聯(lián)合MR擴(kuò)散張量成像與波譜分析對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤放療前后的評價

李軍，張雪雁，姜興岳，張林，王琪，夏吉凱，李泉

1.濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，濱州256603

2.濱州醫(yī)學(xué)院護(hù)理學(xué)院，煙臺 264003

3.濱州醫(yī)學(xué)院煙臺附屬醫(yī)院放射科，煙臺 264100

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見的腫瘤之一，容易侵襲性生長導(dǎo)致其術(shù)后復(fù)發(fā)率高，生存期短。目前磁共振技術(shù)發(fā)展迅速，擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)和磁共振波譜分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于膠質(zhì)瘤的診斷及治療中，DTI可從微觀上推斷白質(zhì)纖維束浸潤和破壞的程度，MRS能早期提供組織代謝物的化學(xué)信息，并能進(jìn)行療效監(jiān)測，開辟了從生化代謝角度研究疾病的新紀(jì)元[1]。本研究主要探討聯(lián)合DTI和MRS對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤放療前后的評價價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

搜集2012年4月至2013年8月我院8例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤術(shù)后復(fù)發(fā)患者，均經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)，其中男6例，女2例，年齡49～67歲，平均59.4歲。8例患者放療前及放療后10天內(nèi)均行MR檢查。

1.2 放療方法

采用熱塑面膜固定患者頭部，行CT增強(qiáng)掃描，層厚3 mm，掃描后圖像傳至放射治療計(jì)劃系統(tǒng)(radiotherapy planning system，TPS)，結(jié)合放療前MR圖像，共同勾畫靶區(qū)(gross target volume，GTV)及其周圍危及器官(organ at risk，OAR)。并根據(jù)腫瘤惡性程度勾畫臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)和計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)。CTV包括CTV1和CTV2，GTV外放1.5 cm為CTV1，CTV外放0.3 cm為PTV1，GTV外放2.5 cm為CTV2，CTV外放0.3 cm為PTV2。采用6～8 mV的X線給予3～6個共面和(或)非共面野三維適形放療，PTV，總劑量為60 Gy。

1.3 MR掃描方法

應(yīng)用德國西門子Avanto1.5 T MR掃描儀，頭部八通道相控陣線圈。SE序列行橫斷面T1WI(TR 560 ms，TE 13 ms)和T2WI (TR 5300 ms，TE 90 ms)、T2FLAIR (TR 9000 ms，TE 108 ms)及T2WI矢狀面掃描掃描，層厚5 mm，層間隔0.5 mm，視野24 cm×24 cm，并行增強(qiáng)掃描，對比劑使用釓噴酸葡胺(Gd-DTPA)，劑量0.1 mmol/kg。采用EPI序列進(jìn)行DTI原始數(shù)據(jù)掃描，矩陣128×128，層厚3 mm，層間隔0.3 mm，視野24 cm×24 cm，b值分別為0和1000 mm2/s，在12個方向上施加擴(kuò)散敏感梯度，自動生成FA (fractional anisotropy)圖及ADC (apparent diffusion coefficient)圖。MRS采用多體素點(diǎn)分辨波譜分析法(point resolve spectroscopy，PRESS)，TR 1500 ms，TE 135 ms，定位感興趣區(qū)要盡量避開顱骨、空氣及腦脊液的干擾并包含腫瘤實(shí)質(zhì)、瘤周水腫和瘤周正常白質(zhì)區(qū)，利用自帶軟件后處理分析獲得代謝物比率圖、代謝物分布圖。

圖1，2 為一例65歲男性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者放療前(圖1)及放療后(圖2) DTI (A～C)、MRS (D～E)圖像：A～C示測量FA值及ADC值感興趣區(qū)選擇部位；D～E分別示腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)、瘤周水腫區(qū)波譜圖，腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)放療后NAA峰升高、Cho峰降低，瘤周水腫區(qū)放療后NAA峰升高、Cho峰降低、Lip峰降低Fig.1, 2 Showed both DTI (A—C) and MRS (D—E) findings of a 65-year-old man with glioblastoma before radiotherapy (Fig.1) and after radiotherapy(Fig.2 ): A—C, images showing interested regions to measure the FA and ADC values.D—E, images showing MRS findings of tumor parenchyma and peritumoral edema.After radiotherapy, NAA peak increased and Cho peak decreased according to tumor parenchyma.NAA peak increased and both Cho and Lip peak decreased according to peritumoral edema.

