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【摘要】 目的探讨脑胶质瘤的MRI表现、诊断价值及脑胶质瘤的1H-MRS（proton magnetic resonance spectroscopy）表现及临床意义。方法收集经临床手术、病理证实的脑胶质瘤60例。所有患者在术前行1H-MRS检查，均在MRI增强成像的基础上获得。使用德国西门子Sonata 1.5 T超导磁共振，多体素扫描，点分辨表面线圈法，检测不同区域代谢物变化。结果脑胶质瘤MRI表现为病灶 T1WI呈较低信号；T2WI为高信号，部分病灶周围可见片状水肿；增强扫描部分病例为环形或不均匀性强化。脑胶质瘤的1H-MRS表现： Cr轻度下降，NAA呈显著下降，Cho则显著增高；其中NAA下降率为-58.4％，Cr下降率为-24.3％，Cho上升率为+71.6％。结论1H-MRS与MRI相结合能提高脑胶质瘤术前诊断的准确性,对制定手术方案有重要的临床意义。
【关键词】 脑胶质瘤；氢质子磁共振波谱；磁共振成像
Study on findings of 1H-MRS and MRI of brain gliomasGONG Cai-gui,WANG Xiao-yi,LIU Hui.Department of Radiology,Xiangya Hospital,Central South University,Changsha 410008,ChinaAbstract］ObjectiveTo evaluate the findings and diagnostic value in brain gliomas.To evaluate the findings and clinical applications of 1H-MRS of brain gliomas.Methods60 patients of brain gliomas were studied,all of them underwent surgery and were approved by pathology.The 60 patients underwent 1H-MRS before surgery and all 1H-MRS were gained on contrast-enhanced MRI scan.Muitiple voxel proton magnetic resonance spectroscopy was performed on a 1.5 T MR scanner using point-resol-ved surface coil spectroscopy(PRESS)，the variety of metabolite peaks were detected in different areas.ResultsThe lesions carried slightly hypointense on T1-weighted images and moderate hyporintense on T2-weighted images,some patients showed perilesional brain parenchyma edema； Enhanced MRI was performed in cases,and demonstrated abnormal enhancement in some cases,peripheral ring-type or asymmetrical enhancement was observed in some brain gliomas.The findings of 1H-MRS of brain gliomas:distinctly increased Cho（+71.6％）,lightly decreased Cr（-24.3％）,distinctly decreased NAA（-58.4％） in brain gliomas.ConclusionThe combination of 1H-MRS and MRI improves preoperative diagnostic accuracy of brain gliomas,so it will be helpful for the establishment of treatment protocol.
