磁化率傳遞成像在腦膠質瘤分級及瘤周浸潤中的應用價值

何金龍，高陽，李波，王少彧，張華鵬

1. 內蒙古醫科大學附屬醫院 影像診斷科，內蒙古 呼和浩特 010050；2. 西門子醫療系統有限公司，上海 201318

引言

磁化率傳遞成像（Magnetization Transfer Imaging，MTI）的磁化率傳遞比（Magnetization Transfer Ratio，MTR）值可定量反映腦組織的完整性，能檢測組織中的自由水質子和細胞膜蛋白大分子表面的自由水質子磁化率變化的效能，任何因組織結構缺損而導致細胞膜蛋白大分子結構的改變或破壞均會引起MTR值的下降[1]。應用MTI技術能反映膠質瘤微觀結構破壞程度，對膠質瘤的顯示及邊界確定有較大價值。目前膠質瘤的功能成像應用較多，但對于膠質瘤MTI技術的文獻報道較少，本研究旨在探討MTI技術在膠質瘤分級及瘤周浸潤中的應用價值。評估瘤周浸潤情況，為臨床最大程度切除腫瘤提供更多證據。

1 材料和方法

1.1 臨床資料

選取2018年4月至2019年4月經病理證實，并在我院接受手術治療并經病理證實的膠質瘤患者34例，根據術后病理組織檢查分為高級別組和低級別組。高級別組20例，男12例，女8例；年齡2～75歲，平均年齡（48.7±20.0）歲；低級別組14例，男10例，女4例；年齡18～75歲，平均年齡（48.9±16.7）歲。

1.2 儀器與方法

采用simenzeSkyra 3.0 T MR掃描儀行頭顱常規序列（T2WI、T1WI、DWI）和MTI序列（MT-off、MT-on）掃描。MR設備下進行，采用8通道頭線圈，選用快速梯度回波序列（Gradient Echo，GRE）對受試者分別行未施加和施加飽和脈沖時軸面掃描各1次，MTI序列參數：TR 35.00 ms，TE 4.92 ms，層厚3 mm，層間距0，FOV 240 mm×240 mm，偏轉角25°，飽和脈沖頻率1200 Hz，頻寬30 Hz，全腦掃描共51層。通過simenze工作站后處理得到MTR圖（MTR=（MToff-MTon）/MToff 100%，MToff和MTon分別代表關閉和開放磁化傳遞脈沖）[2]。在MTR圖上分別在腫瘤實性區、水腫帶、同側似正常白質和對側似正常白質畫取大小相同感興趣區域（Region Of Interest，ROI），不同ROI導致數據偏差，為了避免這一偏差，我們采用相同大小ROI。

1.3 統計學方法

采用SPSS 23.0軟件進行統計分析，符合正態分布的計量資料以x-±s表示，兩組間比較采用t檢驗；采用方差分析比較高低兩種級別膠質瘤腫瘤實性區及水腫區MTR。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 膠質瘤MTR圖表現

MTR圖能定量顯示腦內膠質瘤，可明確膠質瘤實性部分的邊界，如圖1～2。病變區MTR值明顯減低，偽彩圖上可清晰顯示實性病變區邊界。

2.2 膠質瘤實變區與腦內不同區域間MTR值比較

腫瘤實變區MTR值為（10.22±2.13），對側似正常白質MTR值為（17.57±1.31），水腫區MTR值為（13.85±1.11），同側似正常白質MTR值為（18.11±0.40）。腫瘤實性區MTR值低于對側似正常白質、水腫區和同側似正常白質，差異有統計學意義（t=-17.93、-9.91、-20.23，P＜0.05）；腫瘤水腫區MTR值小于對側似正常白質和同側似正常白質，差異有統計學意義（t=-11.15、-17.04，P＜0.05）。同側似正常白質與對側似正常白質比較，差異無統計學意義（t=1.22、P＞0.05）。高低級別膠質瘤MTR偽彩圖，見圖3。

2.3 膠質瘤高低級別MTR值比較

高級別組膠質瘤實質區MTR值小于低級別組，差異有統計學意義（P＜0.05）；高級別組膠質瘤水腫區MTR值小于低級別組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

