3.0T MRI常規序列聯合DTI及1H-MRS在顱內腫瘤中的診斷價值

劉永輝，黎海濱，李素娟，陳錦燦，鄒光成 （廣東省肇慶市第一人民醫院放射科，廣東肇慶 526000）

顱內腫瘤是神經系統常見疾病，常引起顱內壓增高、腦功能區變形等，引發頭痛、癲癇等中樞神經系統癥狀，甚至危害生命。磁共振成像(MRI)是顱內腫瘤檢查中重要的一種手段，近年來其在不斷完善中也涌現了一些新的技術，如彌散張量成像(DTI)和磁共振波譜(MRS)。DTI是在彌散加權成像(DWI)的基礎上發展起來的一種新的MRI成像技術。DTI可在三維空間內定量分析組織內水分子的彌散運動，并通過彌散運動的各向異性特征進行成像[1]。其可量化水分子的各項異性，達到觀察組織微觀結構的目的，在顱腦腫瘤檢查中，可更清晰顯示白質纖維束走行，進而了解腫瘤的特征[2]。1H-MRS則是一種無創性研究活體器官組織代謝、生化變化及化合物的定量分析方法。筆者收集本院經手術病理證實的60例腦腫瘤病例，旨在探討3.0T MRI常規序列聯合DTI及1H-MRS在顱內腫瘤診斷中的應用價值。

1 資料和方法

1.1 一般資料

研究對象為我院2016年6月至2018年12月入院擬診斷顱內腫瘤的60例患者，均為首次來院檢查且未經治療。60例中，男35例，女25例；年齡8～84歲，中位年齡55歲。臨床癥狀主要表現為肢體不適、肢體抽搐、間斷性頭暈、下肢麻痹。60例顱內腫瘤均經手術病理證實，其中高級別膠質瘤26例(WHO Ⅲ～Ⅳ級)，低級別膠質瘤10例(WHOⅠ～Ⅱ級)，腦膜瘤15例(WHOⅠ～Ⅱ級)，髓母細胞瘤1例(WHO Ⅳ級)，轉移瘤8例。

1.2 檢查方法

MR頭顱檢查采用GE Signa HDx 3.0T MR掃描儀配套8通道頭部線圈，MRI常規橫軸面平掃：T2WI(TR 4 300 ms，TE 120 ms)，T1WI-FLAIR (TR 1 850 ms，TE 20 ms)，T2WI-FLAIR(TR 8 000 ms，TE 140 ms)，FOV 24 cm×24 cm，矩陣256×256，掃描層厚5.0 mm，層距0.5 mm，矢狀位T2WI (TR 4 300 ms，TE 120 ms)。增強掃描：經前臂靜脈注射釓噴酸葡胺(Gd-DTPA)，0.1 mmol/kg，行橫軸面、冠狀面和矢狀面檢查。MRS行單體素及多體素MRS檢查，采用點分辨選擇波譜(PRESS)技術，MRS參數為TR 1 500 ms，TE 144、35 ms，其中單體素容積2 cm×2 cm×2 cm，1次采集，評價指標包括腫瘤區及腫瘤周圍區Cho/Cr、NAA/Cr、Cho/NAA(峰值高度比值)。DTI采用自旋平面回波脈沖序列(SE-EPI)掃描35層，每層采集25個不同的梯度方向，掃描層厚5.0 mm，層距0 mm ，TR 8 000 ms，TE 102 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩陣128×128，b值為0 s/mm2和1 000 s/mm2。

1.3 圖像分析

觀察腫瘤發生的部位、大小、形態、MRI信號變化、增強方式及周邊水腫等情況。原始數據導入后處理工作站，測量腫瘤實質區、瘤周水腫區及對比側正常腦組織的各向異性分數(FA)并計算相對FA值(rFA)，平均彌散率(MD)并計算相對彌散率(rMD)、相對各項異性(RA)、容積比指數(VR)及重建DTT圖像，利用1H-MRS檢測出 Cho/Cr、NAA/Cr、Cho/NAA參考指標并進行統計分析。

1.4 統計學處理

采用SPSS 17.0進行統計學處理。計量資料以±s表示，采用配對t檢驗比較腫瘤實質區、瘤周水腫區及相應對比側正常區域觀測指標的差異，采用Mann-Whitney非參數檢驗比較腫瘤實質區與瘤周水腫觀測指標的差異，采用單因素方差分析(ANOVA)比較不同類型腫瘤MRS各項代謝物比值和腫瘤實質及瘤周水腫FA值的差異，檢驗水準α=0.05。

2 結果

腫瘤實質區FA、MD、RA、VR值均低于對比側正常區域的相應值，差異有統計學意義(P<0.01)，見表1。

表1 腫瘤實質區與對比側觀測指標的比較 (±s，n=60)

表1 腫瘤實質區與對比側觀測指標的比較 (±s，n=60)

觀測指標FA MD RA VR腫瘤實質區0.125±0.412 1.514±0.332 0.103±0.346 0.026±0.258對比側0.365±0.952 7.895±0.457 0.320±0.088 0.199±0.025 t值6.412 37.968 6.289 11.532 P值<0.01<0.01<0.01<0.01

