氫質(zhì)子磁共振波譜在顱內(nèi)膠質(zhì)瘤中的臨床應(yīng)用

1、氫質(zhì)子磁共振波譜在顱內(nèi)膠質(zhì)瘤中的臨床應(yīng)用    研究背景腦膠質(zhì)瘤是最常見的顱內(nèi)原發(fā)性腫瘤,文獻(xiàn)報(bào)道約占顱內(nèi)腫瘤的35.26%60.96%。腦膠質(zhì)瘤呈侵襲性生長(zhǎng),綜合治療總體療效不佳,尤其是高級(jí)別膠質(zhì)瘤術(shù)后復(fù)發(fā)快、預(yù)后差,嚴(yán)重威脅人類健康,是神經(jīng)外科治療中最棘手的惡性腫瘤之一。膠質(zhì)瘤的治療已達(dá)成共識(shí):其治療原則為在不加重?fù)p傷神經(jīng)系統(tǒng)功能前提下,盡量廣泛切除腫瘤,術(shù)后給予個(gè)體化放化療綜合治療。手術(shù)全切除是膠質(zhì)瘤治療的首要環(huán)節(jié);其次是既要全切或次全切腫瘤,又要考慮患者術(shù)后生存質(zhì)量。然而膠質(zhì)瘤由于其浸潤(rùn)性彌漫性生長(zhǎng)而邊界不清使得全切困難,所以精確定位腫瘤手術(shù)邊界

2、非常重要。限于目前還沒有更好的手段判斷瘤組織邊界,所以在臨床上還是以T1加權(quán)像增強(qiáng)作為一種較可靠的指標(biāo),來反應(yīng)瘤組織邊界,手術(shù)亦沿著病灶強(qiáng)化與水腫帶間膠質(zhì)增生界面進(jìn)行。然而MRI上強(qiáng)化區(qū)并非腫瘤的真實(shí)邊界,僅僅代表血腦屏障的破壞程度,膠質(zhì)瘤瘤周水腫區(qū)仍有腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)。但腦腫瘤尤其是膠質(zhì)瘤其浸潤(rùn)的鄰近組織區(qū)域通常不強(qiáng)化,這無疑將低估病灶范圍,而T2高信號(hào)區(qū)內(nèi)至少有一部分是由腫瘤浸潤(rùn)所致,但受腫瘤周圍組織水腫的影響,此法易于導(dǎo)致高估腫瘤范圍。常規(guī)CT、MRI檢查只能對(duì)顱內(nèi)腫瘤位置、大小及形態(tài)做出初步診斷,而臨床常常希望得到更全面、準(zhǔn)確的術(shù)前定性、腫瘤分級(jí)及腫瘤范圍等方面的信息。活體質(zhì)子磁共振波譜(

3、proton magnetic resonance spectroscopy,1HMRS)近年來已越來越廣泛的應(yīng)用于臨床,它能夠無創(chuàng)性檢測(cè)腫瘤組織及正常腦組織代謝物的變化,通過各種代謝物及其比值來對(duì)腦腫瘤進(jìn)行診斷及鑒別診斷、分析腫瘤的惡性度并進(jìn)行分級(jí)、對(duì)腫瘤療效進(jìn)行評(píng)價(jià)、檢測(cè)腫瘤的復(fù)發(fā)及判斷腫瘤的預(yù)后等。MRS成像能從纖維或正常組織中區(qū)別出原發(fā)或腫瘤浸潤(rùn)病灶,可根據(jù)腫瘤區(qū)波譜與正常腦組織及水腫區(qū)波譜的不同進(jìn)行量化分析。對(duì)于觀察腫瘤的生物學(xué)特性,確定腫瘤性質(zhì)和范圍有著重要作用。如何做到廣泛切除膠質(zhì)瘤同時(shí)盡量保護(hù)神經(jīng)功能?氫質(zhì)子磁共振波譜成像應(yīng)用于膠質(zhì)瘤邊界確定的前景如何?利用MRS實(shí)現(xiàn)對(duì)膠質(zhì)瘤鑒

