長(zhǎng)江航運(yùn)總醫(yī)院影像科(湖北 武漢 430010)

王 佳 徐海波

腦膠質(zhì)瘤磁共振波譜和擴(kuò)散張量成像的應(yīng)用現(xiàn)狀*

長(zhǎng)江航運(yùn)總醫(yī)院影像科(湖北 武漢 430010)

王 佳 徐海波

腦膠質(zhì)瘤是最常見(jiàn)的顱內(nèi)原發(fā)性腫瘤，約占顱內(nèi)腫瘤的40%，且呈逐年上升的趨勢(shì)[1]，其具有侵襲性生長(zhǎng)的生物特點(diǎn)，手術(shù)后腫瘤細(xì)胞容易殘存、復(fù)發(fā)，患者生存期短。近年來(lái)，磁共振功能成像技術(shù)中PWI、SWI、MRS、DTI、DKI、ASL等快速發(fā)展，取得了許多肯定性的研究成果，也為腦內(nèi)外腫瘤常規(guī)影像學(xué)檢查提供了重要補(bǔ)充手段。其中1H-MRS技術(shù)是研究膠質(zhì)瘤代謝的重要手段，一些代謝化合物濃度可以通過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生的化學(xué)位移測(cè)定出來(lái)，在腫瘤檢測(cè)中以病理形態(tài)為中介與基因表達(dá)可能存在某種必然的聯(lián)系，其在膠質(zhì)瘤的診治中廣泛應(yīng)用[2]。DTI是近年來(lái)能無(wú)創(chuàng)直觀顯示人腦白質(zhì)纖維束分布與走向的唯一成像方法，可了解膠質(zhì)瘤對(duì)腦組織的浸潤(rùn)、白質(zhì)纖維束受壓情況及其破壞情況[3-4]。這些功能成像對(duì)顱內(nèi)膠質(zhì)瘤的診斷從以往宏觀的、形態(tài)學(xué)的研究上升到微觀的、形態(tài)與代謝的并重的研究，給膠質(zhì)瘤的研究帶來(lái)了新的重要手段。

1 腦膠質(zhì)瘤一般概述

腦膠質(zhì)瘤來(lái)自神經(jīng)系統(tǒng)支持組織，屬外胚葉腫瘤。按[5]WHO2016版標(biāo)準(zhǔn)可將其分為八大類(lèi)，包括彌漫性星形細(xì)胞瘤、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤、室管膜瘤、脈絡(luò)叢腫瘤、神經(jīng)元和混合性神經(jīng)元膠質(zhì)腫瘤等等。腦膠質(zhì)瘤分為四級(jí)，目前多數(shù)研究者又將其分為低級(jí)別(Ⅰ～Ⅱ級(jí))和高級(jí)別(Ⅲ～Ⅳ級(jí))膠質(zhì)瘤。腦膠質(zhì)瘤都可侵潤(rùn)性生長(zhǎng)，主要有下列四種方式：腫瘤細(xì)胞直接浸潤(rùn)?quán)徑X組織、沿腦白質(zhì)纖維束侵潤(rùn)、通過(guò)腦脊液播散和沿軟腦膜、室管膜下基膜及血管分布[6]。

