1H-MRS在颅脑常见肿瘤诊断与鉴别诊断中的价值

王金梅，张　敏，陆志前，刘建光，姜从革，张　军

(宣城市人民医院　影像科，安徽　宣城　242000)



·影像医学·

1H-MRS在颅脑常见肿瘤诊断与鉴别诊断中的价值

王金梅，张敏，陆志前，刘建光，姜从革，张军

(宣城市人民医院影像科，安徽宣城242000)

【摘要】目的：探讨氢质子磁共振波谱(1H-MRS)在颅脑常见肿瘤诊断与鉴别诊断中的价值。方法：回顾性分析经术后病理或临床确诊的43例脑肿瘤患者的临床和MR资料，其中胶质瘤(组)18例，脑膜瘤(组)13例，转移瘤(组)12 例。所有患者行常规MRI及1H-MRS检查，并尽量选取病灶对侧正常脑组织作为参照区，测定肿瘤实质区胆碱(Cho)、乙酰天门冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)、脂质(Lip)、乳酸(Lac)及丙氨酸(Ala)代谢产物浓度的峰值，计算NAA/Cho、Cho/Cr、NAA/Cr比值，并与参照区上述比值进行对照分析。结果：3组肿瘤常规MRI多表现为等/稍长T1、稍长/长T2信号，伴有不同程度强化及周围水肿。1H-MRS显示各肿瘤实质区Cho峰明显升高、NAA峰明显降低或缺失、Cr峰不同程度降低，高级别胶质瘤及转移瘤常见Lip及Lac峰，脑膜瘤可见特征性Ala峰。各肿瘤实质区Cho/Cr、NAA/Cho、NAA/Cr比值与参照区比较差异具有统计学意义(P<0.05)。脑膜瘤组NAA/Cr、NAA/Cho明显低于胶质瘤、转移瘤组，差异具有统计学意义(P<0.05)。低级别胶质瘤Cho/Cr比值明显低于高级别胶质瘤，差异具有统计学意义(P<0.05)。高级别胶质瘤Cho/Cr比值低于转移瘤，且差异有统计学意义(P<0.05)。结论：1H-MRS对颅内胶质瘤、脑膜瘤及转移瘤的诊断具有重要意义，当三者常规MRI表现相似时，1H-MRS具有一定的鉴别诊断价值。

【关键词】磁共振成像；磁共振波谱学；氢质子；颅脑肿瘤；诊断；鉴别

【DOI】10.3969/j.issn.1002-0217.2016.02.019

胶质瘤、脑膜瘤及转移瘤是常见颅脑肿瘤，MRI为其重要检查方法。但常规MRI仅是形态学成像，不能反映组织功能代谢情况，对于形态学相似的肿瘤难以做出定性诊断。特别是对于胶质瘤多发或转移瘤单发的病例，以及位于脑表面纵裂池旁、外侧裂池旁及脑灰白质交界区的肿瘤更难以诊断、鉴别[1]。1H-MRS是目前唯一能非侵入性测定人体组织器官能量代谢、生物化学变化及化合物定量的影像学方法，弥补了常规MRI在定性诊断方面的不足。本文通过对43例确诊为脑肿瘤患者的常规MRI及1H-MRS资料进行综合分析，探讨1H-MRS在颅脑常见肿瘤诊断与鉴别诊断中的应用价值。

1资料与方法

1.1临床资料搜集经手术病理或临床确诊43例脑肿瘤患者的资料，其中胶质瘤18例，男11例，女7例，年龄26～66岁，平均年龄(44.50±11.54)岁。按WHO2007年分类，Ⅰ～Ⅱ级胶质瘤为低级别组8例，Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤为高级别组10例；脑膜瘤13例，男6例，女7例，年龄44～80岁，平均年龄(61.07±10.70)岁；转移瘤12例，男7例，女5例，年龄42～77岁，平均年龄(61.33±11.18)岁，其中乳腺癌脑转移1例、肾透明细胞癌脑转移1例，肺癌脑转移10例。

