SWI及1H-MRS在鉴别WHO II～IV级脑胶质瘤中的应用

杜常月，苗娜，齐旭红，温智勇

首都医科大学电力教学医院 放射科，北京 100073

引言

胶质瘤占所有原发性脑肿瘤的27.5%左右，同时占所有恶性原发脑肿瘤的80%[1]。因为磁共振增强扫描对胶质瘤分级的准确评估有一定的局限性[2]，所以，本研究探讨另外两种序列扫描。

磁敏感加权成像技术（Susceptibility Weighted Imaging，SWI）是一种功能成像，可以通过显示脱氧血红蛋白，进而显示微小血管和微出血，用于评价肿瘤内血管的发生及出血情况[3]。肿瘤生长过程中伴随着血管的生长，因而理论上，SWI 对脑胶质瘤的鉴别有一定的价值。同时，也有研究表明，SWI 半定量评估肿瘤内敏感性信号（Intratumoral Susceptibility Signal，ITSS）强度对胶质瘤分级有重要的临床意义[4]。

磁 共 振 氢 质 子 波 谱（1H Magnetic Resonance Spectroscopy，1H-MRS）是一种可以反映细胞代谢的功能成像。通过量化光谱中的胆碱（Cho）、肌酸（Cr）、N-乙酰天冬氨酸（NAA）、脂质（Lip）和乳酸（Lac）等物质来反映细胞代谢物的改变[5]，进而推测肿瘤的发生、发展过程。目前，1H-MRS 已经用于研究许多神经疾病的代谢变化，如脑肿瘤、癫痫、放射性损伤等[6]。

由于II、III、IV 级胶质瘤在临床表现、遗传学特征和临床管理等方面有显著差异[7]，所以，针对胶质瘤各级之间的鉴别有很大的研究价值。本研究采用3.0T 磁共振扫描仪，进一步探讨SWI 及1H-MRS 两种技术对鉴别各级胶质瘤的诊断价值。

1 材料与方法

1.1 病例资料

本研究为前瞻性研究。选取2016 年4 月至2018 年3月期间到我院就诊，并经术后病理证实的脑胶质瘤患者81例。按照WHO 分级方法将上述患者分为3 组：II 级共30例，男性18 例，女性12 例，平均年龄（41.0±12.5）岁；III 级共13 例，男性6 例，女性7 例，平均年龄（43.2±12.7）岁；IV 级共38 例，男性21 例，女性17 例，平均年龄（53.5±10.9）岁。所有患者均未接受过任何放化疗，于术前完成了头颅MRI 平扫、SWI 和1H-MRS 序列扫描以及头颅MRI 增强扫描，所得图像清晰，其中运动伪影太重、波谱曲线失真的病例未纳入其中。

1.2 仪器与方法

采用GE Discovery 750W 3.0T MR 扫描仪及24 通道头颅表面线圈进行成像。扫描序列包括：① 头颅MRI平扫：轴位T1WI（TR 2087.4 ms，TE 24.0 ms），轴位T2WI（TR 5281.0 ms，TE 104.0 ms），轴位T2 FLAIR（TR 9000.0 ms，TE 95.0 ms），视野 24 cm×24 cm，层厚5.0 mm，层间距1.5 mm；② SWI 采用Ax SWAN 序列（TR 38.3 ms，TE 22.9 ms），FA 15°，视野 24 cm×21.6 cm，矩阵352×288，层厚2.0 mm，无层间距，NEX 0.69；③ 二维多体素1H-MRS检查：采用点分辨波谱（PRESS）技术（TR 1000 ms，TE 144 ms，NEX 1 次，扫描时间5′28″），选取肿瘤实质区最大层面进行定位，并涵盖肿瘤实质区、瘤周区及健侧脑组织区，定位时尽量避开了骨骼、脂肪、含气结构等，尽量避免影响结果；④ 头颅T1WI 序列的增强扫描（轴位、矢状位及冠状位）。

