磁共振功能成像在鉴别脑胶质瘤术后复发与放射性损伤中的应用

张秀明 ZHANG Xiuming

戴 峰2 DAI Feng

乔 伟1 QIAO Wei

冯 勇1 FENG Yong

刘念龙1 LIU Nianlong

周世波1 ZHOU Shibo

郭 震1 GUO Zhen

2. 东南大学附属南京第二医院放射科江苏南京 210003

恶性脑胶质瘤术后给予放疗或联合放化疗能明显改善患者的预后，目前已成为标准治疗方案。但是，放疗过程中常常发生急性、亚急性和慢性放射性损伤，容易与脑胶质瘤复发混淆。因此，如何有效地鉴别脑胶质瘤术后复发和放射性损伤成为临床关注和研究的热点[1,2]。

病理组织活检是诊断脑胶质瘤复发和放射性损伤的“金标准”，但其作为一种有创性的检查手段在临床上常常受到各种条件的制约。磁共振功能成像（fMRI）作为一种无创的功能成像技术，能够从多角度定量反映活体组织的微循环状态，并在一定程度上反映其化学代谢情况，可以提供较多参考信息[3]。本研究将fMRI综合运用于脑胶质瘤术后患者成像诊断中，评价磁共振灌注成像（PWI）、扩散加权成像（DWI）和1H-磁共振波谱成像（1H-MRS）在鉴别脑胶质瘤复发和放射性损伤中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2009-06～2010-12 江苏省肿瘤医院放疗科收治的脑胶质瘤全切术后（术后病理证实为脑胶质瘤）行放疗或放化疗的25例患者，其中男14例，女11例；年龄36～58岁，平均（42.7±3.75）岁。25例患者中，行MRI扫描≥2次15例。所有患者随访6～12个月，随访期间均行2次或2次以上MRI扫描，结合随访和影像资料明确脑胶质瘤复发12例，治疗后放射性损伤13例。肿瘤复发的诊断标准为：随访期不经放射性治疗强化病灶逐渐扩大，周围水肿及占位效应逐渐加重，临床表现逐渐恶化；或强化病灶经放射性治疗后范围缩小，周围水肿及占位效应逐渐减轻，即对放疗有效。放射性脑损伤的诊断标准为：随访强化病灶无变化或逐渐缩小，周围水肿及占位效应逐渐减轻，临床表现稳定或逐渐好转；其中部分强化病灶可先表现为实性强化转变为奶酪样或羽毛样强化，随后再表现为强化范围缩小。

1.2 仪器与方法 采用Philips Achieva 1.5T磁共振成像系统，Sense NV 16线圈，应用常规SE和TSE序列获得常规平扫和增强横断位、矢状位和冠状位T1WI和T2WI影像。DWI参数：TR 2764 ms，TE 67 ms，矩阵 192×173，FOV 230×259；经桡动脉注射钆喷酸葡胺注射液（马根维显）20 ml，流速3.0 ml/s，行PWI扫描。PWI参数：TR 1500 ms，TE 140 ms，矩阵 88×87，FOV 224×224，每个层面获得40幅图像；然后以PWI图像为标准选取波谱扫描感兴趣区（ROI，即高灌注区域，大小为1.2 cm×1.2 cm×1.2 cm）和对侧镜像区，采用PRESS序列行MRS扫描，参数：TR 2000 ms，TE 144 ms，采集次数512次。

1.3 PWI图像处理 将原始图像导入工作站，自动生成脑血容量（CBV）、脑血流量（CBF）、达峰时间（TTP）伪彩图，在病变区域内及对侧镜像区内设置面积为1 cm2的标准ROI，每个部位至少测量3次，获得最大和平均CBV等血流动力学参数值，将患侧与对侧镜像区参数值相除，获得标准化脑血容量（CBVnorm）。

DWI图像处理：将扫描的DWI图像自动重建生成磁共振表观扩散系数（ADC）图，选取与高灌注区相同病变区域和对侧镜像区内设置面积为1 cm2的标准ROI，将患侧与对侧镜像区参数值相除，获得标准化ADC值（ADCnorm）。

