多体素磁共振质子波谱在脑胶质瘤诊断中的应用

李 华,田 刚

(兰州军区乌鲁木齐总医院神经外科,新疆乌鲁木齐830000)

胶质瘤是多发于脑部和脊髓的一种肿瘤,根据其发病位置、细胞起源以及恶性度可以分为不同的类别。高分级胶质瘤患者的预后通常很差,尤其对于老年患者。目前临床治疗多采用外科手术、放疗以及化疗治疗[1]。尽管胶质瘤患者预后较差,如果采取恰当的治疗手段和治疗时机,仍可阻止病情进展,延长患者生存时间。决定治疗效果和预后的关键因素包括肿瘤的细胞来源、肿瘤分级以及肿瘤的体积,治疗前获得有关这些因素的准确信息对于选择治疗方案有重要作用。尽管核磁共振(MRI)可以提供很好的软组织对比度,但是其灵敏度和特异度尚不足以区分肿瘤的分级和细胞来源,使用核磁共振成像很难分别肿瘤组织与水肿及坏死组织[2-4],而克服这些困难需要采用新的成像技术。近来的研究表明,磁共振质子波谱因能够提供正常以及异常组织区域代谢特征的信息,能够大幅度提高胶质瘤诊断的准确性;鉴于此,磁共振质子波谱在胶质瘤诊断和治疗的临床工作中正被日益广泛的应用。

1 磁共振质子波谱工作原理

磁共振质子波谱是一种无创性的分析技术,用于研究脑肿瘤、中风、以及Alzheimer等其他脑部疾病中脑组织代谢的变化[5]。使用磁共振质子波谱可以获得人体组织在活体情况下的生化信息,而普通核磁共振技术则只能提供有关人体组织结构的信息。因为肿瘤细胞的活性与其代谢状态密切相关,使用磁共振质子波谱可以在治疗前对肿瘤的恶性程度进行评估。

目前绝大多数研究都采用144或270毫秒的回声时间,因为在这种条件下获得的质子波谱主要包含以下几种重要的代谢产物峰值,即胆碱(Cho)、肌酸(Cre)、乙酰天冬氨酸(NAA)、肌醇(MI)、乳酸(Lac)、谷氨酸和谷氨酰胺(Glu)[6,7]。胆碱峰值出现3.2 ppm的位置,该峰值代表多种代谢产物,例如甘油磷酸胆碱、磷酸胆碱和磷脂酰胆碱。胆碱峰值反映细胞膜更新速度,因此在细胞增殖情况下会增加。肌酸在细胞能量代谢中起作用,其峰值出现在3.03 ppm位置,作为能量代谢的标志,该峰值代表肌酸磷酸、γ-氨基丁酸、赖氨酸以及谷胱甘肽的水平。谷氨酸和谷氨酰胺峰值出现2.3-2.5 ppm位置,该值升高反映细胞增殖速度加快,因此在肿瘤组织中该峰值增加。乳酸峰值出现在1.32 ppm位置,该值升高反映细胞无氧代谢状态,因此在脓肿或坏死组织中升高。乙酰天冬氨酸峰值出现在2.0 ppm位置,该峰值反映的是神经元密度及活性,因此在肿瘤组织中降低。目前有两种主要的磁共振质子波谱技术,一种是单体素质子波谱,另外一种是多体素质子波谱(又称化学移动成像技术)[8,9],二者的区别在于后者可获得多个相邻体积内的质子波谱信息。

2 磁共振质子波谱在胶质瘤诊断中的应用

尽管使用常规核磁共振技术可以判断肿瘤的位置、出血、坏死以及强化周围水肿等,并据此进行肿瘤恶性程度分级;但是如果没有水肿、坏死以及造影剂增强现象出现,高分级胶质瘤常常会被错误诊断为低分级胶质瘤。而且,在大的脑胶质瘤内,其病理组织具有异源性,即不同部位和成分有不同的恶性度分级;在这种情况下,使用常规核磁共振技术很难进行治疗前准确分级,并依此制定正确的治疗方案。此外,常规核磁共振技术并不能提供有关肿瘤生理代谢的可靠信息,而这些信息对于判断肿瘤恶性程度有重要的作用。

而相比之下,由于使用质子波谱可以获得肿瘤组织代谢的生化信息,对于确定胶质瘤恶性度分级有重要帮助。已经有很多研究表明,代谢产物水平及不同代谢产物之间的比值与肿瘤的恶性恶性程度有关[10-12]。例如,胆碱的水平与细胞的增殖状态密切相关,因此对于判断肿瘤恶性程度很有帮助。组织坏死是胶质瘤分级的重要依据,组织病理发现恶性脑肿瘤含有移动脂质,脂质峰值升高表明细胞膜破裂造成组织坏死,因此脂质水平与高分级胶质瘤组织坏死相关,并可用于确定胶质瘤分级。另外,有研究发现,谷氨酸和谷氨酰胺峰值在高分级胶质瘤中高于低分级胶质瘤[13,14],而如果肿瘤部位有过量的谷氨酸和谷氨酰胺积聚,则预示预后不良。高分级恶性胶质瘤的一个特点是恶性肿瘤细胞会沿着神经轴突或血管走行以及蛛网膜下腔进行播散;所以,如果质子波谱显示在肿瘤周围区域出现较高胆碱和谷氨酸和谷氨酰胺峰值,则预示肿瘤分级较高,预后不良。而常规核磁共振成像技术则很难将这些区域与正常组织加以区分。近来的研究表明,不同代谢产物之间的比值对肿瘤分级也有重要价值,例如有报道发现,Cho/Cre比值可用于区分Ⅱ级和Ⅲ级肿瘤,而在Ⅲ级与Ⅳ级肿瘤之间,Lac/Cre比值有明显差别[15,16]。

除上述应用,最近有报道在质子波谱引导下进行立体定位脑组织穿刺活检。因质子波谱可提供有关肿瘤细胞活性的信息,因此对于穿刺部位的选取具有一定的帮助[17]。

3 结论

普通CT和MRI只能提供有关人体组织结构的信息,而磁共振质子波谱则可以反映人体组织代谢的生化信息[18]。使用磁共振质子波谱不仅可以在治疗前对肿瘤的恶性程度进行准确分级,有助于制定恰当的治疗方案,而且可以用来监测治疗效果,帮助医生及时调整治疗措施。近年来,随着对于胶质瘤生物学特性的深入了解,一些新的治疗方法在开发中,比如免疫治疗、病毒介导的转基因治疗等[19-21]。由于质子波谱可以反映肿瘤组织生化代谢的生物学特点,对于评价和筛选这些新的生物学治疗方法将会起重要作用。可以相信,磁共振质子波谱在胶质瘤的诊治工作中将会有着广阔的前景。

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