脑膜瘤的磁共振波谱分析在诊断中的应用研究

吴亮亮, 孟凡荣,孟祥飞,田佳明

(1.佳木斯大学附属第一医院,黑龙江 佳木斯 154003; 2.河北省秦皇岛市经济技术开发区医院,河北 秦皇岛 066004)

脑膜瘤起源于蛛网膜下腔颗粒细胞,发生于硬脑膜内表面,属于脑外肿瘤。约占颅内肿瘤的15%～20%[1]。WHO 1989年分类,根据肿瘤细胞形态及组织学特征将其分成I级脑膜瘤,即良性脑膜瘤。最为多见,形态多较规则,呈类圆形或椭圆形。包括脑膜皮细胞型、纤维型、过渡型、砂粒体型、血管瘤型、微囊型、分泌型、富淋巴浆细胞型及化生型9个亚型。II 级脑膜瘤即中间型脑膜瘤,包括非典型、脊索样型、透明细胞型3个亚型。III 级脑膜瘤为恶性脑膜瘤。包括间变型、乳头型、和横纹肌型3种亚型。它们易于复发和转移。肿瘤为不规则形或分叶状。目前,脑膜瘤的病因没有统一的说法。可能与目前生存环境、基因变异有关。有许多因素影响到脑瘤的前期阶段,如肿瘤大小不同、位置不同、脑膜瘤亚型,及手术切除程度以及手术并发症[2-4]。

由于传统的神经影像有时对于鉴别诊断有一定的局限性,例如靠近脑表面的单发转移瘤与脑膜瘤的鉴别,普通的CT及核磁检查难以区分,病人必须进一步增强检查以及行其他相关辅助检查,活检有可能会漏掉最活跃的病变中心组织。而1H-MRS属于唯一无创伤性,可以从分子水平认识物质,用来探测活体内部的物理化学环境的检查技术,能大大提高常规检查的诊断特异性,逐渐被运用于观察脑膜瘤的细胞代谢,为确定脑膜瘤及与其他疾病鉴别提供更全面的分析作用。人脑内的化合物大约有 3000 种,最终能显示的化合物也就20种左右。波谱在脑膜瘤的研究中主要测量Cho、NAA、Cr、Ala波峰的表现。因此,对脑膜瘤的临床诊断和相关进展以及对其有效性的评估,可以通过对脑膜瘤的检测和对脑膜瘤的追溯性分析有所帮助。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2017年10月至2018年9月共20例取得病理结果确诊为脑膜瘤患者,女14例、男6例。女:男为2.3:1,年龄4～63岁,平均38岁。位置分别是:额部区域7例、顶部区域4例、枕部区域3例、颞部区域2例、小脑幕区域1例、大脑廉区域1例、蝶翼区域1例、大脑裂池区域1例;病变均为类圆形及类椭圆形,直径1.5～8.2cm,平均值为2.796cm;T1WI:14例表现为低信号,5为稍低信号,1例为等信号。T2WI:高信号13例,稍高信号4例,等信号2例,混杂信号1例。增强后都明显强化;14例可见显著光滑细长的“硬脑膜尾征”。

1.2 仪器设备

1.2.1 应用德国Siemens Magnetom Verio 3.0T MR扫描仪和标准8通道头部线圈实行多序列MR常规及增强扫描。

1.2.2 常规MRI检查方法及参数:所有病例MRI检查均进行轴位、矢状位常规平扫(包括T1WI、T2WI、T2Fliar、DWI序列)及增强后SE-T1WI扫描,层厚5mm,层距1mm,FOV:25cm×25cm～36cm×36cm;矩阵128×128,平均激励次数1次。扫描参数:T1WI 包括TR:1700ms,TE:20ms,FOV:250mm×250mm,层厚:5mm,层距:1mm;T2WI 包括TR:4500ms,TE:133ms,FOV:180mm×220m,层厚:5mm,层距:1mm;Flair-T2WI 包括TR:9002ms,TE:153.3ms,FOV:250mm×250mm,层厚:5mm,层距:1mm;DWI包括TR:2900ms,TE:65ms,FOV:220mm×220mm,层厚:5mm,层距:1mm,b值取0和1000s/mm2。T1WI 增强扫描TR:8.2ms,TE:3.0ms,FOV:250mm×250mm;矩阵 320×320,层厚:1mm,层距:0mm。增强检查造影剂采用钆布醇(Gadobutrol Injection),剂量0.1mmol/kg,经静脉注射,注药流速为 3.0mL/L,同等流速注射生理盐水 20mL。

1.2.3 1H-MRS检查方法及参数:方法:1H-MRS检查应用单体素的点分辨波谱序列进行定位,匀场、水抑制及信号采集均为自动完成,所有患者半高峰宽(full width at half maximum,FWHM)均<20Hz。然后进行相位校正、基线校正。磁共振波谱使用包含病变的最大轴向T2WI图像作为光谱位置,获得所有感兴趣区域作为共同的图像特征,该图像特征被定义为肿瘤组织、增强区域选择、平面扫描作T1WI为等信号或稍低的信号。T2WI为稍高信号或者等信号,增强后T1WI明显强化;结合T2WI及FLAIR表现,在二维单体素波谱成像伪彩图上获得各代谢物的数值。或者进行手动匀场重新选取感兴趣区(region of interest,ROI)。1H-MRS定位像应在轴位定位图像上,选择病灶中心层面放置MRS取样框ROI。放置前确认 MRS 的扫描平面设置与轴位定位图像的扫描平面设置一致,如果不一致则无法放置 ROl。ROI必须排除周围组织干扰,包括骨骼、脂肪、空气等。如果实在无法避免则需要在肿瘤实质周围添加饱和带以降低干扰。在 ROI 区域每个角呈切线位置放置,之后复制上面相同的条件在同层区域正常脑组织中得到相对正常脑实质 对照谱线。同时尽可能避免引起质子密度不均匀的因素,使得谱线不清晰。

