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3T磁共振波谱在骨与软组织肿瘤中的应用

李振峰  
【摘要】: 研究背景 早期明确骨与软组织肿瘤良、恶病变的性质,对选择治疗方案、判断病人预后都有很重要的意义。目前明确病变性质的金标准为病理学检查。固然病理组织学直接对病变组织进行研究检测,是最为客观的方法,但这一优势也注定了其固有的弊端,那就是必须是有创检查。为明确病变性质是否需要病理活检一直是困扰临床的难题。因此,寻找一种无创的、病变定性能力可以与病理学检查媲美的检查方法是临床的迫切要求。磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)是目前能够无创地检测活体内器官、组织细胞代谢、生化变化及化合物定量分析的方法之一,有人甚至称其为“无创病理”。MRS为一种功能影像学检查,可以从分子水平提供病变的病理生理学信息,这是MRS定性诊断疾病的理论基础。MRS提供的生化信息可用于区分良、恶性肿瘤,鉴别肿瘤类型,了解恶性肿瘤的分级和预后,从而帮助临床医师选择合理的治疗方案,观测肿瘤的反应,监测药物的吸收和代谢等。目前应用于医学领域的有~1H、~(13)C、~(31)P、~(39)K、~(14)N、~(19)F等波谱,但常用的为~1H、~(31)P两种波谱。MRS研究过去主要集中颅脑、肝脏、前列腺、乳腺等部位,对骨骼肌肉组织研究极少。对肌肉骨骼系统过去的研究主要集中在~(31)P-MRS,近年来国外极少数学者尝试将~1H-MRS应用于骨研究,也主要用于各种血液和骨髓病变研究,仅局限于测量骨的水脂比及脂肪含量,且多以椎体骨为研究对象。直到2003年国内周春香等及2004年国外Wang等才将~1H-MRS用于骨与软组织肿瘤的良、恶性鉴别。本文对51例骨与软组织良、恶性肿瘤患者进行了点分辨波谱分析法(point-resolved spectroscopy,PRESS)单体素~1H-MRS的初步研究,观测胆碱复合物(choline containing compounds,Cho)峰相对于肌酸(creatine,Cr)峰的高低或有无Cho峰,依此判断骨与软组织肿瘤的良恶性。同时使用国内外最先进的3T磁共振研究了41例骨与软组织良、恶性肿瘤的~(31)P-MRS,研究骨与软组织肿瘤的细胞内pH、磷脂代谢和能量代谢,依此探讨~(31)P-MRS在骨与软组织肿瘤诊断和鉴别诊断中的作用。最后我们在前期MRS研究基础上,应用~1H-MRS于肢体最为常见的骨肉瘤,同时采用己为免疫组织化学所证实的Ki-67、基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)以及增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)三种比较经典的判断骨肉瘤恶性组织学分级、侵袭能力及预后的病理学检测指标,将~1H-MRS所测定的不同恶性程度骨肉瘤的主要代谢物与骨肉瘤标本中的上述三种抗原的表达水平进行比较研究,分析其间是否存在相关性,以期对~1H-MRS能否以及在多大程度上可以代替病理学检查明确病变性质、判断肿瘤恶性程度分级、预计侵袭能力、评估预后方面进行初步探讨。 目的 应用超高场3T磁共振成像设备对良、恶性骨与软组织肿瘤进行磁共振成像(MRI)、磁共振氢质子波谱(~1H-MRS)和磁共振磷谱(~(31)P-MRS)研究。分别探讨~1H-MRS和~(31)P-MRS对骨与软组织肿瘤的成像特点,对良恶性骨与软组织肿瘤鉴别诊断的应用价值,同时和骨肉瘤组织的免疫组织化学检测指标进行比较,探讨与~1H-MRS的相关性。 资料和方法 1、选取针刺活检和术中病理证实的四肢骨与软组织肿瘤51例,在治疗前用3T磁共振以PRESS技术进行~1H-MRS检查,观察~1H-MRS对骨与软组织肿瘤的成像特点,比较良恶性肿瘤图像之间有无差异。~1H-MRS的PROBE-SV直接出现波谱,观测胆碱复合物峰相对于肌酸峰的高低或有无胆碱峰,依此判断骨与软组织肿瘤的良恶性。κ检验统计分析~1H-MRS结果和组织病理学资料及手术情况。运用SPSS11.5 for windows软件包进行统计学处理。 2、对病理证实的四肢骨与软组织肿瘤41例用磷表面线圈检查进行~(31)P-MRS分析,测量波谱中各代谢产物的峰下面积,分别以三磷酸腺苷β峰(β-ATP)、三磷酸核苷(NTP)、磷酸肌酸(Pcr)为参照计算各代谢产物的相对比值,根据无机磷(Pi)相对于Pcr化学位移的变化计算细胞内pH值,进行相对定量分析。