3.0T MRI常规序列联合DTI及1H-MRS在颅内肿瘤中的诊断价值

刘永辉，黎海滨，李素娟，陈锦灿，邹光成 （广东省肇庆市第一人民医院放射科，广东肇庆 526000）

颅内肿瘤是神经系统常见疾病，常引起颅内压增高、脑功能区变形等，引发头痛、癫痫等中枢神经系统症状，甚至危害生命。磁共振成像(MRI)是颅内肿瘤检查中重要的一种手段，近年来其在不断完善中也涌现了一些新的技术，如弥散张量成像(DTI)和磁共振波谱(MRS)。DTI是在弥散加权成像(DWI)的基础上发展起来的一种新的MRI成像技术。DTI可在三维空间内定量分析组织内水分子的弥散运动，并通过弥散运动的各向异性特征进行成像[1]。其可量化水分子的各项异性，达到观察组织微观结构的目的，在颅脑肿瘤检查中，可更清晰显示白质纤维束走行，进而了解肿瘤的特征[2]。1H-MRS则是一种无创性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物的定量分析方法。笔者收集本院经手术病理证实的60例脑肿瘤病例，旨在探讨3.0T MRI常规序列联合DTI及1H-MRS在颅内肿瘤诊断中的应用价值。

1 资料和方法

1.1 一般资料

研究对象为我院2016年6月至2018年12月入院拟诊断颅内肿瘤的60例患者，均为首次来院检查且未经治疗。60例中，男35例，女25例；年龄8～84岁，中位年龄55岁。临床症状主要表现为肢体不适、肢体抽搐、间断性头晕、下肢麻痹。60例颅内肿瘤均经手术病理证实，其中高级别胶质瘤26例(WHO Ⅲ～Ⅳ级)，低级别胶质瘤10例(WHOⅠ～Ⅱ级)，脑膜瘤15例(WHOⅠ～Ⅱ级)，髓母细胞瘤1例(WHO Ⅳ级)，转移瘤8例。

1.2 检查方法

MR头颅检查采用GE Signa HDx 3.0T MR扫描仪配套8通道头部线圈，MRI常规横轴面平扫：T2WI(TR 4 300 ms，TE 120 ms)，T1WI-FLAIR (TR 1 850 ms，TE 20 ms)，T2WI-FLAIR(TR 8 000 ms，TE 140 ms)，FOV 24 cm×24 cm，矩阵256×256，扫描层厚5.0 mm，层距0.5 mm，矢状位T2WI (TR 4 300 ms，TE 120 ms)。增强扫描：经前臂静脉注射钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)，0.1 mmol/kg，行横轴面、冠状面和矢状面检查。MRS行单体素及多体素MRS检查，采用点分辨选择波谱(PRESS)技术，MRS参数为TR 1 500 ms，TE 144、35 ms，其中单体素容积2 cm×2 cm×2 cm，1次采集，评价指标包括肿瘤区及肿瘤周围区Cho/Cr、NAA/Cr、Cho/NAA(峰值高度比值)。DTI采用自旋平面回波脉冲序列(SE-EPI)扫描35层，每层采集25个不同的梯度方向，扫描层厚5.0 mm，层距0 mm ，TR 8 000 ms，TE 102 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵128×128，b值为0 s/mm2和1 000 s/mm2。

1.3 图像分析

观察肿瘤发生的部位、大小、形态、MRI信号变化、增强方式及周边水肿等情况。原始数据导入后处理工作站，测量肿瘤实质区、瘤周水肿区及对比侧正常脑组织的各向异性分数(FA)并计算相对FA值(rFA)，平均弥散率(MD)并计算相对弥散率(rMD)、相对各项异性(RA)、容积比指数(VR)及重建DTT图像，利用1H-MRS检测出 Cho/Cr、NAA/Cr、Cho/NAA参考指标并进行统计分析。

1.4 统计学处理

采用SPSS 17.0进行统计学处理。计量资料以±s表示，采用配对t检验比较肿瘤实质区、瘤周水肿区及相应对比侧正常区域观测指标的差异，采用Mann-Whitney非参数检验比较肿瘤实质区与瘤周水肿观测指标的差异，采用单因素方差分析(ANOVA)比较不同类型肿瘤MRS各项代谢物比值和肿瘤实质及瘤周水肿FA值的差异，检验水准α=0.05。

2 结果

肿瘤实质区FA、MD、RA、VR值均低于对比侧正常区域的相应值，差异有统计学意义(P<0.01)，见表1。

表1 肿瘤实质区与对比侧观测指标的比较 (±s，n=60)

表1 肿瘤实质区与对比侧观测指标的比较 (±s，n=60)

观测指标FA MD RA VR肿瘤实质区0.125±0.412 1.514±0.332 0.103±0.346 0.026±0.258对比侧0.365±0.952 7.895±0.457 0.320±0.088 0.199±0.025 t值6.412 37.968 6.289 11.532 P值<0.01<0.01<0.01<0.01

