神經上皮腫瘤放射性損傷的磁共振波譜研究

金 松　張 鑫　張 冰　朱 斌　項 蕾　武文博

神經上皮腫瘤放射性損傷的磁共振波譜研究

金 松張 鑫★張 冰朱 斌項 蕾武文博

目的 探討神經上皮腫瘤患者放療后腦放射性損傷的磁共振波譜特點。方法 收集臨床確診的神經上皮腫瘤放療后腦放射性損傷患者20例，另外收集原發神經上皮腫瘤20例，所有患者均在3.0T磁共振傳統平掃及增強的基礎上行磁共振多體素氫質子波譜分析掃描。分別以病灶強化區﹑水腫區及正常對照區為感興趣區，測量各感興趣區Cho/Cr﹑NAA/Cr﹑Cho/NAA的比值。以獨立樣本t檢驗比較原發神經上皮腫瘤和放射性損傷病灶的強化區﹑水腫區Cho/Cr﹑NAA/Cr﹑Cho/NAA的比值，以P＜0.05為差異有顯著統計學意義。結果 原發神經上皮腫瘤病灶的強化區與水腫區Cho/Cr比值分別為（3.50±1.10）和（1.95±0.66）；其Cho/NAA比值分別為（4.42±1.98）和（2.14±1.11）。放射性損傷病灶的強化區與水腫區Cho/Cr比值分別為（1.80±0.21）和（1.20±0.26）；其Cho/NAA比值分別為（1.69±0.37）和（0.84±0.24）。NAA/Cr比值差異無統計學意義（P＞0.05）。結論 原發神經上皮腫瘤病灶的強化區與水腫區Cho/Cr﹑Cho/NAA比值與放射性損傷有明顯差異，可作為診斷依據。

膠質瘤 神經上皮腫瘤 放射性損傷 磁共振波譜 膽堿

對于神經上皮腫瘤患者而言，放療廣泛應用于臨床，明顯提高患者的生存率，然而，腦放射性損傷（radiation injury）的發生率隨之增加。磁共振成像（MRI）在腦膠質瘤治療后隨訪中起著重要的作用。但在常規MRI上放射性損傷均無特征性的表現。目前多數學者把目光投向功能磁共振（fMRI），尤其是磁共振波譜分析（MRS），本文基于此項技術探討放射性損傷的特點。

1　臨床資料

1.1一般資料 2011年9至2014年7本院放射性損傷患者20例，均有腫瘤放療科放療病史。其中男12例，女8例；年齡23～72歲。另選擇原發神經上皮腫瘤患者20例，其中WHO Ⅱ級8例、WHO Ⅲ級5例、WHO Ⅲ級7例，診斷以《2007年版WHO中樞神經系統腫瘤的病理分類》為標準。

1.2試驗儀器設備 所有患者均用3.0 T磁共振成像系統（梯度強度40/80 mT/m，旋轉率200/100 T/m/s，Achieva 3.0 T TX 雙梯度雙射頻源磁共振掃描系統）掃描，采用該設備配備的8通道相陣線圈。EWS工作站MV-1HMRS分析軟件包具有自動采集、自動分析功能，可自動完成包括測量半高寬，峰下面積及其比值、化學位移等參數。

1.3磁共振采集序列參數 常規序列：包括T2WI（T2W-TSE，TRA，層厚5mm，間隔1mm，TR/ TE2178ms、80ms，體素0.68×0.55mm，NSA1）、增強前后T1WI（3D-T1FFE，TRA，層厚5mm，間隔1mm，TR/TE230ms/2.3ms，翻轉角10°，體素0.82×0.65mm，NSA3）、Venous BOLD（3D-T2*FFE，層厚0.9mm，TR/TE 18ms/26ms，體素0.8×1.79mm，翻轉角10°，NSA1）、冠狀位FLAIR（IR，層厚1.5mm，間隔1 mm，TR/TE7000 ms /120 ms，TI2200ms，體素1×0.82 mm，NSA2）。上述序列橫斷位FOV 為23cm×18cm×13cm，總掃描時間為13min25s。MV-1HMRS：參數如下，ECHO，TRA，層厚4mm，TR/TE2000ms、144ms，體素12×12mm，NSA4。總掃描時間為16min25s。

1.4數據分析 由2名有經驗的醫學影像科醫師判讀常規MRI資料，判斷病灶的位置、邊界、形態、強化方式及水腫區的形態和范圍，并初步判斷病灶的性質。感興趣區（ROI）的選擇以T2WI及增強的T1WI為參考圖，分別選擇強化病灶區、水腫區，正常對照ROIs放置于相同層面正常白質區，其標準為增強T1WI及T2WI均為正常信號。ROIs＞20個體素。應用EWS工作站MV-1HMRS分析軟件包計算各代謝物譜線，測量Cho（3.19ppm）、NAA（2.01ppm）、Cr（3.03ppm）等代謝物參數值（見圖1），計算Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr等比值。

