梁爽　李绍山　付强　周庆九　刘波　柳琛

氢质子磁共振波谱在脑胶质瘤中的应用

梁爽*李绍山*付强*周庆九*刘波*柳琛*

目的 探讨1H-MRS在预测各级别胶质瘤浸润范围及判断肿瘤级别的临床应用价值。方法 回顾分析经术前活检或术后病理证实为脑胶质瘤的33例患者，按WHO（2007）脑胶质瘤诊断分级标准分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，其术前均行MRI及1H-MRS检查，对肿瘤瘤体区、瘤周区及正常区通过1H-MRS分析，比较4个级别胶质瘤不同区域代谢产物NAA、Cho、Cr及NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr比值差异。结果 通过1H-MRS代谢物在各级别胶质瘤不同区域比较发现：判断Ⅰ级胶质肿瘤实体区域大小时，Cho、Cho/Cr、NAA/Cho在瘤体区和瘤周区之间变化有统计学意义（t值分别为4.14、4.01、5.18，P＜0.025），判断肿瘤浸润范围时Cho、Cr、NAA/Cho、Cho/Cr在瘤周区和正常区之间变化有统计学意义（t值分别为5.81、10.68、5.75、6.60，P＜0.025）；判断Ⅱ级胶质肿瘤实体区域大小时，NAA、NAA/Cho、NAA/Cr的差异有统计学意义（t值分别为5.99、6.89、5.87，P＜0.025），其判断肿瘤浸润范围时，Cho、NAA、Cr、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr比值的差异有统计学意义（t值分别为16.94、8.66、30.30、21.57、6.13、17.94，P＜0.025）；判断Ⅲ、Ⅳ级胶质肿瘤实体区域大小时，Cho、NAA、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr均有统计学意义（Ⅲ级t值分别为6.24、8.93、13.09、8.95、6.21，Ⅳ级t值分别为8.94、12.53、2.43、14.41、12.28、9.19，P＜0.025），其判断肿瘤浸润范围时，Cho、NAA、Cr、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr比值差异均有统计学意义（Ⅲ级t值分别为31.38、20.19、15.59、34.97、18.49、32.16，Ⅳ级t值分别为37.11、40.69、9.58、59.85、38.85、39.90，P＜0.025）。随着肿瘤级别增加瘤体区NAA/Cho、NAA/Cr比值逐渐降低（F分别为403.9、159.46，P＜0.05），Cho/Cr比值逐渐升高（F= 119.91，P＜0.05）。结论1H-MRS的分析，具有预测各级别胶质瘤浸润范围及术前初步判断肿瘤级别的潜能，为术前初步确定手术方案、切除范围、降低术后复发及预后判断，指导后续治疗具有一定意义。

肿瘤 脑胶质瘤 代谢 磁共振波谱分析

胶质瘤是颅内最常见的原发性神经上皮肿瘤，在各种颅内肿瘤中发病率最高，约占35.2%～61%［1］。因为其“蟹足样”侵袭性生长，手术完全切除十分困难，术后易复发。对于胶质瘤预后评判，肿瘤级别是重要因素。术前初步判断肿瘤的级别以及病变浸润范围对手术方式的制定、判断术后复发及术后综合治疗等至关重要［2］。磁共振波谱分析（magnetic resonance specroscopy，MRS）是建立在MRI基础上，利用磁共振现象及化学移位原理，对特定的原子核及化合物定量分析的一种功能诊断分析技术，也是一种无创性利用活体器官组织代谢和化合物定量分析的检查方式，它在常规MRI检查反映形态学的基础上进一步从组织学角度评价肿瘤内部组织和细胞生化代谢特点，弥补了常规MRI检查的不足。本研究结合传统MR成像，利用1H-MRS对同一级别脑胶质瘤瘤周区分别与瘤体区、对侧正常脑组织区间各代谢物及比值的变化，探讨胶质瘤的浸润范围，通过相同代谢物比值两两级别间比较，探讨MRS对于判断胶质瘤性质的临床指导价值。

1　材料与方法

1.1研究对象 纳入标准：①手术前行常规MRI及1H-MRS检查；②术前行活检或术后病理明确诊断脑胶质瘤；③检查前未行放疗或化疗；④检查前无头部外伤史或颅脑手术病史；⑤患者知情同意。回顾性分析经2014年2月至2015年3月就诊于新疆医科大学第一附属医院神经外科33例患者，其中男18例，女15例，年龄16～67岁，平均（42±12）岁，按WHO（2007）组织学分类标准，其中Ⅰ级脑胶质瘤4例、Ⅱ级脑胶质瘤8例、Ⅲ级脑胶质瘤10例、Ⅳ级脑胶质瘤11例。

