磁共振波譜多體素及單體素在診斷低級別膠質瘤急性和亞急性期腦梗死及病毒性腦炎中的診斷價值分析

白雪冬， 仇恒志， 王勝林 ， 邢千超， 曹振東， 曹宏偉， 萬立野

(承德醫學院附屬醫院放射科， 河北 承德 067000)

低級別膠質瘤、急性和亞急性期病毒性腦炎及腦梗死在臨床上有時出現類似的常規影像學表現，而三者的治療方式明顯不同，國內外常有誤診病例的報道，嚴重影響患者的預后，磁共振波譜(MRS)技術可以無創性地檢測在體及離體組織中的代謝產物組成、濃度水平及能量狀態從而反映機體的病理生理變化，該技術目前已經廣泛應用于臨床且較為成熟，應用MRS技術對三者鑒別的研究報道較少且不一致[1]，運用MRS的單體素及多體素技術各有優略，聯合應用可以實現優勢互補，本文旨在探討應用MRS多體素及單體素技術在鑒別低級別膠質瘤、急性和亞急性期病毒性腦炎及腦梗死鑒別診斷中的應用價值，以期為臨床診斷提供依據。

1 資料與方法

1.1一般資料：本研究是在病人知情同意以及承德醫學院附屬醫院倫理委員會批準的基礎上進行的。回顧性分析2017年3月至2019年10月在承德醫學院附屬醫院門診或住院的76例患者的臨床及影像學資料，其中病毒性腦炎27例,腦梗死28例，低級別膠質瘤21例，病毒性腦炎，腦梗死的檢查在病情急性或亞急性階段(發病時間<14d)。本研究不存在兩種或兩種以上疾病出現在同一患者的情況。病毒性腦炎病人納入標準[2]：①急性或亞急性起病，臨床表現為發熱、頭痛等疑似病毒感染所致的腦實質受損的局灶性癥狀;②腦脊液有或無炎性改變，找不到細菌感染的證據;血清抗體滴度明顯增高;③腦電圖呈彌散性異常(部分可局灶化);④顱腦MRI表現為腦實質多發或單發病灶。低級別膠質瘤納入標準：低級別膠質瘤均經過手術病理證實，按2016年WHO分級標準:Ⅰ～Ⅱ級星形細胞瘤為低級星形細胞瘤急性及亞急性期腦梗死經臨床針對腦梗死的治療后，癥狀明顯改善或影像隨訪病灶明顯縮小證實。排除標準：患者有嚴重幽閉恐懼，患者體內有如心臟起搏器，胰島素泵、骨折手術后固定鋼板、鋼釘、鏍絲、人工假肢或關節、助聽器、人工耳蝸、中耳移植物等金屬異物，不能配合完成MR常規檢查及MRS檢查的，磁共振譜線均勻性及一致性差，信噪比差，基線不穩定。

1.2MRS檢查技術:采用德國西門子3.0T(Magnetom Verio)超導磁共振成像儀對所有研究對象進行常規MRI平掃及增強檢查，8通道頭顱正交相控線圈，軸位，矢狀位及冠狀位，最后做多體素及單體素MRS分析。常規平掃序列包括軸位T1WI,T2WI,FLAIR,矢狀位T2WI，增強序列包括T1WI軸位，T1WI冠狀位，T1WI矢狀位，MRS序列包括單體素(TE=35ms)，多體素(TE=135ms)。磁共振成像包括T1加權成像(重復時間[TR]，1.90ms；回波時間[TE]，2.93ms；層厚：1mm；視野[FOV]，250×219mm2；采集平均次數1)和T2加權液體衰減反轉恢復(T2-FLAIR)序列(TR，9.00ms；TE，96ms；TI，2.5ms；層厚，2mm；矩陣大小，256×160)以及MR增強掃描.單體素：帶寬：1200Hz,矩陣：1024×1024，Delta頻率：-2.7ppm，TR:2000ms，TE:30ms，體素大?。?0×20×20mm3，翻轉角：90deg，水抑制模式及帶寬：弱，50HZ。采用三維多體素點分辨序列(相位編碼方式：加權采樣，平均模式：長程，水抑制模式及帶寬：弱，50HZ：PRESS；TR，1700ms；TE，135ms；層厚15mm；相位編碼16×16×16；FOV，120×120mm2，翻轉角：90deg，帶寬：1200Hz)。掃描完原始圖像傳輸至Siemens syngo MR工作站由自帶Spectroscopy波譜后處理軟件自動進行后處理,軟件自動調整波譜的相位和化學位移、基線校正，自動將采集到的代謝物和軟件內自帶代謝物譜線自動擬合得出N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、膽堿(Cho)、肌酸(Cr)、肌醇(MI)、乳酸(Lac)脂質(Lip)等代謝物參數，分別將Cr峰及NAA峰作為分母，得出相關代謝物比值。

