联合磁敏感加权成像及多体素质子波谱成像对脑星形细胞瘤分级诊断的研究

陈向荣 CHEN Xiangrong

许淑惠1 XU Shuhui

蔡建忠2 CAI Jianzhong

曹代荣3 CAO Dairong

2.福建省石狮市医院影像科 福建石狮 362700

3.福建医科大学附属第一医院影像科福建福州 350005

高级别星形细胞瘤是一种致死性强的疾病，假阴性会造成严重后果，为提高高级别星形细胞瘤的诊断敏感度，除使用MRI平扫+增强外，还可应用脑血流灌注、波谱分析、弥散与张量成像、磁敏感加权成像等多种技术，但其诊断效能与MR平扫+增强比较的报道较少[1]。本研究联合应用磁敏感加权成像（T2 star weighted angiography，SWAN）和1H-磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS）3D多体素技术对星形细胞瘤分级进行研究，并同MR平扫+增强的诊断效能进行比较。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2008-05～2010-12经术后病理证实的57例星形细胞瘤患者，男性41例，女性16例；年龄8～76岁，平均（45±9）岁。所有患者于术前行MR平扫+增强、SWAN检查、1H-MRS 3D多体素，行1H-MRS 3D多体素检查前所有患者未接受放、化疗，无脑外伤或脑手术史。术后病理按2007年WHO神经系统肿瘤组织学分类（第4版）[2]，Ⅲ、Ⅳ级归为高级别组，共44例；Ⅰ、Ⅱ级归为低级别组，共13例。

1.2 仪器与方法 MR扫描技术：①MR平扫+增强：应用GE 1.5T HD超导型双梯度磁共振仪，头颈联合8通道相控阵线圈；平扫参数：快速恢复快速自旋回波（fast recovery fast spin echo, FRFSE）序列：T2WI扫描参数：TR 4550ms，TE 110ms，回波链长度（echo train length, ETL）28，矩阵384×384，激励次数（number of excitation, NEX）＝1，层厚6mm，层间隔1mm，视野（ fi eld of view, FOV）24cm×24cm；T1液体抑制反转恢复（ fl uid attenuated inversion recovery, FLAIR）扫描参数：TR 2353ms，TE 24.9ms，TI 740ms，ETL 9，层厚6mm，层间隔1mm，FOV 24cm×24cm。增强扫描采用自旋回波（spin echo, SE）序列：T1WI TR 400ms，TE 20ms，层厚6mm，层间隔1mm，FOV 24cm×24cm；对比剂采用0.1mmol/kg钆喷替酸葡甲胺（Gd-DTPA）。②SWAN检查：采用头颈联合8通道线圈；定位线为水平轴位；采用3D扰相梯度回 波（spoiled gradient recalled echo, SPGR）序列，TR 78.2ms，TE 55ms，偏转角 30°，矩阵 384×448，FOV 22cm×22cm，层厚3mm，70kHz/pixel，相位编码方向为左右。所有患者均行颅脑CT扫描排除肿瘤内钙化。③1H-MRS检查：采用头颈联合8通道线圈；所有病例行3D多体素I氢质子脑检查/波谱成像（proton brain examination spectroscopy imaging, PROBE/S）检查，采用点分辨选择波谱（point resolved spectroscopy, PRESS）技术，TR 1000ms，TE 144ms，FOV 8～10cm，VOI大小一般为（8cm×8cm）～（10cm×10cm），厚度3～4cm，除包括肿瘤外尽可能包括对侧正常脑实质，扫描容积间距10～12.5cm，容积内层数8，相位编码数8，频率编码数8，NEX 1，以水的频率为中心频率，局部自动匀场，频率编码方向为前后，体素大小（1cm×1cm×1cm）～（1.25cm×1.25cm×1cm），扫描时间为8min 32s。以磁敏感成像图为定位图。水抑制采用化学位移选择法饱和法（CHESS）。线宽（line width）小于10Hz，水抑制水平大于95%。波谱后处理大多数情况下自动完成，当波谱明显扭曲时，用手动校正加以处理。