1.2检查方法 行常规MRI检查，采用美国GE公司的3.0T Signal HDx system磁共振设备。各参数包括：T1WI轴位扫描TR=2500ms，TE=18ms，层厚（ST）5mm，视野（FOV）24cm×24cm，激励次数（NEX）1次，矩阵320×256；T2WI轴位和矢状位扫描TR= 3800ms，TE=120ms，层厚5.0mm，视野24cm×24cm，激励次数1次，矩阵320×256。在行增强扫描前先应用多体素化学移位成像（chemical shift imaging，CSI）的磁共振波谱分析方法，均采用点分辨波谱分析法（PRESS）技术进行1H-MRS的相关采集，结合肿瘤相关特征选择肿瘤最大程度强化的区域、瘤体周边区域及对侧正常组织区域，尽可能的避开脑室、坏死、囊变、金属、钙化等干扰性区域。多体素扫描参数:TR=1000ms，TE=144ms，视野18cm× 18cm，体素容积15mm×15mm×15mm，激励次数1次，扫描时间328s，最后以1mmol/kg的Gd-DTPA对比剂进行增强扫描。

1.31H-MRS图像及相关数据的处理和分析1HMRS扫描完后，利用波谱分析自带分析软件完成所选区域相关代谢产物谱线分析。1H-MRS所检测的特定代谢指标有N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱（Cho）等。对于感兴趣区选择，我院采取方式：对于增强相强化明显的肿瘤瘤体区体素的选定，通常在强化区域内；瘤体周围区的选定，如肿瘤无强化或轻度强化且周围区域在T1、T2加权相上均未见明显异常的信号时，瘤周体素选定在T2WI上呈高信号的肿瘤实质旁1～2cm，如瘤体周边在常规T2WI呈高信号且水肿范围大时，其肿瘤周围区域选定则在常规T2WI呈高信号而增强T1WI无强化的区域内；而对于正常区则在对侧正常脑组织区域选定。每个测定区结合病变大小选择3个体素进行测量，然后取平均值减少误差。

1.4统计学方法使用SPSS 17.0进行数据分析，1H-MRS中各级别胶质瘤瘤体区、瘤周区及正常区中Cho、NAA、Cr及NAA/Cr、NAA/Cho、Cho/Cr比值均为计量资料以均数±标准差（±s）表示。每个级别胶质瘤3个区域各代谢物及相关比值总体比较采用随机区组设计的方差分析，再针对同一级别的同一代谢产物及相关比值，利用瘤周区分别与瘤体区、对侧正常区检测采用配对t检验，根据两两比较次数，调整检验标准α=0.025。对于瘤体区，各级别胶质瘤中相关代谢产物比值比较则采用单因素方差分析，两两比较采用最小显著差异（least-significant difference，LSD）。检测水准α= 0.05。

2　结果

2.1不同级别胶质瘤各代谢物在波谱上波峰变化Ⅰ、Ⅱ级胶质瘤瘤体区、瘤周区及正常脑组织区各代谢物在波谱中的表现可发现NAA峰升高、Cho峰明显降低、Cr峰轻度升高，但变化不明显，上述Ⅰ、Ⅱ级胶质瘤患者波谱中均未发现Lip峰。见图1。

Ⅲ级胶质瘤在1H-MRS上瘤体区、瘤周区及正常脑组织区各代谢物波峰表现为NAA峰中度升高、Cho峰明显降低、Cr峰轻度升高（或变化不明显）。Ⅳ级胶质瘤瘤体区、瘤周区及正常脑组织区各代谢物波峰表现为NAA峰明显升高、Cho峰明显降低，二者波动幅度大于Ⅲ级胶质瘤，Cr峰轻度升高（或变化不明显），部分患者波谱中可见升高的Lip峰。见图2。

图2　右侧额叶胶质母细胞瘤（WHOⅣ级）。A、B、C：T2WI病灶呈边界不清的长T2信号，周边水肿明显，占位效应明显；D：肿瘤实质区MRS谱线，Cho明显升高，NAA明显降低，可见Lip峰；E：肿瘤周围区MRS谱线，较瘤体区Cho降低，NAA升；F：对侧正常脑组织区的MRS谱线，NAA为第一高峰，Cho明显降低

2.2同一级别胶质瘤瘤周区分别与瘤体区和正常区代谢物比较先对每个级别胶质瘤3个区域各代谢物及相关比值总体进行随机区组设计的方差分析比较Cho、NAA、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr的差异有统计学意义（F分别为278.795、260.354、290.927、191.008、1388.793，P＜0.025），Cr差异无统计学意义（F=310.330，P＞0.025）。

