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腦膠質瘤的MRI表現及1H-MRS研究

來源:中華現代影像學雜志 作者:龔才桂,王小宜,劉慧作者單位:410008湖南,中南大學 2013-2-27
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摘要: 【摘要】 目的探討腦膠質瘤的MRI表現、診斷價值及腦膠質瘤的1H-MRS(proton magnetic resonance spectroscopy)表現及臨床意義。方法收集經臨床手術、病理證實的腦膠質瘤60例。所有患者在術前行1H-MRS檢查,均在MRI增強成像的基礎上獲得。結果腦膠質瘤MRI表現為病灶 T1WI呈較低信號。...


【摘要】  目的探討腦膠質瘤的MRI表現、診斷價值及腦膠質瘤的1H-MRS(proton magnetic resonance spectroscopy)表現及臨床意義。方法收集經臨床手術、病理證實的腦膠質瘤60例。所有患者在術前行1H-MRS檢查,均在MRI增強成像的基礎上獲得。使用德國西門子Sonata 1.5 T超導磁共振,多體素掃描,點分辨表面線圈法,檢測不同區域代謝物變化。結果腦膠質瘤MRI表現為病灶 T1WI呈較低信號;T2WI為高信號,部分病灶周圍可見片狀水腫;增強掃描部分病例為環形或不均勻性強化。腦膠質瘤的1H-MRS表現: Cr輕度下降,NAA呈顯著下降,Cho則顯著增高;其中NAA下降率為-58.4%,Cr下降率為-24.3%,Cho上升率為+71.6%。結論1H-MRS與MRI相結合能提高腦膠質瘤術前診斷的準確性,對制定手術方案有重要的臨床意義。

【關鍵詞】  腦膠質瘤;氫質子磁共振波譜;磁共振成像

          Study on findings of 1H-MRS and MRI of brain gliomasGONG Cai-gui,WANG Xiao-yi,LIU Hui.Department of Radiology,Xiangya Hospital,Central South University,Changsha 410008,ChinaAbstract]ObjectiveTo evaluate the findings and diagnostic value in brain gliomas.To evaluate the findings and clinical applications of 1H-MRS of brain gliomas.Methods60 patients of brain gliomas were studied,all of them underwent surgery and were approved by pathology.The 60 patients underwent 1H-MRS before surgery and all 1H-MRS were gained on contrast-enhanced MRI scan.Muitiple voxel proton magnetic resonance spectroscopy was performed on a 1.5 T MR scanner using point-resol-ved surface coil spectroscopy(PRESS),the variety of metabolite  peaks were detected in different areas.ResultsThe lesions carried slightly hypointense on T1-weighted images and moderate hyporintense on T2-weighted images,some patients showed perilesional brain parenchyma edema; Enhanced MRI was performed in cases,and demonstrated abnormal enhancement in some cases,peripheral ring-type or asymmetrical enhancement was observed in some brain gliomas.The findings of 1H-MRS of brain gliomas:distinctly increased Cho(+71.6%),lightly decreased Cr(-24.3%),distinctly decreased NAA(-58.4%) in brain gliomas.ConclusionThe combination of 1H-MRS and MRI improves preoperative diagnostic accuracy of brain gliomas,so it will be helpful for the establishment of treatment protocol.

  [Key words]brain gliomas;1H-MRS;MRI

  正確診斷腦膠質瘤對手術方案的制訂及預后的評價均有指導意義。磁共振波譜分析是在20世紀80年代初期發展起來的一種利用核磁共振現象和化學位移作用,進行一系列特定原子核和化合物分析的方法[1]。目前在體MRS已經能夠對人體腦腫瘤進行無損傷性的分析、研究,MRS波譜圖能夠反映腦腫瘤獨特的代謝過程、方式[2]。1H-MRS自應用于臨床以來,因其可以在體無創地分析病變內代謝產物的濃度,從分子水平對病變進行評估,開拓并豐富了腦腫瘤診斷、鑒別診斷、腫瘤分級、評估腫瘤治療、腫瘤復發和放射治療損傷的思維,彌補了常規MRI的不足。基于化學位移原理的1H-MRS 技術能夠反映出腦內主要代謝物的水平,提供一種無創性研究腦腫瘤生化代謝特征的方法。對于腦腫瘤特別是腦膠質瘤的診斷提供定量分析的依據。本文重點研究腦膠質瘤的MRI表現及診斷價值,探討腦膠質瘤的1H-MRS表現及臨床意義。

