SWI及1H-MRS在鑒別WHO II～IV級腦膠質瘤中的應用

杜常月，苗娜，齊旭紅，溫智勇

首都醫科大學電力教學醫院 放射科，北京 100073

引言

膠質瘤占所有原發性腦腫瘤的27.5%左右，同時占所有惡性原發腦腫瘤的80%[1]。因為磁共振增強掃描對膠質瘤分級的準確評估有一定的局限性[2]，所以，本研究探討另外兩種序列掃描。

磁敏感加權成像技術（Susceptibility Weighted Imaging，SWI）是一種功能成像，可以通過顯示脫氧血紅蛋白，進而顯示微小血管和微出血，用于評價腫瘤內血管的發生及出血情況[3]。腫瘤生長過程中伴隨著血管的生長，因而理論上，SWI 對腦膠質瘤的鑒別有一定的價值。同時，也有研究表明，SWI 半定量評估腫瘤內敏感性信號（Intratumoral Susceptibility Signal，ITSS）強度對膠質瘤分級有重要的臨床意義[4]。

磁 共 振 氫 質 子 波 譜（1H Magnetic Resonance Spectroscopy，1H-MRS）是一種可以反映細胞代謝的功能成像。通過量化光譜中的膽堿（Cho）、肌酸（Cr）、N-乙酰天冬氨酸（NAA）、脂質（Lip）和乳酸（Lac）等物質來反映細胞代謝物的改變[5]，進而推測腫瘤的發生、發展過程。目前，1H-MRS 已經用于研究許多神經疾病的代謝變化，如腦腫瘤、癲癇、放射性損傷等[6]。

由于II、III、IV 級膠質瘤在臨床表現、遺傳學特征和臨床管理等方面有顯著差異[7]，所以，針對膠質瘤各級之間的鑒別有很大的研究價值。本研究采用3.0T 磁共振掃描儀，進一步探討SWI 及1H-MRS 兩種技術對鑒別各級膠質瘤的診斷價值。

1 材料與方法

1.1 病例資料

本研究為前瞻性研究。選取2016 年4 月至2018 年3月期間到我院就診，并經術后病理證實的腦膠質瘤患者81例。按照WHO 分級方法將上述患者分為3 組：II 級共30例，男性18 例，女性12 例，平均年齡（41.0±12.5）歲；III 級共13 例，男性6 例，女性7 例，平均年齡（43.2±12.7）歲；IV 級共38 例，男性21 例，女性17 例，平均年齡（53.5±10.9）歲。所有患者均未接受過任何放化療，于術前完成了頭顱MRI 平掃、SWI 和1H-MRS 序列掃描以及頭顱MRI 增強掃描，所得圖像清晰，其中運動偽影太重、波譜曲線失真的病例未納入其中。

1.2 儀器與方法

采用GE Discovery 750W 3.0T MR 掃描儀及24 通道頭顱表面線圈進行成像。掃描序列包括：① 頭顱MRI平掃：軸位T1WI（TR 2087.4 ms，TE 24.0 ms），軸位T2WI（TR 5281.0 ms，TE 104.0 ms），軸位T2 FLAIR（TR 9000.0 ms，TE 95.0 ms），視野 24 cm×24 cm，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm；② SWI 采用Ax SWAN 序列（TR 38.3 ms，TE 22.9 ms），FA 15°，視野 24 cm×21.6 cm，矩陣352×288，層厚2.0 mm，無層間距，NEX 0.69；③ 二維多體素1H-MRS檢查：采用點分辨波譜（PRESS）技術（TR 1000 ms，TE 144 ms，NEX 1 次，掃描時間5′28″），選取腫瘤實質區最大層面進行定位，并涵蓋腫瘤實質區、瘤周區及健側腦組織區，定位時盡量避開了骨骼、脂肪、含氣結構等，盡量避免影響結果；④ 頭顱T1WI 序列的增強掃描（軸位、矢狀位及冠狀位）。

