腦膠質瘤外科手術后輔助放療的MR波譜隨訪研究

陳旺生， 李建軍， 劉富金， 王奮， 王飛， 陳峰， 李長清

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·中樞神經影像學·

腦膠質瘤外科手術后輔助放療的MR波譜隨訪研究

陳旺生， 李建軍， 劉富金， 王奮， 王飛， 陳峰， 李長清

目的：探討腦膠質瘤外科手術后輔助放射治療的MR波譜變化趨勢和可能的病理學基礎。方法：搜集23例經手術病理證實的膠質瘤患者，術后均接受輔助放射治療，監測腦組織、部分病例的殘留腫瘤及復發腫瘤的代謝物濃度的變化趨勢，并與放療結束時的自身數據進行比較。結果：放射野內腦組織NAA/Cr、Cho/Cr和NAA/Cho值逐步降低，至放療結束后第3個月達最低水平，分別為1.83±0.16、1.27±0.10和1.02±0.15，然后逐漸升高至接近放療前水平，分別為1.73±0.17、1.45±0.07和1.31±0.18，差異具有統計學意義(F值分別為305.20、50.62和266.68，P值均<0.01)。7例殘留瘤體中5例未復發，3種代謝物比值放療后有所降低并保持在一定水平，2例復發者放療結束后第12個月NAA/Cr、Cho/Cr和NAA/Cho值分別為0.20±0.13、3.45±0.11和0.12±0.10，表明腫瘤細胞增值活躍，代謝旺盛，高度提示腫瘤復發，與第二次手術病理結果具有較好的一致性。結論：磁共振波譜通過監測代謝物濃度變化，能無創性反映膠質瘤術后放療腦損傷的修復過程，監測殘留瘤體放療后的生物活性，可為診斷腫瘤復發提供有價值的信息。

神經膠質瘤； 放射療法； 磁共振波譜學； 隨訪研究

腦膠質瘤是中樞神經系統發病率最高的原發惡性腫瘤，出現臨床癥狀而就診的膠質瘤多為Ⅱ～Ⅲ級，目前主要采取手術治療。雖然膠質瘤手術后可進行常規放射治療(簡稱放療)和化療，但其復發率仍然居高不下，往往需要進行第二次手術或增加劑量并擴大靶區放療。準確定位腫瘤復發區對保護本來已經受到重度創傷的腦功能區至關重要[1]。既往相關研究主要集中在腫瘤復發與放射性腦損傷方面[2-4]，尚缺乏關于外科手術后輔助放療的磁共振波譜的系統隨訪研究。本文搜集23例外科手術后接受輔助放療的高級別腦膠質瘤患者，對放射野內術后腦組織、部分病例的殘留腫瘤及復發腫瘤進行磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy,MRS)隨訪，旨在探討其變化趨勢和可能的病理學基礎。

材料與方法

1.病例資料

回顧性分析2009年5月-2012年12月在本院經術前影像診斷和術后病理證實的23例高級別腦膠質瘤(彌漫性膠質瘤除外)患者的病例資料，其中男14例，女9例，年齡34～56歲，平均38歲。病理分級為Ⅲ級15例，Ⅳ級8例，包括間變性星形細胞瘤9例，膠質母細胞瘤8例，混合性膠質-神經元腫瘤4例，膠質肉瘤2例。

表1　放射野腦組織3種主要代謝物比值的比較

注：放療結束時與放療結束后24個月比較，aP<0.05，bP<0.05。

表2　5例殘留非復發腫瘤和2例復發腫瘤的3種代謝物比值的比較

注：①因復發病例在放療結束后12個月后再次手術而無后續MRS數據；②術后放療前與放療后12個月比較，cP<0.05，dP<0.01。

2.檢查方法

每例患者檢查前均簽署檢查知情同意書。全部檢查均在西門子Verio 3.0T超導型MRI掃描儀上進行，采用標準頭部正交線圈。在手術后、輔助放療前行常規MRI平掃和Gd-DTPA增強掃描，常規掃描包括軸面T1WI(TR 400 ms，TE 15 ms)、T2WI(TR 4000 ms,TE 120 ms)、T2液體衰減反轉恢復序列(T2FLAIR，TR 6000 ms，TE 120 ms，TI 2000 ms)。增強掃描對比劑采用Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg，注射流率2.0 mL/s，其他參數同T1WI掃描。

