3.0 T磁共振波譜成像聯(lián)合擴散張量成像對小兒髓母細胞瘤的相關分析

朱凱，曾立紅，張曉凡，徐守成，郝明珠，蔡靜怡

髓母細胞瘤(medulloblastoma，MB)是小兒顱內(nèi)較常見的惡性腫瘤，是小腦的胚胎性腦腫瘤，發(fā)病率為2.0%～5.8%約占兒童顱內(nèi)腫瘤的18.5%，目前在MB診斷中，磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)傳統(tǒng)序列能提供腫瘤的大小、邊界、內(nèi)部信號特征等形態(tài)學方面的特點，其診斷價值有限[1]。氫質子波譜(1H-magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)和擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)評估生物標記物檢測的一個重要因素是3.0 T MRI 在臨床上的應用越來越廣泛，新的成像技術1H-MRS 和DTI 都有各自特點，能夠提供有關組織特性，結構和基本代謝過程的信息，術前診斷會影響嘗試手術切除的程度范圍，允許及時計劃輔助治療并與家人進行討論。所以探查小兒MB 特點，越來越受到臨床醫(yī)生的重視，腫瘤組織細胞分子水平代謝物的生化信息及對周圍組織纖維束受壓、侵襲情況，從分子水平解釋和定量分析腫瘤組織細胞[2]。筆者通過回顧性分析21 例MB1H-MRS 和DTI 數(shù)據(jù)，旨在探索1H-MRS 聯(lián)合DTI 技術在MB 診斷中的價值，對幫助診斷和治療提供影像學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回 顧2017 年 至2019 年10 月 檢 查 的MB 患兒1H-MRS 和DTI 數(shù)據(jù)及信息完整的病例21 例，其中13 例男，8 例女，年齡范圍2 個月至11 歲，平均年齡(32.28±22.24)個月，11 例發(fā)生在小腦蚓部，7 例發(fā)生在第四腦室內(nèi)，3 例發(fā)生在右側小腦半球；19 例患者磁共振檢查時并發(fā)腦積水；年齡最小2 個月發(fā)病，術后脊髓轉移，6個月時去世。同時行年齡匹配21名健康對照組1H-MRS和DTI檢查，其中男13名，女8名，年齡范圍2 個月至11 歲，平均年齡(32.23±22.21)個月。本研究經(jīng)本單位醫(yī)學倫理委員會批準(批準文號：2016-IEC-07)，免除受試者知情同意。

1.2 納入及排除標準

納入標準：均經(jīng)病理組織學確診，臨床影像資料保存完整，患者家屬知情同意。排除標準：檢查過程中不配合的患兒，數(shù)據(jù)基線不穩(wěn)，病理結果收集不詳?shù)摹?/p>

1.3 儀器設備

采用Ingenia 3.0 T磁共振儀(美國Philips)。

1.4 檢查方法

常規(guī)的成像設備被用來顯示已知特征描繪原發(fā)性腫瘤的邊緣，1H-MRS 檢查采用點分辨多體素譜(point resolved spectroscopy sequence，PRESS)，重復時間(TR 2000 ms)和回波時間(TE 144 ms)各采集一次，層厚10 mm。根據(jù)腫瘤大小采用1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm 或1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm 的體素(VOI)。水抑制數(shù)據(jù)從較大的體素128次重復和較小的體素256次重復中獲得。DTI檢查采用單次激發(fā)回波平面成像(single-shot echo planar imaging，SS-EPI)序列，TR 5000 ms，TE 60 ms，16 個方向，層間距0 mm，層厚2 mm，60層，視野(FOV) 230 mm×230 mm。

圖像分析及評價指標：將1H-MRS 在原始工作站中處理，基線校正代謝物識別和計算，分別獲得N-乙酰天冬氨酸(N-acetylaspartic acid，NAA)、肌酸(creatine，Cr)、膽堿(choline，Cho)及Cho/Cr、NAA/Cr、Cho/NAA數(shù)值；在DTI處理界面勾畫感興趣區(qū)測得表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值及部分各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值，分別計算MB患兒瘤體中心區(qū)、瘤周區(qū)、健康對照組各參數(shù)值。

