1H-MRS及DTI在颅内肿瘤诊断及手术中应用的初步研究

马 红荣玉涛杨 春李 祥徐 凯

质子磁共振波谱分析(1H-MRS)是近年来发展起来的一种活体的无创性代谢检查方法,可以方便地得到活体组织的生化代谢信息,从而推断该组织的病理学变化,对临床诊断及推测预后具有指导意义,常规MRIT2WI提供了灰白质鲜明的对比,但是脑肿瘤对白质纤维束的影响一直处于猜测之中,而DTI可直观提供皮质脊髓束的影响,两种先进的扫描方案联合运用,为肿瘤术前诊断、制定治疗方案及判定转归提供重要依据。

方 法

1.一般资料

选择2007.01～2009.01徐州医学院附属医院神经外科收治邻近或累及皮质脊髓束的脑肿瘤患者30例,其中男 16例,女14例,年龄 24～64岁,平均年龄44岁。首发症状为头痛、癫、视力减退或缺损、肌力减退等,受累肢体肌力评价,评价范围0～5级,完全瘫痪为0级,肌力正常为5级。

2.手术前MRI检查

采用GE Signa 3.0T超导MRI成像设备,所有患者术前采用常规MRI检查,发现颅内肿瘤后行1H-MRS及DTI检查。将1H-MRS及DTI图像传送至GE Advantage Windows 4.2工作站,应用Functool软件,MRS采用手工测量各代谢化合物所对应的波峰的峰高,以Cr作为内标准,取各化合物峰高与Cr峰高的比值,进行半定量分析,DTI采用种子法将种子放置在内囊后肢处,对30例患者行三维纤维束图,判定皮质脊髓束的受压移位、连续性中断、破坏情况。

3.手术方式

根据术前DTI检查评价锥体束与肿瘤位置关系、MRS检查评价肿瘤边界,指导选择手术方式,充分保护患者的功能区,最大程度切除肿瘤。

4.病理学检查

术后脑组织进行病理学检查。

5.统计学处理方法

使用SPSS 13.0 for Windows软件包作统计学分析,分别得出胶质瘤、转移瘤病变本身、病变周围区域的Cho/NAA 、Cho/Cr、NAA/Cr的平均值±标准差,两两样本比较采用独立样本t检验,P≤0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.肿瘤分布

40例颅内肿瘤,其中25例星形细胞瘤,10例脑膜瘤、5例转移瘤,星形细胞瘤中I～II级星形细胞瘤10例,III～Ⅳ星形细胞瘤15例,分布于右侧颞叶8例、颞叶深部5例、中央区共7例,其中累及胼胝体2例、额叶5例。脑膜瘤5例分布于额部颅骨内板下、4例于小脑幕相邻、1例位于上矢状窦后部。转移瘤都是单发病变,3例位于额叶,2例位于顶叶。

2.各种脑肿瘤代谢物变化

各种脑肿瘤同对照侧比较,NAA均有不同程度下降(P＜0.05),星形细胞瘤NAA减少到正常组织的40%～70%,转移瘤、脑膜瘤有NAA峰但明显低于星形细胞瘤,转移瘤及脑膜瘤NAA/Cho和NAA/Cr比值明显低于星形细胞瘤(P＜0.05)。星形细胞瘤Cr明显下降与正常各半,转移瘤与脑膜瘤Cr低或缺乏。星形细胞瘤、脑膜瘤、转移瘤Cho峰均显著增高,但脑膜瘤Cho显著升高更明显,其Cho/Cr显著升高。星形细胞瘤1例有Lip峰,5例出现Lac峰;脑膜瘤患者可见到3例出现A la峰、2例 Lac峰增高;转移瘤5例都有Lip峰(图 1～3),2例出现Lac峰(表1)。

表1 各种肿瘤代谢物变化(±s)

表1 各种肿瘤代谢物变化(±s)

注:表中各#比值均用均数±标准差表示,表中#NAA/Cr、NAA/Cho降低,Cho/Cr上升,与正常部位比较均有统计学意义(P＜0.05),脑膜瘤与星形细胞瘤、转移瘤间存在统计学差异(P＜0.05);＊星形细胞瘤Ⅰ～Ⅱ级与Ⅲ～Ⅳ级的NAA/Cr和Cho/Cr比值差异存在显著性(P＜0.05)。

3.皮质脊髓束的改变情况及术后肌力改变情况

结合弥散张量皮质脊髓束三维示踪图对40例患者对皮质脊髓束的影响及术后肌力改变情况见表2(图2,3)。

表2 40例脑肿瘤患者皮质脊髓束的改变情况及术后肌力改变情况

讨 论

1H-MRS技术利用化学位移的原理能够反映出脑内主要代谢物的水平,提供一种无创性研究脑肿瘤生化代谢特征的方法。由于组成细胞成分不同,不同种类脑肿瘤的1H-MRS具有显著的差别。

