MR功能成像在高级别胶质瘤和单发脑转移瘤中的应用现状

2014-11-22陈立坚杨薇

右江医学 2014年5期

陈立坚++杨薇

【关键词】胶质瘤；转移瘤；扩散成像；灌注成像；波谱成像

中图分类号：R730.264文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.10031383.2014.05.030

胶质瘤和脑转移瘤是脑内最常见的恶性脑肿瘤，脑转移瘤通常表现为多发病灶与小病灶大水肿，分布于脑灰白质交界区，边界比较清楚，可合并出血、坏死，增强扫描瘤灶呈结节状或环状强化，结合患者肿瘤病史不难诊断。但对于一些原发病史不明确的单发脑转移瘤和高级别胶质瘤，两者在临床表现及MR常规检查表现相似，由于两者的治疗及预后均不同，明确诊断十分重要。近年来随着MR新技术的不断发展，MRI能够对病灶内水分子的布朗运动、组织内微血管及组织代谢物化学成分进行分析，从而实现了从对病变的形态学到功能学诊断的飞跃，如弥散成像技术、磁共振波谱分析、磁共振灌注成像在脑肿瘤诊断及鉴别诊断上得到了越来越多的认可，笔者就MR功能成像在单发脑转移瘤和高级别胶质瘤鉴别中的应用予以综述。

1弥散加权成像（diffusionweighted imaging，DWI）

1.1DWI基本原理

DWI是目前反映人体活体组织空间组成信息及病理状态下各组织成分之间水分子交换功能状况的唯一检查方法，能够对活体中水分子运动进行成像与测量，通过观察DWI图及表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）图并测量ADC值。ADC值越高，DWI信号则越低，表示组织内所含自由水分的扩散运动越强，反之亦然。研究已经证明 DWI 能够对实性、有活性肿瘤及囊性、坏死区域进行鉴别，并且显示了肿瘤水分子运动与肿瘤细胞结构的相互关系[1]。不同部位进行DWI扫描时采用的b值不同，脑组织常采用b=1 000 s/mm2。低b值DWI常用于观察速度较快的扩散运动，而高b值DWI对T2信号变化较不敏感，多用于观察速度较慢的扩张散运动，能够比较真实地反映组织水分子的扩散情况。

1.2DWI在高级别胶质瘤和单发脑转移瘤鉴别中的应用

国内外的研究均认为，用DWI测定肿瘤实质及瘤周水肿带ADC值对鉴别高级别胶质瘤和脑转移瘤有重要意义。以往认为转移瘤瘤体强化区域ADC值明显高于高级别胶质瘤强化区域，是由于脑转移瘤病灶区域细胞内、外水分子增多且多于高级别胶质瘤引起的。宋莉等人[2，3]则认为ADC值本身不能鉴别转移瘤和胶质瘤。Server等[4]用最小ADC（ADCmin）值和平均ADC（ADCmean）值及最小相对表观扩散系数（rADC）值和平均rADC值对脑转移瘤瘤体进行测量，4个参数均低于高级别胶质瘤瘤体，认为最佳的单用参数为最小rADC值。但是一些研究[5，6]则认为高级别胶质瘤和脑转移瘤的肿瘤囊变坏死中心ADCmin和ADCmean无明显差异。根据组织病理学显示，转移瘤病灶周围是血管源性水肿，是组织位移无肿瘤细胞浸润，而高级别星形细胞瘤的瘤周水肿区除有血管源性水肿外，还有肿瘤细胞浸润。因此目前大多数研究[7～10]重点放在瘤灶区域的ADC值的测定，沈金丹等[11]以瘤周1 cm为界，将高级别胶质瘤和脑转移瘤的瘤周水肿划分为近瘤区和远瘤区，通过测定ADC值计算rADC，结果为高级别胶质瘤近瘤区rADC值明显低于脑转移瘤近瘤区，二者远瘤区rADC值间差异无统计学意义，认为近瘤区rADC值有助于幕上高级别胶质瘤与脑转移瘤的鉴别诊断。Pavlisa等[9]研究结果也表明胶质瘤瘤周l cm区域ADC值明显低于2 cm处，转移瘤瘤周ADC值则与距离无关。Lee等[10]认为ADCmin和rADC对鉴别肿瘤类型更加敏感，研究得出应用ADCmin=1.302×10-3 mm2/s作为鉴别多形性成胶质细胞瘤和单发脑转移瘤截点的敏感度和特异度分别为82.9%和78.9%。但也有部分研究者持否定观点，Server等[4]对59例高级别胶质瘤和23例脑转移瘤病人进行研究，测量其最小ADC值、最大ADC值、平均ADC值及最小rADC值、最大rADC值、平均rADC值，认为均不能鉴别瘤周区域肿瘤浸润和血管源性水肿。