1.3 数据分析

将图像载入GE ADW 4.6 工作站，进行后处理重建，分别计数和测量肿瘤实质区的ITSS 评分值和1H-MRS 参数值（图1～3）。

图1 WHO II级胶质瘤图像

图2 WHO III级胶质瘤图像

图3 WHO IV级胶质瘤图像

通过后处理，获得SWI 的SWI MinIP 图和相位图。在SWI MinIP 图上对肿瘤内可见的低信号线性或点状的易感性病灶进行计数评分。ITSS 评分的程度分为以下几个等级[4]：0 分为没有ITSS；1 分为1～5 个点状或细线性ITSS；2 分为6～10 个点状或细线性的ITSS；3 分为11 个或更多的点状或细线性的ITSS。由于钙化在校正的相位图上表现为高信号，而微血管和微出血表现为低信号，故可以利用校正的相位图剔除钙化。

经过后处理，获得1H-MRS 代谢物与解剖图的叠加图、代谢物比率图和分布图。在定位图上，于肿瘤最大层面，选取实性部分和健侧脑组织区分别放置1～3 个感兴趣区（Region of Interest，ROI）进行测量，ROI 的大小约为56 mm2。记录病灶区的Cho、Cr、NAA、Cho/Cr、Cho/NAA 以及NAA/Cr 值，并分别计算其与健侧脑组织区代谢物的比值（相对参考值），即r Cho、r Cr、r NAA、r Cho/Cr、r Cho/NAA以及r NAA/Cr；每组数据取平均值以减少误差。

为进一步减少误差，所有数据均由三位医师重复测量取平均值得出。

1.4 统计学分析

应用SPSS 24.0 统计软件包进行分析，ITSS 采用非参数 Mann-Whitney U 检验，对1H-MRS 参数值采用单因素方差ANOVA 分析进行组间比较，表示差异有统计学意义。利用受试者工作特性（Receiver Operator Characteristic，ROC）曲线评估两种技术对胶质瘤分级的诊断效能。

2 结果

经过统计学分析，1H-MRS 各参数的统计分析均值及P值，见表1。ITSS 值在不同级别胶质瘤中的分布情况，见表2。利用ROC 曲线分析SWI 及1H-MRS，得到曲线下面积（AUC），根据Youden 指数最大，确定敏感性和特异性（表3 和图4）。

表1 1H-MRS各参数值统计结果表

表1 1H-MRS各参数值统计结果表

WHO分级 r Cho r Cr r NAA r Cho/Cr r Cho/NAA r NAA/Cr II (n=30) 1.92±1.15 1.53±1.44 0.40±0.15 1.91±1.41 6.33±4.88 0.53±0.48 III (n=13) 3.05±1.67 1.09±0.44 0.23±0.08 3.15±1.92 15.25±9.79 0.24±0.10 IV (n=38) 2.65±1.72 1.54±1.06 0.30±0.18 2.39±1.97 13.01±12.08 0.29±0.26 P (II vs. III) 0.108 0.495 0.000 0.097 0.021 0.008 P (II vs. IV) 0.111 0.999 0.051 0.516 0.009 0.043 P (III vs. IV) 0.841 0.454 0.187 0.382 0.877 0.702

表2 胶质瘤的ITSS值分布表（例）

图4 ROC曲线

3 讨论

SWI 采用高分辨率、三维完全流动补偿的梯度回波序列进行扫描，经过后处理将幅值图和相位图融合，形成图像对比[8]。脱氧血红蛋白及出血的代谢产物由于快速自旋回波失相位，导致信号缺失，在SWI 图像上表现为显著的低信号[9]。

1H-MRS 作为诊断胶质瘤的补充工具[10]，可以反映不同级别胶质瘤中代谢物的改变。其中胆碱（Cho）是反映细胞膜的标记，肌酸（Cr）是能量代谢的标志物，N-乙酰天冬氨酸（NAA）是神经元状态和完整性的标记。通过反映胶质细胞的神经元功能障碍、神经元丢失和反应性神经胶质增生[11]，进而推测肿瘤的病理类型。