表1 8例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤放療前、后腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)FA值、ADC值及代謝物比值(NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(±s)Tab.1 Statistical results of FA value, ADC value and metabolite ratio (NAA/Cr, Cho/Cr, Lip/Cr) in tumor parenchyma of 8 patients with glioblastoma before and after radiotherapy (±s)

表1 8例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤放療前、后腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)FA值、ADC值及代謝物比值(NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(±s)Tab.1 Statistical results of FA value, ADC value and metabolite ratio (NAA/Cr, Cho/Cr, Lip/Cr) in tumor parenchyma of 8 patients with glioblastoma before and after radiotherapy (±s)

Group FA ADC (10-3mm2/s) NAA/Cr Cho/Cr Lip/Cr Before radiotherapy 0.13±0.06 1.289±0.129 1.01±0.22 3.59±0.92 6.19±2.21 After radiotherapy 0.18±0.19 1.172±0.134 0.97±1.10 2.58±0.42 5.30±1.94 t value －0.799 3.320 0.104 2.960 1.336 P value 0.451 0.013 0.920 0.021 0.223

表2 8例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤放療前、后瘤周水腫區(qū)FA值、ADC值及代謝物比值(NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(±s)Tab.2 Statistical results of FA value, ADC value and metabolite ratio(NAA/Cr, Cho/Cr, Lip/Cr) in peritumoral edema of 8 patients with glioblastoma before and after radiotherapy(±s)

表2 8例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤放療前、后瘤周水腫區(qū)FA值、ADC值及代謝物比值(NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(±s)Tab.2 Statistical results of FA value, ADC value and metabolite ratio(NAA/Cr, Cho/Cr, Lip/Cr) in peritumoral edema of 8 patients with glioblastoma before and after radiotherapy(±s)

Group FA ADC (10-3mm2/s) NAA/Cr Cho/Cr Lip/Cr Before radiotherapy 0.26±0.07 1.754±0.280 1.60±1.44 2.17±0.84 3.09±1.05 After radiotherapy 0.34±0.06 1.602±0.275 1.92±1.52 1.34±0.57 1.76±1.19 t value －2.306 －1.094 －0.374 2.867 2.075 P value 0.054 0.310 0.719 0.024 0.077

1.4 圖像處理和取值

在DTI圖像上測量腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)(明顯強(qiáng)化的部分)、瘤周水腫區(qū)、瘤周正常白質(zhì)區(qū)及對側(cè)正常白質(zhì)區(qū)的FA值和ADC值；在MRS圖像上測量腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)、瘤周水腫區(qū)代謝物比值，包括NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

利用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件包，所得數(shù)據(jù)采用配對樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)放療前、后FA值、ADC值及代謝物比值(NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr)變化

放療后腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)ADC值較放療前升高(t=3.320，P=0.013)，放療后腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)Cho/Cr較放療前降低(t=2.960，P=0.021)；放療前、后腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)FA值、NAA/Cr、Lip/Cr的變化不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(表1)。

2.2 瘤周水腫區(qū)放療前、后FA值、ADC值及代謝物比值(NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr)變化

放療后瘤周水腫區(qū)Cho/Cr較放療前降低(t=2.867，P=0.024)，放療前、后瘤周水腫區(qū)FA值、ADC值、NAA/Cr、Lip/Cr的變化不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(表2；圖1，2)。

3 討論

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤起源于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，屬于高級別膠質(zhì)瘤，惡性程度高且容易侵襲浸潤周圍腦組織，治療方案需要聯(lián)合手術(shù)及放、化療，術(shù)后容易復(fù)發(fā)，使其治療一直成為神經(jīng)外科難點(diǎn)[2]。

DTI是在擴(kuò)散加權(quán)成像的基礎(chǔ)上施加6個以上方向的擴(kuò)散敏感梯度而獲取的圖像，可以顯示白質(zhì)纖維束與腫瘤的毗鄰關(guān)系，用于外科手術(shù)計(jì)劃的制定，避免術(shù)中損傷移位的正常白質(zhì)纖維，降低手術(shù)并發(fā)癥，提高病人生活質(zhì)量，并能最大限度地切除腫瘤[3-5]。FA值反映白質(zhì)纖維束的完整性，本組結(jié)果顯示膠質(zhì)母細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)區(qū)FA值放療前后未見明顯變化，考慮原因?yàn)槟[瘤惡性程度較高，放療前已經(jīng)導(dǎo)致相應(yīng)纖維束明顯破壞、FA值明顯降低所致。ADC值反映水分子的擴(kuò)散能力，與細(xì)胞密度密切相關(guān)[6-7]，當(dāng)腫瘤細(xì)胞有較高的核質(zhì)比，引起細(xì)胞內(nèi)空間的增大，細(xì)胞外空間的相對減少，則ADC值減低，研究表明高級別膠質(zhì)瘤ADC值低于低級別膠質(zhì)瘤[8-11]，本組結(jié)果顯示，放療后膠質(zhì)母細(xì)胞瘤腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)ADC值較放療前升高(P=0.013)，可能與放療后腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)部分腫瘤細(xì)胞壞死有關(guān)。另外有研究表明，患者放療后瘤周水腫區(qū)域ADC值下降，考慮為放療后瘤周組織水腫加重，大部分患者使用類固醇激素治療，穩(wěn)定細(xì)胞膜，使擴(kuò)散受限，故ADC值降低[12]，本組結(jié)果亦顯示部分患者放療后瘤周水腫區(qū)ADC值降低。

