探讨弥散张量成像及氢质子磁共振波谱在脑胶质瘤诊断分级中的应用价值

何沛芝 黄文光 王金洪 国凤高 杨 娟 李 冰 青 丽

脑胶质瘤是一种起源于神经胶质细胞的神经系统类型肿瘤，与正常的脑组织之间无清晰的分界线。脑胶质瘤的发生率占神经系统肿瘤的35%，占颅脑肿瘤的43%，其主要特征为浸润性增长[1]。目前，临床上基本的治疗方法为手术治疗，而手术需要在减少神经功能损伤的情况下最大限度的切除肿瘤，因此在术前了解脑胶质瘤的严重程度及与周围组织的关系十分重要[2]。

氢质子磁共振波谱(1H-proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)能够定量分析人体正常组织或病理组织的生化水平和代谢状况的改变。肿瘤组织先发生代谢变化，后发生结构的改变，1H-MRS能够更准确的显示组织的代谢变化[3]。1H-MRS能够以无创的方式检查患者活体组织的代谢和生化变化情况，分析病理组织的病理变化，为临床的诊断、治疗及预后的预测提供参考。磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)能够提供脑胶质瘤对皮质脊髓束的影响情况，判断病变组织与周围神经组织和血管之间的关系，为其临床手术治疗提供准确的指导[4]。本研究对脑胶质瘤患者进行DTI和1H-MRS检测，分析其在脑胶质瘤诊断分级中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2015年2月至2017年10月在广元市第一人民医院治疗的45例脑胶质瘤患者，其中男性27例，女性18例；年龄28～67岁，平均年龄(50.42±12.81)岁；根据世界卫生组织(WHO)分级方法进行分级，其中Ⅰ级5例，Ⅱ级20例，Ⅲ级12例，Ⅳ级8例，参照分级结果将Ⅰ级和Ⅱ级归入低级别脑胶质瘤(25例)，Ⅲ级和Ⅳ级归入高级别脑胶质瘤(20例)。对所有患者分别进行DTI和1H-MRS扫描检查。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准:①均经病理组织学确诊；②行DTI和1H-MRS检查；③临床影像资料保存完整；④患者及家属知情同意。

(2)排除标准:①检查前有放射治疗、化疗等治疗史；②有头部外伤史或颅脑手术病史。

1.3 仪器设备

采用HDXT 1.5T MRI(美国GE公司)。

1.4 检查方法

(1)DTI检查。采用单次激发回波平面成像(single shot-echo planar imaging，SS-EPI)序列进行检查。重复时间(repetition time，TR)为5 000 ms，回波时间(echo time，TE)为60 ms，16个方向，层间隔为0 mm，层厚为2 mm，60 层，视野(field of view，FOV)230 mm×230 mm，扫描时间253 s，表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)b值为0.8 s/mm2。

(2)1H-MRS检查。采用点分辨光谱选择(point resolved spectral selection，PRESS)序列，TR为2000 ms，TE为144 ms，采集1次，编码256×16，层厚15 mm，FOV 120 mm×120 mm。

1.5 图像分析与评价指标

(1)图像分析。将MRS原始图像导入工作站，软件处理完成相位循环、基线校正及代谢物的识别和辅助的计算，分别获得[N-乙酰天门冬氨酸(N-acetylaspartate，NAA)/胆碱(Cho)，NAA/Cho]、[NAA/肌酸(Cr)，NAA/Cr]及Cho/Cr数值；将弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)图像导入工作站，自动计算出ADC值；将原始数据导入DTI后处理软件进行处理测得各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值，且从FA图中计算及测量感兴趣区(region of interest，ROI)的FA值。

(2)评价指标。检测患者的瘤体区FA值、ADC值，并计算Cho/cr、NAA/Cr和NAA/Cho的比值；检测患者对侧正常脑白质的FA值、ADC值，并计算Cho/cr、NAA/Cr和NAA/Cho的比值高低级别胶质瘤的FA值、ADC值，并计算Cho/cr、NAA/Cr和NAA/Cho的比值。

1.6 统计学方法

采用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析，计量指标均采用(x-±s)表示，组间比较使用t检验，诊断价值采用受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线下面积(area under curve，AUC)进行分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 瘤体与对侧正常脑白质DTI及1H-MRS参数比较

