fMRI在脑肿瘤诊断中的应用价值初探

                作者：储成凤，麦筱莉，秦伟，陈龙桂，郏爱明，仲刚才 

    [摘要]目的：探讨fMRI在脑肿瘤诊断、鉴别诊断及肿瘤浸润边界划定中的价值。方法：脑肿瘤35例，均行MR平扫、增强、DWI及MRS。在肿瘤强化区、瘤周区、正常参照区，DWI测量各区域信号值，相对表观扩散系数(rADC)值；1HMRS行MVS采集NAA、Cho、Cr、Lac等波峰，计算不同区域各代谢物比值均值，比较统计学差异。结果：DWI示肿瘤强化区rADC值在脑膜瘤与星形细胞瘤、转移瘤间有显著性差异(P＜0.05)；瘤周区rADC值在星形细胞瘤与脑膜瘤、转移瘤间有统计学差异(P＜0.05)。多体素1HMRS示肿瘤强化区各代谢物比值均值与正常参照区比较有显著性差异(P＜0.05)；瘤周区，星形细胞瘤、转移瘤和脑膜瘤间多组代谢物比值具统计学差异(P＜0.05)。结论:fMRI与常规MRI相结合有助于脑肿瘤的鉴别诊断以及确定病灶浸润范围。

    [关键词]功能磁共振成像；脑肿瘤；磁共振波谱；扩散加权成像

      随着MR成像技术的不断进步，出现了以BOLD技术为代表的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)，使得脑肿瘤的诊断准确度越来越高，已由既往单纯的形态学诊断深入至代谢和功能水平，开拓并丰富了脑肿瘤诊断的思路，弥补了常规MRI的不足。广义的fMRI包括磁共振波谱分析(magnetic resonance spectroscopy, MRS)、扩散加权成像(diffusionweighted imaging, DWI)和灌注成像（perfusionweighted imaging, PWI）等。本研究运用DWI和多体素1HMRS两种fMRI技术，结合常规MRI探讨fMRI对脑肿瘤诊断、鉴别诊断及浸润边界划定的价值，以期为临床提供更有价值的脑肿瘤影像诊断信息。

    1  资料与方法

    1.1  资料 搜集2004年4月至2005年4月行MRS、DWI检查且经病诊断或临床随访证实的脑肿瘤患者35例，包括脑星形细胞瘤16例，转移瘤12例（原发肿瘤为肺癌7例，肾癌、胃癌各2例，乳腺癌1例），脑膜瘤7例。

    1.2  MR检查使用Marcoli 1.5 T 超导型磁共振成像仪，头颅正交线圈，仰卧位，常规头颅平扫后增强前行单次激发DWI，采用EPISE序列，避开含气窦腔，在相互垂直的3个方向上施加扩散梯度场。随后行波谱检查，采用PRESS序列，匀场和水抑制由机器自动完成，多体素相位矩阵，层厚10mm；FOV 12cm，1次激励。波谱检查感兴趣区(ROI)尽可能在包括病灶的同时包含正常脑组织以利对照。1HMRS检查后，静脉团注钆喷替酸葡甲胺(GdDTPA，剂量0.2mmol・kg-1)，行T1WI。

