磁共振波谱多体素及单体素在诊断低级别胶质瘤急性和亚急性期脑梗死及病毒性脑炎中的诊断价值分析

白雪冬， 仇恒志， 王胜林 ， 邢千超， 曹振东， 曹宏伟， 万立野

(承德医学院附属医院放射科， 河北 承德 067000)

低级别胶质瘤、急性和亚急性期病毒性脑炎及脑梗死在临床上有时出现类似的常规影像学表现，而三者的治疗方式明显不同，国内外常有误诊病例的报道，严重影响患者的预后，磁共振波谱(MRS)技术可以无创性地检测在体及离体组织中的代谢产物组成、浓度水平及能量状态从而反映机体的病理生理变化，该技术目前已经广泛应用于临床且较为成熟，应用MRS技术对三者鉴别的研究报道较少且不一致[1]，运用MRS的单体素及多体素技术各有优略，联合应用可以实现优势互补，本文旨在探讨应用MRS多体素及单体素技术在鉴别低级别胶质瘤、急性和亚急性期病毒性脑炎及脑梗死鉴别诊断中的应用价值，以期为临床诊断提供依据。

1 资料与方法

1.1一般资料：本研究是在病人知情同意以及承德医学院附属医院伦理委员会批准的基础上进行的。回顾性分析2017年3月至2019年10月在承德医学院附属医院门诊或住院的76例患者的临床及影像学资料，其中病毒性脑炎27例,脑梗死28例，低级别胶质瘤21例，病毒性脑炎，脑梗死的检查在病情急性或亚急性阶段(发病时间<14d)。本研究不存在两种或两种以上疾病出现在同一患者的情况。病毒性脑炎病人纳入标准[2]：①急性或亚急性起病，临床表现为发热、头痛等疑似病毒感染所致的脑实质受损的局灶性症状;②脑脊液有或无炎性改变，找不到细菌感染的证据;血清抗体滴度明显增高;③脑电图呈弥散性异常(部分可局灶化);④颅脑MRI表现为脑实质多发或单发病灶。低级别胶质瘤纳入标准：低级别胶质瘤均经过手术病理证实，按2016年WHO分级标准:Ⅰ～Ⅱ级星形细胞瘤为低级星形细胞瘤急性及亚急性期脑梗死经临床针对脑梗死的治疗后，症状明显改善或影像随访病灶明显缩小证实。排除标准：患者有严重幽闭恐惧，患者体内有如心脏起搏器，胰岛素泵、骨折手术后固定钢板、钢钉、镙丝、人工假肢或关节、助听器、人工耳蜗、中耳移植物等金属异物，不能配合完成MR常规检查及MRS检查的，磁共振谱线均匀性及一致性差，信噪比差，基线不稳定。

1.2MRS检查技术:采用德国西门子3.0T(Magnetom Verio)超导磁共振成像仪对所有研究对象进行常规MRI平扫及增强检查，8通道头颅正交相控线圈，轴位，矢状位及冠状位，最后做多体素及单体素MRS分析。常规平扫序列包括轴位T1WI,T2WI,FLAIR,矢状位T2WI，增强序列包括T1WI轴位，T1WI冠状位，T1WI矢状位，MRS序列包括单体素(TE=35ms)，多体素(TE=135ms)。磁共振成像包括T1加权成像(重复时间[TR]，1.90ms；回波时间[TE]，2.93ms；层厚：1mm；视野[FOV]，250×219mm2；采集平均次数1)和T2加权液体衰减反转恢复(T2-FLAIR)序列(TR，9.00ms；TE，96ms；TI，2.5ms；层厚，2mm；矩阵大小，256×160)以及MR增强扫描.单体素：带宽：1200Hz,矩阵：1024×1024，Delta频率：-2.7ppm，TR:2000ms，TE:30ms，体素大小：20×20×20mm3，翻转角：90deg，水抑制模式及带宽：弱，50HZ。采用三维多体素点分辨序列(相位编码方式：加权采样，平均模式：长程，水抑制模式及带宽：弱，50HZ：PRESS；TR，1700ms；TE，135ms；层厚15mm；相位编码16×16×16；FOV，120×120mm2，翻转角：90deg，带宽：1200Hz)。扫描完原始图像传输至Siemens syngo MR工作站由自带Spectroscopy波谱后处理软件自动进行后处理,软件自动调整波谱的相位和化学位移、基线校正，自动将采集到的代谢物和软件内自带代谢物谱线自动拟合得出N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱(Cho)、肌酸(Cr)、肌醇(MI)、乳酸(Lac)脂质(Lip)等代谢物参数，分别将Cr峰及NAA峰作为分母，得出相关代谢物比值。