MRS图像处理：将原始图像导入工作站，软件自动完成信号平均、基线校正、相位循环、代谢物识别及峰值计算，观察代谢物胆碱（Cho）、N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸/磷酸肌酸（Cr），获得病变区域Cho/Cr、Cho/NAA值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，计量资料经正态性检验，采用独立样本t检验比较复发和放射性损伤区的最大和平均CBVnorm、ADCnorm、Cho/Cr和Cho/NAA值，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

脑胶质瘤复发区平均CBVnorm及最大CBVnorm均高于放射性损伤区，差异有统计学意义（P＜0.01）。脑胶质瘤复发和放射性损伤区ADCnorm、Cho/Cr和Cho/NAA值比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）（表1）。脑胶质瘤术后复发及放射性损伤T1WI增强、ADC值、PWI和1H-MRS图像分别见图1、图2。

表1 脑胶质瘤复发与放射性损伤fMRI参数比较

3 讨论

恶性脑胶质瘤术后放疗和辅助放化疗可以提高术后治疗效果，但放射性损伤造成的副作用导致脑组织不可逆的放射性坏死。放射性损伤导致坏死的发生率约为2%～24%，损伤程度与照射剂量、受照体积和化疗等多种因素有关[4]。肿瘤复发与放射性损伤鉴别常依靠活组织病理检查，但外科术后患者很少再行活组织病理检查，因此临床上经常以多次随访动态观察的影像学资料结合临床表现来确定患者是否有复发或放射性损伤[5]。

常规影像学检查显示，放射性损伤多位于侧脑室周围脑白质、胼胝体和远离原发肿瘤的区域，呈肥皂泡或干酪样改变。但这两种改变存在异质性，在常规磁共振T2WI图像上均表现为高信号，具有占位效应，并且肿瘤残余组织、肿瘤复发或放射性损伤及放射性坏死均可强化，而且可以保持一段时间形态无较大改变[6]。

图1 脑胶质瘤术后放疗后复发患者。A～C依次为T1WI、T2WI及增强扫描；D. ADC图局部为低信号，测得ADCnorm为1.29；E.灌注成像示该区域呈明显实性条状绿色高灌注区，高于周边组织，局部CBVnorm为4.52；F.该兴趣区行单体素波谱分析结果示，Cho/NAA值为4.12，明显升高

图2 脑胶质瘤术后放疗后放射性损伤患者。A～C依次为T1WI、T2WI及增强扫描；D. ADC图局部ADCnorm稍低，约为1.67；E.灌注成像示局部呈等或稍高灌注，仅见少许条状绿色略高灌注区，其CBVnorm为1.05；F.该兴趣区行单体素波谱分析结果示，Cho/NAA值为1.43，比值升高

fMRI是磁共振成像中迅速发展的领域，包括PWI、DWI和MRS等一系列评估组织器官生理功能的分子影像学技术。PWI是通过增强剂在脑组织内的首过效应观察血流动力学的变化，CBV能反映局部组织微循环，与肿瘤血管再生和微血管密度呈正相关[7]。Hu等[8]研究表明，肿瘤血管相对于正常组织的血管更加迂曲、血管壁的完整性不佳、通透性增加；而放射性损伤区由于内皮细胞及微小血管破坏呈局部缺血低灌注改变。因此，单纯肿瘤实体组织和放射性损伤坏死区可以通过PWI很明确地辨别。但是对于肿瘤复发患者而言，其局部区域是复发组织与损伤坏死组织混合存在。Bobek-Billewicz等[9]通过将CBV标准化（即CBVnorm= CBV患侧/ CBV健侧）获取CBVnorm阈值，当最大CBVnorm＞1.7或平均CBVnorm＞1.25判定为肿瘤复发，最大CBVnorm＜1.0或平均CBVnorm＜0.5判定为放射性损伤。本研究结果显示，肿瘤复发的平均和最大CBVnorm值高于肿瘤损伤区域，符合肿瘤复发区因其富血供且血管迂曲呈高灌注表现，且高于放射性损伤灌注值的理论；但是放射性损伤并非为完全理论上的低灌注改变，可以表现为稍高灌注，且高于Bobek-Billewicz等[9]的标准，可能与患者多处于放射损伤急性和亚急性期，局部组织损伤血管反应性增生，而炎性改变本身为高灌注改变，或者局部组织尚未完全损伤坏死，这些成分混杂在以低灌注为主的完全损伤区即可增加其灌注值，因此使放射性损伤病灶的灌注值呈稍高的表现，此现象有待于进一步临床和动物实验病理分析证实。