1.3 图像分析 ①MR平扫＋增强：由2名有经验的影像科MR室主治医师和主任医师在不知道1H-MRS检查结果的情况下对平扫、增强图像进行阅片，取2者观察结果的敏感度和特异度的平均值进行分析；其分级诊断标准为：实体强化程度、边缘是否清楚、占位效应的程度、信号是否均匀、出血或坏死、周围水肿程度、胼胝体是否受累以及是否越过中线。②SWAN图像分析：所有患者均有CT扫描帮助区别肿瘤内的钙化灶及出血灶；首先对病灶内的低信号形态进行分类：以点状、团簇状为主或以线状为主；其次，在连续层面内对肿瘤内部低信号灶进行分级评分，0级：未见低信号灶；1级：1～5个点状、团簇状或细线状低信号灶（图1A）；2级：6～10个点状、团簇状或细线状低信号灶（图1B）；3级：大于11个点状、团簇状或细线状低信号灶[3]。③1H-MRS图像分析：瘤体区感兴趣区的定位：首先利用SWAN图作为3D多体素的定位图进行融合，从而利用SWAN图避开大片出血、坏死及囊变区；其次，利用3D多体素代谢图可多层面翻页的优势，找出层面中着色最浓的肿瘤实体部位以确定感兴趣区放置测量体素，可得到该代谢物的最大比值，并非在肿瘤最大层面找感兴趣区（图1C、D）；最后，由1名影像主治医师在不知道MR平扫＋增强结果的情况下进行代谢物（Cho/NAA、Cho/Cr、MI/Cr、Lac/Cr）相对定量测量，取三维多层面中最大测量值。在对侧白质或远离病灶的白质区测量相应代谢物相对定量值作为参照控制比较组。SWAN、1H-MRS分析数据应用ROC曲线分析各种检测指标的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值和相应的阈值。

图1 A.SWAN示左颞叶肿瘤实体部2～3个小点状低信号灶（箭），评分为1级；B.SWAN示胼胝体膝部肿瘤体内明显多于6个以上的小点状低信号灶（箭头），评分为2～3级；C、D.以SWAN图为定位图行3D多体素扫描，结合代谢图进行体素定位测量代谢物

1.4 统计学方法 采用SPSS 18.0软件，MR平扫＋增强由2名医师阅片后行Kappa一致性检验分析。

2 结果

2.1 MR平扫＋增强扫描结果 2名医师MR平扫+增强图像阅片一致性强（Kappa＝0.82），其对脑星形细胞瘤高、低级别分级诊断的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为75.3%、70.8%、86.1%、55.2%。

2.2 SWAN分析结果 SWAN评分＝1级时，对高、低级别星形细胞瘤的诊断敏感度为87.3%，特异度为85.7%；SWAN评分≥2级时，对高、低级别星形细胞瘤的诊断敏感度为84.8%，特异度为90.9%；ROC曲线下面积为0.951（图2A）。

2.31H-MRS分析结果 采用点分辨选择波谱（PRESS，TE 144ms）的1H-MRS 3D技术，以Youden指数最大值为阈值切点，确定瘤体各代谢物相对定量值对高、低级脑星形细胞瘤的诊断效能，结果为Cho/NAA＝2.35时，其敏感度为86.4%，特异度为81.2%，曲线下面积为0.847（图2B）；瘤体Cho/Cr＝2.8时，其敏感度为70.0%，特异度为88.0%，曲线下面积为0.805；MI/Cr＝0.5时，其敏感度为77.0%，特异度为81.0%，曲线下面积为0.844；Lac/Cr＝0.3时，其敏感度为82%，特异度为88.0%，曲线下面积为0.864，但在本次实验只使用TE 144ms的PRESS，TE较长，Lac峰常被噪声淹没，出现率不高，故弃用Lac/Cr。

2.41H-MRS和SWAN联合筛检结果 瘤体Cho/NAA的ROC曲线下面积最大为0.847，诊断效能最高。当SWAN评分≥2级时，其曲线下面积为0.951，诊断效能较高，故作为联合筛选的首选指标。联合瘤体Cho/NAA、SWAN并联筛检结果见表1，其同MR平扫+增强的诊断效能比较见表2、图3。