1.3MRS定位：尽量避开病变周围颅骨、含脑脊液区以及病变内部囊变坏死区、尽量靠近病变的强化区，病变周围水肿区尽量将体素框放置于水肿区中心，尽量避免邻近正常组织干扰。采用镜像对称方法对健侧进行采集，体素框根据病变大小进行调整，在病变允许的情况下尽量为20mm×20mm×20mm。MRS的准备阶段包括水抑制自动程序，自动匀场，调整射频和梯度系统，以及水抑制的采集，以校正磁场畸变。波谱分析包括在病变中心，病变的镜像对侧以及正常区域。

2 结 果

2.1三组患者临床表现：根据入组标准确诊为急性及亚急性期病毒性脑炎的27例病人，其中男13例，女14例，年龄18～65岁，平均年龄42±4岁；急性及亚急性期脑梗死28例，其中男17例，女11例，年龄45～75岁，平均年龄65±2.5岁，低级别胶质瘤21例，其中男9例，女12例，年龄35～62岁，平均年龄46±3.5岁，三组临床表现复杂多样，症状有重叠，低级别胶质瘤病人主要头痛，呕吐，癫痫，及意识障碍，精神行为异常，病毒性脑炎及脑梗死为急性和亚急性起病，主要表现为头痛、呕吐、精神及行为异常、偏瘫意识障碍。

2.2三组患者磁共振波谱(MRS)代谢物表现：入组患者所有MRS半高宽均小于20，谱线均匀性及一致性较好，信噪比不小于3，能进行有效分析。急性及亚急性期病毒性脑炎MRS表现为Cho峰减低或者未见明显变化、NAA峰轻度降低，Cho/Cr轻度升高、NAA/Cho轻度降低，有2例出现出现较小的低浅的乳酸峰，未见明显脂质峰(lip)，有4例可见肌醇(MI)峰。低级别胶质瘤表现为：Cho峰均较对侧增高，NAA峰减低，8例Cr峰轻度降低，2例见Lac峰，18例见MI峰。脑梗死MRS显示病变侧有3例丘脑-基底节区及2例脑室旁Cho未变化或稍高，余23例病变NAA不同程度减低，NAA/Cr值减低，24例病人出现Lac峰。(均P<0.05)

2.3MRS代谢物统计学分析:Cho/Cr，NAA/Cho，NAA/Cr在低级别胶质瘤，急性及亚急性期病毒性脑炎及脑梗死方差分析显示差异有统计学意义。Cho/Cr，NAA/Cho，NAA/Cr在低级别胶质瘤，急性和亚急性期病毒性脑炎及脑梗死方差分析显示差异有统计学意义(P<0.05)，低级别胶质瘤Cho/Cr，NAA/Cho，NAA/Cr高于脑炎组及脑梗死组(P<0.05)，病毒性脑炎与脑梗死间比较Cho/Cr，NAA/Cho，NAA/Cr差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 低级别胶质瘤急性及亚急性期病毒性脑炎及脑梗死代谢物的比较

图1 病毒性脑炎

男45岁①T2-flair图像显示左侧额叶病变呈高信号；②为左侧额叶病灶MRS图像可以检测出NAA峰略减低，Cho峰稍高峰，Cr峰略减低且同时出现小而低的lac峰，Cr峰略减低,肌醇峰正常。③为抗病毒治疗2周后复查T2FLAIR图像显示病变明显吸收。见图1。