    1.3  DWI信号采集与rADC值计算应用fMRI后处理工作站，测量b为0 s・mm-2及合成DWI图像上ROI的信号值，ROI包括脑肿瘤强化区、瘤周区（肿瘤周围T2WI上呈高信号的±10mm区域）及对侧正常参照区的信号值。根据病灶范围，ROI大小取50~80mm2，尽量避开血管、坏死、囊变、出血及钙化区域。将所得信号值代入公式ADC=[ln(SI/SI0)]/(b0-b)计算出ADC值(SI、SI0分别为b=1000s・mm-2和b＝0s・mm-2时ROI信号强度值)。rADC＝ADC/对侧正常参照区信号值，为尽量减小组织信号差异造成的测量误差，同一ROI计算3~5个rADC值作平均rADC值。1.4   1HMRS数据分析图像分析取3个像素（肿瘤强化区、瘤周区和正常参照区）,大小为56.2mm2，由2位具有丰富MR诊断和操作经验的医师在不知道病理诊断的情况下测量数据；后处理应用MR机附带的波谱分析软件自动完成Gaussian曲线、零填充、Fourier转换及相位调整，得到化学位移图、波谱图、代谢图和代谢与解剖图的叠加图。参照波谱图，在对应的ppm(×10-12)位置上分别获取N乙酰天冬氨酸(NAA)、含胆碱类物质(Cho)和含肌酐类物质(Cr)等代谢物，在代谢图上读取各代谢物波峰下平均面积，代表代谢物浓度，包括NAA、Cho和Cr峰，记录肌醇(mI)、乳酸(Lac)、脂质(Lip)和苯丙氨酸(Ala)是否出现。同时计算Cho/nCho(正常以“n”表示)、NAA/Cho、 Cho/Cr、 Cho/NAA、NAA/Cr和NAA/nCr的相对比值。

    1.5  统计学分析星形细胞瘤、转移瘤、脑膜瘤不同区域的ADC值、代谢物比值差别用单因素方差分析，两两比较方差齐时采用最小显著差异法(leastsignificant difference, LSD)，方差不齐转换数据，方差齐后进行方差分析；分析高、低级别星形细胞瘤的ADC值、各代谢物比值差异时用两样本t检验；病灶与正常组织间用配对t检验。P＜0.05为差异有显著性，由SPSS 11.5统计软件完成。

    2  结    果

　35例脑肿瘤，不同肿瘤各ROI的rADC值结果见表1；肿瘤病灶区与正常参照区的主要代谢物比值结果见表2；瘤周区各代谢物比值结果见表3（表中各值均用x-±s表示）。不同肿瘤的MRI表现见图1a~3d。表1  颅内肿瘤各观察区域rADC值(x-±s)

    脑肿瘤类型     n     rADC值强化区     瘤周区星形细胞瘤     16     1.67±0.34     1.83±0.35脑转移瘤     12     1.61±0.31     2.21±0.28脑膜瘤     7     1.04±0.20     2.06±0.25F值          11.074     5.126强化区脑膜瘤与星形细胞瘤、脑转移瘤比较,P＜0.001；瘤周区星形细胞瘤与转移瘤、脑膜瘤比较,P＜0.01；瘤周区与强化区间rADC值比较，星形细胞瘤无显著性差异(P＞0.05)，转移瘤、脑膜瘤均有显著性差异(P＜0.05)。表2  颅内肿瘤病灶与正常参照区代谢物比值比较注： 肿瘤强化区诸比值与正常部位间均有显著差异(P＜0.05)；脑膜瘤与星形细胞瘤、转移瘤间有显著差异(P＜0.05)表3  脑肿瘤周围区域代谢物比值结果

    3  讨    论

　3.1  fMRI在脑肿瘤诊断中的价值fMRI因其能够无创伤地对神经元活动进行较准确的定位，有较好的可重复性和可行性等优势，已成为脑功能成像最迅速的新技术之一，广泛应用于神经的各个研究领域。自从EPI应用于DWI后，DWI技术开始用于不同疾病的诊断，对脑肿瘤的诊断价值日益受到人们的关注。由于ADC值能够较准确地反映组织水分子扩散的改变情况，因而用于疾病的诊断。有研究[1]显示，脑内各部位ADC值不尽相同，而两侧大脑半球间无显著性差异，所以本研究采用rADC值进行比较。作者发现在肿瘤强化区，rADC值可以鉴别良、恶性肿瘤，但不能鉴别星形细胞瘤与转移瘤。1HMRS是目前测定人体内化学物质、提供活体代谢物信息的唯一无创性技术。研究中作者发现，脑肿瘤与正常脑组织的波谱表现有差异,代谢物比值NAA/Cho、NAA/Cr降低，Cho/Cr升高，与正常参照区间有统计学差异(P＜0.05)，星形细胞瘤、转移瘤与脑膜瘤间亦有显著性差异，提示正常神经元脱失或功能障碍，肿瘤细胞增殖、代谢活跃、有丝分裂增加[2]。Lac是糖酵解的终产物，本研究中4例高级别星形细胞瘤和5例转移瘤Lac峰呈倒置双峰状，难以作为脑肿瘤的定性指标[3]；有人提出异常增高的Lip峰预示着病变的恶性度很高，称之为“死亡峰（Death peak）”[4]，本组3例Ⅳ级星形细胞瘤和2例转移瘤Lip峰均呈孤立、高耸状，提示肿瘤生长迅速，坏死明显；mI常作为胶质细胞存在的标志[5]，它的变化与肿瘤生长代谢关系密切，本研究中mI峰4例均出现于高级别星形细胞瘤，2例出现于伴有明显坏死的转移瘤，不能作为两者鉴别的依据；Ala来自糖分解中的丙酮酸，本研究中6例Ala峰5例出现在脑膜瘤，故对脑膜瘤的诊断有一定价值。