瘤周水肿区FA、MD、RA、VR值均低于对比侧正常区域的相应值，差异有统计学意义(P<0.01)，见表2。

表2 瘤周水肿区与对比侧观测指标的比较 (±s，n=60)

表2 瘤周水肿区与对比侧观测指标的比较 (±s，n=60)

观测指标 瘤周水肿区 对比侧 t值 P值FA 0.193±0.052 0.410±0.070 7.418 <0.01 MD 1.417±0.274 7.796±0.466 27.615 <0.01 RA 0.164±0.038 0.364±0.072 7.088 <0.01 VR 0.036±0.192 0.190±0.068 7.133 <0.01

肿瘤实质区的FA、rFA、RA、VR值低于瘤周水肿区的相应值，其中FA、RA值的差异有统计学意义(P<0.05)，rFA和VR值差异无统计学意义(P>0.05)。肿瘤实质区的MD、rMD值与瘤周水肿区的相应值差异无统计学意义(P>0.05)，见表3。

肿瘤实质区FA值按大小顺序分别是脑膜瘤/高级别胶质瘤、低级别胶质瘤及转移瘤，不同肿瘤实质区的FA值差异有统计学意义(P<0.01)。不同肿瘤瘤周水肿区FA值差异有统计学意义(P<0.01)。见表4。

1H-MRS检测出肿瘤实质区Cho/Cr、NAA/Cr、Cho/NAA等参数在高级别胶质瘤、低级别胶质瘤、脑膜瘤和转移瘤的肿瘤实质区与正常脑组织间差异有统计学意义(P<0.01)，见表5和图1、2。

表3 肿瘤实质区与瘤周水肿区观测指标的比较 M(P25, P75)

表4 不同肿瘤实质区、瘤周水肿区FA值的比较 (±s)

表4 不同肿瘤实质区、瘤周水肿区FA值的比较 (±s)

肿瘤类型高级别胶质瘤低级别胶质瘤脑膜瘤转移瘤F值P值n 瘤周水肿区26 10 15 8肿瘤实质区0.162±0.055 0.134±0.095 0.265±0.095 0.115±0.042 10.62<0.01 0.165±0.060 0.216±0.037 0.244±0.082 0.260±0.082 6.75<0.01

表5 不同类型肿瘤实质区与正常脑实质区各代谢物比值的比较

图1 右侧额叶胶质母细胞瘤(WHOⅣ级)

图2 额部大脑镰旁脑膜瘤(WHOⅠ级)

3 讨论

利用MRI常规序列有助于显示肿瘤的定位及瘤周水肿[3]，但不足以对肿瘤进行定性和分期，而DTI则可以弥补常规MRI的不足[1]。DTI由Basser在1992年首次提出，其DTI量化的参数有很多，其中FA和MD是最重要的参数。FA有助于评估肿瘤的良恶性，其在正常脑组织中最高，而在肿瘤坏死区最低[4]。MD相比表观弥散系数(ADC)能更全面反映弥散运动的快慢[1]。FA及RA值可以用来区分脑中正常组织、肿瘤实质区及瘤周水肿区[4]。

本研究发现，肿瘤实质区、瘤周水肿区相比正常脑组织，其DTI参数(FA、MD、RA、VR)均显著低于对比侧正常脑组织的DTI参数。肿瘤实质区的FA、RA值低于瘤周水肿区的FA、RA值。

肿瘤实质区和瘤周水肿区FA值均低于对比侧正常脑组织，与既往研究成果一致[5-7]。 Price等[5]证实肿瘤侧相比对比侧正常脑组织，其FA值明显下降。Sinha等[6-7]发现肿瘤实质区FA值下降。其机制可能有二：一是肿瘤坏死导致局部细胞结构的破坏而使组织的各向异性程度降低；二是肿瘤细胞浸润神经纤维轴突之间，使得水分子弥散加快，各向异性程度降低[8]。肿瘤实质区MD值均低于对比侧正常脑组织。影响MD值下降的主要原因为细胞结构，核浆比大以及致密的细胞结构会使得MD值下降[9]。肿瘤异常增殖、细胞数量多、细胞外间隙小、组织结构复杂[10-11]，可使得水分子弥散受限，导致MD值低。

瘤周水肿区的FA值较对比侧正常脑组织低，究其原因可能为：一是恶性程度较高的高级别胶质瘤(WHO Ⅲ～Ⅳ级)对周围侵犯导致白质纤维束的浸润破坏；二是低级别胶质瘤(WHO Ⅰ～Ⅱ级)、脑膜瘤及转移瘤虽对瘤周浸润不明显[12]，但其占位效应导致周围白质纤维束的推压移位，水肿选测点位置可能为白质纤维束的稀少部分。