  1 資料和方法

  1.1 一般資料收集自2004年4月至2009年8月來我院行MRI檢查,且經手術病理證實的腦膠質瘤60例,其中男35例,女25例,年齡12~66歲,平均36.4歲。按照WHO標準分成低級別膠質瘤組和高級別膠質瘤組。在得到腦波譜圖之前,所有病人沒有接受化療和(或)放療,沒有腦外傷和(或)腦手術史。

  1.2檢查方法

  1.2.1MR檢查采用德國西門子Sonata 1.5 T超導型磁共振儀和環形極化頭線圈(臨床常規應用的頭線圈)。被檢者仰臥位,先行常規MR增強前掃描,常規行SE系列軸位T1加權TR450/TE 10 ms,T2加權TR 4 200/TE 98 ms,層厚5.0 mm,層距2.0 mm,矩陣為312×512,視野為210 mm×240 mm;矢狀位和(或)冠狀位T1加權TR450/TE10 ms,層厚5.0 mm,層距2.0 mm,再行快速FLAIR(液體衰減反轉恢復序列,fluid-attenuated inversion recovery )T2加權TR/TE/TI=8 500/107/2 500 ms。增強掃描:靜脈團注射釓噴替酸葡甲胺(Gd-DTPA),劑量0.2 mmol/kg,后行橫斷面、矢狀面和冠狀面T1加權TR450/TE10 ms掃描。

  1.2.21H-MRS檢查采用syngo MR 2002B波譜工作站,以MR影像為基礎進行磁共振波譜1H-MRS測量區域的定位;根據病灶特點選擇掃描層面。波譜感興趣區包含腫瘤組織區、瘤周組織區和對側正常腦組織區以利對照。1H-MRS 檢查采用多體素氫質子波譜腦檢查(PROBE/SI,proton brain exam/muitiple voxel)自動MR波譜檢測技術,點分辨波譜序列(PRESS序列)對腫瘤組織區、瘤周組織區和對側正常腦組織區進行測量。PRESS序列,TR 1 500 ms,TE 135 ms,自動勻場,多體素相位矩陣掃描,層厚10 mm;層間距2 mm;視野(FOV):240 mm×240 mm;激發次數(NEX)為1,相位矩陣160×160;成像時間260 s或相位矩陣120×120;成像時間148 s。對MRS檢查獲得信號進行后處理分析,波譜儀自帶軟件包FuncTool同時獲得4種圖形,即化學位移圖(chemical shift images)、波譜圖(spectrum)、代謝圖(metabolic images)、代謝與解剖圖的疊加圖(簡稱“代-解圖”)。在代-解圖上選擇感興趣區(region of interest,ROI):(1)圖像觀察取3個像素,移動像素至腫瘤組織、瘤周組織區的10~20 mm左右區域和對側正常腦組織對照區等不同部位,在波譜圖上觀察代謝物的變化情況。本設備CSI實驗的FOV大小是40 mm×40 mm;可以使用的最小體元大小(最小測量像素)是5 mm×5 mm×5 mm。(2)波譜儀自帶軟件計算出代謝物NAA 2.02 ppm、Cho 3.2 ppm、肌酸Cr 3.02 ppm等物質的波峰下面積,并計算出NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr的比值,結果以均數±標準差(x±s)表示。

  1.3病理學檢查

  1.3.1標本標本經10%中性福爾馬林固定,石蠟包埋,制成4 μm厚切片連續切片2張,經HE染色組織學觀察。

  1.3.2病理學結果評定標準觀察HE染色切片,腦膠質瘤分別對應原發灶。病理切片經兩位主治以上的病理科醫師共同閱讀。

  2結果

  2.1MRI表現及病理結果由三位副教授或以上職稱醫師采取雙盲法進行閱片,對60例患者的MRI進行影像診斷,其結果見表1。

  表1 MRI 影像診斷結果(略)

