磁共振波谱成像对颅内肿瘤的对比研究

张琳琳　苏炜　杨立臣

【摘要】 目的 分析颅脑肿瘤磁共振波谱成像（MR spectroscopy，MRS）的代谢特征，探讨MRS在肿瘤诊断中的价值。方法 分析经手术或穿刺活检证实的40例颅脑病变患者（26例肿瘤性病变）的临床资料及MRI、MRS所见。MRS测量N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、胆碱（Cho）、肌酸（Cr）的峰值及Cho/Cr、NAA/Cr、NAA/Cho比值；做出术前诊断，最后再与病理结果比较。结果 治疗前MRS：所有肿瘤NAA/Cr、NAA/Cho下降或消失，Cho/Cr明显升高。治疗后NAA/Cr、NAA/Cho比值均较治疗前升高，Cho/Cr比值下降。结论 MRS提供代谢方面的信息比常规MRI所显示的解剖结构更重要，有助于区分肿瘤和非肿瘤病变区、脑肿瘤的不同组织类型、胶质瘤组织学分级、鉴别肿瘤复发与放疗后坏死及评估疗效等。MRS为脑肿瘤的定性诊断提供更多、更准确的信息，并为治疗方案的拟定和治疗效果的评估提供可靠的理论依据。

【关键词】 颅脑肿瘤；磁共振成像（MRI）；磁共振波谱（MRS）

doi：10.3969/j.issn.1004-7484（s）.2013.08.286 文章编号：1004-7484（2013）-08-4346-02

颅脑肿瘤是神经系统常见病，术前的定性诊断以及判断肿瘤的侵犯程度，对手术方案的制定及预后的评价有较大的参考价值。三维磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）是一种新的无创性研究脑肿瘤生化代谢特征的方法，反映的生物代谢信息与肿瘤的病理生理机制相吻合，可以根据其所提供的代谢信息有效地反映疾病的代谢信息，并与形态信息相结合为影像学诊断开辟了一条新的路径。本文通过对颅脑肿瘤MRS结果进行定量对照分析，探讨其与MRI结合在肿瘤诊断中的临床价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料 搜集了2011年1月——2012年12月间42例经手术、穿刺活检或临床证实的颅脑病变患者的MRI、MRS和病历资料，所有病例活检时间与MRI、MRS检查时间不超一个月。其中男性23例，女性19例，平均年龄65岁。颅脑肿瘤26例；颅脑非肿瘤性病变16例。

1.2 MRI检查 应用SIEMENS公司MAGNETOM Avanto Tim1.5T磁共振扫描仪，标准环形极化头线圈完成MR扫描。常规行矢状位、冠状位和横轴MR平扫和增强扫描，扫描序列及参数：SET1WI（TR 400ms，TE20ms），TSET2WI（TR 3600ms，TE90ms），FLAIR序列（TR8500ms，TE130ms，TI2500ms），层厚5mm，采集1次。增强检查所用对比剂为钆喷酸葡胺注射液。

1.3 MRS检查 所有病例均行多体素化学位移成像（chemical shift imaging，CSI）MRS检查，采用点解析波谱（point-resolved selective spectroscopy，PRESS）技术，并采用化学位移选择饱和法（chemical shift-selectingsaturation，CHESS）进行水抑制。MRS扫描参数：TR1500ms，TE135ms，视野120mmx120mm，体素容积为10mm×10mm×10mm，采集1次，成像时间435s。为了排除对比剂对波谱的影响，若肿瘤边界清楚，则在注射对比剂前行MRS检查；若肿瘤边界显示不清，难以区分肿瘤实体与周围水肿区，则在增强扫描48h后行MRS检查。

1.4 数据分析

1.4.1 MRS数据分析 用SIEMENS机器自带软件对扫描数据进行后处理，并以软件自带测量和计算公式分别测量氮乙酰门冬氨酸（N-aeetylaspartate，NAA）、胆碱（Choline，Cho）峰及肌酸（Creatine，Cr）峰平均峰值。在MRS代谢图上标记出病灶及对侧正常脑组织，分别计算Cho/Cr比值、NAA/Cho比值和NAA/Cr比值的值做出定性诊断的诊断性。

