腦星形細胞瘤磁敏感效應級別與1H-MR波譜相對定量的相關性探討

林 祺，張 強，陳東平，許凱華，陳金銀

在臨床上對腦星形細胞瘤的準確分級具有重要的預后和治療意義。高分辨率磁敏感加權像(susceptibility-weighted imaging,SWI)能顯示腫瘤微血管等病理變化，已被應用于腦星形細胞瘤分級診斷[1-3]。多體素氫質子MRS (multi-voxel1H MRS,1HMRS)為顱內良惡性腫瘤的診斷提供了定量分析方法。筆者通過探討腦星形細胞瘤高分辨率SWI瘤內磁敏感信號(intratumoral susceptibility signals,ITSS)級別與多體素1H-MRS相對定量的相關性，旨在評估其對腦星形細胞瘤分級診斷的臨床價值。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

搜集經手術病理證實33例腦星形細胞瘤相關資料。患者年齡9～81歲，男21例，女12例，按2007年WHO中樞神經系統腫瘤分類法，I～II級15例，III～IV級18例。

1.2 檢查方法

采用飛利浦Achieva 3.0 T X-series磁共振雙梯度成像系統，均采用16通道頭線圈輔助成像。每例患者均行T2WI、T1WI、FLAIR、DWI和T1WI增強等掃描。

圖1 膠質母細胞瘤 (WHO-IV) 1A：ITSS-III級；1B：Cho/Cr9.47，Cho/NAA5.58；1C：病理顯示多發新生微血管，內皮增生(HE ×100) 圖2 星形細胞瘤 (WHO-II) 2A：ITSS-I級；2B：Cho/Cr 2.16，Cho/NAA 3.16；圖2C：病理顯示散在成熟血管，腔內堆積紅細胞 (HE ×100)Fig.1 Glioblastoma (WHO-IV).1A:ITSS-III grade,1B:Cho/Cr 9.47,Cho/NAA 5.58,1C:Pathology revealed multiple microvessel,Endothelial hyperplasia (HE ×100).Fig.2 Astrocytoma (WHO-II).2A:ITSS-I grade,2B:Cho/Cr2.16,Cho/NAA3.16,2C:Pathology revealed scattered in the mature blood vessels,Intraluminal accumulation of red cell(HE ×100).

高分辨率SWI及重建：TR 16 ms，TE 22 ms，層厚1 mm，FOV 230 mm×230 mm，在頭足、左右和前后方向加流動補償技術，寬帶182.3 Hz，所獲SWI圖像進行最小信號強度投影(MinIP)后處理，層厚8 mm，間距1 mm。

多體素1H-MRS掃描：采用點解析波譜序列(2D-PRESS法)：TR 2000 ms，TE 144 ms，FOV 230 mm×190 mm，層厚10 mm，激勵次數1次，每個體素大小為10 mm×10 mm×10 mm。自動預掃描完成勻場及水抑制。

1.3 圖像分析

根據ITSS的表現來分4級[1]：ITSS定義為低信號強度，呈細線樣或點狀結構，伴有或不伴有聚集，位于高分辨率SWI腫瘤內。0級：無ITSS；I級：1～5個點狀或細線狀ITSS；II級：6～10個點狀或細線狀ITSS；III級：11個以上點狀或細線狀ITSS位于腫瘤內的連續區域。在工作站上根據病灶特征進行1H-MRS ROI的測定：首先ROI選擇在確定ITSS級別的同一層面；ROI選擇腫瘤實質區、邊緣區以及對側正常腦組織，同時要避開骨骼、腦室、血管、壞死、囊變、出血、氣體和鈣化等區域；最后將1H-MRS ROI的測定圖送至PACS。

所有圖像由2名主治醫師獨立進行逐個分析。第1：確定每例在SWI上ITSS最高級別層面；第2：分別記錄每例ITSS最高級別層面實質區的膽堿(Cho)/肌酸(Cr)，乙酰天冬氨酸(NAA)/Cr，Cho/NAA相對定量比值，脂質(Lip)、乳酸(Lac)、谷氨酸及谷氨酰胺復合物(Glx)和肌醇(mI)等代謝物(圖1，2)。

1.4 統計方法

采用SPSS 17.0統計軟件進行分析。ITSS級別與高、低級別星形細胞瘤病例數比較采用卡方檢驗。高、低級別星形細胞瘤Cho/Cr、Cho/NAA相對定量比值的比較采用獨立樣本t檢驗。ITSS級別與Cho/Cr、Cho/NAA相對定量比值進行Spearman等級相關分析。均以P＜0.05判定為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 ITSS級別與高、低級別星形細胞瘤病例數比較具體見表1。

2.2 高、低級別星形細胞瘤Cho/Cr，Cho/NAA相對定量比值

具體見表2。

2.3 ITSS級別與Cho/Cr、Cho/NAA相對定量比值的相關性

本組33例ITSS級別與Cho/Cr相對定量比值的Spearman相關系數r=0.763，P＜0.01，二者之間存在正相關關系(圖3)；而ITSS級別與Cho/NAA相對定量比值的Spearman相關系數r=0.741,P＜0.01，二者之間存在正相關關系(圖4)；因此ITSS級別越高Cho/Cr、Cho/NAA相對定量比值也越大。

圖3 ITSS級別與Cho/Cr相對定量比值散點圖 圖4 ITSS級別與Cho/NAA相對定量比值散點圖Fig.3 ITSS grade and Cho/Cr relative quantitative ratio of scattergraph.Fig.4 ITSS grade and Cho/NAA relative quantitative ratio of scattergraph

表1 ITSS級別與高、低級別星形細胞瘤病例數Tab.1 ITSS grade with the high and low grade astrocytic tumours number of cases

Note:χ2=33.00,P＜0.01,The high grade astrocytic tumours of ITSS classification was obviously higher than the low grade astrocytic tumours.

