磁化率传递成像在脑胶质瘤分级及瘤周浸润中的应用价值

何金龙，高阳，李波，王少彧，张华鹏

1. 内蒙古医科大学附属医院 影像诊断科，内蒙古 呼和浩特 010050；2. 西门子医疗系统有限公司，上海 201318

引言

磁化率传递成像（Magnetization Transfer Imaging，MTI）的磁化率传递比（Magnetization Transfer Ratio，MTR）值可定量反映脑组织的完整性，能检测组织中的自由水质子和细胞膜蛋白大分子表面的自由水质子磁化率变化的效能，任何因组织结构缺损而导致细胞膜蛋白大分子结构的改变或破坏均会引起MTR值的下降[1]。应用MTI技术能反映胶质瘤微观结构破坏程度，对胶质瘤的显示及边界确定有较大价值。目前胶质瘤的功能成像应用较多，但对于胶质瘤MTI技术的文献报道较少，本研究旨在探讨MTI技术在胶质瘤分级及瘤周浸润中的应用价值。评估瘤周浸润情况，为临床最大程度切除肿瘤提供更多证据。

1 材料和方法

1.1 临床资料

选取2018年4月至2019年4月经病理证实，并在我院接受手术治疗并经病理证实的胶质瘤患者34例，根据术后病理组织检查分为高级别组和低级别组。高级别组20例，男12例，女8例；年龄2～75岁，平均年龄（48.7±20.0）岁；低级别组14例，男10例，女4例；年龄18～75岁，平均年龄（48.9±16.7）岁。

1.2 仪器与方法

采用simenzeSkyra 3.0 T MR扫描仪行头颅常规序列（T2WI、T1WI、DWI）和MTI序列（MT-off、MT-on）扫描。MR设备下进行，采用8通道头线圈，选用快速梯度回波序列（Gradient Echo，GRE）对受试者分别行未施加和施加饱和脉冲时轴面扫描各1次，MTI序列参数：TR 35.00 ms，TE 4.92 ms，层厚3 mm，层间距0，FOV 240 mm×240 mm，偏转角25°，饱和脉冲频率1200 Hz，频宽30 Hz，全脑扫描共51层。通过simenze工作站后处理得到MTR图（MTR=（MToff-MTon）/MToff 100%，MToff和MTon分别代表关闭和开放磁化传递脉冲）[2]。在MTR图上分别在肿瘤实性区、水肿带、同侧似正常白质和对侧似正常白质画取大小相同感兴趣区域（Region Of Interest，ROI），不同ROI导致数据偏差，为了避免这一偏差，我们采用相同大小ROI。

1.3 统计学方法

采用SPSS 23.0软件进行统计分析，符合正态分布的计量资料以x-±s表示，两组间比较采用t检验；采用方差分析比较高低两种级别胶质瘤肿瘤实性区及水肿区MTR。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 胶质瘤MTR图表现

MTR图能定量显示脑内胶质瘤，可明确胶质瘤实性部分的边界，如图1～2。病变区MTR值明显减低，伪彩图上可清晰显示实性病变区边界。

2.2 胶质瘤实变区与脑内不同区域间MTR值比较

肿瘤实变区MTR值为（10.22±2.13），对侧似正常白质MTR值为（17.57±1.31），水肿区MTR值为（13.85±1.11），同侧似正常白质MTR值为（18.11±0.40）。肿瘤实性区MTR值低于对侧似正常白质、水肿区和同侧似正常白质，差异有统计学意义（t=-17.93、-9.91、-20.23，P＜0.05）；肿瘤水肿区MTR值小于对侧似正常白质和同侧似正常白质，差异有统计学意义（t=-11.15、-17.04，P＜0.05）。同侧似正常白质与对侧似正常白质比较，差异无统计学意义（t=1.22、P＞0.05）。高低级别胶质瘤MTR伪彩图，见图3。

2.3 胶质瘤高低级别MTR值比较

高级别组胶质瘤实质区MTR值小于低级别组，差异有统计学意义（P＜0.05）；高级别组胶质瘤水肿区MTR值小于低级别组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