1.3MRS定位：盡量避開病變周圍顱骨、含腦脊液區以及病變內部囊變壞死區、盡量靠近病變的強化區，病變周圍水腫區盡量將體素框放置于水腫區中心，盡量避免鄰近正常組織干擾。采用鏡像對稱方法對健側進行采集，體素框根據病變大小進行調整，在病變允許的情況下盡量為20mm×20mm×20mm。MRS的準備階段包括水抑制自動程序，自動勻場，調整射頻和梯度系統，以及水抑制的采集，以校正磁場畸變。波譜分析包括在病變中心，病變的鏡像對側以及正常區域。

2 結 果

2.1三組患者臨床表現：根據入組標準確診為急性及亞急性期病毒性腦炎的27例病人，其中男13例，女14例，年齡18～65歲，平均年齡42±4歲；急性及亞急性期腦梗死28例，其中男17例，女11例，年齡45～75歲，平均年齡65±2.5歲，低級別膠質瘤21例，其中男9例，女12例，年齡35～62歲，平均年齡46±3.5歲，三組臨床表現復雜多樣，癥狀有重疊，低級別膠質瘤病人主要頭痛，嘔吐，癲癇，及意識障礙，精神行為異常，病毒性腦炎及腦梗死為急性和亞急性起病，主要表現為頭痛、嘔吐、精神及行為異常、偏癱意識障礙。

2.2三組患者磁共振波譜(MRS)代謝物表現：入組患者所有MRS半高寬均小于20，譜線均勻性及一致性較好，信噪比不小于3，能進行有效分析。急性及亞急性期病毒性腦炎MRS表現為Cho峰減低或者未見明顯變化、NAA峰輕度降低，Cho/Cr輕度升高、NAA/Cho輕度降低，有2例出現出現較小的低淺的乳酸峰，未見明顯脂質峰(lip)，有4例可見肌醇(MI)峰。低級別膠質瘤表現為：Cho峰均較對側增高，NAA峰減低，8例Cr峰輕度降低，2例見Lac峰，18例見MI峰。腦梗死MRS顯示病變側有3例丘腦-基底節區及2例腦室旁Cho未變化或稍高，余23例病變NAA不同程度減低，NAA/Cr值減低，24例病人出現Lac峰。(均P<0.05)

2.3MRS代謝物統計學分析:Cho/Cr，NAA/Cho，NAA/Cr在低級別膠質瘤，急性及亞急性期病毒性腦炎及腦梗死方差分析顯示差異有統計學意義。Cho/Cr，NAA/Cho，NAA/Cr在低級別膠質瘤，急性和亞急性期病毒性腦炎及腦梗死方差分析顯示差異有統計學意義(P<0.05)，低級別膠質瘤Cho/Cr，NAA/Cho，NAA/Cr高于腦炎組及腦梗死組(P<0.05)，病毒性腦炎與腦梗死間比較Cho/Cr，NAA/Cho，NAA/Cr差異無統計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 低級別膠質瘤急性及亞急性期病毒性腦炎及腦梗死代謝物的比較

圖1 病毒性腦炎

男45歲①T2-flair圖像顯示左側額葉病變呈高信號；②為左側額葉病灶MRS圖像可以檢測出NAA峰略減低，Cho峰稍高峰，Cr峰略減低且同時出現小而低的lac峰，Cr峰略減低,肌醇峰正常。③為抗病毒治療2周后復查T2FLAIR圖像顯示病變明顯吸收。見圖1。