表2 高、低級別星形細胞瘤Cho/Cr、Cho/NAA相對定量比值Tab.2 The high and low grade astrocytic tumours of Cho/Cr,Cho/NAA relative quantitative ratio

3 討論

3.1 高分辨率SWI評估星形細胞瘤微血管的基礎及其分級價值

SWI本質是一種T2*梯度回波，在3個方向上加有完全流動補償技術，能夠保證靜止和運動的質子同時重聚，毫米級三維薄層掃描能夠獲得高分辨率成像以減小偽影，觀察細微的血管結構。圖像后處理可以對SWI行MinIP，常在4層以上相鄰層面投影，產生8 mm層厚的血管重組圖，腫瘤內小血管于重組圖上顯示出明顯的連續性，同時可溯源至其引流血管，對微出血做出鑒別[4]。SWI不僅能評估腫瘤的引流靜脈和供血動脈，而且能顯示亞體素的小靜脈(100～200 μm)來推斷腫瘤的血管生成程度，對指導腫瘤的術前分級具有積極作用[2-4]。高級別星形細胞瘤含大量的脫氧血紅蛋白，可能與血管再生和腫瘤血供增加有關，它能夠引起磁敏感效應，導致SWI信號下降，即顯示ITSS。因為ITSS出現的頻率、形態、大小、數量、空間分布形態(聚集成簇等)在不同級別腫瘤以及在同一腫瘤的不同區域存在不均一性，所以一般按腫瘤內ITSS的頻率分為0～III級，以資量化分析。Park[1]等發現所有膠質母細胞瘤病灶ITSS級別最大，間變性星形細胞瘤ITSS級別是可變的，而低級別膠質瘤中見不到ITSS。ITSS級別和星形細胞瘤級別Spearman相關系數為0.88。ITSS級別對星形細胞瘤分級診斷的敏感度、特異度、陽性預測值及陰性預測值分別為85.2%、92.9%、95.8%和76.5%。本組病例SWI在顯示腫瘤內異常微血管結構方面明顯優于常規序列，對星形細胞瘤分級診斷有臨床實用價值。18例 III～IV級星形細胞瘤ITSS均表現為II～III級，15例 I～II星形細胞瘤ITSS分別為0～I級((P＜0.01)。

3.2 3.0T多體素1H-MRS評估星形細胞瘤的優勢

筆者在本研究采用3.0 T多體素1H-MRS 2DPRESS法，信噪比顯著提高，采集時間明顯縮短，波譜分辨率更高，基線更加穩定，一次采集覆蓋的范圍較大，不易受脂肪的影響。多體素能同時觀察星形細胞瘤實質區、邊緣區和對側正常區代謝物指標，尚可以采集到如具有短TE (30 ms)的代謝產物，包括mI、Glx等[5]。腦星形細胞瘤的Cho波升高代表腫瘤細胞增殖活躍，NAA減低為神經元損傷和丟失，Cr減低為能量代謝高所致。在同一個體腦內不同代謝條件下，代謝物總量恒定，而相對定量是計算各種代謝物波峰下面積的比值。本研究結果：高級別星形細胞瘤實質區Cho/NAA、Cho/Cr相對定量比值分別為7.72±4.99和4.99±1.63，低級別星形細胞瘤分別為2.36±0.76和1.82±0.34 (((P＜0.01)，兩者差異有統計學意義，與相關報道結果相仿[6]。研究還發現在高級別腫瘤中10例出現增高的Lip峰和7例出現倒置的Lac峰，而在低級別腫瘤中3例出現倒置Lac峰，未見明顯增高Lip峰。這些證實了Lip峰常見于高級別星形細胞瘤，是由于腫瘤更容易凝固性壞死、脂質析出；而Lac峰增高是葡萄糖無氧酵解的終產物，反映腫瘤生長過快。因此，Lip峰和Lac峰對腫瘤分級也有重要的價值。

3.3 ITSS級別與1H-MRS相對定量的相關性探討

星形細胞瘤血管增生的程度、細胞或細胞核的異形性、核內有絲分裂的程度、是否存在壞死是決定腫瘤生物學侵襲性和組織學分級的主要標準，其中腫瘤微血管狀態是決定惡性程度及預后最重要指標。劉影等[7]探討腦星形細胞瘤內部微結構與表觀擴散系數(ADC)值相關性，認為ADC值有助于腦星形細胞瘤術前分級評價。SWI是近幾年發展起來新技術，可以更清楚地顯示不同類型腫瘤和腫瘤內不同部分中血管結構復雜性和多樣性，尤其是腫瘤微血管、鈣化等病理變化，給診斷和研究腦腫瘤提供新方法。MRS是惟一無創研究活體代謝、生化變化和化合物定量分析的方法。Pinker等[8]利用PET與SWI進行相關性研究發現，病灶內磁敏感效應出現頻率和PET對腦腫瘤分級有明顯的統計學相關性。有研究報道，MRS的Cho/Cr定量比值增高與SWI腫瘤中代謝物濃度相關[2]。通過本組33例腦星形細胞瘤ITSS級別與Cho/Cr、Cho/NAA相對定量比值相關性分析，結果Spearman相關系數分別為0.763和0.741，P＜0.01，呈正相關；因此ITSS級別越高Cho/Cr、Cho/NAA相對定量比值也越大。

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