［Key words］brain gliomas;1H-MRS;MRI
正确诊断脑胶质瘤对手术方案的制订及预后的评价均有指导意义。磁共振波谱分析是在20世纪80年代初期发展起来的一种利用核磁共振现象和化学位移作用，进行一系列特定原子核和化合物分析的方法［1］。目前在体MRS已经能够对人体脑肿瘤进行无损伤性的分析、研究，MRS波谱图能够反映脑肿瘤独特的代谢过程、方式［2］。1H-MRS自应用于临床以来，因其可以在体无创地分析病变内代谢产物的浓度，从分子水平对病变进行评估，开拓并丰富了脑肿瘤诊断、鉴别诊断、肿瘤分级、评估肿瘤治疗、肿瘤复发和放射治疗损伤的思维，弥补了常规MRI的不足。基于化学位移原理的1H-MRS 技术能够反映出脑内主要代谢物的水平，提供一种无创性研究脑肿瘤生化代谢特征的方法。对于脑肿瘤特别是脑胶质瘤的诊断提供定量分析的依据。本文重点研究脑胶质瘤的MRI表现及诊断价值，探讨脑胶质瘤的1H-MRS表现及临床意义。
1 资料和方法
1.1 一般资料收集自2004年4月至2009年8月来我院行MRI检查，且经手术病理证实的脑胶质瘤60例，其中男35例，女25例，年龄12～66岁，平均36.4岁。按照WHO标准分成低级别胶质瘤组和高级别胶质瘤组。在得到脑波谱图之前，所有病人没有接受化疗和（或）放疗，没有脑外伤和（或）脑手术史。
1.2检查方法
1.2.1MR检查采用德国西门子Sonata 1.5 T超导型磁共振仪和环形极化头线圈（临床常规应用的头线圈）。被检者仰卧位，先行常规MR增强前扫描，常规行SE系列轴位T1加权TR450/TE 10 ms，T2加权TR 4 200/TE 98 ms，层厚5.0 mm，层距2.0 mm，矩阵为312×512，视野为210 mm×240 mm；矢状位和（或）冠状位T1加权TR450/TE10 ms，层厚5.0 mm，层距2.0 mm，再行快速FLAIR（液体衰减反转恢复序列，fluid-attenuated inversion recovery ）T2加权TR/TE/TI=8 500/107/2 500 ms。增强扫描：静脉团注射钆喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA)，剂量0.2 mmol/kg，后行横断面、矢状面和冠状面T1加权TR450/TE10 ms扫描。
1.2.21H-MRS检查采用syngo MR 2002B波谱工作站，以MR影像为基础进行磁共振波谱1H-MRS测量区域的定位；根据病灶特点选择扫描层面。波谱感兴趣区包含肿瘤组织区、瘤周组织区和对侧正常脑组织区以利对照。1H-MRS 检查采用多体素氢质子波谱脑检查（PROBE/SI，proton brain exam/muitiple voxel）自动MR波谱检测技术,点分辨波谱序列(PRESS序列)对肿瘤组织区、瘤周组织区和对侧正常脑组织区进行测量。PRESS序列，TR 1 500 ms，TE 135 ms，自动匀场，多体素相位矩阵扫描，层厚10 mm；层间距2 mm；视野(FOV)：240 mm×240 mm；激发次数(NEX)为1，相位矩阵160×160；成像时间260 s或相位矩阵120×120；成像时间148 s。对MRS检查获得信号进行后处理分析，波谱仪自带软件包FuncTool同时获得4种图形，即化学位移图（chemical shift images）、波谱图（spectrum）、代谢图（metabolic images）、代谢与解剖图的叠加图（简称“代-解图”）。在代-解图上选择感兴趣区（region of interest，ROI）：（1）图像观察取3个像素，移动像素至肿瘤组织、瘤周组织区的10～20 mm左右区域和对侧正常脑组织对照区等不同部位，在波谱图上观察代谢物的变化情况。本设备CSI实验的FOV大小是40 mm×40 mm；可以使用的最小体元大小（最小测量像素）是5 mm×5 mm×5 mm。（2）波谱仪自带软件计算出代谢物NAA 2.02 ppm、Cho 3.2 ppm、肌酸Cr 3.02 ppm等物质的波峰下面积，并计算出NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr的比值，结果以均数±标准差（x±s）表示。
1.3病理学检查
1.3.1标本标本经10%中性福尔马林固定,石蜡包埋,制成4 μｍ厚切片连续切片2张,经HE染色组织学观察。