4、別診斷、定性分級(jí)的研究非常多,但國(guó)內(nèi)外尚無文獻(xiàn)系統(tǒng)報(bào)道利用磁共振波譜評(píng)估膠質(zhì)瘤瘤周浸潤(rùn)進(jìn)而指導(dǎo)手術(shù)和放療的研究。本實(shí)驗(yàn)旨在采用二維多體素氫質(zhì)子磁共振波譜掃描系列(2D-multi-voxel 1HMRS),術(shù)前前瞻性分析膠質(zhì)瘤患者常見波譜代謝物及其比值情況,結(jié)合術(shù)后標(biāo)本Ki-67陽性腫瘤細(xì)胞在瘤周水腫帶的分布,探討磁共振波譜在膠質(zhì)瘤瘤周浸潤(rùn)、腫瘤細(xì)胞增殖活性方面的應(yīng)用。研究目的1.采用二維多體素氫質(zhì)子磁共振波譜成像(2D-1HMRS)技術(shù),前瞻性研究幕上可疑膠質(zhì)瘤瘤體強(qiáng)化區(qū)、瘤周近側(cè)水腫帶及對(duì)側(cè)相應(yīng)解剖部位常見波譜代謝物比值改變特點(diǎn);2.分析增殖細(xì)胞的核抗原ki-67在膠質(zhì)瘤術(shù)后標(biāo)本中瘤體及瘤

5、周近側(cè)水腫帶的表達(dá)情況;3.比較膠質(zhì)瘤瘤體、瘤周近側(cè)水腫帶波譜各代謝物比值與ki-67表達(dá)的相關(guān)性,探討磁共振波譜成像技術(shù)評(píng)估膠質(zhì)瘤瘤周浸潤(rùn)及增殖活性等生物學(xué)行為的可能性。材料與方法1.研究對(duì)象2007年1月-2008年4月,前瞻性順序收集幕上半球可疑膠質(zhì)瘤患者16例,其中男9例,女7例;年齡2152歲,平均38.4歲。所有病例經(jīng)術(shù)后病理證實(shí),其中低級(jí)別膠質(zhì)瘤(WHO)6例,高級(jí)別膠質(zhì)瘤(WHO一級(jí),GBM如壞死囊變明顯則予以剔除)10例。所有患者術(shù)前均無放化療病史,既往無顱內(nèi)炎癥、外傷等相關(guān)病史。2.MRI檢查方法所有檢查經(jīng)患者家屬知情同意,于術(shù)前72h以內(nèi)檢查并采集數(shù)據(jù)。采用GEsigna

6、 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描設(shè)備。自旋回波(SE)序列和快速自旋回波(FSE)序列獲得常規(guī)MRI平掃T1、T2加權(quán)像(T1WI、T2WI)。掃描參數(shù)如下:T1WI(TR/TE,600/16ms),T2WI(TR/TE,5100/138ms),層厚58mm,層間距1.5mm。磁共振波譜掃描采用二維多體素(2Dmultivoxel)點(diǎn)分辨波譜(pointedresolvedspectroscopy sequence,PRESS)成像序列,TR/TE:1000ms/144ms,體素厚度(voxel thickness)10mm,層間距2mm,NEX 1。于T2WI平掃病變最大直徑軸位層面作為定位層面。波

7、譜掃描野(field of view,FOV)大小根據(jù)病變情況而定,應(yīng)包括腫瘤強(qiáng)化區(qū)域、水腫區(qū)域及部分遠(yuǎn)離病灶的正常腦組織區(qū)域。相位矩陣160×160,感興趣區(qū)(region of interest,ROI)大小1cm×1cm×1cm1.5cm×1.5cm×1cm。體素定位盡量避免含骨、血管、腦脊液、腦皮層,囊變壞死、鈣化或瘤卒中區(qū)域。自動(dòng)預(yù)掃描完成勻場(chǎng)及水抑制。以T1WI增強(qiáng)區(qū)域定義為瘤體,瘤周水腫帶定義為T2WI高信號(hào)且無增強(qiáng)區(qū)域,分別于瘤體內(nèi)、瘤周水腫帶2厘米范圍內(nèi)及對(duì)側(cè)相應(yīng)解剖部位采集數(shù)據(jù)。為避免順磁性對(duì)比劑對(duì)檢查結(jié)果的影響,波譜數(shù)據(jù)采