本研究发现不同肿瘤实质中FA值存在差异，这与既往研究相一致[13]，可能与病理结构有关。脑膜瘤的FA值最高，高于胶质瘤和转移瘤。由于脑膜瘤的肿瘤细胞呈旋涡状排列，细胞质内有丰富的细纤维丝，对弥散起到了选择性的阻碍作用，脑膜瘤具有较高的各向异性。高级别和低级别胶质瘤由于白质纤维束均被破坏，水分子不再沿着轴突方向走行，肿瘤组织内各向异性程度降低，即FA值降低；但高级别胶质瘤细胞具有高度增殖性和侵袭性等生物学行为，肿瘤细胞之间的间隙更小，水分子有可能沿着一定方向的细胞间隙扩散，因此相对低级别胶质瘤来说，高级别胶质瘤FA值更高。而转移瘤大小不一，形态各异，常见坏死，因此各向异性程度降低。瘤周水肿通常是血管源性水肿，胶质瘤对瘤周浸润越明显，白质破坏、髓鞘脱失越明显，导致FA值下降越明显。在胶质瘤组，我们选择了肿瘤实质区和瘤周水肿区两个感兴趣的区域进行比较，发现FA值在两个区域的差异有统计学意义，肿瘤实质区的FA值低于瘤周水肿区的FA值，结合FA值的实际临床意义，我们推测可能是由肿瘤浸润由近及远逐渐衰减的过程导致。

本研究发现代表着水分子扩散运动各向异性大小的指标RA、VR与对比侧正常脑组织相比差异有统计学意义(P<0.01)。文献证实，RA与FA呈现大体一致的变化趋势[14-15]。VR则对高的弥散各向异性值更敏感[15]。这正是体现了DTI具有多参数评估的优越性。

通过重建得到的DTI及DTT图像可明确显示脑白质纤维束的方向性和完整性，可定量监测神经纤维束的变化过程[16]，对进一步了解颅内肿瘤病变所在区域及周围区域对白质纤维束的破坏或压迫情况十分有效。本研究发现，胶质瘤组与转移瘤组的病例对周围区域的白质纤维束有破坏中断、数目减少的表现，脑膜瘤组病例对周围区域的白质纤维束多呈受压变形或移位，这与既往研究相符[17]。

1H-MRS通过无创的方法测定颅内肿瘤及周围脑组织代谢化合物的水平，颅内肿瘤的类型不同和分级不同，其组织成分自然不同，1H-MRS测定的各种代谢物水平存在一定差异。本研究发现，胶质瘤、脑膜瘤、转移瘤与正常脑组织比较Cho/Cr比值不同程度升高，NAA/Cr比值降低，Cho/NAA比值呈显著升高。这反映出颅内肿瘤代表神经元活性的代谢物NAA峰有不同程度的降低，提示肿瘤组织的神经元受到破坏或缺失，而代表着颅内肿瘤细胞分裂增殖情况的Cho峰却不同程度升高，提示肿瘤组织细胞密度增高，分裂活跃。脑膜瘤和转移瘤作为脑外肿瘤理论上本应不含有NAA峰，但由于感兴趣区包括了部分的肿瘤水肿区和邻近的脑组织，会有部分容积效应的干扰，因此上述两种肿瘤的NAA峰降低应理解为神经元的缺失。本研究还发现。高级别胶质瘤与低级别胶质瘤之间Cho/Cr比值升高程度与NAA/Cr比值降低程度亦有显著差异，高级别胶质瘤Cho/Cr较高而NAA/Cr较低，这与既往的文献报道结果一致[18]，反映出高级别胶质瘤的肿瘤组织细胞增殖比低级别胶质瘤更活跃，且使神经元破坏更严重，以此可以了解胶质瘤的恶性程度从而判断病理分级。被认为比较有特征性的丙氨酸峰[19]，本组脑膜瘤病例中有2例出现。有研究表明转移瘤与高级别胶质瘤水肿区的MRS表现可作为重要的鉴别诊断依据，高级别胶质瘤水肿区MRS可出现异常而转移瘤水肿区MRS无异常，这可能与胶质瘤对周围侵袭有关[20]。这些参数的差异有助于判断肿瘤的类型。

虽然DTI及MRS技术有着较高的诊断价值，但由于技术还不够完善，可能存在分辨率和信噪比低导致的测量误差，DTI及MRS技术目前仍需结合MRI常规序列对颅内肿瘤进行诊断及鉴别诊断。本研究的样本量相对较小，后期我们会收集更多的样本以进一步明确我们的研究结论。

综上所述，DTI在不同类型颅内肿瘤与对比侧正常脑组织的参数存在一定的差异。FA、MD、RA值是DTI技术的重要参数，能为肿瘤诊断提供更多的信息。DTI较常规MRI可更精确观察肿瘤和周围脑白质的关系，以无创的方式在术前就可知肿瘤的浸润程度，操作与常规MRI一致，且自带数据处理工作站，临床价值较大。1H-MRS能无创检测出颅内肿瘤细胞代谢物的含量浓度，评估病变的性质及病理分级。MRI常规序列与DTI及1H-MRS联合应用，相互补充，有助于颅内肿瘤的诊治。