胡丽娟 廖凯兵

(湖北省中西医结合医院放射科，武汉市 430015，E-mail：aloe_hlj@126.com)

论著·临床研究

3.0T多体素氢质子磁共振波谱在评价脑胶质瘤病理分级及浸润范围中的应用

胡丽娟 廖凯兵

(湖北省中西医结合医院放射科，武汉市 430015，E-mail：aloe_hlj@126.com)

目的 探讨3.0T 多体素氢质子磁共振波谱(1H-MRS)在评价胶质瘤术前病理分级及肿瘤浸润范围中的应用价值。方法 脑胶质瘤患者60例，其中低级胶质瘤28例，高级胶质瘤32例；所有患者在术前行3.0T1H-MRS检查，检测肿瘤、瘤周区域、正常脑组织胆碱复合物(Cho)/肌酸(Cr)、N-乙酰-L-天门冬氨酸复合物(NAA)/Cr、NAA/Cho的比值。结果 与正常脑组织比较，胶质瘤组织总体Cho/Cr比值升高，NAA/Cr、NAA/Cho比值下降(P<0.05)；低、高级别胶质瘤组织的Cho/Cr比值也高于对侧正常脑组织，NAA/Cho及NAA/Cr低于对侧正常脑组织(P<0.05)。高级胶质瘤组织Cho/Cr比值高于低级胶质瘤，NAA/Cho比值低于低级胶质瘤(P<0.05)；脑胶质瘤瘤组织Cho/Cr与病理级别呈正相关(P<0.05)，NAA/Cho与病理级别呈负相关(P<0.05)。与对侧正常脑组织比较，低级胶质瘤肿瘤周围区域的Cho/Cr比值升高，NAA/Cho及NAA/Cr比值降低(P<0.05)，高级胶质瘤肿瘤周围区域的Cho/Cr比值升高，NAA/Cho比值降低(P<0.05)。结论 3.0T多体素1H-MRS能反映胶质瘤细胞的生化物质代谢情况，可在一定程度上评价胶质瘤病理级别及肿瘤浸润范围，从而可提高脑胶质瘤术前诊断的准确性。

胶质瘤；磁共振波谱学；病理分级；浸润；胆碱复合物；肌酸；N-乙酰-L-天门冬氨酸复合物

胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发肿瘤，其发病率占颅内肿瘤40%～50%[1]，临床治疗方案的制订及预后的评估很大程度上取决于胶质瘤的病理级别及浸润范围。常规MRI在胶质瘤病理分级及浸润范围的判断上存在局限性，而氢质子磁共振波谱(1H magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)能无创检测胶质瘤的组织代谢信息，可作为常规MRI的有力补充。以往的研究多侧重于肿瘤实质区的研究，对于肿瘤瘤周区域代谢物的特点研究较少。本文旨在分析不同病理级别胶质瘤肿瘤实质区的代谢物特点，并对肿瘤瘤周区域代谢物的变化作初步分析。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2015年6～12月在我院行MRI检查的胶质瘤患者60例，男35例，女25例，年龄6～65岁，平均45.2岁。按世界卫生组织(World Health Organization，WHO)2007年胶质瘤分类分级标准[2]，低级胶质瘤(Ⅰ、Ⅱ级)28例，高级胶质瘤(Ⅲ、Ⅳ级)32例，均经术后病理证实。在接受磁共振检查前，所有患者均未接受化疗及放疗，无脑外伤及脑手术史。低级胶质瘤组男15例、女13例，年龄(44.43±13.97)岁；高级胶质瘤组男18例、女14例，年龄(45.88±17.60)岁。两组性别、年龄比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。

1.2 常规MRI及1H-MRS检查方法 使用GE Signa EXCITE 3.0T超导MRI仪，头颈联合线圈。所有患者先行轴位、矢状位平扫，T1加权成像：重复时间(repetition time，TR)=2 300 ms，回波时间(echo time，TE)=22 ms；T2加权成像：TR=5 100 ms，TE=110 ms；层厚5 mm，间距1.2 mm。随后进行多体素1H-MRS扫描，采用点分辨波谱技术，根据T2WI上的肿瘤信号特征选定兴趣区(region of interest，ROI)，ROI包括肿瘤实质区、瘤周区及其对侧正常组织。TR=1 000 ms，TE=144 ms，成像时间5 min 25 s。最后行轴、冠、矢状位T1增强扫描，造影剂为欧乃影[钆双胺注射液，通用电气药业(上海)有限公司生产]，经肘静脉注射，剂量为0.2 mmol/kg。