8、集盡量在增強(qiáng)掃描前完成。3.圖像后處理與數(shù)據(jù)測(cè)量采用Sun sparc ADW4.0圖像處理工作站,儀器自帶FuncTool軟件包進(jìn)行圖像后處理。同時(shí)獲得波譜圖(spectrum)、代謝與解剖圖的疊加圖(簡(jiǎn)稱“代解圖”)。感興趣區(qū)(ROI)分別位于腫瘤強(qiáng)化明顯區(qū)域(ROI1)、瘤周近側(cè)水腫帶2cm范圍內(nèi)(ROI-2)以及遠(yuǎn)離病變的正常腦組織區(qū)域(ROI-3)。以水為參考物,其化學(xué)位移為4.7ppm×106,NAA位于2.02ppm,Cr位于3.02ppm,Cho位于3.22ppm。在“代-解”圖上觀察各代謝物的濃度分布,在相應(yīng)波譜圖(SI)上觀察各感興趣區(qū)的波峰表現(xiàn)。以曲線下面積的積

9、分代表峰值,記錄各ROI的Cho/Cr、NAA/Cr及Cho/NAA三個(gè)代謝物相對(duì)比值,結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示。4.組織學(xué)檢查以腦溝(額上溝及顳上、下溝)、側(cè)裂或皮層血管定位方向,術(shù)中瘤體及瘤周水腫帶完整連續(xù)切除以獲得波譜ROI區(qū)與病理標(biāo)本的一致性。所獲手術(shù)標(biāo)本即刻甲醛固定,石蠟包埋切片(4m層厚),常規(guī)HE染色并Ki-67標(biāo)記。染色結(jié)果經(jīng)神經(jīng)病理醫(yī)師單盲檢查,細(xì)胞核異形性明顯并染色陽性者視為具有增殖活性的腫瘤細(xì)胞。200倍鏡下隨機(jī)選取大小為33m×33m的6個(gè)視野,于瘤細(xì)胞密度最高區(qū)域計(jì)數(shù)活性腫瘤細(xì)胞。引用Stadlbauer的方法,具增殖活性的腫瘤細(xì)

10、胞百分?jǐn)?shù)為腫瘤細(xì)胞計(jì)數(shù)與總細(xì)胞數(shù)比值,結(jié)果TI以(?)±s(%)表示。5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析分別計(jì)算腫瘤三個(gè)不同區(qū)域波譜各代謝物比值的平均值,計(jì)量資料結(jié)果以(?)±s表示,SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件分析資料。采用單因素重復(fù)測(cè)量方差分析,兩兩比較采用LSD法;瘤體強(qiáng)化區(qū)與水腫帶樣本均數(shù)間兩兩比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)。波譜代謝物比值與增殖細(xì)胞核抗原ki-67表達(dá)采用一元直線相關(guān)分析,結(jié)果以Pearson系數(shù)表示,相關(guān)程度描述引自ZOU等對(duì)相關(guān)系數(shù)定義。P0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。結(jié)果1.膠質(zhì)瘤不同區(qū)域波譜代謝物濃度特點(diǎn)與正常腦組織波譜代謝峰值圖一致,膠質(zhì)瘤腫瘤對(duì)側(cè)相應(yīng)白質(zhì)內(nèi)波譜代謝物均表現(xiàn)為N

11、AA峰最高,Cr峰與Cho峰不同水平較低;腫瘤組織與瘤周近側(cè)水腫帶Cho明顯上升成最高峰,NAA與Cr出現(xiàn)不同程度的下降,其中以NAA更為顯著。上述變化以瘤體尤其明顯,但從瘤體、瘤周近側(cè)水腫帶至病灶對(duì)側(cè)相應(yīng)白質(zhì),上述變化并不總是具有“漸變”性。2.膠質(zhì)瘤不同區(qū)域波譜代謝物比值變化膠質(zhì)瘤腫瘤對(duì)側(cè)白質(zhì)內(nèi)波譜代謝物濃度比值NAA/Cr最高為1.559±0.200,Cho/Cr次之為0.878±0.138,Cho/NAA最小為0.605±0.123;腫瘤強(qiáng)化區(qū)Cho/Cr、Cho/NAA比值上升,分別為2.212±0.566,2.880±0.677;N