尽管学者们对应用扩散信号和ADC值进行瘤周和瘤体的鉴别作用持不同看法，但是DWI和ADC值的应用还是为恶性胶质瘤和脑单发转移瘤的鉴别诊断提供了重要的信息。随着MR技术的不断更新及进步，DWI及ADC值对于高级别胶质瘤和单发脑转移瘤的鉴别作用将会越来越大。

2灌注成像（perfusion weighted imaging，PWI）

2.1PWI基本原理

PWI是一种无创性研究组织内微血管及血流灌注特征的检查手段。根据是否注射造影剂将灌注分为外源示踪剂灌注成像（DSCMRI和DCEMRI）和内源性示踪剂灌注成像（ASL）[12]。目前临床上脑部PWI多采用动态增强磁敏感加权（T2*加权）回波平面成像（EPI）技术，利用对比剂在快速首次通过组织时引起的磁敏感效应，通过一定的数学模型计算出局部脑血流量（rCBV）等血流灌注参数，从而评估组织的血管容积以及肿瘤血管的增生情况。

2.2PWI在高级别胶质瘤和单发脑转移瘤鉴别中的应用

研究表明肿瘤血管形成是肿瘤生长的形态学基础，无论是原发还是转移的恶性肿瘤，均以新生血管生成为特征。在肿瘤生长的同时都存在显著的血管化过程：一方面是破坏了原来正常的脑血管网络及血脑屏障，另一方面新生了大量结构上不成熟、形态扭曲且通透性很高的肿瘤血管[13]。在瘤周区：转移瘤边缘以外水肿区无肿瘤细胞浸润，毛细血管床正常；高级别胶质瘤边缘可见微血管增生，瘤周水肿区内有肿瘤的微浸润。分析高级别胶质瘤和单发脑转移瘤灌注各功能相对数值可对两者不同血供特点进行量化鉴别研究。陈鑫等人[14]选取18例单发脑转移瘤和16例恶性胶质瘤的瘤体相对高灌注区内各测量ROI的平均值代表病灶的rCBV进行对比研究，结果表明瘤灶区和瘤周区rCBV值转移瘤均低于恶性胶质瘤，分别为（1.07±0.62）、（2.68±1.22）和（0.38±0.23）、（1.11±0.61），差异均显著（P<005）。张皓等人[15]则选取10例单发转移瘤和15例恶性胶质瘤瘤体实质部分的最大rCBV值进行对比，其结果与上述研究基本相同，说明胶质瘤比转移瘤血供丰富，肿瘤血管密集增殖程度高，认为转移瘤的rCBV低于高级别胶质瘤的rCBV具有鉴别价值。黄文才等[16]研究结果为转移瘤与高级别胶质瘤的rCBV接近，但高级别胶质瘤瘤旁及瘤周rCBV值明显高于转移瘤，认为可能与高级别胶质瘤细胞的侵袭、新生肿瘤血管的分化增值程度及浸润性生长方式有关。而转移瘤瘤周区低灌注是由于血管源性水肿造成周围血管受压所致，对瘤周水肿区的研究能更准确地反映肿瘤的性质，进一步说明对瘤周水肿的研究具有一定的理论基础。冯辉[17]及朱起超[18]等的研究结果也表明胶质瘤边界较远区域的灌注值低于较近区域的灌注值，而转移瘤则相反，这可能与远离胶质瘤水肿区肿瘤浸润较少及邻近转移瘤的水肿带对引流静脉压迫导致回流受阻有关。而不同来源脑转移瘤的MR灌注成像特点趋于一致[19]。endprint

大量的研究表明，测量瘤体、瘤周的rCBV值在单发脑转移瘤和高级别胶质瘤的鉴别诊断中具有重要的价值，但PWI也有其不足之处，如外源性对比剂外漏因素会引起rCBV值的低估或高估，因此在临床中要客观对待各项灌注参数。随着MR新技术的出现、磁共振场强提高、联合其他MR功能技术，PWI将提供更多更全面的肿瘤信息，对于高级别胶质瘤和单发脑转移瘤的鉴别作用将会越来越大。