判断Ⅰ级胶质肿瘤实体区域大小时，Cho、Cho/Cr、NAA/Cho在瘤体区和瘤周区之间变化有统计学意义（t值分别为4.14、4.01、5.18，P＜0.025）；判断肿瘤浸润范围时，Cho、Cr、NAA/Cho、Cho/Cr在瘤周区和正常区之间变化有统计学意义（t值分别为5.81、10.68、5.75、6.60，P＜0.025）。

判断Ⅱ级胶质肿瘤实体区域大小时NAA、NAA/Cho、NAA/Cr在瘤体区和瘤周区之间变化有统计学意义（t值分别为5.99、6.89、5.87，P＜0.025）；判断肿瘤浸润范围时，Cho、NAA、Cr、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr在瘤周区和正常区之间变化有统计学意义（t值分别为16.94、8.66、30.30、21.57、6.13、17.94，P＜0.025）。

判断Ⅲ级胶质肿瘤实体区域大小时，Cho、NAA、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr在瘤体区和瘤周区之间变化有统计学意义（t值分别为6.24、8.93、13.09、8.95、6.21，P＜0.025）；判断肿瘤浸润范围时，Cho、NAA、Cr、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr在瘤周区和正常区之间变化有统计学意义（t值分别为31.38、20.19、15.59、34.97、18.49、32.16，P＜0.025）。

判断Ⅳ级胶质肿瘤实体区域大小时，Cho、NAA、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr在瘤体区和瘤周区之间变化有统计学意义（t值分别为8.94、12.53、2.43、14.41、12.28、9.19，P＜0.025）；判断肿瘤浸润范围时，Cho、NAA、Cr、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr在瘤周区和正常区之间变化有统计学意义（t值分别为 37.11、40.69、9.58、59.85、38.85、39.90，P＜0.025）。见表1。

表1　同一级别胶质瘤瘤周区分别与瘤体区和正常区代谢物比较含量变化

各级别胶质瘤瘤体区之间代谢指标比值（NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr）差异均有统计学意义（F分别为403.90、159.46、119.91，P＜0.01），见表2。

3　讨论

3.11H-MRS在胶质瘤浸润范围界定中的意义 无论是低级别胶质瘤还是高级别胶质瘤与正常脑组织间均无明显包膜，其多沿白质或包绕轴索，并向周边正常组织弥漫浸润性生长［3］。多数学者认为随着肿瘤级别越高，恶性程度越大，浸润正常脑组织的范围扩大，瘤体周边水肿区相应也会越大［4］。本研究低级别胶质瘤（Ⅰ、Ⅱ）12例，其中瘤体在增强T1WI上无强化或轻度强化且瘤周区在T2WI上无明显高信号5例，而增强瘤体区其瘤周区域在T2WI上稍长T2信号4例，长T2信号3例，通过波谱分析作为判断Ⅰ级胶质肿瘤实体区、浸润范围，Cho、Cho/Cr、NAA/Cho在三个区域变化都具有重要指导意义，而Cr变化差异在判断Ⅰ级肿瘤浸润范围更具有意义；判断Ⅱ级胶质瘤实体区、浸润范围，NAA、NAA/Cho、NAA/Cr在三个区域变化都具有重要指导意义，而Cr、Cho/Cr变化差异在判断Ⅱ级肿瘤浸润范围更具有意义。对于高级别胶质瘤（Ⅲ、Ⅳ）21例中瘤体周围在增强T1WI上无强化，而常规T2WI上稍长T2信号7例，长T2信号14例，通过波谱分析判断Ⅲ、Ⅳ级胶质瘤实体区、浸润范围，Cho、NAA、NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr在三个区域变化都具有重要指导意义。而Cr变化差异在判断Ⅲ级肿瘤浸润范围更具有意义。这一发现对于术前初步判断脑胶质瘤瘤周区肿瘤浸润范围，预估术中肿瘤的切除程度、判断术后复发及综合治疗都具有一定临床意义。