12、AA/Cr比值下降為0.762±0.177;瘤周近側(cè)水腫帶波譜代謝物比值變化趨勢(shì)同瘤體強(qiáng)化區(qū),Cho/Cr、Cho/NAA比值分別為1.488±0.156、1.490±0.355,NAA/Cr比值為1.152±0.139。從瘤體、瘤周近側(cè)水腫帶至對(duì)側(cè)白質(zhì),上述比值變化亦并非總具有“漸變”性。瘤體中心強(qiáng)化區(qū)域,瘤周近側(cè)水腫帶及對(duì)側(cè)腦白質(zhì)相應(yīng)區(qū)域上述代謝物比值差異性兩兩比較,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。3.膠質(zhì)瘤瘤體及瘤周近側(cè)水腫帶病理形態(tài)學(xué)觀察光鏡下見瘤體強(qiáng)化區(qū)與瘤周水腫帶常規(guī)病理明顯不一。瘤周水腫帶細(xì)胞稀疏背景透亮,腫瘤細(xì)胞密度明顯降低、瘤細(xì)胞核異型性及核分裂相程度

13、等形態(tài)學(xué)大體觀察較瘤體區(qū)明顯減輕,未見明顯的腫瘤壞死區(qū)域,但瘤周水腫帶內(nèi)同樣可見不同程度的血管內(nèi)皮細(xì)胞增生。此外,瘤體強(qiáng)化區(qū)與瘤周水腫帶似乎可見一組織學(xué)界限明顯的移行帶。4.增殖細(xì)胞的核抗原Ki-67在膠質(zhì)瘤瘤體及瘤周近側(cè)水腫帶的表達(dá)術(shù)后病理ki-67染色結(jié)果,瘤體強(qiáng)化區(qū)具增殖活性的腫瘤細(xì)胞密度為7.87%±2.02%,瘤周近側(cè)水腫帶1.58%±0.44%;重癥腦外傷手術(shù)切除的內(nèi)減壓腦水腫組織ki-67染色結(jié)果陰性。瘤體強(qiáng)化區(qū)與瘤周近側(cè)水腫帶組織兩者ki-67染色結(jié)果比較差異性具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。5.波譜代謝物比值與增殖細(xì)胞的核抗原ki-67表達(dá)相關(guān)性瘤體Cho/Cr比值與ki

14、-67表達(dá)正相關(guān)(r=0.603,P=0.000),瘤周近側(cè)水腫帶Cho/Cr比值與ki-67表達(dá)不相關(guān)(P=0.075);瘤體及瘤周NAA/Cr比值與ki-67表達(dá)均不相關(guān)(P=0.632、0.835);瘤體及瘤周近側(cè)水腫帶Cho/NAA比值與ki-67表達(dá)水平均顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)r分別為0.842、0.514(P=0.000)。結(jié)論1膠質(zhì)瘤瘤周近側(cè)水腫帶存在病理性波譜,提示膠質(zhì)瘤水腫帶內(nèi)浸潤(rùn)生長(zhǎng)特性,現(xiàn)有強(qiáng)化邊界不能準(zhǔn)確反應(yīng)病灶范圍。2D-1H MRS能進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)常規(guī)MRI上未能顯示的腫瘤區(qū)域,從而具有確定膠質(zhì)瘤瘤周腫瘤浸潤(rùn)范圍的潛能。2自瘤體強(qiáng)化區(qū)、瘤周水腫帶至對(duì)側(cè)相應(yīng)部位,膠質(zhì)瘤波譜代謝物濃度及比值并非總是階梯式“漸變”;強(qiáng)化區(qū)亦并非總是波譜濃度及比值最高點(diǎn),部分患者瘤周近側(cè)水腫帶代謝更為活躍。既反應(yīng)膠質(zhì)瘤不均勻生長(zhǎng),又可為臨床靶向活檢明確病理級(jí)別提供可靠依據(jù)。3瘤周近側(cè)水腫帶顯微鏡下見瘤細(xì)胞密度,核大小、異型性、核分裂相等核形態(tài)學(xué)與瘤體強(qiáng)化區(qū)不一致,瘤周近側(cè)水腫帶與瘤體強(qiáng)化區(qū)似有一組織學(xué)移形帶。而Ki-67蛋白在兩個(gè)區(qū)域染色同樣存在差異,提示不同的細(xì)胞增殖活性。4瘤體強(qiáng)化區(qū)Cho/Cr比值與Ki-67蛋白染色強(qiáng)度正相關(guān),而Cho/NAA比值