1.4.2 统计学分析 26组病例中每组取4个点，一共取104个体素对Cho/Cr比值、NAA/Cho比值和NAA/Cr的比值進行测量。各组内先进行正态分布性（K-S）检验。经证实数据为正态分布后，先进行方差齐性检验，再用One-wayANOVA进行不同组间的比较。F检验有统计学意义。所有统计分析在SPSS11.5上完成。

2 结 果

10例高级别星形细胞肿瘤均有共同MRS改变：肿瘤实质区NAA显著下降，Cho明显升高，Cr轻度降低（图1），其中5例可见1.25ppm处高大的Lip峰，2例在1.33ppm处可见不同程度倒置的乳酸峰；水肿区NAA明显低于正常，Cho高于正常，Cr变化不显著（图1-4）。

5例脑膜瘤的主要波谱表现为肿瘤区NAA明显下降，其中2例NAA消失、3例NAA接近于零，Cho明显升高，Cr轻度降低（图5-6），其中2例在1.33ppm处可见倒置的乳酸峰，2例于1.47ppm处检测到丙氨酸（Ala）峰；水肿区NAA仍低于正常，Cho和Cr接近正常水平，变化不显著。

11例转移瘤实质区的MRS表现为NAA峰明显降低，Cho峰明显升高，其中4例在1.25ppm处检测到高大的脂质（Lip）峰；水肿区NAA、Cho和Cr与正常区之间差异不显著，Cho和NAA略低于正常，Cr无明显变化。

3 讨 论

MRS是一种无创性的研究活体器官、组织代谢、生化变化和化合物定量分析的方法，又称“无创活检”。MRS可检测与脂肪代谢、氨基酸代谢以及神经递质有关的多种微量代谢物。主要包括NAA、Cho、Cr及乳酸（Lac）、脂质（Lip）、肌醇（mI）和谷氨酸和谷氨酰胺等[1]，MRS提供代谢方面的信息比常规MRI所显示的解剖结构更重要，因为代谢产物浓度的变化有助于区分肿瘤和非肿瘤病变区[2]、脑肿瘤的不同组织类型[3]、胶质瘤组织学分级、鉴别肿瘤复发与放疗后坏死及评估疗效等。

3.1 MRS对肿瘤和非肿瘤鉴别诊断

3.1.1 肿瘤性病变

3.1.1.1 胶质瘤 为脑内最为常见的肿瘤，主要表现为NAA减少，Cho增加，Cr正常或下降，可出现Lac、Lip。NAA/Cho、NAA/（Cho+Cr）明显减小，Cho/Cr明显升高，与本研究相符（图2、4）。NAA仅存在于神经组织中，是神经元的标志物，胶质瘤NAA降低反映了神经组织被肿瘤组织替代或受侵犯。而且NAA降低以肿瘤中心区域明显，以高级别肿瘤下降更多。Cho大多表现为增加，表明细胞膜结构增加，反映细胞增殖。以实性均质肿瘤为明显，囊变、坏死区则减少。复发的胶质瘤Cho增加比原发的胶质瘤要高。本研究显示Cho/Cr、NAA/Cr在胶质瘤的分级上有意义：级别越高，NAA/Cr值越低，Cho/Cr值越高，与组织病理分级具有相关性。NAA/Cho下降的程度反映肿瘤细胞的密度。Lac在不同的肿瘤变化较大，在生长活跃的肿瘤中心或坏死组织内常出现。Lac出现说明组织缺血缺氧，无氧糖酵解加重组织坏死。Harris等利用1.5TMRS研究了30例儿童小脑肿瘤患者后认为NAA/Cr>4.0可作为星形细胞瘤与其他肿瘤的鉴别，Cr/Cho<0.75和MI/NAA<2.1则可以区别髓母细胞瘤与室管膜瘤。本组病例中有3例在瘤周区亦发现Lac峰，可能是水肿区为肿瘤的明显占位效应压迫造成局部缺血性改变。Lip峰常在肿瘤坏死区及恶性程度较高的胶质瘤中出现，为来源于肿瘤边缘巨噬细胞或坏死组织细胞将组织结构中的脂质分解为小分子脂质。

3.1.1.2 颅神经瘤 颅神经瘤起源于许旺细胞，因此，典型的颅神经瘤MRS亦是脑外肿瘤的波谱，即NAA消失，Cho升高。有时可检测到乳酸盐，但不出现Ala，据此可与脑膜瘤相鉴别。