1.5統計學方法 采用SPSS18.0軟件，計量資料以（x±s）表示，以獨立樣本t檢驗比較原發神經上皮腫瘤和放射性損傷的強化區及水腫區的nrCBV值及Cho/Cr、Cho/ NAA、NAA/Cr比值，以P＜0.05為差異有統計學意義。

圖1　正常大腦磁共振波譜曲線

2　結果

20例患者均可見強化病灶及周圍水腫區，病灶強化特點無明顯特異性（見圖2）。與對側正常腦白質比較，發現所有原發神經上皮腫瘤強化區及水腫區的Cho/Cr、Cho/NAA比值均升高，NAA/Cr比值均降低。所有放射性損傷中強化區的Cho/Cr、Cho/NAA比值均升高，NAA/Cr比值均降低；而水腫區的Cho/NAA比值均升高。獨立樣本t檢驗結果顯示，強化區與水腫區的Cho/Cr比值、強化區與水腫區的Cho/NAA比值組間比較，差異有顯著統計學意義（P＜0.05）；強化區與水腫區的NAA/Cr比值組間比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表1、圖3、圖4。

表1　各組Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr值比較

圖2　常規增強T1WI，A放射性損傷，B膠質瘤WHO Ⅲ級

圖3　放射性損傷

圖4　放射性損傷

3　討論

大部分神經上皮腫瘤，尤其是＞WHO Ⅱ級的膠質瘤通常無明確的邊界，這是由于神經上皮腫瘤是沿神經纖維束生長并浸潤的特性所決定的［1］。因此該類手術切除后復發率較高。外科切除腫瘤后進行輔助放療成為治療腦膠質瘤的主要策略。但是，提高患者生存率的同時又增加了放射性損傷的發生率。放射性損傷是放療后的嚴重并發癥，其病理生理學基礎尚未完全清楚。與總的照射量、照射野的范圍、照射的頻率、是否輔助化療、生存的時間、接受治療時的年齡有明顯的相關性［2］。損傷機制假說包括放射線的直接損傷、腦組織的自身免疫反應、血管損傷等［3］。放射性損傷分為急性、早發延遲、晚發延遲損傷：急性損傷是指發生在照射治療開始后幾天或數周；早發延遲損傷是發生在照射完成后1～6個月；晚發延遲損傷可發生在放射治療后6個月或多年以后，這種改變常不可逆，通常稱為放射性壞死［4］，這一期原發性神經上皮腫瘤具有極其相似的臨床表現及常規MRI形態學改變，是最難鑒別的一期。放射性損傷通常發生在原腫瘤區或其周圍。由于血腦屏障的破壞，在常規MRI上可以表現為多種強化形式，如“肥皂泡”、“羽毛狀”或“瑞士奶酪”樣強化［5］。

MV-1HMRS是基于化學位移原理測定體內化學成分的無創性技術，也是目前唯一一種可以活體檢測人體組織代謝的手段，其能檢測到腦組織內多種生化成分，如N-乙酰天門冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、膽堿（Cho）以及乳酸（Lac）或脂質（Lip）。3.0T 高場磁共振與1.5T 磁共振比較，其化學位移分辨率提高1倍，從而明顯提高物質的分辨率。臨床中會根據不同的臨床問題及病變的位置來選擇不同1HMRS技術，其中包括單體素氫質子波譜（SVS）、多體素氫質子波譜（MVS）。以往國內多數研究多采用SVS，通常情況下神經上皮腫瘤放療后出現的強化病灶是原腫瘤細胞與放射性損傷組織的混合體，SVS存在不同程度的部分容積效應，因此本資料全部采用MVS技術，可以覆蓋強化組織、周圍水腫組織及對側正常表現的腦組織，這樣能夠對多個體素進行取樣，采集數據更加準確。另外，由于部分患者是外科手術后復查，不可避免的在病灶區存在陳舊性出血，從而干擾病灶區的磁場，產生一些雜峰，但這并不影響判斷各指標的比值及統計學分析。