1.5 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析，計算指標采用(均數(shù)±標準差)表示，組間比較使用t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 MB性別、腫瘤部位、月齡及腫瘤體積之間關系

21 例MB，男/女比例約13/8 (1.625/1)，發(fā)生在小腦蚓部居多，占52.4% (11/21)，第四腦室內(nèi)占33.3% (7/21)，右側小腦半球占14.3% (3/21)，如表1。MB 男患兒平均發(fā)病年齡小，平均(28.20±22.24)個月，MB 腫瘤體積小，平均(75.30±45.61) cm3，P＜0.01，差異有統(tǒng)計學意義(表2；圖1)。

圖1 男，28個月，第四腦室內(nèi)髓母細胞瘤。A：FLAIR序列呈等高信號(箭)，第四腦室顯示不清、腦干受壓；B：增強序列，腫瘤明顯強化(箭)，腦干受壓 圖2 髓母細胞瘤腫瘤中心及腫瘤周邊1H-MRS 多體素波譜。A：腫瘤中心(箭)Cho 峰明顯升高，NAA 峰明顯下降；B：腫瘤周邊(箭)Cho 峰明顯升高，NAA 峰下降圖3 健康對照組。1H-MRS多體素波譜中一個體素(箭)：Cho，3.22 ppm；Cr，3.02 ppm；NAA，2 ppm；NAA峰最高，Cho、Cr峰相對低 圖4 DTI序列中DTT，顯示腫瘤區(qū)域纖維素部分中斷、推移(箭)Fig. 1 28 months old male presented with medulloblastoma in the fourth ventricle. A: FLAIR sequence showed iso-signal and high signal (arrow), unclear fourth ventricle and brainstem compression.B:The tumor was obviously enhanced(arrow),and the brainstem was compressed.Fig.2 1H-MRS multivoxel spectrum of tumor center andperiphery.A:Tumor center(arrow)Chopeakincreased significantly,NAApeak decreased significantly.B:Tumorperiphery(arrow)Chopeak increased significantly,NAA peakdecreased.Fig.31H-MRSmultivoxelspectrum of healthy controlgroup,one voxel(arrow):Cho,3.22ppm;Cr,3.02 ppm;NAA,2 ppm;NAA peak is the highest,Cho,Cr peak is relatively low.Fig.4 DTT in DTI sequence,showing partial interruption and displacement of cellulose in tumor area(arrow).

表1 髓母細胞瘤在性別與腫瘤部位之間關系(例)Tab.1 Relationship between sex and tumor location of medulloblastoma(n)

表2 髓母細胞瘤在性別與月齡、腫瘤體積之間關系(±s)Tab.2 Relationship among sex,month age and tumor volume of medulloblastoma(±s)

表2 髓母細胞瘤在性別與月齡、腫瘤體積之間關系(±s)Tab.2 Relationship among sex,month age and tumor volume of medulloblastoma(±s)

性別男女月齡28.20±22.24 37.37±21.86體積(cm3)75.30±52.42 86.72±49.41 P值＜0.01＞0.05

2.2 MB 腫瘤中心、腫瘤邊緣、健康對照組1H-MRS 代謝物半定量比值之間的關系

腫瘤中心NAA 最低，Cho 最高，腫瘤中心Cho/Cr、Cho/NAA (4.64±2.25、6.92±4.00)比健康對照組及腫瘤周邊高，健康對照組NAA/Cr (1.10±0.44)最高，差異有統(tǒng)計學意義(表3；圖2，3)。

表3 髓母細胞瘤氫質子波譜代謝物及半定量比值(±s)Tab.3 Metabolites and semiquantitative ratio of medulloblastoma(±s)

