脑胶质瘤患者MRS脑代谢物浓度与FA值相关性分析

吴鹤林 吴卉卉 侯冬梅 王宁峰 杨孺牛

脑胶质瘤为最常见的脑内原发恶性肿瘤[1]，据调查，每十万人中约为10～20人患脑胶质瘤，约占脑内肿瘤的40%左右[2]，术前明确的诊断对临床下一步的治疗至关重要，目前最常用的诊断方法为MRS[3]。磁共振氢质子波谱成像(MRS)和磁共振扩散张量成像(DTI)为1种无创的检查手段[4]，国内外关于两种方法的研究多集中于各自独立研究，成为脑检查中重要的辅助扫描方式，如1H-MRS用于鉴别脑部占位性病变性质及肿瘤级别，侧重于对病变的定性[5]，术前DTI扫描用于评估脑肿瘤对神经纤维术的影响，涉及推移、浸润和截断等方面[6]。两种技术的联合应用研究较少，主要集中在阿尔茨海默症[7]等方面，在明确肿瘤边界、临近纤维束改变情况的同时，能以无创的方式研究脑中肿瘤区、周围水肿区、正常区的代谢特点和微观结构[8]。为了解脑胶质瘤的代谢信息及微观结构的关系，本文对脑胶质瘤患者脑中不同区域的代谢物浓度及FA值相关性进行分析，现报告如下。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究前瞻性纳入2014年3月至2017年3月临床疑似脑胶质瘤患者110例，MR检查后，经开颅手术或穿刺获得病理诊断结果，将71例确诊为脑胶质瘤患者作为研究对象，男性32例，女性39例，年龄22～75岁，平均年龄为(48.83±11.15)岁。其中Ⅰ～Ⅱ级低级别胶质瘤37例，Ⅲ～Ⅳ[复核]级别胶质瘤34例。

纳入标准：①病变部位非弥漫性，瘤体、水肿及周围正常组织分界明显；②患者未经手术等其他手段治疗；③能积极配合扫描者。排除标准：①为弥漫性脑胶质瘤者；②有严重心、肝等器官功能障碍者；③配合度较差者。

1.2 方法

1.2.1 扫描方法 采用MR扫描仪(美国GE公司Discovery 750，3.0T)对所有患者进行扫描。分别进行轴位T1WI、T2WI，快速轴位、矢状位及冠状位的T2WI扫描，轴位T2WI层厚为3 mm，间隔为0 mm，层数为46。于患者静脉注射扎喷酸葡胺(0.2 mmol/kg)造影剂后进行常规轴位、矢状位及冠状位T1WI扫描。

DTI扫描方法及参数：以SS-EPI成像序列于T2WI正中矢状面定位，定位参数与快速轴位T2WI一致，对全脑进行扫描。参数：TR 为8 500 ms，TE为91 ms，层间距0 mm，层厚3 mm，层数46，FOV为230 mm×230 mm，矩阵128×128，体素大小为1.8 mm×1.8 mm×3.0 mm。扩散敏感梯度方向为30，采集因子为2，带宽1562 Hz/Px，信噪比1.0，b值为0 s/mm2和1 000 s/mm2，分别采集8和2次，采集时间7 min 37 s。

1H-MRS扫描方法及参数：以CSI序列及多体素模式相位矩阵对冠状面、横断面及矢状面进行T2WI定位。VOI包括瘤体、水肿最大层面、部分正常脑组织。大小选为80 mm×80 mm×13 mm，TR为1 700 ms，TE为135 ms，体素大小为10 mm×10 mm×13 mm，扫描时间为6 min 48 s。

1.2.2 数据处理与测量 所有数据应用Spectroscopy软件对波谱数据进行处理，包括水抑制滤波、去噪、基线修正等，得到代谢物拟合曲线。于患者瘤体区、周围水肿区、周围正常脑白质区，各取1～7个体素，检测各体素内N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱(Cho)、肌酸(Cr)浓度及NAA/Cr、Cho/Cr比值。