1.2仪器与方法采用德国西门子公司Symphoy1.5T超导型磁共振扫描仪。所有患者行头颅MRI常规及1H-MRS检查，常规MR检查使用标准头颅正交线圈，仰卧位扫描，采用SE序列(TR500 ms/TE8.4 ms)和TSE序列(TR4000 ms/TE90 ms)分别获取横断位T1WI、T2WI及矢状位T2WI图像，TIRM序列(TR8810 ms /TE104 ms)获取横断位自由水抑制图像，必要时增加冠状位扫描；增强扫描对比剂使用Gd-DTPA，用量为0.1mmol/kg，采用T1WI脂肪抑制序列(TR339ms/TE11ms)扫描分别获取横断位、矢状位及冠状位图像。

1H-MRS检查采用点波谱分析法(point resolved spectroscopy)，采集序列为SVS-se序列(TR1500 ms/TE135 ms)，采集时间4 min 54 s，平均次数192；选取病灶感兴趣区(regionns of interest,ROI)作为采集点，并尽量选取病灶对侧相应部位正常脑组织作为参照区。常规MR横断位、矢状位及冠状位上进行交叉定位。感兴趣区以肿瘤实质区为中心，尽量避开坏死、囊变区及邻近脑脊液、颅骨、皮下脂肪及含气窦腔等组织结构；感兴趣区大小为15 mm×15 mm×15 mm～20 mm×20 mm×20 mm；自动匀场、水抑制后开始扫描，扫描结束后，手工设定检测物指标，机器自带软件自动识别和计算各代谢产物的峰值。

1.3统计学方法各肿瘤间比较采用单因素方差分析，P<0.05表示差异有统计学意义。

2结果

2.1常规MRI表现18例胶质瘤中，8例为Ⅰ～Ⅱ级胶质瘤，10例为Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤，高级别胶质瘤平扫多表现为稍长T1、稍长/长T2信号，增强扫描为花环状或不规则形强化，瘤周伴不同程度水肿信号。12例转移瘤中，2例为单发，其余10例均为多发(病灶数目≥3)，平扫呈等/稍长T1、长T2信号，增强扫描呈花环状或结节样强化，其中3例瘤周出现大片状水肿信号。脑膜瘤13例，平扫表现为等/稍长T1、等/稍长T2信号，增强扫描明显或中等度强化，其中3例肿瘤周围水肿明显(2例位于大脑纵裂池旁，1例位于外侧裂池旁)。

2.21H-MRS表现各肿瘤实质区NAA峰明显降低或缺失，Cho峰明显升高。胶质瘤表现为NAA峰显著下降，Cr峰轻度或中等度下降，Cho峰明显升高，而且肿瘤级别越高，即恶性程度越大，Cho峰值越高，NAA峰值越低，其中2例可见Lip峰，2例可见Lac峰，Lac峰表现为倒置双峰(图1a)。脑膜瘤表现为Cho峰明显升高，Cr峰极低，有5例表现为NAA峰缺失，其余8例均表现为NAA峰极低，3例可见Ala峰，1例出现Lip峰(图1b)。转移瘤表现为Cho峰明显升高，Cr峰极低或缺失，NAA峰极低，4例可见Lip峰，3例可见Lac峰(图1c)。

a.MRS表现：Cho峰明显升高，NAA峰显著下降，Cr峰中等度下降，可见Lac峰(倒置双峰)。b.MRS表现：Cho峰显著升高，Cr峰极低，NAA峰极低、几乎缺失，可见Ala峰。c.MRS表现：Cho峰显著升高，Cr峰显著降低，NAA峰显著降低，可见Lip峰及Lac峰。

图1不同肿瘤的1H-MRS表现

2.3不同类型脑肿瘤及参照区代谢物比值比较见表1。由表1可见，与参照区比较，各肿瘤实质区NAA/Cho、 NAA/Cr比值明显降低，Cho/Cr比值明显升高，且差异具有统计学意义(P<0.05)。脑膜瘤组NAA/Cr、NAA/Cho明显低于胶质瘤、转移瘤，差异具有统计学意义(P<0.05)。低级别胶质瘤较高级别胶质瘤NAA/Cr、NAA/Cho高，Cho/Cr低，且Cho/Cr比值存在显著性差异(P<0.05)。高级别胶质瘤较转移瘤NAA/Cho高，NAA/Cr、Cho/Cr低，且Cho/Cr有统计学差异(P<0.05)。

组别NAA/ChoCho/CrNAA/Cr高级别胶质瘤0.26±0.053.37±0.410.89±0.19低级别胶质瘤0.45±0.082.20±0.210.94±0.10脑膜瘤0.06±0.045.63±3.440.26±0.25转移瘤0.14±0.128.51±5.050.91±0.79参照区1.21±0.081.30±0.071.58±0.12F值267.65510.31315.427P值0.0000.0000.000

