脑肿瘤1H-MRS的研究进展

　　作者：郑晔 ，金国宏 作者单位：宁夏医科大学，宁夏 银川 750004宁夏医科大学附属医院，宁夏 银川 750004

　　【关键词】 脑肿瘤;MRS

　　磁共振波谱分析(MRS)是目前唯一能无创性观察活体组织代谢及生化变化的技术，从而能为脑部肿瘤的定性诊断提供更多、更准确的信息，为治疗方案的拟定和治疗效果的评估提供可靠的理论依据。本文意在通过综合描述1H-MRS在脑肿瘤诊断中的应用，提高脑肿瘤的诊断及鉴别价值。1 MRS成像与MRI成像的原理与异同　　磁共振成像(MRI)是指带有正电荷的磁性原子核，在电磁波作用下发生能级共振跃迁，产生磁化矢量，再经过采集信号从而获得图像。MRS是研究人体能量代谢的病理生理变化，是在MRI形态学诊断基础上，从代谢方面对疾病进一步定性。　　MRS与MRI的基本原理一样都遵循lardwr定律。MRS在所需信号的激发、空间定位、探测采集等技术上均与MRI类似，但其最终的表现形式不同，MRS是将按时间域(Time domain)分布的函数转变成按频率域(Frequency domain)分布的谱线。由于氢质子(1H)的旋磁化最大(42.58MHzΠ)在生物体中的自然率度也最大，因此，产生的MRS信号最强，且于常规MRI所用的激发及接受频率一致。因此，临床应用技术最成熟，应用也最方便、最广泛。　2 与1H-MRS相关的脑代谢特点　　在脑组织中，能产生MRS信号的代谢化合物都与人体生化反应中的三羧酸循环和(或)能量代谢有关。如参与ADP和ATP转换过程中的肌酸/磷酸肌酸(creatine，Cr);参与线粒体氧化还原反应过程中的谷氨酸类化合物(glutamate，glu/glutamine，Gln，称为Glx)和N-乙酰天门冬氨酸(N-acetyl aspartate，NAA);参与细胞质氧化还原反应过程的乳酸(Lactate，Lac)、胆碱化合物(Choline，Cho)和肌醇(myo-inositol，mI)等。这些化合物可移动的分子能够产生可探测的MRS信号。

　　3 脑组织1H-MRS波谱中主要代谢物的表达与识别

　　3.1 N-乙酰天门冬氨酸(N-acetyl aspartate，NAA)：主要位于2.02ppm，正常浓度为6.5-9.7mmol，平均7.8mmol，是正常神经元的标志物仅见于神经组织，其峰值升高仅见于Canavan病降低常见于非特异的神经元脱失或功能异常。

　　3.2 胆碱化合物(Choline，Cho)：位于3.20ppm，正常浓度0.8-1.6mmol，平均1.3mmol，主要是自由胆碱、细胞膜翻转(turnover)的标志物，其峰值升高见于肿瘤、炎症、慢性缺氧，降低见于卒中、脑病(肝性脑病、AIDS)等。

　　3.3 肌酸/磷酸肌酸(creatine，Cr)：主要位于3.05ppm，正常浓度3.4-3.5mmol，平均4.5mmol，是能量利用、储存的重要化合物，标志着细胞的能量状态。其含量随年龄而升高;病理性升高见于创伤、高渗状态，降低见于缺氧、卒中、肿瘤等。

　　3.4 肌醇(myo-inositol，mI)：主要位于3.56ppm(仅在短TE序列可见)，正常浓度2.2-6.8mmol，平均3.8mmol，是胶质细胞的标志物，反映渗透压的异常其峰值见于新生儿、阿尔茨海默病(Alzheimer)病、糖尿病、脑病恢复期、低分级胶质瘤、高渗状态;降低见于恶性肿瘤、慢性肝性脑病、卒中等。

　　3.5 氨酸类化合物(glutamate glu/glutamine，Gln，称为谷胺酸复合物Glx)：正常浓度Glu-10mmol，Gln-5mmol。Glu 为兴奋性神经递质，Gln为抑制性神经递质，升高见于肝性脑病、严重缺氧等。

　　3.6 乳酸(Lactate，Lac)：位于1.33-1.35ppm(具有特殊形状的“双峰”)，正常脑组织中不可见，为无氧呼吸的终产物，也可能是许多脑代谢的能量底物，出现见于病理状态下糖酵解的终产物堆积，脑缺氧、缺血、癫痫、先天性代谢异常(特别是呼吸链缺损)、肿瘤、脓肿、炎症等。

　　3.7 脂肪(lipids Lip)：位于0.9-1.3ppm，正常脑组织中不可见，细胞膜崩解时脂滴形成，其出现可能早于组织学所能观察到的坏死，升高见于高级别的肿瘤、脓肿、急性炎症、急性卒中等。

　　3.8 丙氨酸(alanine，Ala)：位于1.47ppm，为双峰，见于脑膜瘤、脓肿。

　　4 脑肿瘤1H-MRS研究现状

　　4.1 脑部波谱扫描技术要点：在颅内肿瘤等占位性病变的1H-MRS应用中，理论上选择短回波时间的单体素采集，体素应尽量设置在肿瘤的实性部分以帮助定性，然后采用2D多体素采集，了解病变范围及边缘情况。若考虑为囊性肿瘤，应在肿瘤边缘的区域行MRS采集，而对怀疑是脑脓肿的囊性病变，由于其脓液中含有细菌代谢的特殊的蛋白质成分，因此体素要放在液性区域容易检出特征性谱线。