DWI通过观察水分子微观运动反映组织结构功能，ADC值是其定量分析图，广泛应用于急性脑卒中、肿瘤坏死和脓肿等的鉴别诊断[10]。对于肿瘤组织而言，由于结构紧密或细胞毒性水肿引起水分子扩散减弱，其ADC值降低。Zeng等[11]研究显示，肿瘤复发部位ADC值低于非复发组，但Asao等[12]研究发现复发组织ADC值低于放射损伤组织。本研究结果显示，脑胶质瘤复发和放射性损伤区ADCnorm分别为1.49±0.28和1.62±0.26，尽管肿瘤复发组织ADCnorm较放射性损伤组织稍低，但差异无统计学意义。本组患者例数较少，且ADC值在肿瘤复发和放射性损伤的观测中受多种因素的影响，如肿瘤的微血管再生可能会使ADC值升高，而放射性损伤时组织胶质增生、纤维化和巨噬细胞浸润也可使ADC值减低。在不同的阶段，不同的病理进程中扩散表现也不尽相同，考虑可能是由于本组患者偏向集中于某一病理进程所致，有待于扩大样本量进一步研究。

MRS可以无创监测组织化学和体内代谢产物的变化，脑胶质瘤复发病灶呈现高Cho峰和低NAA峰，与既往研究结果[13]一致，胶质瘤术后复发灶主要由异常增殖的肿瘤细胞构成，呈浸润生长，侵犯正常神经元包体和轴突，使其完整性破坏，导致功能缺陷，使局部区域NAA峰显著下降，Cho含量的高低反映肿瘤细胞膜增生和分裂的旺盛程度，肿瘤细胞生长失控，细胞膜增生分裂较旺盛，故Cho峰值明显升高[14]，Weybright等[15]对29例脑胶质瘤复发和放射性损伤患者的研究显示，肿瘤复发的Cho/Cr、Cho/NAA值高于放射性损伤和正常脑组织结构，同时发现，肿瘤复发具有特征性的Cho升高、NAA降低，Cho/Cr＞2和（或）Cho/NAA＞2.5则高度提示肿瘤复发。放射性损伤急性或亚急性期因同样存在细胞破坏与炎性修复，可以造成Cho升高和NAA峰减低，当放射性损伤和坏死终末期时，除脂质成分以外，其他代谢物表现水平均较低；但处于急性或亚急性期的放射性损伤，因其细胞增生程度无肿瘤细胞增生旺盛，故Cho峰值虽升高，但无胶质瘤复发升高明显[14]。本研究结果显示，肿瘤复发时Cho/Cr和Cho/NAA值高于放射性损伤，同时也符合Cho/Cr＞2和（或）Cho/NAA＞2.5的标准，但差异无统计学意义，可能与样本量较小有关，而且本组患者放射性损伤与肿瘤复发常并存。因此，两组患者的波谱改变不如单纯肿瘤复发或单纯放射性损伤明显。

PWI在鉴别肿瘤复发与放射性损伤时，可以根据其rCBV值的高低将二者加以区分，DWI和MRS的改变可以辅助PWI确定肿瘤复发与放射性损伤的诊断。即综合多指标的fMRI成像可以完善单一形态学的诊断，从血流动力学和组织代谢产物的水平指导临床诊断和治疗。

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