21H-MRS在腦膠質(zhì)瘤診斷中的應(yīng)用

1H-MRS是近年來(lái)發(fā)展的唯一能無(wú)創(chuàng)性觀察活體組織代謝及生化變化的技術(shù)，可檢測(cè)到常用代謝物包括NAA、Cho、Cr、Lip、Lac等等。NAA含量多少反映了神經(jīng)元的數(shù)量和功能狀態(tài),作為神經(jīng)元以及軸索生存能力的一項(xiàng)標(biāo)志物,腫瘤生長(zhǎng)活躍區(qū)NAA破壞是顯而易見(jiàn)的[7]。Cho反映腫瘤細(xì)胞分裂增殖情況，而在病理分級(jí)中，膠質(zhì)瘤則是以細(xì)胞核中的異型性、核分裂活躍、細(xì)胞密度增高、血管內(nèi)皮細(xì)胞增生和壞死決定[8]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞明顯增生時(shí)，對(duì)正常神經(jīng)元加速浸潤(rùn)，使其大量減少，致使NAA/Cr比值顯著降低，Cho/Cr比值與Cho/NAA比值則明顯升高[9-10]，同時(shí)Cho/Cr比值在低級(jí)別的復(fù)發(fā)性膠質(zhì)瘤中呈現(xiàn)顯著升高[11]。在高低級(jí)別膠質(zhì)瘤相關(guān)性研究中，發(fā)現(xiàn)Cho/Cr與Cho/NAA比值呈顯著正相關(guān)性[12-14]，說(shuō)明隨腫瘤惡性程度增加，腫瘤細(xì)胞快速增殖，從而引起代謝異常更加明顯。Lac峰升高常提示抑制了腦細(xì)胞有氧呼吸，正常腦組織將出現(xiàn)缺血缺氧，嚴(yán)重可引起腦死亡[15]，這表明高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤中壞死幾率較高，Lac峰在膠質(zhì)瘤分級(jí)中存在一定的價(jià)值[16]。相比Lac峰，Lip峰情況類(lèi)似，也在高級(jí)別膠質(zhì)瘤中常見(jiàn)，但無(wú)法當(dāng)作對(duì)高級(jí)別膠質(zhì)瘤定義的絕對(duì)指標(biāo)[17]。Bulik等[18]研究表明，在低級(jí)別膠質(zhì)瘤中，Cho濃度較低，NAA濃度輕度減低，Lac與Lip一般缺失，但隨著腫瘤惡性程度進(jìn)展(Ⅲ和Ⅳ)，MI與NAA將降低，而Cho明顯升高。1H-MRS在不同級(jí)別的膠質(zhì)瘤中存在差異，因此，無(wú)創(chuàng)條件下，其能夠?qū)δz質(zhì)瘤分級(jí)評(píng)估起到重要作用。

3 DTI在腦膠質(zhì)瘤診斷中的應(yīng)用

DTI是在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的目前唯一能活體顯示腦白質(zhì)纖維束走向的無(wú)創(chuàng)成像方法。人體中的髓鞘白質(zhì)，通常因受到細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，其中的水分子將優(yōu)先按照白質(zhì)纖維束的長(zhǎng)軸方向發(fā)生彌散[19]，這種有方向性的彌散運(yùn)動(dòng)看作各項(xiàng)擴(kuò)散異性，這種特征是DTI可以利用多種參數(shù)和數(shù)據(jù)處理定向定量地評(píng)價(jià)腦白質(zhì)的各向異性[20-21]，從量和方向上反映成像體素內(nèi)擴(kuò)散的變化，從而可分析相關(guān)值了解腫瘤特性。依照DTI成像將白質(zhì)纖維束走向判斷出來(lái)，對(duì)呈現(xiàn)的情況加以量化，能夠反映出纖維束的方向性和完整性，從而觀察判斷腫瘤變化情況[22]：①腫瘤周?chē)踪|(zhì)纖維束僅見(jiàn)推移而未受累，F(xiàn)A值無(wú)改變或輕度升高；②腫瘤鄰近白質(zhì)纖維束有移位且部分受侵潤(rùn)，F(xiàn)A值中度下降；③腫瘤周?chē)桌w維素束受浸潤(rùn)破壞中斷，各項(xiàng)異性消失，F(xiàn)A值顯著降低。膠質(zhì)瘤細(xì)胞異?？焖僭鲋?，微結(jié)構(gòu)破壞，內(nèi)部發(fā)生壞死及微囊變，DTI顯示腫瘤組織彌散屏障明顯缺乏有序的方向性，隨著膠質(zhì)瘤級(jí)別的升高，細(xì)胞破壞程度越發(fā)明顯，侵潤(rùn)白質(zhì)纖維束越明顯，其FA值更低的，越易致纖維束中斷，越無(wú)法獲取瘤周白質(zhì)纖維束，DTI可以對(duì)膠質(zhì)瘤的分級(jí)進(jìn)行評(píng)估[23-25]。因此，DTI可以了解腦膠質(zhì)瘤鄰近白質(zhì)纖維束受累情況及與周?chē)M織的關(guān)系，可更好了解腫瘤的性質(zhì)及浸潤(rùn)范圍，為臨床手術(shù)及放療方案制定提供重要影像學(xué)價(jià)值。