前瞻性研究證明，利用代謝活動的早期變化能夠預測放療照射后腦組織結構性的變化，且早于神經認知癥狀及傳統MRI發現的解剖結構改變，尤其是NAA水平的降低。其NAA水平的下降主要是由于神經元的損傷、水腫、神經元對血腦屏障破壞的反應、神經膠質細胞的損傷、脫髓鞘改變、細胞因子的釋放、炎癥細胞的釋放。盡管放射性損傷的NAA水平下降的機制與原發神經上皮腫瘤不同，但兩者產生的波譜表現一致。第2種重要的受放射線影響的代謝產物是Cho復合物，其與增生組織的細胞膜生物合成及代謝更新有關。理論上放射線可以引起腦組織Cho水平的下降與Cho/Cr比值的下降［6，7］，但本資料中入組的所有病例包括腦放射性壞死，病灶強化區及大部分周圍水腫帶均表現為Cho/Cr比值升高，作者認為，對于原發神經上皮腫瘤，無疑是腫瘤細胞增殖及浸潤造成的，而放射性損傷則是因膠質細胞反應性增生、炎性細胞釋放等所致細胞膜復制增加所致，尤其對于早發延遲放射性損傷，這種表現更加顯著，Cho/Cr比值升高程度可以明顯超過原發神經上皮腫瘤的水平。第3種代謝產物是Cr，其是能量代謝的標志物，在多種條件下均很穩定，因此在代謝物比值計算時通常被作為分母，盡管有些報道質疑Cr在腫瘤、缺氧等條件下的穩定性［6］。

本資料比較原發神經上皮腫瘤與放射性損傷，強化區及水腫區Cho/Cr及Cho/NAA 比值明顯高于后者，與以往國內外文獻報道相符。Weybright等應用2DCSI1HMRS技術進行研究，給出Cho/NAA 及Cho/Cr比值的截斷值為1.8，即Cho/NAA 及Cho/Cr比值＞1.8可以診斷為原發膠質瘤組織［7］。Zeng等［8］利用多體素3D MRS評價腦膠質瘤治療后原位新發強化病灶，發現腫瘤組織Cho/NAA 及Cho/Cr比值明顯高于放射性損傷，利用1.71作為Cho/Cr和/或Cho/NAA比值作為腫瘤標準的截斷值，其敏感性、特異性分別為94.1%、100%，與本資料結果相似。

1 張冰， 朱斌. DWI在膠質瘤與單發轉移瘤及其瘤周水腫中的診斷價值. 中國醫學計算機成像雜志， 2006， 12（2）：80～83.

2 Fatterpekar GM， Galheigo D， Narayana A， et al. Treatment-related change versus tumor recurrence in high-Grade gliomas： a diagnostic conundrum-Use of dynamic susceptibility contrast-enhance（DSC）perfusion MRI. AJR， 2012， 198（1）：19～26.

3 劉家斌， 李廣生. 放射性腦損傷機制及放射保護研究進展. 贛南醫學院學報， 2010， 30（1）：161～162.

4 Barajas RF Jr， Chang JS， Segal M， et al. Differentiation of recurrent glioblastoma multiforme from radiation necrosis after external beam radiation therapy with dynamic susceptibiliy-weighted contrastenhanced perfusion MR imaging. Radiology， 2009， 253（2）：486～496.

5 Welzel T， Niethammer A， Mende U， et al. Diffusion tensor imaging screening of radiation-induced changes in the white matter after prophylactic cranial irradiation of patients with small cell Lung cancer：first results of a prospective study. AJNR， 2008， 29（2）：379～383.

6 Isobe T， Matsumura A， Anno I， et al. Changes in 1H-MRS in glioma patients before and after irradiation： the significance of quantitative analysis of choline-containing compounds. No Shinkei Geka， 2003，31（2）： 167～172.

7 Weybright P， Sundgren PC， Maly P， et al. Differentiation between brain tumour recurrence and radiation in jury using MR spectroscopy. AJR，2005， 185（5）： 1471～1476.

8 Zeng QS， Li CF， Zhang K， et al. Multivoxel 3D proton MR Spectroscopy in the distinction of recurrent glioma from radiation injury. J Neurooncol， 2007， 84（1）：63～69.

Purpose To investigate the characteristics of the magnetic resonance spectroscopy in radiation injury of the brain with neuroepithelial tumors. Methods Twenty cases of radiation injury and 20 cases of the primary neuroepithelial tumors were retrospectively studied. The Cho/Cr，NAA/ Cr，and Cho/NAA ratios in the enhancing part，peri-local edema，and contralateral normal white matter were measured using a commercially available post-processing workstation. Results The Cho/Cr ratios in the enhancing part of primary neuroepithelial tumors and radiation injury were 3.50±1.10 and 1.80±0.21，and in the peri-local edema，they were 1.95±0.66 and 1.20±0.26，respectively. The Cho/NAA ratios，in corresponding location，were 4.42±1.98 and 1.69±0.37，2.14±1.11 and 0.84±0.24，respectively. There were no statistically differences in the NAA/Cr ratios（P＞0.05）. Conclusion The Cho/Cr and Cho/NAA ratios in the enhancing part and peri-local edema of primary neuroepithelial tumors were higher than those of radiation injury.

Magnetic resonance spectroscopy Glioma Neuroepithelial tumor Radiation injury

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