圖2 腦梗死

女54歲，左側肢體無力3d,圖①顯示右側基底節區見片狀高信號②MRS顯示Cho峰減低，MI峰稍高，于1.33ppm處見Lac峰，臨床隨訪證實腦梗死。見圖2。

2.4Cho/Cr，NAA/Cr,NAA/Cho比值對低級別膠質瘤與非腫瘤病變鑒別診斷價值:ROC受試者工作特征曲線示，Cho/Cr，NAA/Cr,NAA/Cho比值的ROC曲線下面積為0.942，0.399、0.314，其中Cho/Cr取界值為2.35時，鑒別低級別膠質瘤與非腫瘤病變的靈敏度為90.5%，特異度為91%，見圖4。

圖3 彌漫星形細胞瘤

男56歲,圖①顯示雙側半卵圓中心見不規則高信號，圖②MRS顯示左側半卵圓中心病變Cho峰升高，NAA峰減低，MI峰高。見圖3。

圖4 ROC受試者工作特征曲線

3 討 論

臨床和影像上典型的腦梗死診斷較為容易，如臨床急性亞急性起病，影像表現和血管分布區匹配，但是當病變部位與血管分布不匹配，CTA或MRA未見明顯異常時，特別是在急性和亞急性期腦梗死及腦炎階段，低級別膠質瘤與二者鑒別困難，病毒性腦炎可雙側對稱發病，可單側發病，可單個腦葉受累，也可多個腦葉同時受累，顳葉受累較多，灰質受累為主，也可以灰白質同時受累，灰白質同時受累時和其他兩者鑒別存在困難，低級別膠質瘤彌漫浸潤生長，可以表現為局限性腫塊，也可表現為類似梗死和腦炎的彌漫異常信號，三者MR增強均可出現不強化，彌漫性強化和環形強化，此時常規MR對三者鑒別存在困難。

磁共振波譜技術(MRS)在診斷神經系統疾病較為成熟。相比常規MR，這項技術可以無創性地評估大腦中特定區域的代謝物和神經化學物質，特別適用于評估中樞神經系統炎癥腫瘤及缺血性疾病[3]，進而從代謝物角度提供疾病的診斷與鑒別診斷信息。單體素多采用短TE時間，掃描時間短，容易克服磁場不均勻性影響，有利于顯示更多短TE的代謝物，比如肌醇,乳酸等代謝物，鑒于此，本文中數據來自單體素。多體素覆蓋范圍較大，一次采集可以得到多個體素信息，容易受到磁場不均勻性影響，采用長TE掃描，掃描時間長，波譜基線更平穩，乳酸峰于短TE時間顯示位于基線以上而長TE時間采集位于基線以下，這樣綜合應用單體素多體素技術有利于更準確判斷是否存在乳酸峰以及脂質峰[4]。本研究應用單體素及多體素MRS技術相結合優勢互補，有利于更精準檢測腦內代謝物。

目前MRS可檢測到的代謝物如下，NAA:N-乙酰天冬氨酸峰(共振頻率位于2.01 ppm處)是僅在神經元，軸突和樹突中發現的代謝物，被認為是一種神經元標記物。肌酸(3.02ppm)代表含有肌酸和磷酸肌酸的分子的結合，它們參與調節細胞新陳代謝。在生理和病理條件下，肌酸被認為是大腦中最穩定的代謝物。膽堿峰(3.2ppm)參與細胞膜合成和降解，是反應髓鞘形成、細胞代謝和膠質增生的指標。肌醇(3.5～3.6ppm)是三磷酸肌醇細胞內第二信使系統的一部分，其在膠質細胞中含量更豐富，因此被認為是膠質細胞的標志物，在膠質細胞中起到重要的滲透調節作用。Lac峰(1.33ppm)病理狀態才能看到，表現為雙峰，在短TE采集時位于基線以上，長TE位于基線以下，Lac是厭氧糖酵解的產物。