1.3 數據分析

將圖像載入GE ADW 4.6 工作站，進行后處理重建，分別計數和測量腫瘤實質區的ITSS 評分值和1H-MRS 參數值（圖1～3）。

圖1 WHO II級膠質瘤圖像

圖2 WHO III級膠質瘤圖像

圖3 WHO IV級膠質瘤圖像

通過后處理，獲得SWI 的SWI MinIP 圖和相位圖。在SWI MinIP 圖上對腫瘤內可見的低信號線性或點狀的易感性病灶進行計數評分。ITSS 評分的程度分為以下幾個等級[4]：0 分為沒有ITSS；1 分為1～5 個點狀或細線性ITSS；2 分為6～10 個點狀或細線性的ITSS；3 分為11 個或更多的點狀或細線性的ITSS。由于鈣化在校正的相位圖上表現為高信號，而微血管和微出血表現為低信號，故可以利用校正的相位圖剔除鈣化。

經過后處理，獲得1H-MRS 代謝物與解剖圖的疊加圖、代謝物比率圖和分布圖。在定位圖上，于腫瘤最大層面，選取實性部分和健側腦組織區分別放置1～3 個感興趣區（Region of Interest，ROI）進行測量，ROI 的大小約為56 mm2。記錄病灶區的Cho、Cr、NAA、Cho/Cr、Cho/NAA 以及NAA/Cr 值，并分別計算其與健側腦組織區代謝物的比值（相對參考值），即r Cho、r Cr、r NAA、r Cho/Cr、r Cho/NAA以及r NAA/Cr；每組數據取平均值以減少誤差。

為進一步減少誤差，所有數據均由三位醫師重復測量取平均值得出。

1.4 統計學分析

應用SPSS 24.0 統計軟件包進行分析，ITSS 采用非參數 Mann-Whitney U 檢驗，對1H-MRS 參數值采用單因素方差ANOVA 分析進行組間比較，表示差異有統計學意義。利用受試者工作特性（Receiver Operator Characteristic，ROC）曲線評估兩種技術對膠質瘤分級的診斷效能。

2 結果

經過統計學分析，1H-MRS 各參數的統計分析均值及P值，見表1。ITSS 值在不同級別膠質瘤中的分布情況，見表2。利用ROC 曲線分析SWI 及1H-MRS，得到曲線下面積（AUC），根據Youden 指數最大，確定敏感性和特異性（表3 和圖4）。

表1 1H-MRS各參數值統計結果表

表1 1H-MRS各參數值統計結果表

WHO分級 r Cho r Cr r NAA r Cho/Cr r Cho/NAA r NAA/Cr II (n=30) 1.92±1.15 1.53±1.44 0.40±0.15 1.91±1.41 6.33±4.88 0.53±0.48 III (n=13) 3.05±1.67 1.09±0.44 0.23±0.08 3.15±1.92 15.25±9.79 0.24±0.10 IV (n=38) 2.65±1.72 1.54±1.06 0.30±0.18 2.39±1.97 13.01±12.08 0.29±0.26 P (II vs. III) 0.108 0.495 0.000 0.097 0.021 0.008 P (II vs. IV) 0.111 0.999 0.051 0.516 0.009 0.043 P (III vs. IV) 0.841 0.454 0.187 0.382 0.877 0.702

表2 膠質瘤的ITSS值分布表（例）

圖4 ROC曲線

3 討論

SWI 采用高分辨率、三維完全流動補償的梯度回波序列進行掃描，經過后處理將幅值圖和相位圖融合，形成圖像對比[8]。脫氧血紅蛋白及出血的代謝產物由于快速自旋回波失相位，導致信號缺失，在SWI 圖像上表現為顯著的低信號[9]。

1H-MRS 作為診斷膠質瘤的補充工具[10]，可以反映不同級別膠質瘤中代謝物的改變。其中膽堿（Cho）是反映細胞膜的標記，肌酸（Cr）是能量代謝的標志物，N-乙酰天冬氨酸（NAA）是神經元狀態和完整性的標記。通過反映膠質細胞的神經元功能障礙、神經元丟失和反應性神經膠質增生[11]，進而推測腫瘤的病理類型。