波譜數據采集及分析：以T2FLAIR和3D-SPGR為波譜成像的定位圖，采用點分辨率線圈采集單體素及多體素波譜，感興趣區內勻場、抑水，確保水的半高帶寬值小于10后自動采集波譜。所有數據傳至設備自帶軟件進行波譜后處理，測得每個體素的線譜及波峰峰值，主要觀測的代謝物為N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)及膽堿(Cho)，動態觀察放射治療后各個不同時間段各部位線譜的形態改變及NAA/Cr、NAA/Cho、Cho/Cr比值的變化。

興趣區(region of interest，ROI)的選取：軟件自動分析完原始數據后，由2位高年資影像診斷醫師和1位放療科醫師對所獲得的圖像進行分析，選取有效區域的小體素數值進行分析。

3.統計學處理

測得放射野內各感興趣區不同時期的主要代謝物N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)和膽堿(Cho)的相對半定量濃度以及NAA/Cr、Cho/Cr和Cho/NAA比值，分析相關數值在治療過程中的變化趨勢。測量數據符合正態分布，采用SPSS 19．0軟件進行統計學分析，對NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho比值進行重復測量的方差分析(2例復發病例除外)，分別以放療前數據作為基線對照，以P<0．05為差異有統計學意義。

結　果

1.膠質瘤外科手術后、輔助放療前常規MRI表現

常規MRI檢查于外科手術2周后進行，23例中顯微鏡下顯示全切16例，術區常規T1WI呈稍低信號，T2WI呈稍高信號，增強掃描未見殘留腫瘤強化，伴少許水腫帶，部分病例可見少許積血及局部柔腦膜或硬腦膜強化；非鏡下全切而部分殘留7例(殘留率小于30%)，術區信號較混雜，T1WI呈稍低信號，T2WI呈稍高信號，殘留瘤體信號不均勻，增強掃描可呈均勻強化、不均勻強化或無明顯強化，大小范圍為(0.85×1.73) cm2～(2.36×3.21) cm2，周圍伴不同程度水腫，手術野可見少量積血，局部腦膜輕度強化(圖1a、b)。

2.輔助放療后的MRS動態隨訪

放射野中腦組織(n=23)、殘留非復發瘤體(n=5)和2例復發腫瘤在各隨訪時間點的3種代謝物變化見表1、2。

3.隨訪周期內2例復發病例的MRI表現和再次手術病理結果

在術后隨訪的第13和19個月，2例復發病例灶周水腫加重，增強掃描可見異常強化瘤體增大(圖1c、d)，MRS顯示Cho/Cr值明顯增高，最高達32.6，NAA/Cr值降低(圖1e、f)。首次手術病理結果分別為間變性星形細胞瘤(Ⅲ級)和膠質母細胞瘤(Ⅳ級)，第二次手術病理鏡下可見瘤體內不規則壞死區，腫瘤細胞密集，可見豐富新生腫瘤血管，Ki-67陽性細胞呈簇狀分布(圖1g、h)。

討　論

手術結合放療和化療是治療腦惡性膠質瘤的有效方案，由于手術野結構和成分相對復雜，手術后放療不同于單純的放療，影像學表現呈現多樣性，對放射性腦損傷、腫瘤復發、放療后假性進展的鑒別難度較大，成為相關學科的棘手問題[5]，磁共振波譜動態隨訪有助于從可能的病理演變角度進行探索。

圖1男，58歲，間變性星形細胞瘤Ⅲ級。a) 手術后T2WI示術區結構紊亂，可見囊腔，周圍腦組織伴水腫帶； b) 增強掃描示囊腔呈環形強化； c) 術后第15個月，腫瘤復發，實性成分填充術后囊腔； d) 增強掃描示實性部分不均勻強化； e) MRS示Cho峰明顯增高，NAA峰明顯降低； f) MRS示部分區域可見乳酸峰； g) 第2次手術病理鏡下示腫瘤細胞密集排列，異型性明顯，新生腫瘤血管豐富(×400，HE)； h) 細胞增值抗原(Ki-67)染色陽性細胞呈簇狀分布。