瘤周水腫區FA、MD、RA、VR值均低于對比側正常區域的相應值，差異有統計學意義(P<0.01)，見表2。

表2 瘤周水腫區與對比側觀測指標的比較 (±s，n=60)

表2 瘤周水腫區與對比側觀測指標的比較 (±s，n=60)

觀測指標 瘤周水腫區 對比側 t值 P值FA 0.193±0.052 0.410±0.070 7.418 <0.01 MD 1.417±0.274 7.796±0.466 27.615 <0.01 RA 0.164±0.038 0.364±0.072 7.088 <0.01 VR 0.036±0.192 0.190±0.068 7.133 <0.01

腫瘤實質區的FA、rFA、RA、VR值低于瘤周水腫區的相應值，其中FA、RA值的差異有統計學意義(P<0.05)，rFA和VR值差異無統計學意義(P>0.05)。腫瘤實質區的MD、rMD值與瘤周水腫區的相應值差異無統計學意義(P>0.05)，見表3。

腫瘤實質區FA值按大小順序分別是腦膜瘤/高級別膠質瘤、低級別膠質瘤及轉移瘤，不同腫瘤實質區的FA值差異有統計學意義(P<0.01)。不同腫瘤瘤周水腫區FA值差異有統計學意義(P<0.01)。見表4。

1H-MRS檢測出腫瘤實質區Cho/Cr、NAA/Cr、Cho/NAA等參數在高級別膠質瘤、低級別膠質瘤、腦膜瘤和轉移瘤的腫瘤實質區與正常腦組織間差異有統計學意義(P<0.01)，見表5和圖1、2。

表3 腫瘤實質區與瘤周水腫區觀測指標的比較 M(P25, P75)

表4 不同腫瘤實質區、瘤周水腫區FA值的比較 (±s)

表4 不同腫瘤實質區、瘤周水腫區FA值的比較 (±s)

腫瘤類型高級別膠質瘤低級別膠質瘤腦膜瘤轉移瘤F值P值n 瘤周水腫區26 10 15 8腫瘤實質區0.162±0.055 0.134±0.095 0.265±0.095 0.115±0.042 10.62<0.01 0.165±0.060 0.216±0.037 0.244±0.082 0.260±0.082 6.75<0.01

表5 不同類型腫瘤實質區與正常腦實質區各代謝物比值的比較

圖1 右側額葉膠質母細胞瘤(WHOⅣ級)

圖2 額部大腦鐮旁腦膜瘤(WHOⅠ級)

3 討論

利用MRI常規序列有助于顯示腫瘤的定位及瘤周水腫[3]，但不足以對腫瘤進行定性和分期，而DTI則可以彌補常規MRI的不足[1]。DTI由Basser在1992年首次提出，其DTI量化的參數有很多，其中FA和MD是最重要的參數。FA有助于評估腫瘤的良惡性，其在正常腦組織中最高，而在腫瘤壞死區最低[4]。MD相比表觀彌散系數(ADC)能更全面反映彌散運動的快慢[1]。FA及RA值可以用來區分腦中正常組織、腫瘤實質區及瘤周水腫區[4]。

本研究發現，腫瘤實質區、瘤周水腫區相比正常腦組織，其DTI參數(FA、MD、RA、VR)均顯著低于對比側正常腦組織的DTI參數。腫瘤實質區的FA、RA值低于瘤周水腫區的FA、RA值。

腫瘤實質區和瘤周水腫區FA值均低于對比側正常腦組織，與既往研究成果一致[5-7]。 Price等[5]證實腫瘤側相比對比側正常腦組織，其FA值明顯下降。Sinha等[6-7]發現腫瘤實質區FA值下降。其機制可能有二：一是腫瘤壞死導致局部細胞結構的破壞而使組織的各向異性程度降低；二是腫瘤細胞浸潤神經纖維軸突之間，使得水分子彌散加快，各向異性程度降低[8]。腫瘤實質區MD值均低于對比側正常腦組織。影響MD值下降的主要原因為細胞結構，核漿比大以及致密的細胞結構會使得MD值下降[9]。腫瘤異常增殖、細胞數量多、細胞外間隙小、組織結構復雜[10-11]，可使得水分子彌散受限，導致MD值低。

瘤周水腫區的FA值較對比側正常腦組織低，究其原因可能為：一是惡性程度較高的高級別膠質瘤(WHO Ⅲ～Ⅳ級)對周圍侵犯導致白質纖維束的浸潤破壞；二是低級別膠質瘤(WHO Ⅰ～Ⅱ級)、腦膜瘤及轉移瘤雖對瘤周浸潤不明顯[12]，但其占位效應導致周圍白質纖維束的推壓移位，水腫選測點位置可能為白質纖維束的稀少部分。