低級別膠質瘤與急性及亞急性階段腦梗死及病毒性腦炎比較：NAA/Cr，Cho/Cr，NAA/Cho的差異均有統計學意義，相比較腦梗死而言，低級別膠質瘤的NAA/Cr減低，Cho/Cr升高，NAA/Cho減低。分析原因可能為低級別膠質瘤腫瘤細胞增殖，細胞膜崩解和更新，造成Cho峰增高，該階段細胞膜轉運功能障礙造成細胞毒性水腫為主，細胞缺血缺氧出現功能障礙，進而造成NAA，Cho，Cr降低有關。

低級別膠質瘤與急性及亞急性階段病毒性腦炎比較，NAA/Cr降低，Cho/Cr升高，差異有統計學意義。低級別膠質瘤可以造成正常腦組織神經元破壞，造成NAA峰減低，病毒性腦炎NAA峰減低程度不如低級別膠質瘤，有研究認為神經元是病毒進入中樞神經系統后感染的主要靶細胞，NAA減少是由于神經炎癥引起的神經元功能障礙或神經元死亡導致的神經元丟失[5]，以上發現可解釋為：病毒性腦炎病理過程主要表現為病毒可對腦組織直接侵犯或者誘發宿主對病毒抗原發生免疫反應影響腦細胞代謝，為皮層灰質及皮層下灰質核團的局限性或彌漫性水腫,單核細胞、淋巴細胞和漿細胞浸潤炎癥細胞在小血管周圍呈套袖樣分布，血管周圍組織壞死，神經細胞廣泛變性、壞死，以及脫髓鞘改變，修復期時可見膠質細胞增生[6]。早期神經元變性、損傷，伴隨著正常細胞膜結構的破壞，慢性期免疫細胞增殖，炎性脫髓鞘及膠質增生，本研究中均為急性和亞急性期病例，膠質增生和修復程度發生較少，低級別膠質瘤惡性浸潤生長，細胞膜破壞和更新混合存在，所以MI峰及Cho峰增高較病毒性腦炎增高明顯，楊喜彪等[7]研究發現，膠質瘤和腦炎比較,MI/Cr，Cho/cr增高，與本研究相近。另外本研究膠質瘤病例中有18例出現MI峰，病毒性腦炎中有4例出現低淺的MI峰,一些學者也發現低級別膠質瘤表現出較高的MI峰，這可能是由于低級別膠質瘤的細胞分裂指數較低，因此，細胞分裂原(觸發細胞有絲分裂的物質)較少。一些細胞分裂原可以影響磷脂酰肌醇的代謝，肌醇也參與磷脂酰肌醇的形成。因此，磷脂酰肌醇代謝缺乏激活導致肌醇積累。

病毒性腦炎和腦梗死比較，NAA/Cr，Cho/Cr，NAA/Cho在二者間差異無統計學意義，分析可能是二者病程以及病情存在重疊有關。但是本研究觀察到病毒性腦炎組有2例見到小而低的乳酸峰，所有腦梗死均可見到lac峰。在一些生理狀態下很難檢測到lac峰，在新生兒出生后的前幾個小時內，可以探測到Lac峰，Lac是厭氧糖酵解的產物，在缺氧代謝下，如腦缺氧、缺血、感染性病變，癲癇發作和代謝紊亂(尤其是線粒體功能紊亂)時，其濃度增加。本研究中膠質瘤組未見到lac峰，因此，lac峰可能在低級別膠質瘤、病毒性腦炎和腦梗死的鑒別中存在一定的臨床意義。

本研究存在一定的局限性，由于臨床檢測病毒性腦炎試劑價格昂貴種類,疑似確診的病例一般都及時抗病毒治療，故大部分病毒性腦炎不能得到病原學診斷。另外，本研究患者病例數目較少且為單中心研究，隨著病人例數以及多中心研究的進一步推進，有望得出更準確的結論。

綜上所述，MRS多體素及單體素技術結合實行優勢互補，在診斷低級別膠質瘤，急性和亞急性期腦梗死及病毒性腦炎鑒別診斷中具有一定的臨床價值，可成為常規MR影像的有效補充。Cho/Cr比值對于低級別膠質瘤與急性和亞急性期病毒性腦炎和腦梗死鑒別的價值較大。