NAA峰是正常腦組織內(nèi)第1大峰，峰值位于2.0 ppm處，其含量與神經(jīng)元功能及完整性密切相關(guān)，其峰值下降提示神經(jīng)元數(shù)量減少或功能遭破壞；其峰值回升提示神經(jīng)元活動增強；Cho峰值位于3.2 ppm處，膽堿不僅是細胞生物膜主要構(gòu)成成分，也是細胞代謝、髓鞘形成和膠質(zhì)增生的重要指標，病理條件下，神經(jīng)髓鞘、細胞生物膜及神經(jīng)脂崩解，細胞增殖等均會導致Cho峰值增加；Cr峰值位于3.0 ppm處，其主要存在于神經(jīng)元及膠質(zhì)細胞中，參與機體能量代謝，通常同一個體Cr總量是恒定的，其波峰較穩(wěn)定，因此在某些疾病發(fā)展過程中將其作為參照指標，諸如Cho/Cr可作為判斷髓鞘完整性和神經(jīng)元功能的良好指標。李瑩等[14]研究顯示，高低度惡性骨肉瘤Cho/Cr值間差異存在統(tǒng)計學意義，提示，1H-MRS可用于評價骨肉瘤惡性程度。Cho/NAA 升高預示瘤體周圍水腫區(qū)出現(xiàn)腫瘤細胞浸潤；其在腫瘤和非腫瘤組織診斷中的敏感性可高達90%。Lip峰出現(xiàn)則預示腫瘤組織部位發(fā)生凝固性壞死，為惡性腫瘤之特征性代謝物。本研究顯示，高低級別患側(cè)Cho/Cr、Cho/NAA值均顯著高于健側(cè)，NAA/Cr值顯著低于健側(cè)，且高級別患側(cè)Cho/Cr、Cho/NAA顯著高于低級別，NAA/Cr值顯著低于低級別。表明，1H-MRS可作為診斷腦膠質(zhì)瘤細胞浸潤程度及膠質(zhì)瘤高低級別的良好手段。該結(jié)果與張玉琴等[15]研究結(jié)果相一致。

綜上所述，PWI、DTI、1H-MRS在腦膠質(zhì)瘤診斷中各有優(yōu)勢，術(shù)前聯(lián)合應用三種磁共振功能成像技術(shù)可更準確的判斷膠質(zhì)瘤級別。