H-MRS在颅内常见肿瘤中的临床应用

南京鼓楼医院集团宿迁市人民医院

(江苏 宿迁 223800)

牛 磊 朱蒙蒙 王明皓崔 文 刘圆圆

H-MRS在颅内常见肿瘤中的临床应用

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(江苏 宿迁 223800)

牛 磊 朱蒙蒙 王明皓崔 文 刘圆圆

目的 探讨氢质子磁共振波谱（1H-MRS）在颅内常见肿瘤中的的临床应用。方法 回顾性分析经临床诊断或经手术病理证实的100例患者的MRI及1H-MRS资料，其中胶质瘤42例，转移瘤36例，脑膜瘤22例。计算瘤体及瘤周水肿区的Cho、Cr、NAA的浓度及Cho/Cr、NAA/ Cr、NAA/Cho的比值。结果 胶质瘤、转移瘤、脑膜瘤三者之间肿瘤实质区的Cho/Cr、NAA/Cr、NAA/Cho平均值与参照区比较有显著差异(p＜0.05)；高、低级别胶质瘤间瘤周水肿区的Cho/Cr、NAA/ Cho具有统计学差异(p＜0.05)，高级别胶质瘤与转移瘤间瘤周水肿区的Cho/Cr、NAA/Cho具有统计学差异(p＜0.05)。结论1H-MRS是从微观水平分析脑肿瘤代谢信息的无创性方法，在鉴别诊断颅内肿瘤中有重要价值。

质子磁共振波谱；颅内肿瘤磁共振成像

质子磁共振波谱(1H-magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)是目前唯一可以无创地评价体内组织细胞生化代谢的MRI技术，可以方便的得到活体的生化代谢信息，从而推断组织的病理变化，对临床诊断及推测预后具有指导意义。本文旨在通过对100例颅内常见脑肿瘤患者进行注射对比剂后行1H-MRS检查，探讨1H-MRS对脑胶质瘤、转移瘤、脑膜瘤的鉴别诊断价值。

1 资料与方法

1.1 资料.1 搜集我院2009年10月至2013年03月经手术或临床确诊的100例患者资料，其中胶质瘤42例，男25例，女17例，年龄29～68岁，平均48.2岁。按WHO2007年分类，Ⅰ～Ⅱ级胶质瘤19例为低级组，Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤23例为高级组；转移瘤36例，其中肺癌脑转移27例，乳腺癌脑转移6例，肾癌脑转移2例，肝癌脑转移1例。男22例，女14例，年龄40～71岁，平均51.3岁；脑膜瘤22例，男14例，女8例，年龄32～60岁，平均43.5岁。

1.2 方法.2 常规MRI检查：使用德国西门子公司Magnetom Avanto Tim(76×18)1.5T超导磁共振系统。MRI平扫T1WI：TR448ms，TE8.7ms，FOV230mm；T2WI：TR4500ms,TE91ms；DWI b=1000，同时得到ADC图，TR3400ms，TE102ms。增强扫描均使用T1WI压脂扫描，层厚5mm，层间距1.5mm，对比剂为Gd-DTPA，用量为0.1mmol/kg。

1H-M R S,应用点分辨波谱分析法(p o i n t r e s o l v e d spectroscopy,PRESS)序列进行采集，测量参数TR1500ms，E135ms，采样容积为20mm×20mm×20mm，平均次数192，扫描时间4.54min；利用MRI轴、矢、冠三个方位的图像进行定位，感兴趣区(volume of interset，VOI)由这三个断层的交叉体积形成。放置定位框时应注意：将VOI放置在肿瘤的实性部分，取肿瘤的强化程度最大的区域。自动匀场和抑水以避免磁场的不均匀性，匀场效果达到水峰半高全宽(full width at half max，FWHM)＜12Hz,抑水率＞90%水平为满意。

Table 1 The metabolic ratios of Glioma、Metastasis、meningioma in tumor parenchyma、peritumoral edema and normal parenchyma