瘤体区FA值、ADC值、NAA/Cr和NAA/Cho明显低于对侧正常脑白质(t=-13.485，t=-12.005，t=-31.622，t=-29.207；P＜0.05)，而Cho/Cr明显高于对侧正常脑白质(t=30.903，P＜0.05)，见表1。

表1 45例脑胶质瘤患者瘤体与对侧正常脑白质DTI及1H-MRS参数比较±s)

表1 45例脑胶质瘤患者瘤体与对侧正常脑白质DTI及1H-MRS参数比较±s)

注：表中ROI为感兴趣区；DTI为弥散张量成像；1H-MRS为磁共振氢质子波谱。

1H-MRS参数FA值 ADC值(×10-3 mm2/s) Cho/Cr NAA/Cr NAA/Cho瘤体 0.15±0.05 1.65±0.15 2.84±0.44 0.65±0.13 0.52±0.12对侧正常脑白质 0.43±0.13 2.55±0.48 0.80±0.05 2.41±0.35 2.38±0.41 t值 -13.485 -12.005 30.903 -31.622 -29.207 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ROI测量 DTI参数

表2 低级别和高级别脑胶质瘤DTI及1H-MRS参数比较(±s)

表2 低级别和高级别脑胶质瘤DTI及1H-MRS参数比较(±s)

注：表中FA值为各向异性分数；ADC值为表观弥散系数；Cho/Cr为胆碱(Cho)/肌酸(Cr)；NAA/Cr为N-乙酰天门冬氨酸(NAA)/肌酸(Cr)；NAA/Cho为N-乙酰天门冬氨酸(NAA)/胆碱(Cho)。

脑胶质瘤 例数 FA值 ADC值(×10-3 mm2/s) Cho/Cr NAA/Cr NAA/Cho低级别 25 0.20±0.09 1.70±0.13 2.52±0.54 0.88±0.20 0.67±0.20高级别 20 0.10±0.07 1.55±0.12 2.88±0.60 0.54±0.16 0.50±0.13 t值 4.077 3.978 -2.115 6.179 3.283 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

2.2 低级别和高级别脑胶质瘤DTI及1H-MRS参数比较

低级别脑胶质瘤FA值、ADC值、NAA/Cr和NAA/Cho分别明显高于高级别脑胶质瘤，其差异有统计学意义(t=4.077，t=3.978，t=6.179，t=3.283；P＜0.05)，而Cho/Cr明显低于高级别脑胶质瘤，差异有统计学意义(t=-2.115，P＜0.05)，见表2。

2.3 DTI及1H-MRS参数鉴别脑胶质瘤级别的价值

DTI参数FA值、1H-MRS参数Cho/Cr和NAA/Cho具有鉴别脑胶质瘤级别的作用，DTI参数FA值鉴别脑胶质瘤级别的ROC曲线下面积为0.810、截断值为0.12时，其诊断灵敏度和特异度分别为90.00%和60.00%；1H-MRS参数NAA/Cho鉴别脑胶质瘤级别的ROC曲线下面积分别为0.912、截断值分别为0.53时，其诊断灵敏度和特异度分别为85.00%和96.00%。见表3，如图1所示。

表3 DTI及1H-MRS参数鉴别脑胶质瘤级别的价值

图1 ROC曲线图

2.4 DTI及1H-MRS的图像表现

在Ⅳ级胶质瘤患者中，多形性胶质母细胞瘤，T2WI轴位及T1WI动态增强冠状位，可见左侧颞叶团块状混杂信号，增强后外围明显花环状强化，中央坏死。NAA明显下降，NAA/cho、NAA/Cr均下降；Cho升高，Cho/NAA明显升高约5.74，Cho/Cr稍升高，Lip明显降低；左侧颞叶病灶区联络纤维大部分中断、缺失。

图2 DTI及1H-MRS图像

3 讨论

脑胶质瘤是常见的颅内原发性肿瘤，沿蛋白质纤维束浸润性生长，肿瘤的周围存在水肿区，难以确定肿瘤边界的位置，因此常规影像学检查确定肿瘤边界的位置较为困难[5]。手术治疗肿瘤前其边界的确定、肿瘤分级对治疗方案的确定具有一定的指导作用，在肿瘤治疗后预后的评估中也具有一定的意义[6]。