在确定为肿瘤之后，区分脑内与脑外肿瘤成为一个突出的问题。脑肿瘤内NAA浓度降低是由于神经元的缺失或正常神经元功能下降所致，常提示肿瘤侵犯神经元导致神经元减少或功能受损。对于起源于脑外的肿瘤，因肿瘤不含神经元结构，因此肿瘤内NAA浓度很低或几乎检测不到。

3.1.1.3 淋巴瘤 有研究表明恶性淋巴瘤，Cho升高，NAA下降，乳酸盐出现，追踪观察其放射治疗前后的变化，升高的Cho下降，下降的NAA升高，乳酸盐消失，且其变化优先于磁共振常规扫描。

3.1.1.4 脑膜瘤 典型表现为NAA缺乏，Cr峰下降，Cho增高，可显示Ala，NAA/Cho呈明显降低，Cho/Cr呈显著升高。脑膜瘤为脑外肿瘤，无神经元，故NAA、Cr缺乏，但脑膜瘤较小时，采样易受脑脊液、颅骨影响，可见低矮NAA峰。Ala出现是脑膜瘤特征性表现，Peptone认为Ala/Cr比星形细胞瘤高3-4倍可能意义更大。Ala来自糖分解中的丙酮酸，L-丙酮酸通过丙酮酸激酶导致丙酮酸增加，丙酮酸转化为丙氨酸所致。但A1a峰并非所有脑膜瘤都出现，部分胶质瘤、垂体瘤中也可出現。本研究仍在脑膜瘤的瘤体强化区内测量到极少量的NAA，可能是周围脑组织的“污染”。

3.1.1.5 转移性脑肿瘤 没有星形细胞或神经元，主要表现为NAA峰缺乏，Cho明显增高，Cr下降或消失，Cho/Cr比值升高，可出现Lac峰和Lip峰。除肺癌脑转移出现Cho峰的降低外，其它均明显升高，尤其肝癌脑转移的升高更为显著。Smith等认为脑转移瘤和星形细胞瘤的区别在于转移瘤有清楚的边界，瘤体邻近的组织在波谱上无明显异常表现，胶质瘤在强化区域以外可以显示异常的波谱。Burtscher等也发现胶质瘤和淋巴瘤的肿瘤周围区可见病理性波谱，而脑膜瘤、转移瘤等局限性肿瘤周围则未见，故认为依此可以鉴别局限生长性肿瘤和浸润生长性肿瘤。

3.1.1.6 垂体瘤 为脑外肿瘤，具有脑外肿瘤的一般特征，有研究者报道检测到牛磺酸峰具有特征性。

3.1.2 非肿瘤性病变 既往MRS定量分析的结果显示，非肿瘤性病变如脱髓鞘病、脑炎症性病变、脑梗死、放疗反应性胶质增生和线粒体病变，Cho降低或轻度增高；而肿瘤病变的Cho/Cr和Cho/NAA比值随恶性程度的增高而增高，以此特点可以判别肿瘤病变和非肿瘤性病变。

3.1.2.1 多发性硬化（MS） 中枢神经系统多发性局部脱髓鞘改变，继发神经胶质反应而形成局部硬化斑。MRS显示急性活动斑块内乳酸含量增多，NAA降低Cho/Cr增高。慢性期不可逆硬化斑Cho/Cr正常，乳酸正常。通过质子代谢变化可区别MS的分期（如超急性和水肿病变.脱髓鞘病变以及亚急性至慢性期斑块），并可作为观察疗效的方法。

3.1.2.2 脑脓肿 在磁共振上常呈环型病变，有时与转移性肿瘤的鉴别较为困难。在MRS可显示胞液的氨基酸（0.9ppm）、乙酸（1.9ppm）、甘油（3.5ppm），这在脑脓肿是特征的变化，仅依此即可与脑肿瘤鉴别。

3.1.2.3 脑梗死 急性脑梗塞中央NAA完全消失，而梗塞边缘区有一定的NAA，NAA减少愈显著，功能恢复愈差，Cho和Cr也有所减少（图7、8）。梗塞内、外经常出现Lac峰，在8h内即可出现。NAA的减低与临床预后分级有相关性，有作者认为72hNAA消失区域代表脑梗死区；另有作者用Lac/NAA比值（LNR）来判断：LNR>1.0代表梗死区，LNR<1.0为非梗死区。再灌注时，Lac可一度接近正常，但再灌注损伤时，再次Lac升高，NAA降低。