Table 2 The metabolic ratios of Low-grade glioma 、High-grade glioma in tumor parenchyma、peritumoral edema and normal parenchyma

Table 3 The metabolic ratios of High-grade glioma、Metastasis in tumor parenchyma、peritumoral edema and normal parenchyma

1.31H-MRS图像处理和数据分析1H-MRS原始图像由机器自带软件进行后处理分析，获得代谢物分布图。数据的选取根据瘤体区(设定为强化区和强化区内部)、肿瘤周围水肿区(设定为未见强化但T2WI呈高信号区域)。主要观察的代谢物有N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱(Cho)、肌酸(Cr)，由电脑计算出每种代谢物波峰的曲线下面积的大小(代表了每种物质的相对浓度)及Cho/Cr、NAA/ Cr、NAA/Cho比值的大小。

1.4 统计学分析胶质瘤、转移瘤、脑膜瘤不同区域的代谢物比值差别用单因素方差分析，两两比较方差齐时采用最小显著差异法，方差不齐转换数据，方差齐后进行方差分析；分析高、低级别胶质瘤及高级别胶质瘤和转移瘤的各代谢物差异时用两样本t检验。P＜0.05为差异有显著性，由SPSS 12.0统计软件完成。

2 结 果

2.1 增强后1H-MMRRSS表现 100例脑肿瘤患者的1H-MRS见图1～4，正常参照区1H-MRS表现清晰显示NAA(2.0ppm)、Cr峰(3.0ppm)、Cho峰(3.2ppm)，NAA峰最高，Cho峰和Cr峰相当。19例Ⅰ～Ⅱ级胶质瘤轻度升高的Cho峰(或升高不明显)，中度或轻度减低的NAA和Cr峰，基本不出现Lip峰(图1)。23例Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤在瘤体实质区表现明显升高的Cho峰，明显减低的Cr峰和NAA峰。瘤周水肿区Cho也明显升高，升高程度低于实质区，Cr、NAA峰较正常组织低，但较实质区高。17例可见不同程度Lac峰，8例可见脂质(Lip)峰，(图2)。36例脑转移瘤肿瘤实质区NAA峰明显下降、Cho明显升高，Cr峰降低，23例可见Lip峰，9例见Lac峰(图3)。22例脑膜瘤肿瘤实质区NAA峰下降非常明显，16例接近零，22例Cho峰明显升高，11例可见Lac峰，12例测到Ala峰(图4)。

2.2 测量分析结果胶质瘤、转移瘤、脑膜瘤的代谢物在肿瘤实质区、瘤周水肿区、正常对照区的比率结果见表1；低、高级别胶质瘤在肿瘤实质区、瘤周水肿区、正常对照区的比率结果见表2；高级别胶质瘤与转移瘤在肿瘤实质区、瘤周水肿区、正常对照区的比率结果见表3。

Figure1 Low-grade gliomas

Figure2 High-grade gliomas

Figure3 Metastatic tumors

Figure4 Meningeomas

表一可见，胶质瘤、转移瘤、脑膜瘤实质区的NAA/Cr、NAA/Cho均低于正常参考区，Cho/ Cr高于正常参考区，脑膜瘤的NAA/Cr、NAA/Cho明显低于胶质瘤、转移瘤，差异具有统计学意义(P＜0.01)。胶质瘤的NAA/Cr、NAA/Cho均低于转移瘤，差异具有统计学意义(P＜0.05)。胶质瘤的瘤周水肿区NAA/Cr、NAA/Cho低于转移瘤，差异具有统计学意义(P＜0.05)。

表二可见，高级别胶质瘤较低级别胶质瘤NAA/Cr、NAA/Cho低，Cho/Cr高，高、低级别胶质瘤间瘤周水肿区的Cho/Cr、NAA/ Cho具有统计学差异(p＜0.05)。