本研究發現不同腫瘤實質中FA值存在差異，這與既往研究相一致[13]，可能與病理結構有關。腦膜瘤的FA值最高，高于膠質瘤和轉移瘤。由于腦膜瘤的腫瘤細胞呈旋渦狀排列，細胞質內有豐富的細纖維絲，對彌散起到了選擇性的阻礙作用，腦膜瘤具有較高的各向異性。高級別和低級別膠質瘤由于白質纖維束均被破壞，水分子不再沿著軸突方向走行，腫瘤組織內各向異性程度降低，即FA值降低；但高級別膠質瘤細胞具有高度增殖性和侵襲性等生物學行為，腫瘤細胞之間的間隙更小，水分子有可能沿著一定方向的細胞間隙擴散，因此相對低級別膠質瘤來說，高級別膠質瘤FA值更高。而轉移瘤大小不一，形態各異，常見壞死，因此各向異性程度降低。瘤周水腫通常是血管源性水腫，膠質瘤對瘤周浸潤越明顯，白質破壞、髓鞘脫失越明顯，導致FA值下降越明顯。在膠質瘤組，我們選擇了腫瘤實質區和瘤周水腫區兩個感興趣的區域進行比較，發現FA值在兩個區域的差異有統計學意義，腫瘤實質區的FA值低于瘤周水腫區的FA值，結合FA值的實際臨床意義，我們推測可能是由腫瘤浸潤由近及遠逐漸衰減的過程導致。

本研究發現代表著水分子擴散運動各向異性大小的指標RA、VR與對比側正常腦組織相比差異有統計學意義(P<0.01)。文獻證實，RA與FA呈現大體一致的變化趨勢[14-15]。VR則對高的彌散各向異性值更敏感[15]。這正是體現了DTI具有多參數評估的優越性。

通過重建得到的DTI及DTT圖像可明確顯示腦白質纖維束的方向性和完整性，可定量監測神經纖維束的變化過程[16]，對進一步了解顱內腫瘤病變所在區域及周圍區域對白質纖維束的破壞或壓迫情況十分有效。本研究發現，膠質瘤組與轉移瘤組的病例對周圍區域的白質纖維束有破壞中斷、數目減少的表現，腦膜瘤組病例對周圍區域的白質纖維束多呈受壓變形或移位，這與既往研究相符[17]。

1H-MRS通過無創的方法測定顱內腫瘤及周圍腦組織代謝化合物的水平，顱內腫瘤的類型不同和分級不同，其組織成分自然不同，1H-MRS測定的各種代謝物水平存在一定差異。本研究發現，膠質瘤、腦膜瘤、轉移瘤與正常腦組織比較Cho/Cr比值不同程度升高，NAA/Cr比值降低，Cho/NAA比值呈顯著升高。這反映出顱內腫瘤代表神經元活性的代謝物NAA峰有不同程度的降低，提示腫瘤組織的神經元受到破壞或缺失，而代表著顱內腫瘤細胞分裂增殖情況的Cho峰卻不同程度升高，提示腫瘤組織細胞密度增高，分裂活躍。腦膜瘤和轉移瘤作為腦外腫瘤理論上本應不含有NAA峰，但由于感興趣區包括了部分的腫瘤水腫區和鄰近的腦組織，會有部分容積效應的干擾，因此上述兩種腫瘤的NAA峰降低應理解為神經元的缺失。本研究還發現。高級別膠質瘤與低級別膠質瘤之間Cho/Cr比值升高程度與NAA/Cr比值降低程度亦有顯著差異，高級別膠質瘤Cho/Cr較高而NAA/Cr較低，這與既往的文獻報道結果一致[18]，反映出高級別膠質瘤的腫瘤組織細胞增殖比低級別膠質瘤更活躍，且使神經元破壞更嚴重，以此可以了解膠質瘤的惡性程度從而判斷病理分級。被認為比較有特征性的丙氨酸峰[19]，本組腦膜瘤病例中有2例出現。有研究表明轉移瘤與高級別膠質瘤水腫區的MRS表現可作為重要的鑒別診斷依據，高級別膠質瘤水腫區MRS可出現異常而轉移瘤水腫區MRS無異常，這可能與膠質瘤對周圍侵襲有關[20]。這些參數的差異有助于判斷腫瘤的類型。

雖然DTI及MRS技術有著較高的診斷價值，但由于技術還不夠完善，可能存在分辨率和信噪比低導致的測量誤差，DTI及MRS技術目前仍需結合MRI常規序列對顱內腫瘤進行診斷及鑒別診斷。本研究的樣本量相對較小，后期我們會收集更多的樣本以進一步明確我們的研究結論。

綜上所述，DTI在不同類型顱內腫瘤與對比側正常腦組織的參數存在一定的差異。FA、MD、RA值是DTI技術的重要參數，能為腫瘤診斷提供更多的信息。DTI較常規MRI可更精確觀察腫瘤和周圍腦白質的關系，以無創的方式在術前就可知腫瘤的浸潤程度，操作與常規MRI一致，且自帶數據處理工作站，臨床價值較大。1H-MRS能無創檢測出顱內腫瘤細胞代謝物的含量濃度，評估病變的性質及病理分級。MRI常規序列與DTI及1H-MRS聯合應用，相互補充，有助于顱內腫瘤的診治。