表3 髓母細胞瘤氫質子波譜代謝物及半定量比值(±s)Tab.3 Metabolites and semiquantitative ratio of medulloblastoma(±s)

注：與健康對照組比較，aP＜0.01，bP＜0.05

Cho/NAA 6.92±4.00a 1.81±0.33b 0.67±0.16組別腫瘤中心腫瘤邊緣健康對照組NAA 4.78±2.56a 7.98±0.56b 8.87±3.05 Cho 24.78±5.55a 14.33±3.30b 5.79±2.19 Cr 6.02±1.67 9.20±0.38 8.07±1.26 Cho/Cr 4.64±2.25a 1.56±0.28 1.36±1.87 NAA/Cr 0.78±0.32 0.86±0.18 1.10±0.44

2.3 MB不同部位ADC和FA值比較

腫瘤中心、腫瘤邊緣及健康對照組ADC值呈遞增趨勢，腫瘤中心最低[(0.73±0.11) ×10-3mm2/s]，稍高的是腫瘤邊緣，健康對照組最高[(1.06±0.41) ×10-3mm2/s]，P＜0.05，差異有統(tǒng)計學意義；腫瘤中心、腫瘤邊緣及健康對照組FA 值呈遞減趨勢，腫瘤中心最高(0.47±0.22)，稍低的是腫瘤邊緣，健康對照組最低(0.23±0.09)，P＜0.05，差異有統(tǒng)計學意義(表4)。擴散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography，DTT)腫瘤區(qū)纖維束扭曲、中斷(圖4)。

表4 髓母細胞瘤與健康對照組ADC和FA值比較(±s)Tab.4 Comparison of ADC and FA values between medulloblastoma and healthy controls(±s)

表4 髓母細胞瘤與健康對照組ADC和FA值比較(±s)Tab.4 Comparison of ADC and FA values between medulloblastoma and healthy controls(±s)

注：與健康對照組比較，aP＜0.05；與腫瘤邊緣比較，bP＜0.05

組別腫瘤中心腫瘤邊緣健康對照組ADC (×10-3 mm2/s)0.73±0.11ab 0.83±0.35a 1.06±0.41 FA 0.47±0.22ab 0.34±0.14a 0.23±0.09

3 討論

3.1 MB特點

MB 是小兒顱內(nèi)較常見的惡性腫瘤[3]，多為男孩，文中男患兒比例高達61.9% (13/21)，發(fā)病年齡比女患兒早，腫瘤體積相對略小。腫瘤發(fā)生于小腦蚓部居多，占52.4% (11/21)，向下突入第四腦室內(nèi)或后髓帆向周圍擴展生長，腫瘤在小腦蚓部邊界不清，第四腦室是受壓改變，腫瘤常因壓迫第四腦室而導致幕上腦室梗阻、擴張，本組中90% (19/21)患兒有腦積水。MB 細胞致密，無壁結節(jié)，出血和壞死少見，囊變多見，有學者研究MB 發(fā)現(xiàn)囊變可能與腫瘤存在分泌功能有關，可能與腫瘤生長速度快，而血液供應不足導致腫瘤組織缺血有關[4]，腫瘤也可沿腦脊液播散，本組1例2個月男患兒，發(fā)病年齡最小，術后2個月脊髓播散，月齡6個月時去世。