表2　各级别胶质瘤瘤体区代谢物比值比较

1H-MRS是在常规MRI检查的基础上，利用化学位移原理测定体内化学成分而进行分析的一种无创性诊断技术，它通过检测多种代谢物质的浓度，其中以N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱（Cho）为主，利用各代谢物在不同区域波峰下面积变化对肿瘤及其侵犯区域进行初步分析、判断。本研究通过33例胶质瘤患者1H-MRS中各代谢物变化发现，NAA峰随着选取部位由对侧正常区经瘤周区移向瘤体区，波峰逐渐降低，且与肿瘤恶性程度呈负相关关系，这与胶质瘤侵犯正常神经元，造成神经元减少，相应功能降低有关［5］。Cho是磷脂代谢的成分，主要反映细胞膜的转运功能，33例患者中Cho峰在瘤体区峰值最高，与肿瘤恶性程度呈正相关关系，说明随着肿瘤恶性程度的不断增加，细胞膜分裂增生越活跃，膜转运能力越明显［6］，所以对于肿瘤细胞侵犯的区域，Cho值升高也是目前较为一致的看法［7，8］。Cr在脑内参与各种能量代谢，常作为能量代谢的一种标志，其浓度在脑组织中较为稳定，故在波谱中常用为内部基准值，本研究利用瘤周区分别与瘤体区、正常脑组织区比较也可发现，Cr变化程度不明显。对于瘤周区与瘤体区代谢物比值比较发现，低级别Ⅰ级胶质瘤NAA、Cr及NAA/Cr值差异无统计学意义（t值分别为3.06、0.25、2.88，P＞0.025），Ⅱ级胶质瘤Cho、Cr及Cho/Cr值差异无统计学意义（t值分别为2.42、0.29、2.39，P＞0.025），原因可能与部分低级别胶质瘤瘤周区水肿范围相对较小体，素定位准确性降低，受瘤体实质区影响，造成NAA、Cho峰在瘤体及瘤周区变化程度不大有关。虽然通过1H-MRS中各代谢物变化反映了瘤周区存在肿瘤浸润，但目前因体素较大，对于肿瘤及正常区，尤其对于低级别胶质瘤浸润范围准确性的界定存在困难，所以利用磁共振波谱分析来精确肿瘤侵袭范围仍需波谱分辨率的提高［9］。

3.21H-MRS在判断脑胶质瘤恶性程度中潜在研究价值 本研究通过各级别胶质瘤浸润程度的变化，利用1H-MRS对各代谢物比值变化分析，初步说明1H-MRS具有术前判断肿瘤恶性程度的能力，对手术方案的制定及术后复发的评估、综合诊疗均具有重要的临床价值。通过相同代谢物比值（NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr）在两两级别胶质瘤中比较时，差异均有统计学意义（F分别为403.90、159.46、119.91，P＜0.05），且随着肿瘤恶性程度的增加，NAA/Cho、NAA/Cr值越低，Cho/Cr值越高，相关文献中也有所发现［10-12］。Speck等［13］相关研究也发现星形细胞瘤中Cho/Cr值与肿瘤恶性级别表现为一定的正相关性。通过相关文献研究可看出Cho/ Cr值在肿瘤中越高，提示肿瘤恶性程度也越高。另外，本研究在21例高级别（Ⅲ、Ⅳ）胶质瘤中16例患者波谱可见明显Lip峰，这与恶性肿瘤内部发生缺血性坏死和或脂肪变性、细胞膜破坏严重时，游离的脂质增加有关，相关研究表明异常增高的Lip峰也预示着肿瘤恶性程度高［14，15］。

总体而言，结合传统MR成像特点，进一步利用1H-MRS在不同区域中各代谢物浓度的变化判断肿瘤浸润范围，这对于临床医师术前评估、术中切除范围的确定及术后综合治疗的确定均发挥着重要的意义。但由于磁共振波谱分析本身限制条件多，需避开脑室、坏死、囊变、金属、钙化等干扰性区域，这对收集相关研究价值的病例造成一定困难，也是本研究的不足之处，但相信随着更多后处理软件的提高，磁共振波谱分析将更好的克服上述干扰区域带来的限制，更广泛应用于今后的临床工作中。

［1］崔建和，柏根基，郭莉莉，等.脑胶质瘤ADC值及H1-波谱与病理分级的相关性研究［J］.重庆医学，2011，40（14）：1370-1372.

［2］马红丽，杨本强，段阳，等.1H-MRS在脑胶质瘤诊治中的价值［J］.中国神经肿瘤杂志，2011，9（4）:259-262.

［3］Tate AR，Majos C，Moreno A，et al.Automated classification of short echo time in vivo 1H brain tumor spectra:a multicenter study［J］.Magn Reson Med，2003，49（1）:29-36.

［4］Vigneron D，Bollen A，McDermott M，et al.Three-dimensional Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging of Histologically Confirmed Brain Tumors［J］.Magn Reson Imaging，2001，19（2）: 89-101.

［5］Ton Z，Yamaki T，Harada K，et al.In vivo quantification of the metabolities in normol brain tumors by proton MR spectroscopy using water as an internal standard［J］.Magn Reson imaging，2004，22（7）:1017-1024.