根据峰下面积计算各代谢产物与β-ATP、三磷酸核苷(NTP=ATP+Pi+Pcr)、Pcr的相对值PME/β-ATP、PDE/β-ATP、β-ATP/Pi、PME/NTP、PDE/NTP、Pcr/Pi及Pcr/PME;根据无机磷(Pi)相对于Pcr化学位移的变化计算细胞内pH值,公式:pH=6.75+log[(X-3.15)/(5.56-X)],X为Pcr和Pi的差值。将~(31)P-MRS的4种代谢物及各代谢产物的相对比值、pH值运用SPSS11.5 for windows软件包进行统计学处理,采用多个独立样本的非参数检验。 3、对近3年来就诊于齐鲁医院有完整资料的骨肉瘤患者25例行MRI和~1H-MRS检查,分为高度恶性和低度恶性组,观测Cho、Cr等主要代谢物的改变,并计算Cho/Cr比值,以免疫组织化学技术(SP法)测定骨肉瘤组织Ki-67、PCNA、MMP-9三种抗原的表达,Ki-67以Ki-67标记指数(Ki-67LI)定量,PCNA和MMP-9以校正平均光密度值(AOD)定量;以二元变量相关分析的统计学方法检测Cho/Cr值分别与Ki-67LI、PCNAAOD和MMP-9AOD之间的相关性。 结果 1、骨与软组织肿瘤的~1H-MRS波形与正常肌肉明显不同,骨与软组织肿瘤中恶性肿瘤Cho峰明显高于Cr峰;良性肿瘤中见Cho峰消失或极低的Cho峰。良、恶性肿瘤存在一定差异,恶性肿瘤的Cho含量明显升高。~1H-MRS应用于骨与软组织良恶性肿瘤的真阳性率是32/34,真阴性率是12/15,假阳性率为3/15,假阴性率为2/34。故此组研究病例中~1H-MRS体内敏感度为94%(32/34),特异度为80%(12/15),真预见度为91%(32/35),假预见度为86%(12/14),准确率为90%(44/49)。MRS结果和病理组织学检查结论有很好的一致性,κ值为0.76±0.10(P<0.01)。 2、良、恶性肿瘤组的Pcr/PME、PME/NTP较对照组均有显著性差异(P<0.05)。良、恶性肿瘤组PME/β-ATP、PME/NTP的差异有显著性意义(P<0.05)。与正常组比较,良、恶性肿瘤组的PME和PDE及Pi峰升高,Pcr峰降低。 3、高度恶性骨肉瘤波谱中均出现Cho峰较低度恶性骨肉瘤的Cho峰峰值明显升高,Cho/Cr值高度恶性骨肉瘤均较低度恶性骨肉瘤升高。Ki-67LI在低度恶性骨肉瘤组中为0.1168±0.0473,高度恶性骨肉瘤组中为0.3472±0.1298,两者之间存在显著性差异(P<0.05)。Cho/Cr、Ki-67LI、PCNAAOD和MMP-9AOD在低度恶性和高度恶性骨肉瘤之间均存在显著性差异,高度恶性者均高于低度恶性者。Cho/Cr值与Ki-67LI、PCNAAOD和MMP-9AOD之间均存在正相关。 结论 1.~1H-MRS测得的Cho水平的增高与骨与软组织恶性肿瘤相关,在骨与软组织肿瘤的诊断和鉴别诊断,以及观测骨与软组织恶性肿瘤对治疗的反应和预后等方面将发挥重要的作用。 2.~(31)P-MRS测得的PME和PDE水平的提高与骨与软组织恶性肿瘤相关,在骨与软组织肿瘤的诊断和鉴别诊断,以及观测骨与软组织恶性肿瘤对治疗的反应和预后等方面将发挥重要的作用。 3.~1H-MRS波谱表现可以对骨肉瘤的恶性程度分级起指导意义。以Cho/Cr比值等于2.0为标准,可以正确地将绝大部分骨肉瘤分为低度恶性组和高度恶性组。骨肉瘤Ki-67、PCNA和MMP-9抗原表达量在低度恶性组和高度恶性组中均存在显著性差异,亦可以指导骨肉瘤的恶性程度分级,同时用于预测骨肉瘤的复发和转移倾向。骨肉瘤~1H-MRS波谱检查数据Cho/Cr值和Ki-67,PCNA、MMP-9抗原表达量呈强正相关性,MRS在一定程度上可以起到病理学检查的效果。 意义 本研究表明,磁共振波谱功能成像可用于骨与软组织肿瘤的诊断和鉴别诊断。~1H-MRS和~(31)P-MRS可以鉴别骨与软组织肿瘤的良、恶性,~1H-MRS还可以用于骨肉瘤恶性程度分级指导,MRS波谱检查与病理学检查之间确实存在相关性,在一定程度上可以起到病理学检查的效果,具备成为在不宜进行活检时病理学替代检查的潜力。~(31)P-MRS、~1H-MRS功能磁共振检查技术使骨与软组织肿瘤诊断从形态学改变引向关注微观变化,使病变获得更多信息,提高肿瘤鉴别诊断的特异性。同时我们准备在此基础上进一步尝试通过监测骨肉瘤治疗中~1H-MRS波谱形态学的改变与传统的监测骨肉瘤疗效的常用手段如ECT、MRI、组织学活检比较,研究~1H-MRS能否更灵敏、更早期的反映出骨肉瘤的治疗效果及可否作为一项重要的预后指标。但本研究毕竟是在较短时间内的初步探讨,还需要进一步积累经验,并采用大样本,更加严谨的实验设计,对恶性肿瘤或良性肿瘤的不同病理类型及恶性分级进行研究,使磁共振功能成像在骨与软组织肿瘤诊断方面发挥更大的价值。


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