4 DTI及DTT在膠質(zhì)瘤術(shù)中導(dǎo)航應(yīng)用

隨著磁共振功能成像技術(shù)的發(fā)展，纖維示蹤術(shù)DTT可以清楚地重建出腦白質(zhì)纖維束，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)能夠在術(shù)中保護(hù)皮質(zhì)脊髓束及其他重要纖維束，提高腫瘤全切率，避免神經(jīng)功能損傷[26-27]。劉俊華[28]通過(guò)研究鄰近錐體束的28例膠質(zhì)瘤病人，以DTT方法顯示皮層下錐體束，指導(dǎo)術(shù)者最大范圍切除腫瘤的同時(shí)，保護(hù)錐體束?？擅黠@降低術(shù)后致殘率。Koga等[29]提出在腦膠質(zhì)瘤伽馬刀治療計(jì)劃中將皮質(zhì)脊髓束等重要信息融入，可限制患者所受輻射劑量，進(jìn)而能夠減低發(fā)生放療損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

5 評(píng)價(jià)療效及評(píng)估預(yù)后

Kwee等[30]認(rèn)為，級(jí)別越高的膠質(zhì)瘤患者生存率越低，主要有以下幾個(gè)原因：①無(wú)法通過(guò)影像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的定位，造成治療失?。虎趥鹘y(tǒng)的技術(shù)無(wú)法做出早期放化療結(jié)果評(píng)估；③無(wú)法判斷腫瘤復(fù)發(fā)情況，往往手術(shù)、放化療后需要在長(zhǎng)時(shí)間的觀察下，才可判斷治療效果如何。董海波等[31]經(jīng)過(guò)研究后發(fā)現(xiàn)，1H-MRS可在術(shù)后敏感監(jiān)測(cè)腫瘤復(fù)發(fā)，當(dāng)患者Cho表現(xiàn)出顯著提升，而Lac、Cr兩項(xiàng)指標(biāo)發(fā)生異常時(shí)，表明患者腦膠質(zhì)瘤在放療后再次復(fù)發(fā)；當(dāng)患者Cho下降，而Lip峰值增高時(shí)，可診斷為放射性腦壞死；鑒別腦膠質(zhì)瘤放療后死亡或者復(fù)發(fā)情況中，Lac存在重要價(jià)值。近年來(lái)的研究表明Cho/NAA、Cho/Cr比值在腫瘤復(fù)發(fā)中升高明顯，并且NAA/Cr、NAA/Cho比值在腫瘤損傷具有鑒別能力[32-33]。從動(dòng)物模型和對(duì)人類(lèi)的研究提示彌散圖像對(duì)腫瘤治療反應(yīng)是敏感的，Price等[34]通過(guò)歸納總結(jié)，把DTI成像中膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)特征歸納為：①各向異性各個(gè)方向低于各向同性，顯示腫瘤細(xì)胞體積增大，腫瘤復(fù)發(fā)；②某個(gè)方向上各向異性低于各向同性，提示腫瘤在特定方向復(fù)發(fā)；③各個(gè)方向均無(wú)上述異常，提示腫瘤未復(fù)發(fā)。Khayal等[35]研究37例腦膠質(zhì)瘤患者同步行放化療，發(fā)現(xiàn)腫瘤強(qiáng)化區(qū)域治療后ADC值明顯升高。因此，1HMRS及DTI在評(píng)價(jià)腦膠質(zhì)瘤療效及預(yù)后是具有一定優(yōu)勢(shì)的。

隨著近年來(lái)一些新的磁共振功能成像技術(shù)飛速發(fā)展，不僅能夠更好的觀察和鑒別腦腫瘤，而且能夠更加直觀地觀察到微觀腦腫瘤結(jié)構(gòu)，對(duì)選擇治療方式起到重要作用[36]。1H-MRS和DTI提供的腦膠質(zhì)瘤解剖結(jié)構(gòu)信息、功能及分子方面的信息，對(duì)腦膠質(zhì)瘤治療方案的精確設(shè)計(jì)及預(yù)后評(píng)估有著重大的臨床意義，Zou等[25,37]認(rèn)為聯(lián)合兩者檢查能夠提高腦膠質(zhì)瘤分級(jí)的準(zhǔn)確度，且周永杰[38]認(rèn)為以參數(shù)Cho/NAA聯(lián)合FA值可分性最好。綜上，DTI與1H-MRS檢查不僅有利于腦膠質(zhì)瘤良惡性判定及術(shù)中導(dǎo)航，而且對(duì)腫瘤復(fù)發(fā)與放射性腦病的鑒別也有一定幫助，可為膠質(zhì)瘤術(shù)前方案制定、術(shù)后處理及預(yù)后評(píng)估提供重要的影像學(xué)指導(dǎo)及依據(jù)。

[1]Dolecek TA,Propp JM,Stroup NE,et al.CBTRUS statistical report:primary brain and central nervous system tumorsdiagnosed in the United States in 2005-2009[J].Neuro Oncol,2012,15(5):646-647.