    3.2  fMRI在瘤周区的应用价值早在1987年，Kelly等[6]就报道在脑高级别星形细胞瘤周围有肿瘤细胞的浸润。本研究显示在瘤周区，星形细胞瘤（尤其是高级别星形细胞瘤）的ADC值较转移瘤、脑膜瘤低，与之比较均显示统计学差异。造成这一差异的原因为星形细胞瘤具侵袭性，瘤周区在星形细胞瘤与转移瘤间有着不同的病理基础[7]：星形细胞瘤恶性程度越高，向周围组织浸润越明显，因未破坏血管基底膜而使血脑屏障保持相对完整性，所以MRI增强扫描无强化，难与血管源性水肿鉴别；脑转移瘤周边区是各种肿瘤因子及瘤体压迫引流静脉所致的血管源性水肿，细胞成分少，扩散受限不明显，ADC值较星形细胞瘤大，两者存在显著性差异，可用于星形细胞瘤与转移瘤的鉴别诊断。Law等[8]指出，恶性星形细胞瘤的瘤周区有肿瘤细胞浸润，肿瘤的边界既不是T1WI强化的区域，也不是T2WI高信号的范围，可能包括部分图像上显示正常的脑组织。本组实验结果显示：在肿瘤强化区周围±10mm区域，星形细胞瘤的NAA/Cho、NAA/Cr、NAA/nCr值小于转移瘤，Cho/NAA值明显大于转移瘤，两者间有显著性差异（P＜0.05），有助于星形细胞瘤和转移瘤的鉴别，但并未得出Cho/nCho、Cho/nCr具有统计学意义的结果，可能与病例数少有关，因此，该比值对星形细胞瘤和转移瘤鉴别诊断的意义需继续研究。“瘤周水肿”是脑肿瘤常见的伴发征象，在常规MRI上定义为强化肿瘤周围、T2WI呈高信号的区域，其机理至今仍未得到准确的阐述，肿瘤细胞的分泌活性、肿瘤新生血管血脑屏障的不完整、肿瘤细胞沿神经纤维及脑白质浸润等都可能是其产生机制[9]，因其在部分恶性肿瘤中并非完全是血管源性水肿，难以与肿瘤浸润的边界确切划分，所以作者用“瘤周区”来代表这一影像学和病上的异常区域，但该区域的表述欠精确，仍需进一步探讨。明确星形细胞瘤的边界，对于确定外科手术或放疗范围非常重要，DWI、多体素1HMRS均显示星形细胞瘤强化周围±10mm区域有异常，对肿瘤边界的划定有一定帮助，但因肿瘤可呈不对称性生长，故对浸润性肿瘤确切边界的划定仍有难度。综上所述，fMRI能为脑肿瘤的诊断和鉴别诊断提供一种安全、无创的影像检查方法，有助于脑肿瘤的诊断与鉴别诊断、区分肿瘤组织与周围水肿，可作为常规MRI检查技术的补充，值得借鉴。

    []

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