3.1.2.4 放射性脑坏死 MRS鉴别放射性脑坏死和脑肿瘤复发有时较为困难，但鉴别二者在指导肿瘤的治疗方法方面意义重大。放射性脑坏死的MRS波形特点是所有的波峰均下降，而肿瘤复发常表现为Cho升高。但病理组织学上有时有放射性坏死和复发肿瘤混合存在，因此NAA、Cho、Cr均下降时疑放射性坏死，但不能否定有复发肿瘤混合存在的可能。

总之，MRS从微观分子水平分析脑肿瘤的代谢信息，对脑肿瘤的诊断及鉴别诊断具有重要的辅助价值。

3.2 MRS对胶质瘤的分级及预后 脑胶质瘤源于神经胶质细胞，约占全部颅脑肿瘤的50%以上，是颅内最常见的肿瘤，包括星形细胞瘤、少突胶质细胞瘤和室管膜瘤等，其中以星形细胞瘤最常见。不同级别的胶质瘤有不同的治疗手段，准确判断胶质瘤的级别，确定手术切除及放疗的范围对提高胶质瘤患者的生存率和改善预后都非常重要。按肿瘤分化程度分为I-IV级，I、II级为低级别胶质瘤，III、IV级为高级别胶质瘤。

1H-MRS在胶质瘤诊断、分级中的應用：脑胶质瘤的典型波谱为NAA峰显著下降、Cr峰轻度下降或无明显下降、Cho峰明显升高，Cho/NAA、Cho/Cr比值明显升高、NAA/Cr减低：其中对于Cho/Cr升高在高级别胶质瘤中的意义是肯定的。Cho水平在高级别胶质瘤中高于低级别胶质瘤；Cr相对较稳定，一般将其作为比值，也有学者以健侧的肌酸作参考检测代谢物变化。Lac峰主要见于高级别胶质瘤。以Cho/Cr及Cho/NAA反映肿瘤级别比较稳定。许多研究表明，肿瘤恶性程度与代谢物信号强度有一定的相关性；低级别的瘤组织内可能含有被包入的正常神经元或血管周可见神经细丝；II级胶质瘤NAA含量明显高于III级胶质瘤，Cho含量明显低于III级胶质瘤，而Cr差异无统计学意义。

3.3 MRS对鉴别肿瘤复发与放疗后坏死 放疗是脑肿瘤的重要治疗手段，但常伴有肿瘤周围正常脑组织的放射性损伤，放射损伤所致的脑坏死和肿瘤复发在常规MRI上难以鉴别，而MRS可用于监测放疗的损伤、鉴别脑肿瘤复发和放射性坏死，如MRS显示Cho、Cr浓度明显升高，说明肿瘤区有复发，而Cho、Cr、NAA浓度都降低则提示为放疗后的延迟性脑组织坏死（图9）：Ott报道放射性坏死的特征是Cho波峰的下降，一旦发现Cho波峰有上升的趋势时应高度怀疑肿瘤复发的可能。

3.4 MRS在颅脑肿瘤的治疗效果监测的价值 MRS作为唯一无创伤性在体生化检测手段，MRS可以了解脑胶质瘤代谢特性，反映肿瘤生长潜能，评价不同治疗方法的疗效，且因其无创性可多次进行检查，因此有助于选择正确的治疗方案，适用于术后随访。Esteve等对ll例脑胶质瘤放疗患者对侧脑组织进行MRS研究后发现，在放疗后4个月时，NAA/Cr、NAA/Cho比值均明显下降，8个月后这些比值基本恢复正常，提示放射治疗对正常脑组织所致的代谢改变只是暂时的，早期NAA/Cr、NAA/Cho比值的降低，可能代表神经元功能的暂时丧失，而此时常规MRI尚未发现有显著的变化，可见MRS具有评价放疗早期不良代谢的潜能。

总之，MRS与常规MRI检查有很强的互补性，将MRS的代谢信息与MRI的形态学表现相结合具有较好的敏感性和特异性，为脑部肿瘤的定性诊断提供更多、更准确的信息，并为治疗方案的拟定和治疗效果的评估提供可靠的理论依据。随着硬、软件的不断升级与发展，及对颅脑肿瘤病变形态、代谢变化的深入研究，MRS与MRI结合，必将越来越广泛地应用于临床，成为临床常规采用的扫描技术。

参考文献

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