磁共振波譜成像在腦膠質(zhì)瘤評估中的應(yīng)用

金雷

復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 200040

腦膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中常見腫瘤， 近年的文獻(xiàn)報(bào)道，在惡性腦腫瘤中，膠質(zhì)瘤的比例達(dá)到了77%。 世界衛(wèi)生組織（WHO）根據(jù)每個(gè)類型膠質(zhì)瘤的病理特征所代表的惡性程度將其分為I～I(xiàn)V 級。 病理結(jié)果是腦腫瘤診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，需要通過手術(shù)穿刺，得到病理結(jié)果后才能完成診斷。 然而，手術(shù)往往存在風(fēng)險(xiǎn)，尤其是開顱手術(shù)，由于腫瘤的等級及其位置的不同，偶爾會出現(xiàn)一些并發(fā)癥[1]。 而今，磁共振影像技術(shù)的日漸成熟， 給膠質(zhì)瘤的分級帶來了影像學(xué)上的突破， 膠質(zhì)細(xì)胞所伴隨的一些活體組織代謝物為其分級的影像診斷帶來重要的幫助， 因此磁共振波普成像（MRS）在臨床上已被廣泛運(yùn)用[2]。

1.磁共振波普成像（MRS）

“健康”的活體組織代謝物是相對穩(wěn)定的。磁共振波普成像（MRS）所提供是不同頻率下的可見信號強(qiáng)度影像（圖1）。不同代謝物的質(zhì)子信號可以通過MR 頻譜下出現(xiàn)不同的頻率從而產(chǎn)生峰值。質(zhì)子所受到的屏蔽作用在各種有機(jī)分子中的程度不同，從而導(dǎo)致的磁共振譜上所產(chǎn)生的吸收峰位置不同的現(xiàn)象，被稱為化學(xué)位移。 各個(gè)代謝物信號的分子位移數(shù)值都有其獨(dú)有的特征。 另外，每個(gè)代謝物的濃度與其相應(yīng)的信號幅度有著密不可分的關(guān)系。

人腦是一個(gè)極度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)， 它包含了大量不同的代謝物， 而其中能通過影像技術(shù)表現(xiàn)出來的僅有一小部分。標(biāo)準(zhǔn)的腦質(zhì)子磁共振波普成像（MRS）可以表達(dá)的代謝物包括N-乙酰天門冬氨酸 （NAA）、 伽馬氨基丁酸（GABA）、膽堿（Cho）、肌酸（Cr）、甘氨酸（Gly）、肌醇（mIns）、磷酸肌酸（PCr）、組氨酸（His）、乳酸鹽（Lac）以及脂類（Lip）等。 然而，通常只有其中極少數(shù)的一些在臨床磁共振波普成像（MRS）用于診斷膠質(zhì)瘤上具有代表性，它們是NAA,Cho，Cr，mIns，Lac 和Lip，見表1。

表1 在MRS 用于診斷膠質(zhì)瘤上具有代表性的代謝物

結(jié)果顯示， 常見的具有代表性的代謝物濃度以及比值相較健康腦組織在不同等級的膠質(zhì)瘤中的變化（0 表示沒有明顯改變；+/++/+++表示小幅升高、升高、大幅升高；-/--/---表示小幅降低、 降低、 大幅降低；* 表示存在壞死）。

2 膠質(zhì)瘤的分級

腦作為一個(gè)由不同成分構(gòu)成的器官， 它的每一個(gè)部位都有著不同結(jié)構(gòu)與功能。 因此，在普通的“健康”人群中，由于年齡的不同、地域的不同也能夠?qū)е麓竽X中代謝物濃度的不同。 所以，在大部分病例中，磁共振波普成像（MRS） 所用來比較的敏感性及特殊性并不是代謝物的絕對濃度，而是它們的相比值（例如Cho/Cr 或NAA/Cr 的比值）[3]。

2.1 WHO I 級膠質(zhì)瘤

I 級膠質(zhì)瘤的神經(jīng)膠質(zhì)病變增殖能力低且受限（例如毛細(xì)胞星形細(xì)胞瘤），通?？梢酝ㄟ^手術(shù)完全治愈。 之前文獻(xiàn)所報(bào)道的毛細(xì)星形細(xì)胞瘤在磁共振波普成像（MRS）上的表現(xiàn)為Cho/NAA 以及Cho/Cr 比值的升高[4]，而在提取腫瘤的試管內(nèi)同樣發(fā)現(xiàn)了Cho/NAA 的升高[4]。 然而，毛細(xì)星形細(xì)胞瘤的tCho 的高數(shù)值并不能反映其惡性程度。實(shí)驗(yàn)證明，無論在活體還是試管內(nèi)，GPCho 都是毛細(xì)星形細(xì)胞瘤Cho 代謝物的主要成分， 而能夠證明腫瘤惡性程度的生物指標(biāo)：PCho 相對都是較低的[5]。 文獻(xiàn)指出生長在不同腦區(qū)的毛細(xì)星形細(xì)胞瘤的Cr 濃度并沒有明顯區(qū)別。由于Cr 數(shù)值的相對穩(wěn)定性，不少研究[6]都將其他的代謝物數(shù)值與Cr 的比值作為判斷膠質(zhì)瘤診斷的重要因素。 Hattingen 等[6]指出在低級別膠質(zhì)瘤中，Cr 數(shù)值的上升與膠質(zhì)細(xì)胞對浸潤生長的腫瘤細(xì)胞的反應(yīng)成正相關(guān)。 由于毛細(xì)星形細(xì)胞瘤是浸潤性差的、生長受限的腫瘤，所以磁共振波普成像（MRS）所測的Cr 數(shù)值相較于II 級膠質(zhì)瘤較低。就其他代謝物指標(biāo)來說， I 級膠質(zhì)瘤伴隨著高數(shù)值的mIns。 從組織病理學(xué)的角度來說，I 級膠質(zhì)瘤很少出現(xiàn)壞死，所以也只有少數(shù)研究偵測到了Lac 信號[4]。