图2 脑梗死

女54岁，左侧肢体无力3d,图①显示右侧基底节区见片状高信号②MRS显示Cho峰减低，MI峰稍高，于1.33ppm处见Lac峰，临床随访证实脑梗死。见图2。

2.4Cho/Cr，NAA/Cr,NAA/Cho比值对低级别胶质瘤与非肿瘤病变鉴别诊断价值:ROC受试者工作特征曲线示，Cho/Cr，NAA/Cr,NAA/Cho比值的ROC曲线下面积为0.942，0.399、0.314，其中Cho/Cr取界值为2.35时，鉴别低级别胶质瘤与非肿瘤病变的灵敏度为90.5%，特异度为91%，见图4。

图3 弥漫星形细胞瘤

男56岁,图①显示双侧半卵圆中心见不规则高信号，图②MRS显示左侧半卵圆中心病变Cho峰升高，NAA峰减低，MI峰高。见图3。

图4 ROC受试者工作特征曲线

3 讨 论

临床和影像上典型的脑梗死诊断较为容易，如临床急性亚急性起病，影像表现和血管分布区匹配，但是当病变部位与血管分布不匹配，CTA或MRA未见明显异常时，特别是在急性和亚急性期脑梗死及脑炎阶段，低级别胶质瘤与二者鉴别困难，病毒性脑炎可双侧对称发病，可单侧发病，可单个脑叶受累，也可多个脑叶同时受累，颞叶受累较多，灰质受累为主，也可以灰白质同时受累，灰白质同时受累时和其他两者鉴别存在困难，低级别胶质瘤弥漫浸润生长，可以表现为局限性肿块，也可表现为类似梗死和脑炎的弥漫异常信号，三者MR增强均可出现不强化，弥漫性强化和环形强化，此时常规MR对三者鉴别存在困难。

磁共振波谱技术(MRS)在诊断神经系统疾病较为成熟。相比常规MR，这项技术可以无创性地评估大脑中特定区域的代谢物和神经化学物质，特别适用于评估中枢神经系统炎症肿瘤及缺血性疾病[3]，进而从代谢物角度提供疾病的诊断与鉴别诊断信息。单体素多采用短TE时间，扫描时间短，容易克服磁场不均匀性影响，有利于显示更多短TE的代谢物，比如肌醇,乳酸等代谢物，鉴于此，本文中数据来自单体素。多体素覆盖范围较大，一次采集可以得到多个体素信息，容易受到磁场不均匀性影响，采用长TE扫描，扫描时间长，波谱基线更平稳，乳酸峰于短TE时间显示位于基线以上而长TE时间采集位于基线以下，这样综合应用单体素多体素技术有利于更准确判断是否存在乳酸峰以及脂质峰[4]。本研究应用单体素及多体素MRS技术相结合优势互补，有利于更精准检测脑内代谢物。

目前MRS可检测到的代谢物如下，NAA:N-乙酰天冬氨酸峰(共振频率位于2.01 ppm处)是仅在神经元，轴突和树突中发现的代谢物，被认为是一种神经元标记物。肌酸(3.02ppm)代表含有肌酸和磷酸肌酸的分子的结合，它们参与调节细胞新陈代谢。在生理和病理条件下，肌酸被认为是大脑中最稳定的代谢物。胆碱峰(3.2ppm)参与细胞膜合成和降解，是反应髓鞘形成、细胞代谢和胶质增生的指标。肌醇(3.5～3.6ppm)是三磷酸肌醇细胞内第二信使系统的一部分，其在胶质细胞中含量更丰富，因此被认为是胶质细胞的标志物，在胶质细胞中起到重要的渗透调节作用。Lac峰(1.33ppm)病理状态才能看到，表现为双峰，在短TE采集时位于基线以上，长TE位于基线以下，Lac是厌氧糖酵解的产物。