關于照射野內腦組織的神經元損傷，本組結果顯示，與放療前自身比較，自放療開始至結束后的3個月內，NAA/Cr值均呈下降趨勢，在放療結束后3～24個月內不同程度回升，但低于放療前水平。NAA是公認的神經元標志物，位于磁共振譜線的2.02 ppm處，單位體積腦組織內神經元的數目和代謝的改變都會引起NAA/Cr值的變化[6]，降低表明神經元丟失和/或其代謝障礙,回升則提示神經元功能的恢復趨勢。筆者分析，在接受輻射期間，由于射線作用于神經元的線粒體而引起能量代謝受損，并隨著射線劑量的增加進一步減低；另一方面，少數神經元的細胞膜和DNA受電離輻射作用在此階段發生調亡，單位體素內NAA含量相對減少。總之，NAA/Cr值降低幅度與腦組織損傷程度呈正相關。在放療結束后的3個月內，雖然放射線的直接作用終止，但NAA/Cr值仍呈下降趨勢，主要是由于放射線作用的序貫性[7]。然后，NAA/Cr值不同幅度回升，接近放療前水平，表明神經元的代謝功能得到一定程度的恢復，此外，細胞內外水腫程度減輕，單位體素內神經元數目增加。可見，動態NAA/Cr值可在一定程度上反映神經元的功能損傷及其修復狀態。

Cho/Cr值在膠質瘤術后輔助放療的隨訪中具有重要意義,不僅反映膠質細胞的代謝和功能，也是鑒別腫瘤復發與膠質增生的量化指標。Cho反映總膽堿的含量，包括磷酸膽堿、磷脂酰膽堿和磷酸甘油膽堿，與細胞膜磷脂代謝和髄鞘形成有關，在膠質細胞中的含量明顯高于神經元，因此認為Cho/Cr值的變化主要說明膠質細胞的代謝和功能變化[8]，Cho/Cr值升高表明膠質細胞增殖活躍和/或細胞膜代謝增高，降低則表明細胞膜磷脂合成和髄鞘形成的速度減慢。本組資料顯示在整個放療過程中，Cho/Cr值均呈下降趨勢，在放療結束后3～24個月內不同程度回升至接近或達到放療前水平。筆者分析認為，神經膠質細胞受放射線的生物作用后，線粒體能量代謝減弱、細胞活性降低，細胞膜磷脂合成和髄鞘形成速度減慢，Cho表達減少，Cho/Cr值降低；由于NAA/Cr和Cho/Cr值均降低，NAA/Cho值也隨之降低，其降低的程度取決于NAA/Cr和Cho/Cr的相對值。但是，也有學者在放療開始不久后就發現Cho/Cr值升高[9]，這可能與放療模式不同導致神經膠質細胞出現代謝異常的時間和損傷程度不同有關。需要強調的是，由于手術野結構和成分相對復雜[10]，MRS不同于單純的鼻咽癌放射性腦損傷，Cho/Cr值受多重因素的影響，尤其是伴有肉芽組織和較多膠質增生時，膠質細胞含量增多，細胞膜代謝增高，膠質增生的Cho/Cr值高于腦組織。

本組納入病例均為高級別膠質瘤，外科手術時難以鏡下全切，7例伴有殘留，術后增強掃描顯示較小殘留病灶短徑約1.0 cm，MRS掃描能較好地獲取其波譜數據。放療可誘發腫瘤細胞預設的程序性壞死以及應用放射線對腫瘤細胞的直接殺傷至其死亡[10]，從而達到破壞腫瘤組織的目的。理論上講，殘留腫瘤在放射線作用下，細胞增殖活躍度和代謝降低，Cho/Cr值降低；反之，如腫瘤復發則表現為腫瘤細胞增殖活躍，細胞代謝增加，Cho/Cr值升高，而且與增殖活躍程度呈正相關。本組結果發現，殘留腫瘤中除2例復發者外，放療后Cho/Cr值均下降，表明放射線不同程度抑制腫瘤分裂，甚至誘發異型性細胞程序性壞死。至于Cho/Cr值降低到什么程度復發的可能性小，尚未見相關文獻報道。筆者認為，Cho/Cr值呈下降趨勢提示腫瘤細胞生物活性得到抑制、增值能力降低，只要其比值不反彈，腫瘤復發的可能性相對較小，本組2例復發病例可為佐證。本組2例殘留腫瘤復發于放療后1年，常規MRI觀察到水腫加重，增強掃描示異常強化灶不規則增大，但未見遠隔異常強化灶，MRS表現為NAA/Cr和NAA/Cho值降低，Cho/Cr值明顯增高，Cho/NAA值高達38.6，提示細胞膜合成代謝旺盛，腫瘤細胞異常增殖活躍、細胞密度顯著增加，與第二次手術的病理結果具有較好的一致性，鏡下可見腫瘤細胞排列密集、豐富新生腫瘤血管、Ki-67陽性細胞呈簇狀分布。由此可見膠質瘤術后MRS隨訪，尤其是Cho/Cr值持續增高對診斷膠質瘤復發具有重要價值。有文獻報道，Cho/NAA值達到30可作為鑒別膠質瘤復發與膠質增生的依據。