　　4.2 脑肿瘤1H-MRS中单体素与多体素扫描技术比较：在应用1H-MRS诊断胶质瘤的研究中，潘初[1]等认为单体素波谱适合病灶的快速的代谢特性,但不能显示空间差异。而且单体素MRS 只显示一个大区域的平均值,其内可能包括低级肿瘤成分、间变肿瘤成分和正常脑组织。因此含量较少的脂质和乳酸可能被忽略，而NAA 降低、Cho 上升的程度也可能被低估。龚才桂[2]等认为，多体素扫描的优点是图像观察可以同时取多个像素,移动像素至肿瘤实体部分、对侧正常脑组织对照区等不同部位,在波谱图上观察代谢物的变化情况。其不足之处是肿瘤组织体素内有可能包含一部分坏死区、肿瘤周围组织和(或)正常脑组织成分,而不能完全避免部分容积效应，所以在选择兴趣区(ROI) 时体素应尽量小,避免部分容积效应。

　　4.3 胶质瘤、脑膜瘤和转移瘤的波谱特点：周战梅[3]等应用多体素1H-MRS分析颅内肿瘤特点时认为胶质瘤Cholcr中等度升高可能和它的Cr下降较少有关，研究还发现Lac-Lip峰是胶质瘤相对特征的H-MRS表现发现脑膜瘤是最常见的中枢神经系统轴之外肿瘤。周战梅[3]等研究发现，典型的表现为NAA或Cr/PCr 缺乏。Yue.Q[4]等人认为丙氯酸和Lac峰的出现是脑膜瘤具有代谢活性的标志。

　　在转移瘤的波谱研究方面，刘红军[5]等人发现转移瘤周围与正常脑组织的Cho/ Cr之间无统计学意义，在与星形细胞瘤鉴别中发现星形细胞肿瘤周围区的Cho/ Cr 明显高于转移瘤周围区。周战梅[3]等研究认为NAA/ Cr 、NAA/ Cho 值能够客观地反映了转移瘤内的NAA被周围正常组织污染的可能性并发现转移瘤Cho波峰高于脑膜瘤和胶质瘤,从而提出Cho反映脑转移瘤的生长速度、肿瘤侵袭特性的可能性。Mikhail[6]等人研究发现，源自结直肠癌的转移瘤Lip峰明显高于其他转移瘤。由此认为，高Lip峰可作为结、直肠癌脑转移瘤又一诊断依据。

　　4.4 1H-MRS在肿瘤分级中的应用：鱼博浪[7]等认为利用Cho /NAA及Cho /Cr比值是分化良好的弥漫性星形细胞瘤与间变性星形细胞瘤和胶质母细胞瘤区别的可靠方法。Nicola's[8]等发现，在高级别胶质瘤和转移瘤中Cho/Cr比率与肿瘤分级密切相关，其预测肿瘤恶性程度敏感性为80%，特异性为73%。龚才桂[2]等人研究认为,Lac峰的存在不能反映肿瘤的良、恶性,但其峰值的增高可反映肿瘤的缺氧程度。同时发现,随着肿瘤级别的增高,各级别脑胶质瘤的NAA/ Cr、NAA/ Cho 比值存在负相关，而各级别脑胶质瘤的Cho/Cr 比值存在正相关。田伟[9]等研究认为Lac峰不能作为脑星形细胞瘤分级的特异性指标，但有随星形细胞瘤恶性程度增长而增高的趋势。

　　4.5 1H-MRS在脑肿瘤强化周围区域中的应用：麦筱莉[10]等人通过研究发现，肿瘤强化区代谢物比值NAA /Cho、NAA /Cr较正常参照区降低。在肿瘤实质区周围直径10 mm 左右区域, 星形细胞瘤的NAA /Cho、NAA /Cr、NAA /nCr值小于转移瘤,而Cho /NAA值明显大于转移瘤，这有助于星形细胞瘤与转移瘤的鉴别。李耀东[11]等人在钆剂注射前后，对高级别和低级别星形细胞瘤、脑膜瘤及正常对照，分析增强前后代谢物波峰面积的变化，发现钆剂对T2WI、长TE脑肿瘤MRS主要代谢物波峰面积的影响甚微，可以忽略。波谱以Cho/Cr反映Cho的水平较为可靠。并由此推荐将注射钆剂后的增强MRS作为脑胶质瘤波谱成像的标准。

　　现今，1H-MRS在脑肿瘤影像诊断中已成为一种重要辅助方法，通过肿瘤波谱分析及相关信息的获取，能够为肿瘤的临床诊断和治疗提供更加确切的方法和手段，从而提高肿瘤疾病的治疗效果。当然，因不同肿瘤组织成分之间存在交叉重叠，1H-MRS作为核磁共振成像的一种辅助诊断也存在一定局限性。随着磁共振成像技术的不断发展和成熟，在疾病诊断中有待于应用1H-MRS及DWI、PWI或SWI等多种技术联合应用，以便对颅脑肿瘤进行更加准确的综合分析。

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