[2]Vander Graaf M.In vivo magnetic resonance spectroscopy:basic methodology and clinical applications[J].Eur Biophys J,2010,39(4):527-540．

[3]王紅,馬景旭,賈文霄,等.彌散張量成像FA值和ADC值在顱內(nèi)腫瘤病變中的應(yīng)用[J].磁共振成像,2012,3(2):136-140.

[4]George A,Alexiou,Anastasi, Zikou,Spyridon,Tsiouris,e t al.Correlation of diffusion tensor, dynamic susceptibility contrast MRI and (99m)Tc-Tetrofosmin brain SPECT with tumour grade and Ki-67 immunohisto- chemistry in glioma[J].Clinical neurology and neurosurgery,2014,116:41-45.

[5]蘇昌亮,李麗,陳小偉,等.2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類(lèi)總結(jié)[J].放射學(xué)實(shí)踐,2016,319(7):570-579.

[6]王志群,李坤成,王亮,等.磁共振波譜對(duì)腦腫瘤的鑒別診斷價(jià)值[J].放射學(xué)實(shí)踐,2007,22(2):132-135.

[7]Anvita,Bieza; Gaida,Krumina. Magnetic resonance study on fractio-nal anisotropy and neuronal metabolite ratios in peritumoral area of cerebral gliomas[J].Medicina(Kaunas,Lit huania),2012,48(10):497-506.

[8]Zeng Q,Liu H,Zhang K,et al. Noninvasive evaluation of cerebral glioma grade by using multivoxel 3D proton[J] MR spectroscopyJ.MagnReson Imaging,2011,29(1):25-31.

[9]Bulik M,Jancalek R,Vanicek J,et al.Potential of MRspectroscopyfor assessment of glioma grading[J].Clin Neurol Neurosurg,2013,115(2):146-153.

[10]Hui Zhang,Li Ma-Qun,Wang Xuan-Zheng,et al.Role of magnetic resonance spectroscopy for the differentiation of recurrent glioma from radiation necrosis:a systematic review and metaanalysis[J].European journal of radiology,2014,83(12):2181-2189.

[11]Lehnhardt FG，Bock C,R hn G,et al.Metabolic differences between primary and recurrent human brain tumors:a 1H-NMR spectroscopic investigation[J]. NMR Biomed,2005,18(6):371-382.

[12]Guo J,Yao C,Chen H,et al.The relationship between Cho/NAA and glioma metabolism:implementation for margin delineation ofcerebral gliomas[J].Acta Neurochir (Wien),2012,154(8):1361-1370．

[13]姜亮,劉文,肖朝勇,等.探討聯(lián)合應(yīng)用MRS和DWI在腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的診斷價(jià)值[J].臨床放射學(xué)雜志,2015,34(4):514-519.

[14]張玉琴,徐海東,董海波,等.3.0T氫質(zhì)子磁共振波譜成像在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級(jí)及術(shù)后隨訪中的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2016,26(2):194-197. [15]賀丹,楊麗,朱青峰,等.1H-MRS在顱內(nèi)膠質(zhì)瘤分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值.中國(guó)臨床醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2011,22(2):77-82.

[16]林祺,張強(qiáng),陳東平,等.腦星形細(xì)胞瘤磁敏感效應(yīng)級(jí)別與1H-MR波譜相對(duì)定量的相關(guān)性探討.磁共振成像,2012,3(2):174-178.

[17]Opstad KS,Bell BA,Griffiths JR，et al.Taurine:a potential marker of apoptosis in gliomas[J].Brit J Cancer,2009,100(5):789-794．

[18]Bulik M,Jancalek R,Vanicek J,et al.Potential of MR spectroscopy for assessment of glioma grading[J].Clin Neurol Neurosurg,2013,115(2):146-153.

[19]Kinoshita M,Goto T,Okita Y,et al.Diffusion tensor-based tumor infiltration index cannot discriminate vasogenic edema from tumor-infiltrated edema [J].J Neurooncol,2010,96:409-415.