3讨论

目前，颅脑肿瘤的诊断与鉴别主要依靠MRI常规及功能成像，如DWI、PWI、DTI等，但都不能提供肿瘤的代谢信息。1H-MRS技术是目前唯一可以无创检查活体内脑肿瘤代谢信息的方法，这是任何体外实验都无可比拟的优势[2]。常见颅脑肿瘤的代谢产物有NAA、Cho、Cr、Lac、Lip、Ala、Glx(谷氨酰胺及谷氨酸复合物)等。NAA峰位于2.02 ppm处，是神经元的标志物，脑肿瘤等病理状态下，NAA值降低，其峰值降低程度与正常神经元破坏的程度呈正相关[3]。脑膜瘤、转移瘤由于瘤内不含神经元，理论上MRS中NAA峰应该缺失。实际上，脑膜瘤、转移瘤MRS中常可见到较低NAA峰，原因可能是肿瘤对正常脑组织侵犯，或肿瘤边缘体素容积效应所致[4]。Cho峰位于3.22 ppm处，是反映髓鞘形成、细胞代谢和胶质增生的指标。研究表明[5]，肿瘤实质区Cho/Cr与肿瘤级别呈正相关。Cr峰位于3.02 ppm处，主要由Cr和pCr(磷酸肌酸)组成，在同一个体脑内不同代谢情况下总量较恒定，可将Cr峰作为参照物，得到其他代谢产物与Cr的相对比值，从而进行比较。Lip峰位于0.9～1.5 ppm处，主要指游离脂肪，常见于肿瘤坏死、脂质析出。Lip峰可作为较有意义的鉴别良恶性肿瘤的指标，对于未治疗的肿瘤若波谱曲线中出现Lip峰高度提示恶性肿瘤[6]。Lac峰位于1.33 ppm处，是无氧糖酵解的产物，见于脑缺血缺氧等病理状态。Lac峰有时与Lip峰重叠，可采用改变TE的方法加以区别，在TE=136 ms的1H-MRS上，Lac波峰向下，在TE=272 ms的1H-MRS上，Lac波峰向上[7]；本研究中MRS序列采用TE为135 ms。Ala峰位于1.48 ppm，Glx峰位于2.2～2.4 ppm及3.6～3.8 ppm处，二者增高被认为是脑膜瘤的特征表现[7]。Jaskolski等[4]认为，Ala峰常出现在脑膜瘤波谱图像中，但不是所有脑膜瘤波谱图像中均出现，Ala峰可作为脑膜瘤的特征性标志。

本研究病例中，胶质瘤MRS典型表现为Cho峰明显升高，NAA峰显著下降，Cr峰轻度下降或无明显变化，并可出现Lac和Lip峰。随着胶质瘤恶性程度的增加，Cho峰呈上升趋势，NAA峰呈下降趋势，高级别胶质瘤Cho峰值明显高于低级别胶质瘤，NAA峰值明显低于低级别胶质瘤，说明高级别胶质瘤肿瘤细胞增殖更活跃，正常神经元破坏更严重。低级别胶质瘤较高级别胶质瘤NAA/Cr、NAA/Cho高，Cho/Cr低，Cho/Cr比值存在显著性差异(P<0.05)，提示MRS有助于胶质瘤分级，其中Cho/Cr比值反映肿瘤级别较稳定，与苗红等[8]的研究相一致。脑膜瘤NAA/Cr、NAA/Cho明显低于胶质瘤、转移瘤，差异具有统计学意义(P<0.05)。另本组病例中有3例脑膜瘤瘤周水肿显著(其中2例位于大脑纵裂旁，1例位于外侧裂池旁)，常规MR表现与胶质瘤、转移瘤极为相似，难以做出诊断。行1H-MRS检查后，其中2例病例可见特征性Ala峰，起到了重要鉴别诊断作用，也表明Ala峰可作为常规MR表现不典型脑膜瘤与颅内其他肿瘤鉴别的指标。10例高级别胶质瘤中2例出现Lip峰，2例出现Lac峰；12例转移瘤中4例出现Lip峰，3例出现Lac峰；脑膜瘤组1例出现Lip峰。转移瘤Lac和Lip峰出现频率较高，这与肿瘤的细胞增殖和有丝分裂增加导致细胞膜代谢异常增高、能量耗竭及无氧糖酵解有关；同时提示Lip峰与肿瘤的恶性程度、坏死相关，即肿瘤的恶性程度越高，坏死越多，出现Lip峰的几率越大。牛磊等[9]认为高级别胶质瘤较转移瘤实质区NAA/Cho低、Cho/Cr高，本文显示高级别胶质瘤较转移瘤肿瘤实质区NAA/Cho高、Cho/Cr低，分析原因，与转移瘤不含神经元，NAA峰更低或缺失、Cr峰明显下降，而胶质瘤Cr峰仅轻度下降有关。MRS还可鉴别胶质瘤复发与放射性脑坏死[10]。在常规MR图像上，两者影像表现大多相似，但是MRS表现存在很大差异。胶质瘤复发通常表现为Cho峰明显上升，NAA、Cr峰下降或消失，可见Lac及Lip峰，放射性脑坏死表现为Cho、NAA和Cr峰均较低，可出现Lip峰，无Lac峰。