采用Viewing软件分析DTI数据，ROI为与各1H-MRS体素相对应的正方形，大小为10 mm×10 mm，测量并记录ROI内平均FA值。

1.3 数据分析

应用SPSS 20.0软件分析数据，以曲线下面积表示各代谢物浓度，FA值以扩大1000倍表示，计数资料以表示，采用t检验，相关性分析采用Pearson's相关分析。P<0.05时差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者脑内不同区域代谢物浓度和FA值比较

瘤体区和水肿区NAA、Cho、NAA/Cr、Cho/Cr及FA值与正常区域相比均有显著差异(P<0.05)，与水肿区相比，瘤体区NAA、NAA/Cr显著降低，Cho、Cho/Cr显著升高(P<0.05)，Cr和FA值无差异(P>0.05)。见表1。

表1 患者脑内不同区域代谢物浓度和FA值比较

2.2 患者脑内不同区域代谢物浓度与FA值相关性

患者瘤体区NAA、NAA/Cr与FA值呈显著正相关，水肿区NAA、Cho和Cho/Cr与FA值呈显著正相关，正常区域NAA与NAA/Cr与FA呈显著正相关(P<0.05)，见表2。

表2 患者脑内不同区域代谢物浓度与FA值相关性

注：*为P<0.05。

3 讨论

大脑中的髓纤维束为使水分子在与神经纤维垂直的方向上的扩散幅度明显降低，基于该运动速度的差异，DTI可定量计算水分子运动产生的部分各向异性分数FA[9]，可用于描述脑白质微观结构，作为1种反应轴突密度和细胞膜完整性的影像学指标[10]。1H-MRS可以根据氢质子共振频率间的微小差异测量出脑内重要神经代谢物含量，如NAA、Cho、Cr等，在分子水平上体现脑中神经组织代谢情况[11]。本研究71例脑胶质瘤病例中，瘤体区和水肿区NAA、Cho、NAA/Cr、Cho/Cr及FA值与正常区域相比均有显著差异(P<0.05)，与水肿区相比，瘤体区NAA、NAA/Cr显著降低，Cho、Cho/Cr显著升高(P<0.05)，Cr和FA值无差异(P>0.05)。显示各代谢物及FA值在脑中瘤体、周围水肿及征象脑白质区间有统计学差异，能够用于鉴别肿瘤、水肿及正常组织，可用于脑胶质瘤的诊断及辅助手术治疗方案的制定。

本研究对DTI和1H-MRS检查结果进行相关性分析，患者瘤体区NAA、NAA/Cr与FA值呈显著正相关(P<0.05)。NAA为1H-MRS波谱中的最高峰，表示神经元和轴突的生存力及密度。本研究显示脑中各区域中瘤体内FA值最低，可能与瘤体区域神经纤维束消失有关。有研究报道，肿瘤细胞密度与FA呈负相关[12]，肿瘤细胞密度的升高使神经元收到的损坏程度加重，引起NAA的降低[13]，同时肿瘤细胞的无规律排列使FA降低，因此NAA与FA呈证显著关系，也体现神经元结构完整性收到严重破坏。Cho升高主要受细胞膜代谢及细胞密度影响，标志细胞膜转换，反应细胞增殖情况[14]。本研究显示瘤体内FA和Cho无显著相关关系。

本研究显示水肿区NAA、Cho和Cho/Cr与FA值呈显著正相关(P<0.05)，表明FA值的改变与神经元完整性及残存的神经纤维束有关。水肿区域细胞外间隙明显增加，水分子活动范围增大，趋向于各向同性，引起FA的降低，同时各代谢产物相对被稀释，从而检测含量降低。

综上，瘤体内NAA、NAA/Cr与FA值呈显著正相关，水肿区NAA、Cho和Cho/Cr与FA值呈显著正相关，1H-MRS和DTI可联合用于脑胶质瘤的检测，为无创性研究脑胶质瘤代谢特点及微观结构提供一定的基础。