本研究數據顯示：ITSS 值在區分II 級與III 級、II 級與IV 級以及III 級與IV 級中均有意義（），表現為級別越高，ITSS 評分值越高。這提示膠質瘤級別越高，瘤內新生血管越豐富、越容易出血。分析原因可能是：① 腫瘤新生血管大多是不成熟的血管，通透性比較高且缺乏淋巴管回流，導致腫瘤血管內血液黏滯度、血流阻力明顯增加[12]。所以血液停留時間過長，導致脫氧血紅蛋白的產生，SWI 表現為低信號；② 膠質瘤級別越高，瘤內微小血管的病變可能越顯著；③ 隨腫瘤級別增高，瘤血管的生長供不應求。所以，瘤細胞分泌大量的血管內皮生長因子，極大地促進內皮細胞的增殖和血管形成[13]，且由于缺氧容易導致血管內脫氧血紅蛋白增多及出血，所以SWI 低信號越多，形成惡性循環。

1H-MRS 參數r NAA 在鑒別II 級與III 級有統計學意義（），r Cho/NAA、r NAA/Cr 在鑒別II 級與III 級、II 級與IV 級中有統計學意義（），表現為腫瘤級別越高，NAA 含量相對越少。這與以往的研究部分類似[14-15]。NAA 含量低，表明正常神經元受侵犯，原因可能是隨膠質瘤級別增高，侵襲性隨之明顯，腫瘤細胞侵犯正常神經元結構。有研究表明，Cr 相對恒定，且不受病理改變的影響，通常用作計算代謝物水平的內部參考[16]，本研究結果Cr 變化不顯著，進一步支持了這一觀點。同時，本研究中r Cho值也無統計學意義，分析原因可能是，不同級別膠質瘤雖然瘤細胞增殖不同，但是總體的膜數量或面積差別不大。

另外，有研究顯示，Cho/NAA、NAA/Cr 可用于膠質瘤分級，而Cho/Cr 無分級價值[17]。也有文獻報道，高、低級別膠質瘤之間的NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr 均有統計學差異[18]。而本研究中，r Cho/Cr 在膠質瘤分級中無意義，與前者結果類似。這至少說明，Cho/Cr 相關參數在膠質瘤分級中是不穩定的。分析其原因，可能是各級膠質瘤中Cho 及Cr 變化不顯著，導致Cho/Cr 相關參數相對不準確。而在腫瘤生長活躍區NAA 破壞是明顯的[19]，所以NAA 相關參數（包括r NAA、r Cho/NAA、r NAA/Cr）對膠質瘤的分級意義更大。通過對1H-MRS 各個參數分別進行ROC曲線分析，發現r NAA 在鑒別II 級與III 級、II 級與IV 級中的AUC 值也最大（分別為0.828 和0.697），進一步證實了這一推論。

表3 各參數的AUC值、敏感性和特異性

SWI 在鑒別II 級與IV 級中AUC 值最大（0.958），敏感性和特異性分別為97.4%、93.3%。1H-MRS 在鑒別II 級與III 級中AUC 值最大（0.921），敏感性和特異性分別為92.3%、83.3%。在鑒別III 級和IV 級的差別中，僅SWI 有統計學意義，而且兩種技術的AUC、敏感性和特異性均相對比較低。分析原因可能是，III 級和IV 級同屬于高級別膠質瘤，在代謝改變的情況上，二者差異不夠顯著。而在血管生成程度方面雖然有差異，但是敏感性和特異性不如鑒別II 級與IV 級、II 級與III 級。此外，綜合兩種技術獲得的AUC 值，在各組中均為最大，敏感性和特異性也較高，尤其對II 級和IV 級的鑒別更為顯著。

綜上，1H-MRS 僅對鑒別II 級和III 級、II 級和IV 級有臨床意義，SWI 對鑒別各級膠質瘤都有臨床意義；并且SWI 的AUC、敏感性和特異性相對較高。聯合兩種技術，具有最高的敏感性和特異性，有更高的臨床價值。

本研究的局限性：本研究主要探討腫瘤實質內1H-MRS及SWI 的信息，所以并未涉及瘤周水腫區的生化信息；后續的研究將進一步對瘤周區域展開探討。