另有研究[11-12]表明，高级别胶质瘤与转移瘤瘤周水肿MRS表现可作为胶质瘤与转移瘤的重要鉴别诊断依据。由于胶质瘤为侵袭性生长肿瘤，瘤周水肿区可出现异常波谱，而转移瘤有清楚的边界，瘤周水肿区不出现异常波谱。所以肿瘤周围水肿区MRS表现可作为高级别胶质瘤与转移瘤的鉴别指标。本研究主要研究肿瘤实质区代谢物含量的变化，未对瘤周水肿作重点研究。综上所述，1H-MRS可以提供颅内不同肿瘤的代谢信息，对脑膜瘤、胶质瘤及转移瘤能够有效地做出诊断与鉴别诊断，MRS并能为胶质瘤的分级提供可靠依据，具有一定的临床应用价值。

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Values of1H-MRS in the diagnosis and differential diagnosis of brain tumors

WANGJinmei,ZHANGMin,LUZhiqian,LIUJianguang,JIANGCongge,ZHANGJun

Department of Medical Imaging,Xuancheng Municipal People′s Hospital,Xuancheng 242000,China

【Abstract】Objective：To assess the value of proton magnetic resonance spectroscopy(1H-MRS) in the diagnosis and differential diagnosis of brain tumors.Methods:Magnetic resonance imaging(MRI) data were reviewed in 43 cases of brain tumors confirmed by previous clinical diagnosis or postoperative pathology.Eighteen were glioma,13 meningioma and 12 metastases.All patients underwent conventional MRI and1H-MRS examination.The normal brain tissue contralateral to the lesion was fixed as reference.Uptake concentration of choline(Cho),N-acetyl aspartate(NAA),creatine(Cr),lipie(Lip),lactic acid(Lac) and alanine(Ala) was determined,respectively at the lesion and normal tissue,and comparatively analyzed for the ratios among these indicators.Results:Conventional MRI manifested as isometric or slightly longer signal on T1WI,slightly high or higher signal on T2WI,with enhancement and edema being seen in the three sorts of tumors.However,1H-MRS demonstrated significantly elevated uptake of Cho,yet decreased or deleted NAA in the solid area of tumor,where Cr was reduced to a certain degree.Lip and Lac peaks were detected in the high-grade glioma and metastases,and distinctive Ala peak was seen in meningioma.The ratios of Cho/Cr,NAA/Cho and NAA/Cr were significant different between brain tumors and normal brain tissues(P<0.05),and were significantly lower in meniagiomas than the glioma and metastases(P<0.05).Low-grade tumors had higher ratio of Cho/Cr than the high-grade ones that were lower than the metastases(P<0.05).Conclusion:1H-MRS is a powerful method for the diagnosis of brain tumors,especially for differential diagnosis of glioma,meniagioma and metastases.1H-MRS is of highest value in differential diagnosis of the three sorts of brain tumors as conventional MRI examination demonstrates similar signals.

【Key words】magnetic resonance imaging;magnetic resonance spectroscopy;hydrogen proton;brain tumors;diagnosis;differentiation

【文献标识码】【中图号】R 739.4;R 445.2A

作者简介：王金梅(1982-)，女，主治医师，(电话)18956316232，(电子信箱)94363004@qq.com.

收稿日期：2015-08-04

文章编号：1002-0217(2016)02-0167-04