圖1 右額葉Ⅱ級膠質瘤

圖2 胼胝體及左側側腦室旁Ⅳ級膠質母細胞瘤

圖3 高低級別膠質瘤MTR偽彩圖

表1 膠質瘤高低級別MTR值比較

3 討論

MTI是指自由施加偏共振射頻時，大分子結合的質子被磁化飽和，自由水中的質子和與大分子結合的結合水質子之間的相互作用[2]。而通過磁化率傳遞（Magnetization Transfer，MT）效應將飽和效應轉移到自由水的質子，而導致自由水組織信號下降[3]。MT效應可通過施加射頻脈沖前后信號強度的差異進行量化，這種差異稱之為MTR。通過MTR這個參數可測量組織內相關的自由水質子和那些固定在細胞膜上的蛋白大分子的磁化交換效能。腦白質受MTI效應的影響，因而理論上可通過MTR的變化評價腦白質脫髓鞘病變。有研究認為腦膠質瘤的大分子含量明顯減少，而且MTI的交換率增加。腦膠質瘤可以破壞腦的正常結構并改變腦組織的含水量[4-5]。由于組織結構缺失的細胞膜大分子的任何病理變化如水腫的存在都將引起MTR值的下降[6]。

膠質瘤是成人中最常見的腦原發惡性腫瘤，治療主要依靠手術切除、放療和化療的聯合治療。目前評價膠質瘤的治療反應主要依靠影像生物標記物，常用的有T1增強后和FLAIR的聯合評估。更高級的技術還有動態對比增強、動態敏感增強、DWI、化學交換飽和轉移、MRS、DTI、ASL等。這些影像標記物往往用在治療后的1～3個月，這是臨床應用中普遍接受的時間點，然而它們在治療后早期或治療期間的評估潛力尚在研究中[7]。MT技術對大分子質子的濃度和它們與自由水質子交換比較敏感，能夠更早期對治療效果做出反應，Daniel等[8]研究了8例膠質瘤患者，得出結論腫瘤MT值顯著小于灰白質MT值，Xu等[9]和Hunter等[10]在鼠膠質瘤模型中也得出同樣的結論。MTI對疾病組織特征分析基于兩方面：一方面神經病理改變導致水分子擴散程度改變，引起該區域自由水與結合水的量及比例改變，影響MT效應；另一方面神經病理改變影響了結合水與大分子物質結合能力[11]。腦白質受MT效應的影響，因而理論上可通過MTR的變化評價腦白質脫髓鞘病變[12]。研究表明白質MTR反映的是白質髓鞘化程度，灰質MTR變化反映的是灰質的神經元數量、形態及細胞膜組成蛋白和磷脂等的變化[13]。而且，MT技術是一種非侵入性生物標記，可以在治療早期或之前確定療效，能提供較大的臨床應用價值[14]。

本研究中膠質瘤實變區、水腫區MTR值均明顯小于對側和同側似正常白質，與Rory等[15]研究結果一致。說明MTR值對腦組織的破壞非常敏感，腦組織輕微受累MTR即明顯降低，故MTR圖不僅可更精確顯示腫瘤邊界[16]。而且可以反映原發腫瘤的白質浸潤程度，這與膠質瘤水腫的浸潤特點一致，腫瘤的實際邊界要大于T2WI上顯示的邊界[17]，為臨床最大程度切除腫瘤提供了更豐富的信息。本研究中對高低級別的膠質瘤MTR值進行了比較，結果表明高級別膠質瘤組MTR值低于低級別膠質瘤組，提示MTI技術對于鑒別膠質瘤分級有重要價值，從微觀角度反映了細胞結構的完整情況，高級別膠質瘤細胞膜結構更易破壞，結合水成分減少，MT效能減低，因而導致MTR值下降更明顯。此外，高級別膠質瘤水腫區MTR值較低級別膠質瘤低，可能原因是高級別膠質瘤瘤周水腫浸潤要早于低級別膠質瘤，而且對水腫區的細胞結構的完整性破壞更嚴重，導致MTR值更低，這一結論與Lee等[18]研究結果一致，膠質瘤的瘤周水腫含有單純性血管源性水腫和浸潤性水腫，而低級別相較于高級別瘤周水腫，血管源性水腫的比重更大，浸潤性水腫比例相對較小，浸潤性水腫比例越高，細胞微結構完整性越差，故MTR值相對于高級別膠質瘤略高[19-20]。本文中水腫區測量取自膠質瘤實質邊緣1 cm范圍內，說明膠質瘤瘤周水腫1 cm范圍內浸潤的發生率較高，為臨床手術擴大1 cm切除腫瘤提供了佐證。

綜合分析，MTI技術對膠質瘤的分級及瘤周浸潤有重要的應用價值，可以定量分析腫瘤的邊界及瘤周浸潤范圍，對臨床手術擴大切除有重要意義。本研究尚存不足之處：① 樣本量較小，有待后續繼續增加樣本量；② 未對膠質瘤瘤周水腫進行分帶測量，后續將進一步探測瘤實質邊緣1 cm以外瘤周水腫區，以期進一步明確膠質瘤瘤周浸潤程度。