MRS在腦腫瘤疾病中的應用

【摘要】 正確診斷腦腫瘤才能更好地對其進行處理和治療。MRS是目前唯一無創傷性的研究人體器官、組織代謝、生化改變及化合物定量分析的方法，為傳統的影像學技術提供了重要的補充。現就MRS的原理及MRS在腦腫瘤診斷中的應用現狀作一綜述。

【關鍵詞】 MRS； 腦腫瘤； 診斷

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磁共振波譜（Magnetic Resonance Spec-troscopy， MRS）是檢測活體組織器官能量代謝、生化改變以及化合物定量分析的一種非損傷最新技術^［1］。作為一種無創傷性研究活體器官組織代謝、生化變化及化合物定量分析的方法，目前主要在腦部應用研究較多。隨著磁共振及其波譜裝置不斷改進，軟件開發及臨床研究的不斷深入，人們通過磁共振波譜對各種疾病的生化代謝的認識將不斷提高，為臨床的診斷、鑒別、分期、治療和預后提供更多有重要價值的信息。有的還可應用磁共振的功能成像對腦梗死進行早期診斷，甚至在超急性期即能發現腦梗死灶，提高了病變檢出的準確性和效率，達到早診斷、早治療，以減少致殘率和致死率。

1 MRS的原理與方法

MRS和MRI的基本原理相似，主要區別在于對數據的處理和顯示方式的不同。MRS使用1個外加磁場激發一個體素組織內的原子核，并使原子核之間的弛豫特征發生微小變化，即出現化學位移。這種由原子核間相互作用以及原子核周圍電子間相互作用產生的磁場所引起的化學位移，可用于鑒別化合物或代謝產物。用傅里葉變換將復雜的MR信號轉換為MR波譜，在所測組織內不同代謝產物的化學位移產生不同的信號強度峰值。化學位移大小以每百萬單位（ppm）表示，縱坐標代表代謝產物的信號強度單位，信號峰值由磁共振頻率、峰高和半高寬度決定^［2］。

2 用于醫學研究的原子核的磁共振波譜

2.1 質子（1H）磁共振波譜 氫質子磁共振波譜（1H MRS）自應用于臨床以來，因其可以在人體無創地分析病變內代謝產物的濃度，從分子水平對病變進行評估，開拓并豐富了腦腫瘤診斷、鑒別診斷、腫瘤分級、評估腫瘤治療、腫瘤復發和放射治療損傷的思維，彌補了常規MRI的不足。磁共振波譜分析（magnetic resonance spec-troscopy， MRS）可以測定含1H、31P、13C、19F、23Na等代謝物的濃度，由于氫質子較其他原子核在有機物結構中具有高自然豐度和核磁感性，故氫質子最多應用于磁共振波譜研究中。另外，用臨床檢測設備和常規表面線圈就可施行1H MRS，可用來檢測體內多種微量代謝物，如肌酸（Cr）、膽堿（Cho）、脂質（Lipids）、肌醇（Inosine）、γ-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）、牛磺酸（Taurine）、乳酸（Lac）和N-乙酰天門冬氨酸（NAA）。MRS是目前唯一無創傷性地研究人體器官、組織代謝、生化改變及化合物定量分析的方法。

2.2 磷-31（31P）磁共振波譜 31P的敏感性只有1H的6.65%，生物體內許多分子都含有31P，而且許多含磷化合物參與細胞的能量代謝和與生物膜有關的磷脂代謝，因此31P MRS被廣泛應用于研究組織能量代謝和生化改變^［3］。在體生物組織31P MRS通常可以檢測7種不同的化合物，即磷酸單酯（PME）、磷酸二酯（PDE）、磷酸肌酸（Per）、無機磷（Pi）和三磷酸腺苷（ATP）中的磷原子^［4］。

3 MRS在腦腫瘤研究中的應用

MRS研究的主要目的是判斷腫瘤的性質、分化程度、代謝情況以及觀察療效。MRS可在非特異CT和MRI表現的病例中做出特異診斷，MRS還可以在CT和MRI尚無結構改變時發現代謝異常^［5-7］。