参数:TR=1700ms,TE=135ms; Averages=3次,采集时间约为4min30s左右。每个体 素大小为 20mm×20mm×20mm。

1.3 MRI图像及病例分析

1.3.1 1H-MRS数据的搜集是应用配置屏蔽梯度及配套正交头部专用线圈。MRI机器自动校准相位和基线,并计算各峰的峰面积。为避免磁场不均匀,磁场自动均匀,水的最大半高宽满足最小30Hz的水抑制率90%。为了估计每种化合物的浓度,每种化合物的峰面积由化学位移决定。分析各化合物的峰值和比值,包括:NAA、Cho、Ala、Cr、Lac,以NAA/Cr、Cho/Cr计算比率。

1.3.2 通过西门子spectrocopy软件进行后处理后,以及代谢物分布、代谢物比率、代谢物和解剖结构的叠加,获得磁共振波谱原始图像。1H-MRS处理结果可得到病灶实质及同层区域正常脑组织的化学位移图。主要化合物波峰:NAA、Cho、Ala、Cr、Lac共振峰分别位于化学位移2.02ppm、3.20ppm、1.47ppm、3.02ppm;其中Lac位于1.3ppm处;Lip位于0.9～1.30ppm处;Ala位于1.3～1.44ppm处;通过1H-MRS后处理软件计算 NAA、Cho、Ala、Cr的相对浓度及 Cho/Cr 的比率。重点研究Cho、NAA、Cr峰变化,特别是Ala峰的变化。

1.4 统计学方法

2 结果

20例患者中,肿瘤区在ppm2.02处,NAA对比对侧区明显降低或缺如。肿瘤区在ppm3.20处,Cho明显高于对侧区。肿瘤区在ppm3.02处,Cr明显低于对侧区;其中10例患者在1.47ppm处出现倒置的Ala峰,对侧区20例均未发现Ala峰;另1例术后复发患者,左侧颞部上下层面均见多发类圆形病变。肿瘤实质在1.33ppm处出现Lac峰,坏死区域出现Lip峰,见表1。

表1 脑膜瘤组与对侧对照组比较

4 讨论

4.1 脑膜瘤来源于蛛网膜细胞,是缺少胶质细胞和神经元的脑外肿瘤。肿瘤实质中NAA明显低于健侧脑组织,说明了NAA的缺失是脑膜瘤的关键特性;实验中也出现仅少量的NAA峰,一个原因是肿瘤边缘的部分体积效应,另一个原因是侵入正常脑组织的肿瘤[5]。Cr在脑组织内以高能磷酸盐的形式存在, 上升Cr可能为外伤、老年人及肝脏移植。Cr的降低主要是由于缺氧程度以及血流灌注不良,主要原因是细胞快速增殖耗氧缺血。Cho是反映细胞膜运输功能的细胞膜磷脂代谢成分之一。一般认为,肿瘤组织中Cho值明显随着肿瘤的高细胞密度、细胞合成和细胞分解的加速以及细胞膜转化的加速而增加[6], Cho峰是脑瘤的具体指标。Ala峰在1.47ppm处出现(40%～79%),正常人脑中检测不到,部分脑膜瘤或者脓肿可出现此峰。平均定量值约为8.52μmol/g。文献中的脑膜瘤Ala的定量为(2.20±0.26)μmol/g,正常的大脑组织水平为(0.26±0.02)μmol/g。Ala被认为是脑膜瘤的特征性高峰[7]。Krishnamoorthy T等和其他相关研究人员[8]认为Ala峰依赖于Glx峰和NAA峰来帮助区分。Hazany S等和其他相关研究人员[9]探索表明Ala峰出现,Glx峰增加时脑膜瘤的诊断可靠性更高。而正常脑组织的Lip峰不能被1H-MRS检测到。通过磁共振波谱分析后,取得显著效果。Lac峰通常由短TE序列中的正常双峰和长TE序列中的反向双峰来表示[10,11]。Lac肿瘤坏死的主要先兆,能提示肿瘤增殖活性增强,利于恶性脑膜瘤诊断,能预防误诊率和漏诊率情况发生,为脑膜瘤患者后期治疗提供有利依据[12]。

4.2 1H-MRS本身也有一定的局限性,仅能了解组织的代谢情况,而不能严格用于诊断,主要依赖于临床及传统的神经影像手段。波谱还受外在环境干扰,例如容易受邻近脂肪,脑脊液,肿瘤实质内坏死组织以及颅骨的污染影响到匀场的不均匀性;时间长,部分患者不能坚持配合。

4.3 脑膜瘤的波谱主要表现为Cho峰升高,Cr峰降低,无NAA峰,Ala为脑膜瘤特征峰。Cho/NAA比率越高,脑膜瘤的恶性程度越高,但1H-MRS结合核磁平扫和增强检查不仅能提高诊断的准确性,也有利于良恶性,肿瘤性与非肿瘤性疾病的鉴别诊断,评估肿瘤的进展,以及对疗效评估都起到了很好的作用。近年来脑膜瘤发病率不断增加,而早期实施一项有效的诊断方式较为重要[13]。脑膜瘤的1H-MRS具有一定的特点,1H-MRS可成为诊断脑膜瘤的重要辅助方式之一。