3氢质子磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，1HMRS）

3.11HMRS的基本原理

1HMRS是目前能够检测活体组织器官能量代谢和生化改变的一种无创性检查方法。它是利用化学位移原理检测体内不同代谢物的变化。1HMRS探测到的代谢物主要有以下几种：①N乙酰天门冬氨酸（NAA，2.0 ppm）：NAA被认为是神经元的标志，神经元受破坏时，其浓度降低；②肌酸（Cr，3.03 ppm）：Cr是能量代谢中高能磷酸键的缓冲储备物，其分布相对恒定，在波谱分析中用作参照物；③胆碱（Cho，3.2 ppm）：Cho是细胞膜磷脂代谢的成分之一，其改变反映胶质细胞数量的变化，被认为是颅内肿瘤最特异的标记物；④谷氨酰胺（Glun，2.3～2.5 ppm）：Glun是一种兴奋性氨基酸，存在于神经元及神经胶质细胞中；⑤乳酸（Lac，1.32 ppm）：Lac是糖酵解的终产物，它的出现提示有氧呼吸不再有效进行；⑥移动脂肪（Lip，0.9～1.3 ppm）：Lip在正常脑组织中不可见，细胞膜结构破坏后脂滴游离可观察到。1HMRS成像有单体素和多体素成像，多体素波谱成像的优势在于可以将肿瘤本身、周围区域、对称正常脑组织同时包含在感兴趣区域内，以研究不同部位的1HMRS，更有利于肿瘤的诊断及鉴别诊断，注射对比剂增强前、后1HMRS的各代谢峰值变换不明显[20，21]。

3.21HMRS在高级别胶质瘤和单发脑转移瘤鉴别中的应用

目前对肿瘤的波谱研究主要在于研究肿瘤实质及瘤周水肿区的波谱特征。邓治强等[22]的报道提示高级别胶质瘤瘤体Cho/Cr变化大于脑转移瘤，认为瘤体内Cho/Cr比值可以作为脑转移瘤和高级别脑胶质瘤的鉴别诊断依据之一。病理基础学上高级别脑胶质瘤和脑转移瘤均属恶性肿瘤，Cho值均会明显增高，理论上，转移瘤缺乏神经元，NAA明显下降或检测不到，但由于部分容积效应的存在，所以常能检测到弱的NAA峰，两者均表现为NAA/Cho，NAA/Cr下降，Cho/Cr升高。因此部分学者认为通过肿瘤强化区的波谱不能可靠地鉴别两者。王廷昱等[23]对16例胶质瘤与19例单发转移瘤增强后肿瘤强化边缘区多体素1HMRS研究结果为胶质瘤Cho/Cr比值>1，单发转移瘤Cho/Cr<1，胶质瘤NAA/Cho比值<1，单发转移瘤NAA/Cho比值>1，胶质瘤的rCho比值大于8，与转移瘤重叠较少。认为肿瘤强化边缘区的NAA/Cho、Cho/Cr、rCho在胶质瘤与单发转移瘤的鉴别诊断中更有特异性。周高峰等[24]对35例孤立性脑转移瘤的MRS进行分析，得出瘤体组织NAA下降率为94%，Cr上升率为52%，Cho上升率为68.5%，认为有鉴别意义。由于高级别脑胶质瘤和脑转移瘤瘤周区水肿发病机制不同，高级别胶质瘤瘤周水肿区常有肿瘤细胞浸润，引起NAA、Cr、Cho异常改变，在脑转移瘤瘤周水肿NAA、Cr、Cho变化不大。唐雯等人[25]认为高级别胶质瘤瘤周水肿区的NAA/Cho比值大于转移瘤有鉴别价值。也有学者认为当瘤周水肿区Cho浓度高出正常脑组织标准差的2倍、NAA浓度低于正常脑组织标准差的1/2时，病理标本上100%可见有肿瘤侵犯可帮助判断。

通过对高级别胶质瘤和单发脑转移瘤肿瘤实质及瘤周水肿区的1HMRS波谱特征的研究，国内外的研究均认为1HMRS能够比较可靠地鉴别高级别胶质瘤和单发脑转移瘤，但在目前的技术条件下，如采集体素的大小受限，代谢物的浓度必须大于1 mmol才可判读出谱线、容易出现伪影影响谱线质量等均限制了1HMRS在临床中的广泛应用。

4展望

综上所述，MRI各项功能成像在高级别胶质瘤和单发脑转移瘤鉴别诊断中的应用上取得了较大的发展，并显示出了巨大的潜力，DWI检查提供肿瘤病理改变，PWI显示肿瘤的微血管及血流改变，MRS反映肿瘤的生化代谢改变。虽然目前还有一定的局限性和不足，相信随着MRI技术的迅猛发展，这些技术的联合应用将能准确、可靠地鉴别高级别胶质瘤和单发脑转移瘤。

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