本实验通过对颅内肿瘤的1H-M RS研究发现,脑星形细胞瘤、转移瘤和脑膜瘤与正常脑组织波谱表现均存在差异,显示Cho信号不同程度升高,NAA、Cr信号不同程度降低或者消失,提示正常神经元脱失或功能障碍,肿瘤细胞增殖、代谢活跃、有丝分裂增加[1]。星形细胞瘤起源于脑内,由于异常增生的肿瘤细胞侵犯了正常的神经元,其1H-MRS典型表现为NAA明显降低,Cr中等下降,Cho显著升高,NAA/Cr、NAA/Cho比值降低,Cho/Cr比值升高。起源于脑外的肿瘤,如脑膜瘤、转移瘤等,因瘤内不含正常的神经元,理论上也不包含NAA,但Cho显著升高,Cho/Cr、Cho/NAA比值升高。本组部分脑膜瘤可见较低的NAA峰,部分原因可能与感兴趣体素中包括邻近脑组织所致的部分容积效应有关,亦可能由于肿瘤侵犯了正常的脑组织。脑膜瘤可以出现相对特征性的波峰丙氨酸峰(A la),位于1.47ppm,被认为是谷氨酰胺转氨酶的部分氧化作用大于糖酵解的结果[2]。本组10例脑膜瘤有5例可见此峰,但在其他肿瘤未见此峰。临床表现隐匿的单发脑转移瘤与脑胶质瘤影像学表现相似。既往文献指出,当有脂质峰的存在表明肿瘤内有细胞坏死,无脂质峰可以除外转移瘤。本组脑转移瘤Lip明显高于其他肿瘤,推测可能由于进行性生长肿瘤边缘的巨噬细胞吞噬不移动的脑脂质和坏死肿瘤细胞分解代谢产生。

但是靠近脑组织表面的病变进行磁共振波谱分析时容易受到来自颅骨和头皮的脂肪组织的干扰。因此,在选择病例时去除了病变靠近颅骨和颅底的病例,如部分脑膜瘤和全部垂体肿瘤,这无疑限制了该方法的应用范围。另外,磁共振波谱分析所检测的是组织的生化代谢信息,虽然代谢状态改变有一定生理基础,在一定程度上反映组织病理学变化,但是有时代谢改变与组织形态学改变并非完全同步,其表现为组织形态相同的病变可能代谢状态不同,或者病理学具有差异的组织代谢状态并没有明显差别。因此,如果脑瘤的活体质子磁共振波谱分析与病理学分级不完全吻合,则上述原因则需考虑。

邻近或累及脑重要功能区肿瘤的手术原则是最大程度的切除病变和最小限度的损伤脑功能,从而延长生存期,改善术后患者生活质量,脑功能区的保护理念从保护皮质功能区到同时保护皮质下白质纤维束功能区的延伸。

白质纤维束示踪技术和示踪成像是基于发展起来的一个重要的成像新技术。纤维束示踪成像是在彩色编码弥散张量成像基础上,依据神经解剖学描述,用种子法标一记初始感兴趣区域,然后由种子区域始发,循各体素的有效弥散张量方向连续追踪的一种成像方法,皮质脊髓束示踪市选择内囊后肢所在区域为种子区,从选定的种子区域内各体素开始,计算出各体素的弥散张量,沿该弥散张量方向连续追踪至毗邻的上下两个体素,重复此过程,双向追踪,即可形成连贯的示踪轨迹直至各条示踪轨迹中最后一个体素的弥散张量小于阈值为止,此时生成的一系列成束状排列的示踪轨迹图,即为锥体束示踪成像。锥体束示踪成像可以逼真地显示锥体束的三维形态、空间结构和延展方位[3,4]。DT I是唯一能在活体真实显示脑白质纤维束三维关系的新技术,DTI能够提供基于肿瘤自身与邻近白质纤维之间的肿瘤病理的影像学证据。

下行的皮质脊髓束是肢体运动支配主要投射通路,颅内肿瘤、炎症、先天性白质病变以及血管性疾病都会造成的结构破坏和运动功能损伤。在脑肿瘤的患者中,它能有效地显示脑白质纤维束的微观结构变化。本实验研究表明脑胶质瘤由于其自身的无边界、浸润性和易复发等生物学特性,多表现为脑白质纤维束的移位、融合和破坏这三种形式;而有相对边界或包膜、呈膨胀性生长的脑膜瘤、转移瘤则更多的是显示为脑白质纤维束的移位或部分融合形式,与既往文献报告基本一致[5,6]。脑白质纤维束的移位主要是由于瘤周脑白质水肿带挤压,及平行于纤维束呈膨胀性生长的脑肿瘤占位效应所致;纤维束破坏主要是由于肿瘤的直接浸润性损害所致。

本文应用白质纤维束示踪技术脑肿瘤病人的进行示踪成像,术前根据DTI评定的白质纤维束的走形、侵犯范围和程度等,判定术后神经功能恢复的可能性,选择优化的手术设计,进行相应手术切除范围的判定,肿瘤病人在此基础上分析影像数据与患者运动功能手术后预后间的相互关系[7,8]。本研究结果表明纤维束的破坏不仅在恶性程度很高的肿瘤中可以被观察到,而且在低分化肿瘤及肿瘤浸润的早期阶段也可以发生。研究表明[9]手术后脑白质纤维束和相应神经功能之间存在以下关系:移位者可恢复或减轻,神经功能亦相应改善;融合者,部分能可逆性缓解;破坏者,神经功能无改善。术前DTI显示皮质脊髓束的中断破坏导致病人肌力明显下降,提示预后不良。对没有侵犯到脑实质的脑外肿瘤,则DTI可观察到神经纤维束的移位,术前临床大都提示一些头痛、癫等非特异性神经系统的症状,术后一般对肌力无明显影响。本实验中脑实质内肿瘤造成白质纤维束受压移位比例较高,在一定方面由于其临床症状较轻,采取手术积极治疗的患者相对较多有关。由于DT I在脑肿瘤方面的研究尚处于起步阶段,该结论仍需大量的临床及病理资料证实,特别是良性肿瘤邻近的白质纤维的变化有待进一步的研究。

综上所述,1H-MRS和DTI在脑肿瘤的诊断与鉴别诊断及手术预后判定中均有一定的临床应用价值,前者观察的是组织、细胞代谢物浓度方面着手来评估病变,DT I可以显示肿瘤邻近的神经纤维束,可提供恶性肿瘤的更多信息,更进一步增大了对肿瘤病理的影像诊断的能力,各有侧重,两者联合应对脑肿瘤的诊断和治疗方案制定具有指导意义。

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