本研究数据显示：ITSS 值在区分II 级与III 级、II 级与IV 级以及III 级与IV 级中均有意义（），表现为级别越高，ITSS 评分值越高。这提示胶质瘤级别越高，瘤内新生血管越丰富、越容易出血。分析原因可能是：① 肿瘤新生血管大多是不成熟的血管，通透性比较高且缺乏淋巴管回流，导致肿瘤血管内血液黏滞度、血流阻力明显增加[12]。所以血液停留时间过长，导致脱氧血红蛋白的产生，SWI 表现为低信号；② 胶质瘤级别越高，瘤内微小血管的病变可能越显著；③ 随肿瘤级别增高，瘤血管的生长供不应求。所以，瘤细胞分泌大量的血管内皮生长因子，极大地促进内皮细胞的增殖和血管形成[13]，且由于缺氧容易导致血管内脱氧血红蛋白增多及出血，所以SWI 低信号越多，形成恶性循环。

1H-MRS 参数r NAA 在鉴别II 级与III 级有统计学意义（），r Cho/NAA、r NAA/Cr 在鉴别II 级与III 级、II 级与IV 级中有统计学意义（），表现为肿瘤级别越高，NAA 含量相对越少。这与以往的研究部分类似[14-15]。NAA 含量低，表明正常神经元受侵犯，原因可能是随胶质瘤级别增高，侵袭性随之明显，肿瘤细胞侵犯正常神经元结构。有研究表明，Cr 相对恒定，且不受病理改变的影响，通常用作计算代谢物水平的内部参考[16]，本研究结果Cr 变化不显著，进一步支持了这一观点。同时，本研究中r Cho值也无统计学意义，分析原因可能是，不同级别胶质瘤虽然瘤细胞增殖不同，但是总体的膜数量或面积差别不大。

另外，有研究显示，Cho/NAA、NAA/Cr 可用于胶质瘤分级，而Cho/Cr 无分级价值[17]。也有文献报道，高、低级别胶质瘤之间的NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr 均有统计学差异[18]。而本研究中，r Cho/Cr 在胶质瘤分级中无意义，与前者结果类似。这至少说明，Cho/Cr 相关参数在胶质瘤分级中是不稳定的。分析其原因，可能是各级胶质瘤中Cho 及Cr 变化不显著，导致Cho/Cr 相关参数相对不准确。而在肿瘤生长活跃区NAA 破坏是明显的[19]，所以NAA 相关参数（包括r NAA、r Cho/NAA、r NAA/Cr）对胶质瘤的分级意义更大。通过对1H-MRS 各个参数分别进行ROC曲线分析，发现r NAA 在鉴别II 级与III 级、II 级与IV 级中的AUC 值也最大（分别为0.828 和0.697），进一步证实了这一推论。

表3 各参数的AUC值、敏感性和特异性

SWI 在鉴别II 级与IV 级中AUC 值最大（0.958），敏感性和特异性分别为97.4%、93.3%。1H-MRS 在鉴别II 级与III 级中AUC 值最大（0.921），敏感性和特异性分别为92.3%、83.3%。在鉴别III 级和IV 级的差别中，仅SWI 有统计学意义，而且两种技术的AUC、敏感性和特异性均相对比较低。分析原因可能是，III 级和IV 级同属于高级别胶质瘤，在代谢改变的情况上，二者差异不够显著。而在血管生成程度方面虽然有差异，但是敏感性和特异性不如鉴别II 级与IV 级、II 级与III 级。此外，综合两种技术获得的AUC 值，在各组中均为最大，敏感性和特异性也较高，尤其对II 级和IV 级的鉴别更为显著。

综上，1H-MRS 仅对鉴别II 级和III 级、II 级和IV 级有临床意义，SWI 对鉴别各级胶质瘤都有临床意义；并且SWI 的AUC、敏感性和特异性相对较高。联合两种技术，具有最高的敏感性和特异性，有更高的临床价值。

本研究的局限性：本研究主要探讨肿瘤实质内1H-MRS及SWI 的信息，所以并未涉及瘤周水肿区的生化信息；后续的研究将进一步对瘤周区域展开探讨。