  MRI確定為腦膠質瘤的50例中無病例與病理結果不符合;不能確定的有8例,MRI對腦膠質瘤的診斷符合率為83.3%,假陽性率0,假陰性率20%。

  2.2腦膠質瘤MRI表現60例腦膠質瘤,其中23例在皮層及皮層下(圖1A),37例腫瘤部位在腦白質(圖2A),即腦膠質瘤病灶多位于腦白質。病灶在T1WI呈較低信號,部分不均勻,少數稍低或等信號,4例合并出血者則有高信號;T2WI為高信號,FLAIR序列病灶仍呈高信號且病灶邊界更清楚。22例病例病灶周圍可見片狀水腫,其中9例為重度水腫,MRI表現在T1WI呈極低信號,T2WI為極高信號。增強掃描病例60例,顯示病灶強化者25例,均為環形或不均勻性強化(圖2A)。10例具有占位效應。

  2.3腦膠質瘤1H-MRS表現對60例腦膠質瘤患者的腫瘤組織部分、瘤周組織部分和對側正常腦組織顯示選擇測量感興趣區進行波譜分析,得到三組波譜圖,其波譜圖及代-解圖(定位圖)見圖1B、1C、1D、1E 及2B、2C、2D、2E。腦膠質瘤組各種組織的代謝物的比值,見表2。

  2.4低級別腦膠質瘤組、高級別腦膠質瘤組和對側相應正常腦組織代謝物的比值結果見表3。從表3中可以見到NAA/Cho低級別腦膠質瘤組與高級別腦膠質瘤組重疊部分最小,說明該比值在1H-MRS腦膠質瘤分級診斷的定量分析中最為敏感。60例腦膠質瘤腫瘤實體部分各代謝物含量變化率的比較,見表4。

  表2腦膠質瘤組各種組織的代謝物的比值(略)

  注:*腫瘤組織與瘤周組織比較;#腫瘤組織與正常腦組織比較;△瘤周組織與正常腦組織比較

  表3低級別腦膠質瘤組、高級別腦膠質瘤組和對側相應正常腦組織代謝物的比值(略)

  注:*高級別腦膠質瘤組和低級別腦膠質瘤組比較;#低級別腦膠質瘤組與正常腦組織比較;△高級別腦膠質瘤組與正常腦組織比較

  表4腦膠質瘤腫瘤實體部分各代謝物含量變化率的比較(略)

  表4顯示腦膠質瘤的1H-MRS顯示腫瘤區與對側正常組織明顯不同,表現為NAA顯著下降,Cr輕度下降,Cho顯著升高。

  3討論

  3.11H-MRS在腦膠質瘤中的臨床應用探討

  3.1.1腦膠質瘤的1H-MRS表現本研究中,腦膠質瘤的1H-MRS顯示腫瘤區與對側正常組織明顯不同,表現為NAA顯著下降,Cr輕度下降,Cho顯著升高,其中NAA下降率為-58.4%,Cr下降率為-24.3%,Cho上升率為+71.6%。隨著腦膠質瘤惡性度的提高NAA呈下降趨勢,Cho呈升高趨勢,并出現異常增高的Lac峰,但Lac峰出現于各級別組腦膠質瘤中,且峰值無顯著差異。腦膠質瘤的腫瘤組織與瘤周組織、腫瘤組織與對側正常腦組織、瘤周組織與對側正常腦組織的NAA/Cr、NAA/ Cho、Cho/Cr比值存在顯著性差異(P<0.01)。本組研究與文獻報道基本一致[1,3~5]。Lazareff等[3]報道低級別腦星形細胞瘤的1H-MRS顯示腫瘤區與對側正常組織明顯不同,表現為NAA顯著下降,Cr輕度下降,Cho顯著升高,腫瘤組織較正常腦組織的Cho/NAA比值高。Tarnawski等[4]報道惡性腦膠質瘤的1H-MRS表現為NAA/Cr比值明顯降低,Cho/Cr、Cho/NAA比值明顯升高。Tamiya等[5]報道腦膠質瘤腫瘤組織較正常腦組織的NAA/Cr、NAA/Cho比值明顯降低,而Cho/Cr比值明顯升高。