1H-MRS能够检测活体器官、组织内代谢水平变化及生化成分的改变情况，同时能够对细胞内的化合物进行定量分析，肿瘤组织中的Cr、NAA、Cho的水平及Cho/cr、Cho/NAA的峰值比均与脑胶质瘤的代谢边界具有一定的相关性，通过检测、计算其数值能够确定肿瘤的代谢边界[7]。NAA的值在大多数肿瘤强化区域的波普表现为峰值下降，由于肌酸类物质的水平下降，而胆碱类物质的水平升高，使得CHo/Cr的比值升高，而NAA/Cr及NAA/Cho的比值降低[8]。

DTI由DWI发展而来，能够定量测定不同组织内水分子的方向和扩散程度，充分表现分子扩散的异向性，从而反应组织的解剖学及病理变化[9]。DTI定量研究的主要参数有FA值、ADC值、评价各向同性的平均扩散率(mean diffusivity，MD)及相对各向异性(relative anisotropy，RA)[10-11]。FA值代表的是水分子在扩散主向量轴上的运动强度，FA=扩散张量变化中的RA成分÷整个扩散张量，数值在0～1之间。ADC值在一定程度上能够指导肿瘤的分级，与肿瘤部分细胞的密度具有一定的相关性[12]。

DTI通过FA图显示肿瘤与脑白质之间的关系，可提供清晰的灰白质的对比。DTI能够清晰的显示皮质脊髓束的方向性和完整性，能够准确的显示白质纤维束的走行方向，纤维束间的交叉情况，单个纤维的中断、破坏等异常情况[13]。Cho水平的升高与细胞的稠密度和膜的转换率相关，是用于评价肿瘤的一种代谢产物。当Cho/NAA＞2.0时，鉴别肿瘤病变的特异度和敏感度较高[14]。

本研究结果显示，瘤体区FA值、ADC值、NAA/Cr和NAA/Cho明显低于对侧正常脑白质，而Cho/Cr明显高于对侧正常脑白质，表明由于脑胶质瘤的发展，使其肿瘤细胞与周围的正常脑白质细胞之间产生差异，从而使FA和ADC的值低于对侧正常脑白质；由于肿瘤细胞的生理及生化代谢发生变化，使Cho的水平升高，Cr水平降低，而在扫描区域NAA含量较少，导致NAA/Cr和NAA/Cho明显低于对侧正常脑白质，而Cho/Cr比对侧正常脑白质高。

1H-MRS在肿瘤分级中的准确度较高，Cho的水平会随着细胞密度的改变而改变，肿瘤的恶性程度升高，Cho的水平也随之升高[15]。级别较高的脑胶质瘤中NAA及Cr的水平降低十分明显。ADC的值与肿瘤实质部分细胞的密集度密切相关，在一定程度上可用于指导肿瘤分级[16]。

本研究结果显示，低级别脑胶质瘤FA值、ADC值、NAA/Cr和NAA/Cho比值明显高于高级别脑胶质瘤，而Cho/Cr明显低于高级别脑胶质瘤，FA在肿瘤分级中的灵敏度为90%，特异度为60%，Cho/Cr值在肿瘤分级中的灵敏度为60%，特异度为88%，NAA/Cho在肿瘤分级中的灵敏度为85%，特异度为96.00%，表明DTI和1H-MRS在脑胶质瘤分级中的灵敏度和特异度较好，由于随着肿瘤的恶性程度的升高，肿瘤细胞的密度增加，降低细胞间的间隙，细胞的核质比增加，异型性增高，使水分子的扩散度受到限制，因此肿瘤的级别越高FA和ADC的值越低；随肿瘤细胞的增多引起Cho的分泌水平升高，而Cr的值随肿瘤分级的增高而降低，因此Cho/Cr值在肿瘤分级中的灵敏度和特异度较高。

本研究分别通过DTI和1H-MRS进行脑胶质瘤的诊断和分级，且结果显示两者的灵敏度和特异度均较好，可用于临床在脑胶质瘤的诊断分级。