1.3.2病理学结果评定标准观察HE染色切片，脑胶质瘤分别对应原发灶。病理切片经两位主治以上的病理科医师共同阅读。
2结果
2.1MRI表现及病理结果由三位副教授或以上职称医师采取双盲法进行阅片，对60例患者的MRI进行影像诊断，其结果见表1。
表1 MRI 影像诊断结果（略）
MRI确定为脑胶质瘤的50例中无病例与病理结果不符合；不能确定的有8例，MRI对脑胶质瘤的诊断符合率为83.3％，假阳性率0，假阴性率20％。
2.2脑胶质瘤MRI表现60例脑胶质瘤，其中23例在皮层及皮层下（图1A），37例肿瘤部位在脑白质（图2A），即脑胶质瘤病灶多位于脑白质。病灶在T1WI呈较低信号，部分不均匀，少数稍低或等信号，4例合并出血者则有高信号；T2WI为高信号，FLAIR序列病灶仍呈高信号且病灶边界更清楚。22例病例病灶周围可见片状水肿，其中9例为重度水肿，MRI表现在T1WI呈极低信号，T2WI为极高信号。增强扫描病例60例，显示病灶强化者25例，均为环形或不均匀性强化（图2A）。10例具有占位效应。
2.3脑胶质瘤1H-MRS表现对60例脑胶质瘤患者的肿瘤组织部分、瘤周组织部分和对侧正常脑组织显示选择测量感兴趣区进行波谱分析，得到三组波谱图，其波谱图及代-解图（定位图）见图1B、1C、1D、1E 及2B、2C、2D、2E。脑胶质瘤组各种组织的代谢物的比值，见表2。
2.4低级别脑胶质瘤组、高级别脑胶质瘤组和对侧相应正常脑组织代谢物的比值结果见表3。从表3中可以见到NAA/Cho低级别脑胶质瘤组与高级别脑胶质瘤组重叠部分最小，说明该比值在1H-MRS脑胶质瘤分级诊断的定量分析中最为敏感。60例脑胶质瘤肿瘤实体部分各代谢物含量变化率的比较，见表4。
表2脑胶质瘤组各种组织的代谢物的比值（略）
注：*肿瘤组织与瘤周组织比较；#肿瘤组织与正常脑组织比较；△瘤周组织与正常脑组织比较
表3低级别脑胶质瘤组、高级别脑胶质瘤组和对侧相应正常脑组织代谢物的比值（略）
注：*高级别脑胶质瘤组和低级别脑胶质瘤组比较；#低级别脑胶质瘤组与正常脑组织比较；△高级别脑胶质瘤组与正常脑组织比较
表4脑胶质瘤肿瘤实体部分各代谢物含量变化率的比较（略）
表4显示脑胶质瘤的1H-MRS显示肿瘤区与对侧正常组织明显不同，表现为NAA显著下降，Cr轻度下降，Cho显著升高。
3讨论
3.11H-MRS在脑胶质瘤中的临床应用探讨
3.1.1脑胶质瘤的1H-MRS表现本研究中，脑胶质瘤的1H-MRS显示肿瘤区与对侧正常组织明显不同，表现为NAA显著下降，Cr轻度下降，Cho显著升高，其中NAA下降率为-58.4％，Cr下降率为-24.3％，Cho上升率为+71.6％。随着脑胶质瘤恶性度的提高NAA呈下降趋势，Cho呈升高趋势，并出现异常增高的Lac峰，但Lac峰出现于各级别组脑胶质瘤中，且峰值无显著差异。脑胶质瘤的肿瘤组织与瘤周组织、肿瘤组织与对侧正常脑组织、瘤周组织与对侧正常脑组织的NAA/Cr、NAA/ Cho、Cho/Cr比值存在显著性差异(P<0.01)。本组研究与文献报道基本一致［1，3~5］。Lazareff等［3］报道低级别脑星形细胞瘤的1H-MRS显示肿瘤区与对侧正常组织明显不同，表现为NAA显著下降，Cr轻度下降，Cho显著升高，肿瘤组织较正常脑组织的Cho/NAA比值高。Tarnawski等［4］报道恶性脑胶质瘤的1H-MRS表现为NAA/Cr比值明显降低，Cho/Cr、Cho/NAA比值明显升高。Tamiya等［5］报道脑胶质瘤肿瘤组织较正常脑组织的NAA/Cr、NAA/Cho比值明显降低，而Cho/Cr比值明显升高。
3.1.21H-MRS在低级别脑胶质瘤和高级别脑胶质瘤鉴别诊断中的作用本研究显示低级别脑胶质瘤、高级别脑胶质瘤的肿瘤组织分别和对侧正常脑组织的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho比值存在显著性差异(P<0.01)；低级别脑胶质瘤和高级别脑胶质瘤的肿瘤组织的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho比值存在显著性差异(P<0.05)。脑胶质瘤是起源于脑内的肿瘤，由异常增生的胶质类细胞组成，在生长过程中，肿瘤细胞浸润正常神经元，因此在1H-MRS上出现NAA含量明显降低，以及Cr轻度下降，Cho显著升高，因此NAA/Cr、NAA/Cho比值下降，Cho/Cr比值升高，本研究显示利用NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho比值可以区分正常脑组织、低级别脑胶质瘤和高级别脑胶质瘤。