3.2 波譜應用

1H-MRS可以無創(chuàng)定量分析代謝物，具有成本低且無輻射的優(yōu)勢，已逐步成為臨床常用檢查手段。1H-MRS 在顱內(nèi)腫瘤中的應用，常規(guī)MRI 腦腫瘤診斷準確率約55%，在此基礎上加以1H-MRS 分析后可提高到71%[5]。利用1H-MRS 進行MB 無創(chuàng)性生物標志物檢測，可以提高疾病監(jiān)測水平[6]。最小的年齡組(年齡＜1 歲)存活率最低，女性的生存率明顯高于男性[7]。本組中發(fā)病最早年齡為2個月男患兒，與之前的研究有一致性，本組中截至隨訪時已有15 例患兒去世，占71.4% (15/21)。當結合解剖學或其他類型的影像學檢查時，1H-MRS提供了關于不能手術的腦腫瘤的獨特的生物化學信息，一些研究發(fā)現(xiàn)，大量的預后MRS 生物標志物可能影響初始治療方案的選擇，并提示在無反應的情況下改變治療方案。文獻報道通過添加包括MR成像特征、年齡、性別和腫瘤大小的數(shù)據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡，提供影像學數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)和有限的臨床信息，可以預測兒童后顱窩腫瘤類型，具有顯著的準確性[8]。波譜學上MB 最典型的特征是Cho 高，也是區(qū)別其他后顱窩腫瘤的標志性代謝物[4]。MB惡性增殖，細胞排列緊密，細胞間隙小，其惡性程度高，有學者研究顱后窩腫瘤中MB Cho水平的增高與細胞數(shù)量和細胞膜轉換率有關，Cho 可以作為細胞增殖和腫瘤惡性程度的指標，腫瘤惡性程度越高越明顯，生存率越低[5]；1H-MRS上Cho常顯著升高，Cr、NAA明顯降低，腫瘤細胞快速增殖及分裂破壞了正常神經(jīng)元和軸突，釋放大量膽堿，使其濃度明顯高于正常組織[9]，Cho/NAA和Cho/Cr 比率明顯增高，比星形細胞瘤和室管膜瘤更為突出[10]。本組中病例腫瘤中心Cho/Cr (4.64±2.25)和Cho/NAA (6.92±4.00)，明顯高于腫瘤邊緣和健康對照組，提示腫瘤中心具有較高的侵襲性。一項多中心研究表明1H-MRS 為顱內(nèi)腫瘤提供了一種“仿真活檢”技術，Cho/Cr 和Cho/NAA 的明顯增高對MB 有提示作用，有助于提高診斷的準確性。1H-MRS 在兒童小腦腫瘤代謝產(chǎn)物譜的判別分析是一種有前途的分類工具，MB 放療后腦組織NAA/Cr 比值的升高可能是大腦代謝功能至少部分恢復的標志[11]，MB 患者Cho峰增高最明顯的區(qū)域提示腫瘤惡性程度高的區(qū)域，可以作為穿刺的選擇部位，與需要活檢組織的傳統(tǒng)分子標記不同，非侵入性方法可用于定期安全監(jiān)測患者，提供有關疾病進展的動態(tài)信息[12]。與單體素1H-MRS 相比，多體素MRS 能夠進一步被用來評估腫瘤的不同區(qū)域及腫瘤周圍或鄰近的腦實質，而通過識別腫瘤部位來指導活檢[9]，多體素不僅可以觀察病變內(nèi)部的不均勻性，還可以觀察在MR 圖像上可能是正常的周圍組織。本組中MB 腫瘤邊緣Cho 值也是明顯高于正常對照組的。盡管MB 組織學的四種亞型MRI 表現(xiàn)有所差別，但是有學者研究MB 亞型1H-MRS 顯示各亞型的Cho/Cr、NAA/Cr、NAA/Cho 差異無統(tǒng)計學意義[13]。