  3.1.21H-MRS在低級別腦膠質瘤和高級別腦膠質瘤鑒別診斷中的作用本研究顯示低級別腦膠質瘤、高級別腦膠質瘤的腫瘤組織分別和對側正常腦組織的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho比值存在顯著性差異(P<0.01);低級別腦膠質瘤和高級別腦膠質瘤的腫瘤組織的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho比值存在顯著性差異(P<0.05)。腦膠質瘤是起源于腦內的腫瘤,由異常增生的膠質類細胞組成,在生長過程中,腫瘤細胞浸潤正常神經元,因此在1H-MRS上出現NAA含量明顯降低,以及Cr輕度下降,Cho顯著升高,因此NAA/Cr、NAA/Cho比值下降,Cho/Cr比值升高,本研究顯示利用NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho比值可以區分正常腦組織、低級別腦膠質瘤和高級別腦膠質瘤。本組研究與文獻報道基本一致[2,6~7]。Poptani等[2]認為高級別腦膠質瘤較低級別腦膠質瘤的NAA/Cho比值明顯降低,而Cho/Cr比值明顯升高,而且脂質波出現提示為惡性腦膠質瘤。Tedeschi等[6]及Tamiya等[5]報道Cho/Cr比值升高是由于惡性腦膠質瘤中腫瘤細胞分裂增殖活動失控,細胞膜轉換的增強,導致Cho峰升高。Tedeschi等[6]研究發現在隨訪的腦膠質瘤患者中,病情進展病例的Cho升高率大于45%,而病情穩定病例Cho升高率小于35%,無一例病例Cho無改變或下降。筆者認為Cr輕度下降也是導致Cho/Cr比值升高的另一原因。
   
  在本研究中,發現MRI對腦膠質瘤分級的局限性,其中MRI確定為低級別腦膠質瘤29例中有4例與病理結果不符合;高級別腦膠質瘤18例中有1例與病理結果不符合;不能確定為的有13例,本研究中MRI對腦膠質瘤的分級診斷符合率為70.0%。在1H-MRS本研究中,低級別腦膠質瘤、高級別腦膠質瘤的腫瘤組織之間的NAA/Cho比值存在顯著性差異(P<0.01)。腦膠質瘤可在NAA/Cho基礎上分級,而且NAA/Cho比值反映腫瘤級別較穩定。即NAA/Cho比值能夠幫助鑒別低級別腦膠質瘤和高級別腦膠質瘤,有助于彌補MRI的不足之處。

  3.2亟待解決的問題本研究是多體素掃描,PRESS序列,最小測量像素是5 mm×5 mm×5 mm,多體素掃描其優點是圖像觀察可以同時取多個像素,移動像素至腫瘤實體部分、腫瘤周圍組織、對側正常腦組織對照區等不同部位,在波譜圖上觀察代謝物的變化情況;其不足之處是體素內有可能包含一部分壞死區、周圍水腫區和(或)正常腦組織成分,而不能完全避免部分容積效應。所以在選擇感興趣區時體素應該盡量小,盡量避免部分容積效應。
   
  PRESS序列其優點是可以獲得較高的信噪比,對移動偽影影響相對不敏感,對腦組織主要代謝物如NAA、Cho、Cr等的觀察效果較為理想;但是該序列不足之處是采用長TE使得Lac、Lip峰顯示較為遜色,檢測效果較差,難以對Lac、Lip代謝物進行分析比較,說明長TE波譜對Lac、Lip代謝物觀察作用有限。這是本研究的不足之處,這也是有待解決的問題,有待我們去進一步研究。
  (本文圖片見封四)(略)

【參考文獻】
  1Castillo M,Kwork L,Mukherji SK,et al.Clinical applications of proton MR spectroscopy.Am J Neuroradiol,1996,17(1):1-15.

  2Poptani H,Gupta RK,Roy R,et al.Characterization of intracranial mass lesions with in vivo proton MR spectroscopy.AJNR Am J Neuroradiol,1995,16(8):1593-1603.

  3Lazareff JA,Olmstead C,Bockhorst K,et al.Proton magnetic resonance spectroscopy imaging of pediatric low-grade astrocytomas.Childs Nerv Syst,1996,12(3):130-135.

  4Tarnawski R,Sokol M,Pieniazek P,et al.1H-MRS in vivo predicts the early treatment outcome of postoperative radiotherapy for malignant gliomas.Int J Radiat Oncol Biol Phys,2002,52(5):1271-1276.

  5Tamiya T,Kinoshita K,Ono Y,et al.Proton magnetic resonance spectroscopy reflect cellular proliferative activity in astrocytomas.Neuroradiology,2000,42(5):333-338.

  6Tedeschi G,Lundbom N,Raman R,et al.Increased choline singal coinciding with malignant degeneration of cerebral gliomas:a serial Proton magnetic resonance spectroscopy imaging study.J Neurosurgery,1997,87(4):516-524.


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