［6］Papanagiotou P，Backens M，Grunwald IQ，et al.MR spectroscopy in brain tumors［J］.Radiology，2007，47（6）:520-522.

［7］郭志旺，齐松涛，王浩，等.胶质瘤及瘤周1H-MRS与肿瘤细胞增殖活性分析［J］.中国神经精神疾病杂志，2009，35（3）：11-14.

［8］Law M，Cha S，Knopp EA，et al.High-Grade Gliomaa and Solitary Metastases:differentiation by Using Perfusion and Proton Spectroscopic MR Imaging［J］.Radiology，2002，222（3）:715-721.

［9］龚才桂，王小宜，刘慧，等.1H-MRS对低级别和高级别脑胶质瘤鉴别诊断的作用及病理相关性研究［J］.临床放射学杂志，2006，25（6）:502-506.

［10］Law M，Yang S，Wang H，et al.Glioma grading:sensitivity，specificity，and predictive values of perfusion MR imaging and proton MR spectroscopic imaging compared with conventional MR imaging［J］.AJNR，2003，24（10）:1989-1998.

［11］Oshiro S，Tsugu H，Komatsu F，et al.Quantitative assessment of gliomas by proton magnetic resonance spectroscopy［J］.Anticancer Res，2007，27（6A）:3757-3763.

［12］凌雪英，张立，黄力，等.大鼠脑胶质瘤磁共振波谱分析与组织学对照研究［J］.中国神经精神疾病杂志，2011，37（3）：129-132.

［13］Speck O，Thiel T，Henning J，et al.Grading and therapy monitoring of astrocytomas with 1H-spectroscopy:preliminary study［J］.Anti-cancer Res，1996，16（3）:1581-1585.

［14］Auer DP，Oossl C，Sehirmer T，et al.Impoved alaysis of H MR spectra in the p-Resence of mobile lipids［J］.Magn Reson Med，2001，46（6）:615-618.

［15］Kumar AJ，Leeds NE，Fuller GN，et al.Maligent gliomas:MR imaging spectrum of the radiaton therapy and chemotherapy induced necrosis of the brain after Treatment［J］.Radiology，2000，217（2）:377-384.

Application of1H-MR spectroscopy in crerbral glioma.

LIANG Shuang，LI Shaoshan，FU Qiang，ZHOU Qin-gjiu，LIU Bo，LIU Chen.The First Teaching Hospital Of Xinjiang Mediacl University，Carp Hill South Road 137，Wulumuqi 830054，China.Tel:0991-4366058.

Objective To investigate the application of1H-MR spectroscopy in predicting the value of each grade range and grading of glioma invasion.Methods A restrospective analysis was conducted on the preoperative biopsy or posoperative pathology confirmed glioma in 33 cases.Cerebral gliomas were graded into four categories based on the standard of WHO（2007）:grade I，II，III andⅣ.All patients underwent MRI and1H-MR spectroscopy before operation.The1H-MR spectroscopy analysis was used to analysis metabolite NAA，Cho，Cr and NAA/Cho，NAA/Cr，Cho/Cr in the tumor area，peritumoral region and normal area.Results1H-MRS revealed that there were no significantly differences in Cho，Cho/Cr，NAA/Cho between the peritumoral region and tumor area of grade I glioma（P＜0.025）.However，there were significantly differences in Cho，Cr，NAA/Cho，Cho/Cr ratio between peritumoral region and the normal brain tissue of grade I glioma（P＜0.025）.There were significantly differences in NAA，NAA/Cho，NAA/Cr ratio between peritumoral re-gion and the tumor area of grade II glioma（P＜0.025）.There were statistically significantly differences in Cho，NAA，Cr，NAA/Cho，NAA/Cr，Cho/Cr ratio between the peritumoral region and normal brain tissue of Grade III orⅣglioma（P＜0.025）.The ratio of Cho/Cr and NAA/Cho were correlated with the pathological grade（F values were 403.9 and 159.46，P＜0.05），and the ratio of NAA/Cr and NAA/Cho were decreased gradually whereas the ratio of Cho/Cr was gradually increased（F=119.91，P＜0.05）.Conclusion The1H-MR spectroscopy analysis has a predictive value in evaluating the level of glioma invasion and determining the grading of glioma before surgery，which is very helpful for the surgical plan and the scope of resection，thereby reducing the recurrence and prognosis of the patients after surgery.

Tumors Glioma Metabolism Magnetic resonance spectroscopy

R739.41

A

2015-05-18）

（责任编辑:甘章平）

10.3969/j.issn.1002-0152.2015.09.008

*新疆医科大学第一附属医院神经外科（乌鲁木齐 830054）