本组研究与文献报道基本一致［2，6~7］。Poptani等［2］认为高级别脑胶质瘤较低级别脑胶质瘤的NAA/Cho比值明显降低，而Cho/Cr比值明显升高，而且脂质波出现提示为恶性脑胶质瘤。Tedeschi等［6］及Tamiya等［5］报道Cho/Cr比值升高是由于恶性脑胶质瘤中肿瘤细胞分裂增殖活动失控，细胞膜转换的增强，导致Cho峰升高。Tedeschi等［6］研究发现在随访的脑胶质瘤患者中，病情进展病例的Cho升高率大于45％，而病情稳定病例Cho升高率小于35％，无一例病例Cho无改变或下降。笔者认为Cr轻度下降也是导致Cho/Cr比值升高的另一原因。
在本研究中，发现MRI对脑胶质瘤分级的局限性，其中MRI确定为低级别脑胶质瘤29例中有4例与病理结果不符合；高级别脑胶质瘤18例中有1例与病理结果不符合；不能确定为的有13例，本研究中MRI对脑胶质瘤的分级诊断符合率为70.0％。在1H-MRS本研究中，低级别脑胶质瘤、高级别脑胶质瘤的肿瘤组织之间的NAA/Cho比值存在显著性差异(P<0.01)。脑胶质瘤可在NAA/Cho基础上分级，而且NAA/Cho比值反映肿瘤级别较稳定。即NAA/Cho比值能够帮助鉴别低级别脑胶质瘤和高级别脑胶质瘤，有助于弥补MRI的不足之处。
3.2亟待解决的问题本研究是多体素扫描，PRESS序列，最小测量像素是5 mm×5 mm×5 mm，多体素扫描其优点是图像观察可以同时取多个像素，移动像素至肿瘤实体部分、肿瘤周围组织、对侧正常脑组织对照区等不同部位，在波谱图上观察代谢物的变化情况；其不足之处是体素内有可能包含一部分坏死区、周围水肿区和（或）正常脑组织成分，而不能完全避免部分容积效应。所以在选择感兴趣区时体素应该尽量小，尽量避免部分容积效应。
PRESS序列其优点是可以获得较高的信噪比，对移动伪影影响相对不敏感，对脑组织主要代谢物如NAA、Cho、Cr等的观察效果较为理想；但是该序列不足之处是采用长TE使得Lac、Lip峰显示较为逊色，检测效果较差，难以对Lac、Lip代谢物进行分析比较，说明长TE波谱对Lac、Lip代谢物观察作用有限。这是本研究的不足之处，这也是有待解决的问题，有待我们去进一步研究。
（本文图片见封四）（略）
【参考文献】
1Castillo M,Kwork L,Mukherji SK,et al.Clinical applications of proton MR spectroscopy.Am J Neuroradiol,1996,17(1):1-15.
2Poptani H,Gupta RK,Roy R,et al.Characterization of intracranial mass lesions with in vivo proton MR spectroscopy.AJNR Am J Neuroradiol,1995,16(8):1593-1603.
3Lazareff JA,Olmstead C,Bockhorst K,et al.Proton magnetic resonance spectroscopy imaging of pediatric low-grade astrocytomas.Childs Nerv Syst,1996,12(3):130-135.
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5Tamiya T,Kinoshita K,Ono Y,et al.Proton magnetic resonance spectroscopy reflect cellular proliferative activity in astrocytomas.Neuroradiology,2000,42(5):333-338.
6Tedeschi G,Lundbom N,Raman R,et al.Increased choline singal coinciding with malignant degeneration of cerebral gliomas:a serial Proton magnetic resonance spectroscopy imaging study.J Neurosurgery,1997,87(4):516-524.