3.1 1H MRS在腦腫瘤中的臨床應用

3.1.1 膠質瘤 Tarnawski等^［8］研究51例Ⅲ～Ⅳ級膠質瘤的預后與MRS的關系，發現Lac/NAA值＞2時，1年生存率為20%，而Lac/NAA值＜2時，1年生存率為85%，兩者的顯著差異提示MRS可評價膠質瘤的預后。

3.1.2 腦膜瘤 Castillo等^［9］發現，腦膜瘤典型的MRS表現為Cho顯著升高（可達正常的300倍），NAA和Cr顯著下降或消失，Cho/Cr顯著升高，而NAA/Cho和NAA/Cr比值為零。這與腫瘤細胞增殖活性增加致細胞膜代謝異常增加、細胞能量耗竭和缺氧有關。

3.1.3 轉移瘤 顱腦轉移瘤的MRS表現為Cho顯著升高，Cr下降或消失，Cho/Cr比值升高，無NAA峰，可出現Lac峰和Lip峰，這與腫瘤細胞增殖旺盛和有絲分裂增加，導致細胞膜代謝異常增高、能量耗竭、無氧糖酵解增加有關^{［10，11］}。

3.1.4 囊性腫物 Chang等^［12］發現，所有的囊性腫物與感染性囊腫（膿腫或腦囊蟲）和一些非腫瘤樣囊腫都存在Lac峰，囊性腫瘤中無Cho峰在活體1H MRS研究中表皮樣囊腫顯示全面的信號減低，伴有1.3 ppm Lac峰和1.8 ppm小波峰出現，不強化的非腫瘤樣囊腫（如蛛網膜囊腫）無此現象。因此，1H MRS可鑒別囊腫、感染性囊腫（膿腫或腦囊蟲）與囊性腦腫瘤。

3.1.5 其他結核瘤 其他結核瘤顯示大的Lip峰，而無其他代謝物峰，顱咽管瘤顯示只有Lac峰^［13］，在小兒惡性腦腫瘤TCho/NAA尤其高^［14］，在神經外胚層腫瘤TCr、甘氨酸較膠質瘤高。成神經節細胞瘤、垂體腺瘤中牛磺酸含量較高。

3.2 31P MRS在腦腫瘤中的臨床應用 31P MRS上，腫瘤與正常腦組織的MRS明顯不同，表現為Pcr/Pi下降，PME升高，pH值呈正常或堿性。由于31P MRS在測定代謝產物時敏感性和空間分辨率較低，使得所選擇的病灶感興趣容積（VOI）范圍較大，常含有較多的正常腦組織，因此部分研究顯示腫瘤n PMRS與正常組織差別較小。組織上不同的腫瘤并不總是有生化意義的波譜差異，因此，用其他影像學檢查提供的形態學信息做為MRS的補充是非常重要的。

4 MRS在腦腫瘤治療決策和評價療效中的價值

MRS可以了解腦腫瘤代謝特性，反映腫瘤生長潛能，從而評價不同治療方法的療效，對選擇正確的治療方案提供幫助。Lin等^［15］對15例MRI和臨床可疑的腦腫瘤患者行MRS檢查，并以此指導臨床決策，預計手術效果及預后，結果發現，MRS對病理特征及臨床預后的判斷準確率達96%，從而準確地指導了臨床決策和手術方案的制定。

MRS雖在腦腫瘤的臨床應用中已得到了一些可喜的經驗，但還只是初步的探索，還有許多問題需要更深入的研究才能逐漸明了。MRS技術仍在迅速發展中，如主要代謝物相對濃度到絕對濃度的測定、MRSI、人工神經網絡（artificial neural network， ANN）等。許多學者將腦腫瘤MRI及1H MRS資料建立數據庫，引入ANN，研究腦腫瘤的自動分類及腦腫瘤的鑒別診斷。Poptani等^［13］利用MRS和ANN研究98例各種腦內病變，ANN可完全區分腫瘤與正常組織及炎性病變。在病理組織學分級診斷中，ANN對腫瘤良惡性鑒別的準確率達到82%，相當準確地估計腦腫瘤類型，從而提供一種腦腫瘤自動分類的非侵襲性方法。隨著軟硬件的不斷進步和MRS技術的廣泛應用，MRS必將為腦腫瘤的診斷及治療研究提供更多、更準確的信息。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2011-09-19）

（本文編輯：王宇）