2.2 WHO II 級膠質(zhì)瘤

普遍來說II 級膠質(zhì)瘤擁有浸潤性的生長。 因?yàn)樾律艿脑颍?可以通過比較平掃與增強(qiáng)磁共振探查到腫瘤的存在[7]。 盡管II 級膠質(zhì)瘤的增生不明顯，但由于周圍細(xì)胞彌漫浸潤的生長， 通常即便實(shí)施腫瘤切除術(shù)后依然會復(fù)發(fā)， 高劑量的放射治療對腫瘤的控制與改善也并不明顯[8]。 雖然II 級膠質(zhì)瘤被認(rèn)為是低級別膠質(zhì)瘤，但它們往往有向更惡性的高級別膠質(zhì)瘤的趨勢，這是與I 級膠質(zhì)瘤區(qū)別開的最重要的原因，據(jù)統(tǒng)計(jì)，有70%的II 級膠質(zhì)瘤會在診斷后的5～10 年內(nèi)變?yōu)镮II 級或IV 級[8]。

正由于II 級膠質(zhì)瘤具有侵犯腦實(shí)質(zhì)的能力， 導(dǎo)致神經(jīng)元被移位或破壞[9]。NAA 是反應(yīng)神經(jīng)系統(tǒng)中組織完整性的代謝物，因此，在II 級膠質(zhì)瘤中我們可以通過磁共振波普成像（MRS）看到NAA 峰值的下降。 相較I 級膠質(zhì)瘤，II級膠質(zhì)瘤NAA 濃度有明顯的下降。 通常情況下， 由于浸潤性的生長， 腫瘤細(xì)胞密度更高膠質(zhì)瘤的Cho 化合物在磁共振波普成像（MRS）中有更高的數(shù)值，然而，因?yàn)槟z質(zhì)物的質(zhì)量效應(yīng)是可變的，并且在MR 圖像上無法做明確的對比， 所以II 級膠質(zhì)瘤的Cho 峰值以及Cho/Cr 比值相較正常腦組織并沒有升高。 在一些膠質(zhì)瘤中，這樣不尋常的表現(xiàn)會伴隨著mIns 的升高[9]。腫瘤的增殖指標(biāo)Ki-67 以及Cho 和NAA 數(shù)值的相關(guān)性是磁共振波普成像（MRS）在用于發(fā)現(xiàn)II 級膠質(zhì)瘤生長更為合適的活體指標(biāo)[10]。 代謝物Cr 在II 級膠質(zhì)瘤中具有較好的預(yù)后意義，Cr 濃度是預(yù)測腫瘤生長以及惡性程度變化的重要指標(biāo)。 當(dāng)Cr 數(shù)值降低的時(shí)候，腫瘤的生長是緩慢的，惡性程度是較低的，相反Cr 升高時(shí)則必須引起重視。 總之，膠質(zhì)瘤早期的生長在磁共振波普成像（MRS）中反映為含Cr 的化合物的濃度高于正常數(shù)值0.93[10]。