表三可见，高级别胶质瘤较转移瘤，NAA/Cho低，Cho/Cr高。高级别胶质瘤与转移瘤间瘤周水肿区的Cho/Cr、NAA/Cho具有统计学差异(p＜0.05)。

3 讨 论

3.11H-MRS技术的应用及其代谢产物的临床意义1H-MRS技术为颅内病变鉴别诊断提供了一种新的无创性的方法，不仅以波谱的形式表达出各种代谢物的浓度，直观地获取病变局部的代谢信息[1,2]，而且还可以对活体化学成分进行定量分析。在组织学水平确定颅内肿瘤浸润范围，ROI区域可以包括瘤体区、水肿带，以研究不同部位1H-MRS特点，更利于对病变的鉴别诊断[3]。在一些情况下，只有对比增强检查可以更清楚显示肿瘤边界，可以区分肿瘤实性部分和囊性部分，从而有利于MRS检查ROI的定位[4]。本研究以注射钆剂后的增强的MRS作为脑肿瘤的波谱成像的标准。

NAA仅存在于神经组织中，是神经元标志，胶质瘤的NAA下降反映神经组织被肿瘤组织替代或受侵犯。NAA下降以肿瘤实质区明显，高级别较低级别下降更明显。Cho升高反映细胞增殖，实质区更明显，囊性、坏死区减少。Cr波峰由总肌酸中的甲肌组构成，主要由肌酸(Cr)和磷酸肌酸(PCr)组成，是能量存储、利用的重要化合物。在脑内量相对恒定，可以将Cr波峰作为参照物。Lac出现说明组织缺血缺氧，无氧糖酵解加重组织坏死。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。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。

3.2 胶质瘤、转移瘤、脑膜瘤增强后1H-MRS的表现

RS 胶质瘤为颅内最常见的脑肿瘤，1H-MRS主要表现，NAA显著下降，Cho显著升高，这种下降、升高程度与肿瘤恶性程度相关，恶性程度越高，NAA下降越明显，Cho升高也越明显，Cr呈轻度下降趋势。随着恶性程度升高，Lac、Lip峰出现频率升高。本组19例Ⅰ～Ⅱ级胶质瘤轻度升高的Cho峰，轻度减低的NAA和Cr峰，基本不出现Lip峰。23例Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤表现明显升高的Cho峰，明显减低的Cr峰和NAA峰。17例可见不同程度Lac峰，Lac峰呈倒置双峰状，难以作为脑肿瘤的定性指标，也不是恶性的可靠征象[5]。8例可见脂质(Lip)峰。

脑转移瘤1H-MRS特征表现，为显著升高的Cho峰，NAA、Cr消失或下降明显，Lip、Lac峰出现频率较高。有人提出异常增高的Lip峰预示着病变的恶性程度很高，称之为“死亡峰(death peak)”[6]，本组23例可见Lip峰。

脑膜瘤1H-MRS表现，NAA缺乏，Cr下降，Cho显著升高，Ala峰出现。脑膜瘤为脑外肿瘤，无神经元成分，所以NAA、Cr理论上应该缺乏。但是脑膜瘤较小，ROI易受正常脑实质、颅骨等因素影响，有时可见较低NAA峰。在本组22例脑膜瘤中，有12例测到Ala峰，可作为鉴别脑膜瘤的特异性指标[7]。

3.31H-MRS对胶质瘤、转移瘤、脑膜瘤的诊断和鉴别诊断价值 本文通过对颅内肿瘤的1H-MRS研究发现，胶质瘤、转移瘤和脑膜瘤与正常脑组织波谱表现均存在差异，结果显示Cho峰不等程度的升高，NAA、Cr峰不同程度的降低或消失，代谢物比值Cho/Cr升高，NAA/Cr、NAA/Cho降低，与正常参照区比较有显著性差异(p＜0.05)。脑膜瘤的NAA/Cr、NAA/ Cho明显低于胶质瘤、转移瘤，差异具有统计学意义(P＜0.01)。这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。