[20]Okada T,Miki Y,Fushimi Y,et al.Diffusion-tensor fiber tractography: Intra-indi-vidual comparison of 3.0T and 1.5T MR Imaging[J].Radiology,2006, 238(2):668-678.

[21]George A,Alexiou；Anastasia,Zikou；Spyridon,Tsiouris,et al. Correlation of diffusion tensor, dynamic susceptibility contrast MRI and (99m)Tc-Tetrofosmin brain SPECT with tumour grade and Ki-67 immunohisto-chemistry in glioma[J].Clinical neurology and neurosurgery,2014,116:41-45.

[22]Jakab A,Molnar P,Emr IM,et al.Glioma grade assessment by using histogram analysis of diffusion tensor imaging-derivemaps[J]. Neuroradiology,2011,53(7):483-491.

[23]Smitha KA,Gupta AK,Jayasree R S.Total magnitude of diffusion tensor imaging as an effective tool for the differentiation of glioma[J].Eur J Radiol,2013, 82(5):857-861.

[24]高興鋒.多模態(tài)MRI影像對(duì)膠質(zhì)瘤患者診斷和分級(jí)的應(yīng)用價(jià)值[J].中國(guó)實(shí)用神經(jīng)疾病雜志,2015,18(16):42-44.

[25]姜亮,殷信道.磁共振功能成像在腦腫瘤診斷中的應(yīng)用價(jià)值[J].中國(guó)CT和MRI雜志,2015,13(1):112-115.

[26]孫勝玉,馬輝,王曉東,等.BOLD-fMRI和DTI結(jié)合神經(jīng)導(dǎo)航在枕葉視覺(jué)功能區(qū)附近病變切除中的應(yīng)用[J].中華神經(jīng)外科雜志,2011,27(9):925-928.

[27]Jia XX,Yu Y,Wang XD,et al. fMRI-driven DTT assessment of corticospinal tracts prior to cortex resection[J].Can J Neurol Sci,2013, 40(4):558-563.

[28]劉俊華.3.0T磁共振彌散張量成像在膠質(zhì)瘤切除術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值[J].中國(guó)CT和MRI雜志,2016,14(1):30-32,72.

[29]Koga T,Maruyama K,Kamada K,et al.Outcomes of diffusion tensor tractography Integrated stereotactic radiosurgery[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2012,82(2):799-802.

[30]Kwee T C，Donswijk ML.Application of advanced MR imaging techniques and the evolving role of PET/MR imaging in neuro-oncology[J].PET Clinics,2013,8(2):183-199.

[31]張玉琴,徐海東,董海波.3.0T氫質(zhì)子磁共振波譜成像在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級(jí)及術(shù)后隨訪中的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2016,26(2):194-197.

[32]Matsusue E,Fink JR,Rockhill JK,et al.Distinction between glioma progression and postradiation change by combined physiologic MR imaging. Neuroradiology, 2010, 52(4):297-306.

[33]Elias AE,Carlos RC,Smith EA,et al.MR spectroscopy using normalized and non-normalized metabolite ratios for differentiating recurrent brain tumor from radiation injury. Acad Radiol,2011,18(9):1101-1108.

[34]Price SJ,Jena R,Burnet NG,et a1.Predicting patterns of glioma recurrence using diffusion tensor imaging[J].Eur Radiol,2007,17(7):1675-1684．

[35]Khayal IS,Polley MY,Jalbert L,et al.Evaluation of diffusion parametersas early biomarkers of disease progression in glioblastoma multiforme[J]. Neuro Oncol,2010,12(9):908-916. [36]Zamecnik P,Essiq M.Perspectives of 3T magnetic resonace imaging inradio surgical treatment planning[J].Acta Neurochir Supppl,2013,116(5):187-191.

[37]Zou QG,Xu HB,Liu F,et al.In the assessment of supratentorial glioma grade: the combined role of multi voxel proton MR spectroscopy and diffusion tensor imaging[J].Clin Radiol,2011,66(10):953-960.

[38]周永杰.1H-MRS聯(lián)合DTI在腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的應(yīng)用[M].南昌大學(xué),2015.

(本文編輯: 汪兵)

R445.2；R739.4

A

武漢市衛(wèi)生計(jì)生委科研項(xiàng)目，編號(hào)：WX14C24；長(zhǎng)江航運(yùn)管理局科技項(xiàng)目，編號(hào)：201410010

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.09.044

2017-07-25

王 佳