2.3 WHO III 級膠質(zhì)瘤

WHO III 級的間變星形細(xì)胞瘤是較為常見的高級別膠質(zhì)瘤，伴隨著增生以及明顯可見的細(xì)胞核異形[11]。 相較于低級別膠質(zhì)瘤，細(xì)胞密度有著明顯的升高，而III 級膠質(zhì)瘤最顯著的特征就是出現(xiàn)了核分裂。 從磁共振波普成像（MRS）上來看，相較于II 級膠質(zhì)瘤而言，III 級膠質(zhì)瘤的高細(xì)胞密度反映在了Cho 濃度的升高上。 間變性膠質(zhì)瘤的組織病理學(xué)特點(diǎn)同樣體現(xiàn)在了NAA 數(shù)值從腫瘤周邊向中心區(qū)域的持續(xù)降低， 這與腫瘤組織造成的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的退化與減少有著密不可分的關(guān)系[12]。與II 級膠質(zhì)瘤相似的是，在III 級膠質(zhì)瘤中總Cr 濃度同樣是正常的，Cr 作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)值似乎與腫瘤的進(jìn)展沒有關(guān)聯(lián)[11]。間變星形細(xì)胞瘤相比低級別星形細(xì)胞瘤來說，mIns 則出現(xiàn)了下降的趨勢。 Lip 和Lac 被認(rèn)為是腫瘤惡性程度的指標(biāo)， 雖然Lip 與組織病理中IV 級膠質(zhì)瘤所伴隨的細(xì)胞壞死有相關(guān)性，但是在III 級膠質(zhì)瘤中已經(jīng)可以觀察到在壞死前的腫瘤細(xì)胞因低氧應(yīng)激所而出現(xiàn)的非固定的脂質(zhì)[11-12]。 供血量不足導(dǎo)致了低氧應(yīng)激，因而造成了細(xì)胞的快速分裂，隨之而來的便是惡性病變。 因此， 可以將磁共振波普成像（MRS） 中Lip 的升高當(dāng)做惡性病變所引起壞死前的早起信號。

圖1 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤以及正常腦組織在磁共振波普成像（MRS）中得出的不同波譜圖Figure 1 Different spectrograms of glioblastoma and normal brain tissue obtained from magnetic resonance wave imaging (MRS)

2.4 WHO IV 級膠質(zhì)瘤

膠質(zhì)瘤中最惡性的屬膠質(zhì)母細(xì)胞瘤IV 級，腫瘤細(xì)胞增殖以及彌散與浸潤都是無法被控制的。 盡管有大量的血管內(nèi)皮增生，由于腫瘤提及的增大以及血栓的存在，導(dǎo)致了血供非常有限。IV 級膠質(zhì)瘤相較III 級膠質(zhì)瘤最重要的區(qū)別在于其高密度細(xì)胞區(qū)域內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)大面積的壞死[13]。

腫瘤細(xì)胞在低氧應(yīng)激情況下會出現(xiàn)無氧糖酵解和血管新生的適應(yīng)性反應(yīng)，如若不然，細(xì)胞便會凋亡及壞死[13]。在磁共振波普成像（MRS）中，可以看到代表細(xì)胞分解和壞死的Lip 以及低氧代謝下無氧糖酵解所帶來的Lac 信號。因此，如圖1 所示，膠母在磁共振波普成像（MRS）中體現(xiàn)為Lac 和Lip 的高數(shù)值。由于膠母體積中壞死的部分往往能達(dá)到80%以上，Cho 以及其他代謝物的水平都要取決于依然存活的細(xì)胞[13]，這就導(dǎo)致了磁共振波普成像（MRS）中所觀察到的Cho/NAA 和Cho/Cr 比值相較于III 級膠質(zhì)瘤是降低的。Cho/NAA 指標(biāo)大于2 并且Lac 和Lip 數(shù)值一并升高，代表其預(yù)后是很差的，因此，有著無氧糖酵解的高細(xì)胞密度區(qū)域是預(yù)測膠母病人生存能力的最好的參數(shù)[14]。膠質(zhì)瘤等級的上升伴隨著mIns 數(shù)值的下降， 所以膠母的mIns 是最低的。

3 局限性

雖然磁共振波普成像（MRS）是一種診斷膠質(zhì)瘤及其等級的無創(chuàng)方法，但它也有一些局限性。 不同等級的腫瘤存在異質(zhì)性，磁共振波普成像（MRS）所檢測到的代謝物濃度可能會被其影響。 在技術(shù)上，MR 儀器運(yùn)用的不同也會導(dǎo)致最終結(jié)果的差異。 代謝物的峰值也可能被不同磁場強(qiáng)度（1.5T-3.0T）的磁共振波普成像（MRS）機(jī)器所影響，尤其是含Cho 的化合物[15]。 我們知道磁共振波普成像（MRS）對不正常的代謝物濃度變化是十分敏感的，但特異性就相對較低。由于研究磁共振波普成像（MRS）診斷的準(zhǔn)確率的文章并不多， 因此相較于其他診斷技術(shù)的優(yōu)勢并不是絕對的。

4 小結(jié)

磁共振波譜成像（MRS）可以為膠質(zhì)瘤的分級診斷提供幫助。高濃度的NAA、低數(shù)值的Cho 會出現(xiàn)在低級別膠質(zhì)瘤中， 且不會出現(xiàn)Lac 和Lip。 低級別膠質(zhì)瘤的生長與惡性變化則伴隨Cr 濃度的升高。 膠質(zhì)瘤等級的提升會伴隨著逐漸下降的NAA 和mIns， 而在上升到III 級的過程中，Cho 數(shù)值也會上升。 Lac 和Lip 通常會出現(xiàn)在IV 級膠質(zhì)瘤中，偶爾出現(xiàn)在III 級，因此它們代表了腫瘤惡性程度的提升。 綜上所述，磁共振波普成像（MRS）能夠探測正常腦組織以及膠質(zhì)瘤區(qū)域的代謝物， 對于膠質(zhì)瘤等級的診斷提供了十分有效的幫助。