1.3 图像后处理及多体素波谱分析 将波谱检查获得原始图像传送至GE AW4.5工作站，用Functool软件进行分析，使用体素大小为1 cm×1 cm×1 cm，分别观察肿瘤实质部分、肿瘤瘤周区及对侧正常脑组织区等不同部位各代谢物的变化情况，并测量胆碱复合物(choline，Cho)/肌酸(creatine，Cr)、N-乙酰-L-天门冬氨酸复合物(N-acetyl-L-aspartic acid，NAA)/Cr、NAA/Cho、乳酸(lactic acid，Lac)/Cr的比值，每组比值均测量3次取平均值，以减少误差。

1.4 统计学分析 应用SPSS 17.0软件进行统计分析，计量资料以(x±s)表示比较采用t检验，采用Spearman等级相关分析来评价低、高级胶质瘤肿瘤实质区代谢物比值与病理级别的相关性。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 胶质瘤肿瘤实质部分与对侧正常脑组织各代谢物比值比较 60例患者均成功完成扫描，得到的波谱图基线平稳，各代谢物谱线清晰。胶质瘤肿瘤实质区的Cho/Cr比值高于对侧正常脑组织，而NAA/Cho及NAA/Cr低于对侧正常脑组织(P<0.05)，见表1。与对侧正常脑组织比较，低、高级别胶质瘤肿瘤实质区的Cho/Cr比值升高、NAA/Cho及NAA/Cr下降(P<0.05)，见表2～3、图1～2。

表1 胶质瘤肿瘤实质部分与 对侧正常脑组织各代谢物比值(x±s)

表2 高级别胶质瘤肿瘤实质部分 与对侧正常脑组织各代谢物比值(x±s)

表3 低级别胶质瘤肿瘤实质部分 与对侧正常脑组织各代谢物比值(x±s)

2.2 低、高级胶质瘤肿瘤实质部分各代谢物比值比较 高级胶质瘤肿瘤实质部分Cho/Cr比值高于低级胶质瘤肿瘤实质部分，NAA/Cho比值低于低级胶质瘤肿瘤实质部分，差异有统计学意义(P<0.05)，见表4、图1～2。15例高级别胶质瘤及9例低级别胶质瘤可检测到Lac峰，Lac/Cr比值分别为0.44±0.22、0.38±0.43，两者比较，差异无统计学意义(t=0.428，P=0.677)。

表4 高级别胶质瘤与低级别 胶质瘤肿瘤实质部分各代谢物比值(x±s)

2.3 脑胶质瘤肿瘤实质部分的各代谢物比值与病理级别的相关性 Cho/Cr比值与病理级别呈正相关(r=0.631，P<0.001)，而NAA/Cho比值与病理级别呈负相关(r=-0.602，P<0.001)，NAA/Cr与病理级别无相关性(r=-0.041，t=0.759)。

2.4 低、高级胶质瘤肿瘤周围区域与对侧正常组织的各代谢物比值比较 低级胶质瘤肿瘤周围区域的Cho/Cr比值高于对侧正常脑组织，NAA/Cho及NAA/Cr比值低于均对侧正常脑组织(P<0.05)，见表5； 高级胶质瘤肿瘤周围区域的Cho/Cr比值高于对侧正常脑组织，NAA/Cho比值低于对侧正常脑组织(P<0.05)；见表6、图1～2。

表5 低级别胶质瘤瘤周区域与 对侧正常脑组织的各代谢物比值(x±s)

表6 高级别胶质瘤瘤周区域与 对侧正常脑组织的各代谢物比值(x±s)

A MRS横断位T2WI定位图。B 肿瘤组织波谱图,显示Cho明显升高,NAA和Cr明显下降。C 肿瘤周围区域波谱图,显示Cho明显升高,NAA和Cr中度下降。D 对侧正常脑组织波谱图。