图2 A.SWAN评分≥2级为诊断界点时的ROC曲线；B.CHO/NAA＝2.35时的ROC曲线

表1 Cho/NAA＝2.35、SWAN≥2联合筛检结果

图3 A.T1WI增强，肿瘤表现为环形强化（箭）；B、C.在SWAN上肿瘤内部多个点状低信号灶（箭头），评分为3级，但3D多体素谱线的Hunter角仍呈上升方向，提示为低级别肿瘤；D.病理结果示多形性胶质母细胞瘤伴出血（HE，×100）

表2 Cho/NAA＝2.35、SWAN≥2联合筛检与MR平扫+增强诊断效能比较（%）

3 讨论

本研究采用1H-MRS 3D多体素PRESS，融合3D SWAN图为定位图进行采集，有利于体素放置时避开影响谱线的大出血灶或大坏死灶，提高谱线的稳定性和信噪比[4]。1H-MRS 3D多体素对病灶是一个容积的三维评价，有空间分辨力更高的优点，能在一次扫描后的数据中同时测量肿瘤及瘤周的三维空间上多个位点的代谢物比值（如Cho/NAA），取其最大值为研究数据，克服了组织活检取材时没有取到肿块恶性度最大部分的缺点，这样也更能吻合病理组织学的多点取样方法。近来，SWAN作为非对比增强的脑肿瘤成像序列，认为是无创性进行脑肿瘤分级有价值的成像方法[5]。SWAN技术在肿瘤诊断方面的优势在于它能够清晰显示肿瘤的出血、静脉血管、坏死构成等；多形性胶质母细胞瘤和间变型高级别星形细胞瘤生长速度快，肿瘤血管壁不成熟伴出血增多，它产生的磁敏感效应引起SWAN上的信号衰减，呈簇状或点状低信号[6]；同时高级别星形细胞瘤的肿瘤血管增生和血供增加，供血的小动脉及引流静脉也多，SWAN能显示引流小静脉，表现为细条状或簇状低信号，间接反映了肿瘤的血管增生情况，对肿瘤分级具有重要意义[7]；此外，胶质母细胞瘤的铁转运蛋白受体分布最高,假栅栏样区域最明显，亦可致高级别恶性肿瘤内组织间的磁敏感差异明显，这些病理特点均能被SWAN反映，呈点状低信号影[8,9]。本研究中，SWAN图上高、低级别组肿瘤内低信号的评分差异说明高、低星形细胞瘤内病理特点不同。因此，SWAN在脑星形细胞瘤的分级中具有重要临床价值。

本研究旨在通过SWAN和1H-MRS两种技术联合诊断，提高高级别星形细胞瘤的诊断敏感度。伴出血的多形性胶质母细胞瘤瘤体区Cho/NAA比值较低，Hunter角仍呈正常上升，易造成高级别星形细胞瘤漏诊，其谱线可能受瘤体内多发小出血的影响，但SWAN发挥其优势，瘤体内见许多点状低信号，SWAN评分≥3级。当SWAN评分≥2级、Cho/NAA＝2.35时联合筛检，其敏感度为93.2%，特异度为81.0%，阳性预测值为95.3%，阴性预测值为78.6%，准确度为85.9%，其诊断高级别星形细胞瘤的敏感度明显高于MR平扫＋增强扫描，准确度也较高，减少了假阴性，从而减少了致死率高的高级别星形细胞瘤的漏诊。尽管特异度下降，对高级别星形细胞瘤诊断的假阳性率增高，但低级别星形细胞瘤的发病率较低，且其致死率较高级别星形细胞瘤低，所以总体上对患病人群危害性减少。

本研究显示，SWAN检查和1H-MRS 3D多体素单独或联合应用均能提高术前高级别星形细胞瘤诊断的敏感度，是MR平扫＋增强对星形细胞瘤分级诊断的有用辅助手段，特别利用SWAN及1H-MRS 3D多体素优势互补时，可大幅提升高级别星形细胞瘤的诊断敏感度。但其是否能对星形细胞瘤患者总体治疗效果产生良性影响、提高生存率，有待进一步研究。本研究的缺点：①样本例数不够大；②高级别星形细胞瘤易出血坏死影响1H-MRS 3D多体素的谱线稳定，造成各代谢物比值测量偏差。

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