MRS能提供組織代謝物的化學(xué)信息，能早期提供疾病的生化代謝信息，并能進(jìn)行療效監(jiān)測，開辟了從生化代謝角度研究疾病的新紀(jì)元。本組結(jié)果顯示，放療后膠質(zhì)母細(xì)胞瘤腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)Cho/Cr較放療前降低(P=0.021)，瘤周水腫區(qū)Cho/Cr較放療前降低(P=0.024)，Cho是細(xì)胞膜磷脂代謝中間產(chǎn)物，反映了細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)，是細(xì)胞代謝、膠質(zhì)增生的指標(biāo)，Cho濃度升高反映腫瘤細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)換增強(qiáng)，Cho濃度下降，意味著腫瘤增殖減弱，腫瘤對放療的反應(yīng)可以Cho減少作為標(biāo)準(zhǔn)[13]。

總之，DTI能微觀顯示腦組織水分子運(yùn)動情況，MRS能提供組織代謝物的化學(xué)信息，聯(lián)合應(yīng)用DTI和MRS檢查能夠反應(yīng)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤放療后的早期變化，可用于監(jiān)測和評價放療效果。

[References]

[1]Cao P, Shi KS, Li G, et a1.Recent advance in edema around the glioma detected by diffusion tensor imaging and magnetic resonance spectroscopy.Chin J Neuromedicine, 2011, 10(6): 643-645.曹朋, 史克珊, 李鋼, 等.膠質(zhì)瘤瘤周水腫的磁共振波譜和彌散張量成像研究進(jìn)展.中華神經(jīng)醫(yī)學(xué)雜志, 2011, 10(6): 643-645.

[2]Wu J, Dai JP, Jiang T, et a1.Diffusion tensor MR imaging of glioblastoma multiforme.Chin J Med Imaging Technol, 2008, 24(7):992-995.吳靜, 戴建平, 江濤, 等.多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤MR彌散張量成像應(yīng)用研究.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù), 2008, 24(7): 992-995.

[3]Kinoshita M, Goto T, Okita Y, et a1.Differentiation of pure vasogenic edema and tumor-infiltrated edema in patients with peritumoral edema by analyzing the relationship of axial and radial diffusivities on 3.0 T MRI.J Neurooncol, 2010, 96(3): 409-415.

[4]Nimsky C, Ganslandt O, Fahlbusch R.Implementation of fi ber tract navigation.Neurosurgery, 2007, 6l(Suppl 1): 306-317.

[5]Engelhorn T, Savaskan NE, Schwarz MA, et al.Cellular characterization of the peritumoral edema zone in malignant brain tumors.Cancer Sci, 2009, 100(10): 1856-1862.

[6]Cheng LL, Anthony DC, Comite AR, et a1.Quantification of microheterogeneity in glioblastoma multiforme with ex vivo highresolution magic-angle spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy.Neuro Oncol, 2000, 2(2): 87-95.

[7]Provenzale JM, McGraw P, Mhatre P, et al.Peritumoral brain regions in gliomas and meningiomas: investigation with isotropic diffusionweighted MR imaging and diffusion-tensor MR imaging.Radiology,2004, 232(2): 451-460.

[8]Bieza A, Krumina G.Magnetic resonance study on fractional anisotropy and neuronal metabolite ratios in peritumoral area of cerebral gliomas.Medicina (Kaunas), 2012, 48(10): 497-506.

[9]Kallenberg K, Goldmann T, Menke J, et a1.Glioma infiltration of the corpus callosum: early signs detected by DTI.J Neurooncol, 2013,112(2): 217-222.

[10]Qian YF, Yin MM, Yu YQ.Diffusion weighted MR imaging in differentiation of low grade gliomas.Chin J Magn Reson Imaging,2010, 1(1): 19-22.錢銀鋒, 殷敏敏, 余永強(qiáng).擴(kuò)散加權(quán)成像在低級別膠質(zhì)瘤的鑒別診斷價值.磁共振成像, 2010, 1(1): 19-22.

[11]Hu HB, Liu PF.Application of magnetic resonance diffusion tensor imaging and fiber tractography to evaluate the value of diagnostic classification of cerebral gliomas.Chin J Magn Reson Imaging, 2011,2(2): 118-122.胡鴻博, 劉鵬飛.磁共振彌散張量成像及纖維束成像對腦膠質(zhì)瘤分級的診斷價值.磁共振成像, 2011, 2(2): 118-122.

[12]Huang RH, Liao ZJ, Xu X, et a1.Observation and analysis about the role of MRS and DTI before and after the radiotherapy of brain gliomas peritumoral edema region.Chin Imaging J Integrat Tradition West Med, 2013, 11(1): 4-6.黃仁華, 廖志軍, 徐欣, 等.MRS和DTI對放療前后腦膠質(zhì)瘤瘤周水腫的觀察與分析.中國中西醫(yī)結(jié)合影像學(xué)雜志, 2013, 11(1): 4-6.

[13]Tedeschi G, Lundbom N, Raman R, et a1.Increased choline signal coinciding with malignant degeneration of cerebral gliomas: a serial proton magnetic resonance spectroscopy imaging study.J Neurosurg,1997, 87(4): 516-524.