图1 星形细胞瘤WHOⅢ级患者MRS

图2 星形细胞瘤WHOⅡ级患者MRS

3 讨 论

高信噪比及伴随的高分辨率是3.0T MRI的优势，在中枢神经系统和骨关节系统成像中，其图像质量明显优于1.5T，并且可令成像时间大大缩短。MRS是目前唯一能无创性地探测体内化学物质及代谢信息的技术，可以从分子水平来评估病变，其成像的理论基础是化学位移效应[3]。3.0T MRI化学位移效应是1.5T的两倍，因此，可以增大不同代谢物的化学位移，提高MRS的灵敏度[4]。由于上述性能的提高，在科学研究和临床应用中3.0T MRI具有不可替代的优势，本文即使用3.0T MRS对胶质瘤的代谢产物进行研究。

本研究中，胶质瘤肿瘤实质区的1H-MRS表现为NAA峰下降，Cho峰升高，Cr变化不大，Cho/Cr比值升高、NAA/Cho及NAA/Cr下降，部分病例观察到Lac峰。这提示利用Cho/Cr、NAA/Cho及NAA/Cr可区分正常组织与肿瘤组织，与其他文献报道相似[5-6]。Cho属于胆碱类，是与细胞膜合成及降解相关的化合物，当细胞分裂增值旺盛时可引起Cho含量的升高[7]。胶质瘤Cho显著升高，提示肿瘤细胞分裂增殖活跃。NAA仅存在于神经元内，是神经元活性的标志物[8]，其含量在正常脑组织中是最高的，在胶质瘤中下降，提示肿瘤侵犯神经元，导致其数目减少或功能受损。Cr属于肌酸类，其改变反映体内能量代谢的变化，由于其含量在各种病理、生理条件下变化不大，因而常被用作内参照物，参考比较其他代谢物的变化[4]。

术前初步判断胶质瘤的级别对手术方案的制订是非常重要的。Kumar等[9]的研究结果显示，Cho/Cr在高、低级别胶质瘤中均显著升高，且二者差异有统计学意义。Law等[10]也认为，Cho/Cr、NAA/Cho和NAA/Cr比值在高、低级别胶质瘤之间具有显著差异。本研究结果显示，与对侧正常脑组织比较，低、高级别胶质瘤肿瘤实质区的Cho/Cr比值升高、NAA/Cho及NAA/Cr下降(P<0.05)，提示高、低级别脑胶质瘤均可出现Cho峰升高，NAA峰降低。但高级胶质瘤肿瘤实质部分Cho/Cr比值高于低级胶质瘤肿瘤实质部分，NAA/Cho比值低于低级别胶质瘤肿瘤实质部分(P<0.05)，且 Cho/Cr比值与胶质瘤病理级别存在正相关(P<0.05)，而NAA/Cho比值与胶质瘤病理级别呈负相关(P<0.05)，提示可根据Cho/Cr及NAA/Cho对胶质瘤恶性程度进行分级，这亦与其他文献[11]相似。Lac为糖酵解的终产物，它的出现提示有氧呼吸不再有效进行。Lac峰产生的原因可能是肿瘤细胞无氧酵解代谢增加，也有可能是有氧氧化的途径-三羧酸循环遭到破坏而造成Lac堆积。Lac水平是否能反映胶质瘤的级别，目前的研究结果并不一致。Yerli等[12]研究发现，Lac峰更常见于高级别胶质瘤。但Jenkinson等[13]认为Lac对判断肿瘤级别意义不大，它可能只是肿瘤细胞无氧酵解的产物。本研究发现，在高、低级别脑胶质瘤中均能检测到Lac峰，虽然高级别胶质瘤较低级别胶质瘤Lac/Cr比值高，但两者差异无统计学意义(P>0.05)。