图1 右额叶Ⅱ级胶质瘤

图2 胼胝体及左侧侧脑室旁Ⅳ级胶质母细胞瘤

图3 高低级别胶质瘤MTR伪彩图

表1 胶质瘤高低级别MTR值比较

3 讨论

MTI是指自由施加偏共振射频时，大分子结合的质子被磁化饱和，自由水中的质子和与大分子结合的结合水质子之间的相互作用[2]。而通过磁化率传递（Magnetization Transfer，MT）效应将饱和效应转移到自由水的质子，而导致自由水组织信号下降[3]。MT效应可通过施加射频脉冲前后信号强度的差异进行量化，这种差异称之为MTR。通过MTR这个参数可测量组织内相关的自由水质子和那些固定在细胞膜上的蛋白大分子的磁化交换效能。脑白质受MTI效应的影响，因而理论上可通过MTR的变化评价脑白质脱髓鞘病变。有研究认为脑胶质瘤的大分子含量明显减少，而且MTI的交换率增加。脑胶质瘤可以破坏脑的正常结构并改变脑组织的含水量[4-5]。由于组织结构缺失的细胞膜大分子的任何病理变化如水肿的存在都将引起MTR值的下降[6]。

胶质瘤是成人中最常见的脑原发恶性肿瘤，治疗主要依靠手术切除、放疗和化疗的联合治疗。目前评价胶质瘤的治疗反应主要依靠影像生物标记物，常用的有T1增强后和FLAIR的联合评估。更高级的技术还有动态对比增强、动态敏感增强、DWI、化学交换饱和转移、MRS、DTI、ASL等。这些影像标记物往往用在治疗后的1～3个月，这是临床应用中普遍接受的时间点，然而它们在治疗后早期或治疗期间的评估潜力尚在研究中[7]。MT技术对大分子质子的浓度和它们与自由水质子交换比较敏感，能够更早期对治疗效果做出反应，Daniel等[8]研究了8例胶质瘤患者，得出结论肿瘤MT值显著小于灰白质MT值，Xu等[9]和Hunter等[10]在鼠胶质瘤模型中也得出同样的结论。MTI对疾病组织特征分析基于两方面：一方面神经病理改变导致水分子扩散程度改变，引起该区域自由水与结合水的量及比例改变，影响MT效应；另一方面神经病理改变影响了结合水与大分子物质结合能力[11]。脑白质受MT效应的影响，因而理论上可通过MTR的变化评价脑白质脱髓鞘病变[12]。研究表明白质MTR反映的是白质髓鞘化程度，灰质MTR变化反映的是灰质的神经元数量、形态及细胞膜组成蛋白和磷脂等的变化[13]。而且，MT技术是一种非侵入性生物标记，可以在治疗早期或之前确定疗效，能提供较大的临床应用价值[14]。

本研究中胶质瘤实变区、水肿区MTR值均明显小于对侧和同侧似正常白质，与Rory等[15]研究结果一致。说明MTR值对脑组织的破坏非常敏感，脑组织轻微受累MTR即明显降低，故MTR图不仅可更精确显示肿瘤边界[16]。而且可以反映原发肿瘤的白质浸润程度，这与胶质瘤水肿的浸润特点一致，肿瘤的实际边界要大于T2WI上显示的边界[17]，为临床最大程度切除肿瘤提供了更丰富的信息。本研究中对高低级别的胶质瘤MTR值进行了比较，结果表明高级别胶质瘤组MTR值低于低级别胶质瘤组，提示MTI技术对于鉴别胶质瘤分级有重要价值，从微观角度反映了细胞结构的完整情况，高级别胶质瘤细胞膜结构更易破坏，结合水成分减少，MT效能减低，因而导致MTR值下降更明显。此外，高级别胶质瘤水肿区MTR值较低级别胶质瘤低，可能原因是高级别胶质瘤瘤周水肿浸润要早于低级别胶质瘤，而且对水肿区的细胞结构的完整性破坏更严重，导致MTR值更低，这一结论与Lee等[18]研究结果一致，胶质瘤的瘤周水肿含有单纯性血管源性水肿和浸润性水肿，而低级别相较于高级别瘤周水肿，血管源性水肿的比重更大，浸润性水肿比例相对较小，浸润性水肿比例越高，细胞微结构完整性越差，故MTR值相对于高级别胶质瘤略高[19-20]。本文中水肿区测量取自胶质瘤实质边缘1 cm范围内，说明胶质瘤瘤周水肿1 cm范围内浸润的发生率较高，为临床手术扩大1 cm切除肿瘤提供了佐证。

综合分析，MTI技术对胶质瘤的分级及瘤周浸润有重要的应用价值，可以定量分析肿瘤的边界及瘤周浸润范围，对临床手术扩大切除有重要意义。本研究尚存不足之处：① 样本量较小，有待后续继续增加样本量；② 未对胶质瘤瘤周水肿进行分带测量，后续将进一步探测瘤实质边缘1 cm以外瘤周水肿区，以期进一步明确胶质瘤瘤周浸润程度。