3.3 擴散張量成像

擴散張量成像中ADC值與病變細胞增殖程度、胞內(nèi)結構、間質成分及病理組織相關主要集中在對腦腫瘤的鑒別診斷價值、評估瘤周水腫區(qū)腫瘤細胞浸潤程度、鑒別術后損傷抑或腫瘤復發(fā)等方面。有學者研究3.0 T DTI在鑒別兒童后顱窩腫瘤，計算病變區(qū)的ADC、FA 值，結果ADC 平均值與最大值呈顯著相關，MB 的ADC 值低于細胞較少的毛細胞性星形細胞瘤[14]。測量腫瘤ADC 值用以鑒別兒童小腦腫瘤既簡便又可靠，MB的ADC值最低[15]。本研究結果顯示腫瘤中心ADC 值最低0.73×10-3，DTT 圖像特征有著高度相關性，腫瘤所侵及區(qū)域纖維束中斷、減少。MB 屬高度惡性腫瘤，發(fā)展快，常早期沿腦室及蛛網(wǎng)膜下腔播散，MB 壞死少見且細胞密集缺乏胞質，細胞密度是影響ADC 值的主要因素，腫瘤惡性程度增加，細胞密度增大，水分子彌散受限顯著，ADC 值較低，ADC 值的改變可能反映腫瘤的細胞組織學提示MB[9]。在MB 患者上，利用DTI可以顯示小腦前纖維束在術后纖維信號強度減少[16]，有學者分析了兒童MB 患者FA 和ADC，DTI 評估的白質纖維束結構完整性在放射治療后腦干中并不均勻[17]。DTI 提供了一種量化兒童后顱窩腫瘤幸存者因腫瘤和治療相關效應而產(chǎn)生白質損傷的方法[18]。MB 提示小腦-橋小腦傳入束通路在兒童小腦腫瘤治療后的共濟失調(diào)和精細運動功能障礙中起一定作用[19]。有學者研究后顱窩綜合征是兒童后顱窩腫瘤切除術后常見的并發(fā)癥，它通常在術后1～2 d 內(nèi)出現(xiàn)緘默癥、共濟失調(diào)、情緒不穩(wěn)定和其他行為癥狀，術后DTI可以作為早期影像學指標[20]。

3.4 目前功能成像聯(lián)合應用前景

在兒童腦腫瘤中已經(jīng)有很多功能序列方面的研究，如DWI 主要用于后顱窩腫瘤，或單獨使用MRS 及ASL，而聯(lián)用兩種或三種技術的研究很少見[21]。在本研究中，評估了治療前1H-MRS 聯(lián)合DTI 在兒童MB 隊列中提供非侵入性預測性分子生物標記物的潛力，在腫瘤中心、腫瘤邊緣及健康對照組進行半定量及定量分析，腫瘤中心區(qū)1H-MRS及DTI組織學改變都有一致性，證明了聯(lián)合兩種技術在檢測兒童腫瘤時能夠從各自的理論上支持MB腫瘤中心、腫瘤邊緣的代謝物變化及擴散受限程度，加上3.0 T1H-MRS也與之前報道的1.5 T 多中心數(shù)據(jù)相比具有優(yōu)勢[22]，并且具有自動處理和模式識別功能，3.0 T1H-MRS 和DTI 技術選擇MB惡性程度高的位置為手術最佳位置，規(guī)范腫瘤手術范圍，為準確無創(chuàng)地診斷MB提供了有用的技術，從而為臨床實踐、術式選取提供了強大的影像診斷工具。1H-MRS 聯(lián)合DTI 便于從不同角度更為全面、透徹地了解腫瘤中心、邊緣及周圍組織情況，有望從形態(tài)學和功能學層面對不典型MB明確診斷。

展望：已有學者根據(jù)術前多參數(shù)磁共振成像特征預測MB的分子亞型[23]，其中包括SHH亞組定位小腦偏側，WNT亞組定位橋小腦角，第4組腫瘤位于中線下位伴第四腦室上隱窩擴張。放射基因組學或成像基因組學是一個新興的研究領域，旨在確定非侵入性成像特征(放射表型)和基因組數(shù)據(jù)/分子標記(分子表型)之間的關系。最近的研究報道了令人鼓舞的數(shù)據(jù)，關于髓母細胞瘤的成像基因組學，其某些MRI 特征與特定的分子亞群相關。磁共振波譜上代謝物特征圖譜可以可靠地區(qū)分SHH 亞組和非WNT/非SHH 髓母細胞瘤[24]。本研究的不足之處是未對分子亞型進行分析，所以功能磁共振的聯(lián)合應用，對MB的組織學分型及分子亞型的評估將為臨床醫(yī)師提供更多重要的治療和預后意義[25]。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。