由于肿瘤组织中NAA下降，Cho升高，因此NAA/Cho比值能反映肿瘤区的化合物含量的变化。随着肿瘤恶性程度的升高，NAA/ Cho比值更加低。本组高级别胶质瘤较低级别胶质瘤NAA/Cr、NAA/ Cho低，Cho/Cr高，瘤周水肿区的Cho/Cr、NAA/Cho具有统计学差异(p＜0.05)。从表2中可见NAA/Cho在高、低级别胶质瘤中重叠部分最小，提示NAA/Cho比值在判断肿瘤恶性程度、分级诊断中最敏感[8]。

高级别胶质瘤瘤周水肿区有肿瘤细胞浸润，瘤体边界不是T1WI强化的区域，也不是T2WI高信号的范围，也可能超过图像上显示异常区域以外的正常脑组织。Croteau等[9]的研究结果也证实肿瘤周边区的存在，并认为高级别胶质瘤并不是局限性肿瘤病变，肿瘤周边区的出现为高度恶性胶质瘤的特征性表现。本组研究高级别胶质瘤瘤体及肿瘤周边区NAA/Cho值小于转移瘤，而Cho/ Cr值明显大于转移瘤。两者具有统计学差异(p＜0.05)，见表3。与文献报道一致，有助于胶质瘤和转移瘤的鉴别[10]。

3.41H-MRS检查技术存在的问题及展望1H-MRS是一种能对脑组织的代谢化合物进行定量分析的无创性方法，理想状态情况下，单一共振线对应某一代谢物，实际上很多代谢物的谱线有重叠[11]，其影响因素如脉冲序列、TR和TE的选择、体素的大小、ROI的确定、饱和带的放置、水抑制以及匀场、线圈的类型、对比剂的应用等。另外，目前1H-MRS仅能采集几种代谢物，对一些特殊意义的代谢物却不能分辨。本组研究中对NAA、Cho、Cr等观察效果较理想，但对Lac、Lip、mI等检测效果较差。所以，不断改进和完善MRI软件，克服存在的一些问题，在疾病诊断中发挥更大作用。

综上所述，1H-MRS是从微观水平分析脑肿瘤代谢信息的无创性方法，提供更多恶性肿瘤的代谢信息，在鉴别诊断颅内脑胶质瘤、转移瘤、脑膜瘤中有重要价值。

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(本文编辑: 黎永滨)

Clinical Study of1H-magnetic Resonance Spectroscopy in the Diagnosis of Intracranial Tumors

NIU Lei,ZHU Meng-meng,WANG Ming-hao,et al.,
Nanjing Drum Tower Hospital Group Suqian City People's Hospital Jiangsu 223800,China

dss]]1H-magnetic Resonance Spectroscopy;Magnetic Resonance Imaging; Intracranial Tumors

R739.41，R445.2

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2014.03.10

2014-04-20

牛磊

[Abstrraacctt]] Objeccttiivvee To explore the clinical value of1H-MRS in the differential diagnosis of intracranial tumors. Metthhooddss MRI and1H-MRS data of 100 patients confirmed by clinical or histopathologic results were analyzed retrospectively, including 42 gliomas, 36 metastases and 22 meningiomas.The concentration of Cho、Cr and NAA and the ratio of Cho/Cr、NAA/Cr and NAA/Cho in tumor parenchyma and peritumoral edema were calculated. Ressuullttss The ratios of Cho/Cr、NAA/Cr and NAA/Cho, among gliomas、metastases and meningiomas, from which tumor parenchyma showed significant differences when compared with that of normal brain tissues(p＜0.05).In voxels of peritumoral edema, the ratios of Cho/Cr and NAA/Cho splid high and low grade gliomas presented significant differences(p＜0.05), meanwhile the ratios of Cho/Cr and NAA/ Cho between high grade gliomas and metastases revealed significant differences(p＜0.05). Concluussiioonn1H-MRS is a powerful noninvasive method for the study of metabolism of brain tumor in the level of microcosm and is a very important and useful tool in evaluating intracranial tumors.