目前，手术切除是治疗胶质瘤的主要方法。但是胶质瘤浸润性生长的特征，使得手术难以完全切除肿瘤组织[14]。一般认为，常规MRI图像上肿瘤的边界即为肿瘤强化边缘，瘤周区域为周边的T2WI异常信号区，以此来确定手术及放疗的范围。然而，越来越多的研究发现，胶质瘤瘤周水肿不单是血管源性水肿，还有大量肿瘤细胞沿着新生的血管呈浸润性生长[15]。因此，明确胶质瘤的浸润范围，对于决定手术及放疗范围有重要意义。本研究中，低级胶质瘤肿瘤周围区域的Cho/Cr比值高于对侧正常脑组织，NAA/Cho及NAA/Cr比值低于对侧正常脑组织(P<0.05)，而高级胶质瘤肿瘤周围区域的Cho/Cr比值高于对侧正常脑组织，NAA/Cho比值低于对侧正常脑组织(P<0.05)，即胶质瘤瘤周区MRS表现为Cho/Cr升高，NAA/Cho及NAA/Cr下降，提示胶质瘤瘤周约1cm的范围内仍有肿瘤细胞的浸润，但肿瘤细胞密度较肿瘤实质区低，这对确定肿瘤的浸润范围有一定帮助，为手术及放疗方案的制订提供有价值的信息。由于受MRI设备软硬件条件限制，本研究使用的体素仍较大，胶质瘤浸润的确切范围难以确定，有待进一步的研究。

总之，3.0T多体素1H-MRS作为一种无创检测手段，可检测胶质瘤多种代谢物变化，对脑胶质瘤的术前病理分级有较大意义，并可在一定程度上评价脑胶质瘤瘤周区域肿瘤细胞的浸润范围，反映肿瘤的侵袭性，从而有利于临床治疗方案的制订和预后的评估。

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Application of 3.0T multivoxel1H magnetic resonance spectroscopy to evaluating pathological grading and invasion extent of brain glioma

HULi-juan,LIAOKai-bing

(DepartmentofRadiology,HubeiProvincialHospitalofIntegratedChineseandWesternMedicine,Wuhan430015,China)

Objective To explore the application value of 3.0T multivoxel1H magnetic resonance spectroscopy(1H-MRS) for the evaluation of preoperative pathological grading and invasion extent of brain glioma.Methods Sixty patients with brain glioma included 28 with low-grade brain glioma and 32 with high-grade brain glioma.All patients underwent 3.0T1H-MRS examination before operation.The ratios of choline(Cho)/creatine(Cr),N-Acetyl-L-aspartic acid(NAA)/Cr and NAA/Cho were measured in tumor tissue,peritumoral tissue and normal brain tissue.Results Compared to the normal brain tissue,the ratio of Cho/Cr increased and the ratios of NAA/Cr and NAA/Cho decreased in the gliomas tissue(P<0.05);the ratio of Cho/Cr increased while the ratios of NAA/Cho and NAA/Cr decreased in the low-grade glioma and high-grade glioma tissue(P<0.05).The ratio of Cho/Cr was higher and the ratio of NAA/Cho was lower in the high-grade glioma tissue compared to the low-grade glioma tissue(P<0.05).The pathological grading positively correlated with the ratio of Cho/Cr in the glioma tissue(P<0.05),and negatively correlated with the ratio of NAA/Cho(P<0.05).Compared to the contralateral normal brain tissue,the ratio of Cho/Cr increased while the ratios of NAA/Cho and NAA/Cr decreased in the low-grade glioma peritumoral tissue(P<0.05),and the ratio of Cho/Cr increased while the ratio of NAA/Cho decreased in the high-grade glioma peritumoral tissue(P<0.05).Conclusion 3.0T multivoxel1H-MRS can reflect the metabolic condition of biochemical substance in glioma cells,and can evaluate the pathological grading and invasion extent of glioma to a certain extent,thus can improve the preoperative diagnostic accuracy of brain glioma.

Glioma,Magnetic resonance spectroscopy,Pathological grading,Invasion,Choline,Creatine,N-Acetyl-L-aspartic acid

胡丽娟(1981～)，女，硕士，主治医师，研究方向：神经系统影像诊断。

R 739.41；R 445.2

A

0253-4304(2016)09-1252-04

10.11675/j.issn.0253-4304.2016.09.18

2016-04-11

2016-06-27)