低级别胶质瘤与急性及亚急性阶段脑梗死及病毒性脑炎比较：NAA/Cr，Cho/Cr，NAA/Cho的差异均有统计学意义，相比较脑梗死而言，低级别胶质瘤的NAA/Cr减低，Cho/Cr升高，NAA/Cho减低。分析原因可能为低级别胶质瘤肿瘤细胞增殖，细胞膜崩解和更新，造成Cho峰增高，该阶段细胞膜转运功能障碍造成细胞毒性水肿为主，细胞缺血缺氧出现功能障碍，进而造成NAA，Cho，Cr降低有关。

低级别胶质瘤与急性及亚急性阶段病毒性脑炎比较，NAA/Cr降低，Cho/Cr升高，差异有统计学意义。低级别胶质瘤可以造成正常脑组织神经元破坏，造成NAA峰减低，病毒性脑炎NAA峰减低程度不如低级别胶质瘤，有研究认为神经元是病毒进入中枢神经系统后感染的主要靶细胞，NAA减少是由于神经炎症引起的神经元功能障碍或神经元死亡导致的神经元丢失[5]，以上发现可解释为：病毒性脑炎病理过程主要表现为病毒可对脑组织直接侵犯或者诱发宿主对病毒抗原发生免疫反应影响脑细胞代谢，为皮层灰质及皮层下灰质核团的局限性或弥漫性水肿,单核细胞、淋巴细胞和浆细胞浸润炎症细胞在小血管周围呈套袖样分布，血管周围组织坏死，神经细胞广泛变性、坏死，以及脱髓鞘改变，修复期时可见胶质细胞增生[6]。早期神经元变性、损伤，伴随着正常细胞膜结构的破坏，慢性期免疫细胞增殖，炎性脱髓鞘及胶质增生，本研究中均为急性和亚急性期病例，胶质增生和修复程度发生较少，低级别胶质瘤恶性浸润生长，细胞膜破坏和更新混合存在，所以MI峰及Cho峰增高较病毒性脑炎增高明显，杨喜彪等[7]研究发现，胶质瘤和脑炎比较,MI/Cr，Cho/cr增高，与本研究相近。另外本研究胶质瘤病例中有18例出现MI峰，病毒性脑炎中有4例出现低浅的MI峰,一些学者也发现低级别胶质瘤表现出较高的MI峰，这可能是由于低级别胶质瘤的细胞分裂指数较低，因此，细胞分裂原(触发细胞有丝分裂的物质)较少。一些细胞分裂原可以影响磷脂酰肌醇的代谢，肌醇也参与磷脂酰肌醇的形成。因此，磷脂酰肌醇代谢缺乏激活导致肌醇积累。

病毒性脑炎和脑梗死比较，NAA/Cr，Cho/Cr，NAA/Cho在二者间差异无统计学意义，分析可能是二者病程以及病情存在重叠有关。但是本研究观察到病毒性脑炎组有2例见到小而低的乳酸峰，所有脑梗死均可见到lac峰。在一些生理状态下很难检测到lac峰，在新生儿出生后的前几个小时内，可以探测到Lac峰，Lac是厌氧糖酵解的产物，在缺氧代谢下，如脑缺氧、缺血、感染性病变，癫痫发作和代谢紊乱(尤其是线粒体功能紊乱)时，其浓度增加。本研究中胶质瘤组未见到lac峰，因此，lac峰可能在低级别胶质瘤、病毒性脑炎和脑梗死的鉴别中存在一定的临床意义。

本研究存在一定的局限性，由于临床检测病毒性脑炎试剂价格昂贵种类,疑似确诊的病例一般都及时抗病毒治疗，故大部分病毒性脑炎不能得到病原学诊断。另外，本研究患者病例数目较少且为单中心研究，随着病人例数以及多中心研究的进一步推进，有望得出更准确的结论。

综上所述，MRS多体素及单体素技术结合实行优势互补，在诊断低级别胶质瘤，急性和亚急性期脑梗死及病毒性脑炎鉴别诊断中具有一定的临床价值，可成为常规MR影像的有效补充。Cho/Cr比值对于低级别胶质瘤与急性和亚急性期病毒性脑炎和脑梗死鉴别的价值较大。