本組病例數偏少，尤其沒有納入低級別膠質瘤病例，對統計分析的準確性不利，有待今后研究逐漸增加樣本量和樣本的多樣性，以得到更加準確的統計學結果。本研究僅部分病例手術前行MRS檢查，此外，由于納入病例均為高級別膠質瘤，瘤體大，MRS難以獲得鏡像區正常代謝物比值作為內參照，以上均為不足之處，尚需進一步完善。

綜上所述，將MRS用于腦膠質瘤外科手術后輔助放療的隨訪，通過監測代謝物濃度變化，可無創性反映膠質瘤術后放療腦損傷的修復過程，評估殘留瘤體放療后的生物活性，為診斷腫瘤復發提供有價值的信息，值得推廣應用。

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Follow-up MR spectroscopic study of adjuvant radiotherapy after surgery of brain glioma

CHENG Wang-sheng,LI Jian-jun,LIU Fu-jin,et al.

Department of Radiology,People's Hospital of Hainan Province,Haikou 570311,P.R.China

Objective：To investigate the change of MRS and possible pathological basis of brain glioma after surgery in addition with adjuvant radiation therapy.Methods：23 cases of glioma with surgery and pathology confirmed glioma of brain underwent adjuvant postoperative radiotherapy.MRS was used to monitor the metabolite changes of brain tissue,residual tumor and recurrent tumor,and comparisons were made based on MRS data.Result：MRS showed that NAA/Cr,Cho/Cr and NAA/Cho values of brain tissue within radiation field reduced gradually,which reached the lowest point at the end of the first 3 months after radiotherapy,which were 1.83±0.16,1.27±0.10,and 1.02±0.15 respectively.Then,increased gradually and almost reached the level before radiotherapy,which were 1.73±0.17,1.45±0.07,and 1.31±0.18,respectively,with statistically significant difference (Fvalue was 305.20、50.62 and 266.68 respectively，P<0.01).No recurrence was found in 5 of 7 cases with residual tumors the three metabolites ratio decreased after radiotherapy and maintain in a certain level;in 2 cases with recurrence,the NAA/Cr,Cho/Cr and NAA/Cho values were 0.20±0.13,3.45±0.11,and 0.12±0.10，respectively at 12 months after radiotherapy,indicating that this tumor had active proliferation and high metabolism,there was a good correlation with the pathology of second surgery.Conclusion:Via the monitoring of the change of metabolites,MRS can monitor the repair process of radiation injury of brain non-invasively after surgery treatment of glioma,which provides valuable information in the diagnosis of tumor recurrence.

Glioma; Radiotherapy; Magnetic resonance spectroscopy; Follow-up studies

570311海南省人民醫院放射科(陳旺生、李建軍、王飛、陳峰、李長清)，病理科(劉富金)，放療科(王奮)

陳旺生(1975-)，男，湖北蘄春縣人，博士，主任醫師，主要從事神經系統影像診斷和研究工作。

國家自然科學基金資助項目(81360233，81560282)；海南省重點科技項目(ZDXM20130069)；海南省自然科學基金項目(812154)；海南省衛生廳科研立項課題(2011-23,2012PT-19)

R739.41; R445.2

A

1000-0313(2016)01-0055-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.01.013

2015-03-27

2015-08-10)