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MR波谱及弥散加权成像鉴别胶质瘤复发和放射性脑损伤

曾庆师  
【摘要】: 目的: 脑胶质瘤常规首选手术治疗,由于胶质瘤呈浸润性生长,手术难以完全切除,肿瘤易复发,因此,术后常规辅以放射治疗。但是,放疗除可治疗残余的肿瘤细胞之外,还可导致正常脑组织的损伤和坏死。临床上经常需要进行肿瘤复发与放射性脑损伤的鉴别,此鉴别诊断对进一步制订治疗方案具有极其重要的意义。对于术后放疗后再次出现强化病灶的胶质瘤患者,常规MRI鉴别肿瘤复发和放射性脑损伤是困难的。二维(two-dimension,2D)氢质子MR波谱(proton MR spectroscopy,~1H-MRS)与MR弥散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)均为功能性MRI检查技术,已经应用于颅脑肿瘤的诊断以及鉴别诊断上。本研究试图评价这两种功能影像学成像技术在诊断胶质瘤复发与放射性脑损伤中的作用。 研究方法: 采用GE Signa EXCITEⅡ3.0T MR机对55例胶质瘤术后放疗后的患者行MRI检查,MRI检查包括常规MRI、DWI和2D ~1H-MRS检查。 1.常规MRI检查 常规MRI扫描序列包括横轴位T_2WI(TR/TE=4500/102 ms,层厚6.0 mm,间隔1.0 mm,矩阵320×224,视野[field of view,FOV]24 cm×24 cm,采集时间1 min 53sec)、横轴位T_1WI(TR/TE=500/8 ms,层厚6.0 mm,间隔1.0 mm,矩阵320×224,FOV24 cm×24 cm,采集时间2 min 11 sec)、横轴位T_2液体衰减恢复(fluid-attenuated inversion-recovery,FLAIR)(TR/TE/TI=9000/120/2250 ms,层厚6.0 mm,间隔1.0mm,矩阵320×224,FOV24 cm×24 cm,采集时间3.0 min)以及DWI检查,最后行增强MRI检查,静脉注射0.1 mmol/Kg钆-二乙烯五胺乙酸(Gadolinium diethylene-triamine pentacetic acid,Gd-DTPA)后行横轴位、冠状位和矢状位扫描,扫描参数同平扫横轴位T_1WI。 2.DWI检查 DWI检查采用SE/EPI技术,3个垂直平面的弥散梯度,b值为0和1000s/mm~2,TR/TE=5000/65 ms,层厚6.0 mm,间隔1.0 mm,矩阵160×192,FOV 24cm×24 cm,采集时间1.0 min。 DWI原始数据传递至工作站,采用厂家提供的标准配置的软件(Functool 3.1 software;Sun,GE Healthcare)进行后处理,具体方法如下:首先ADC(apparent diffusion coefficient,ADC)图由MR系统提供的软件产生。然后,在获得的ADC图上手工绘制感兴趣区(regions of interest,ROIs),ROIs的绘制是依据增强横轴位T_1WI上的强化区域绘制的,另一个相同大小的ROIs放置于病灶对侧正常的脑组织上,即在T_2WI和FLAIR图像上未见异常信号,且在增强MRI上未见异常强化。ROIs的ADC值由Functool 3.1软件自动计算出,为了对ADC值进行标准化处理,计算了ADC比值,即强化区域的ADC值与对侧大脑半球对应区域相同大小ROIs的ADC值之比。 3.二维~1H-MRS检查 在增强MRI扫描后的24~48 h内,进行2D ~1H-MRS检查,其目的是为了尽可能的减少MR造影剂对~1H-MRS波谱的影响,另外是为了保证~1H-MRS的感兴趣体(volume of interest,VOI)放置于强化区域 2D~1H-MRS的扫描参数为:采用点分辨波谱(point resolved surface coil spectroscopy,PRESS)序列,水抑制,TR/TE=1500/144 ms;FOV 16 cm;矩阵16×16;层厚10 mm;采集次数为1;采集时间为4 min20 sec。VOI放置于横轴位上,且与增强横轴位T_1WI上的强化区域相对应。放置VOI时应避开头皮脂肪组织和颅脑骨质。在VOI周围使用高度选择性的饱和(very selective saturation,VSS)脉冲。然后执行预扫描,自动匀场结果:如果最大半宽(full-width half-maximum,FWHM)≤15Hz,水抑制为95%~99%,则开始扫描,否则再次进行自动匀场,如果仍不能到达要求,则重新设定VOI。 采用厂家提供的软件包(FuncTool 3.1)进行后处理,在代谢—解剖图上选择ROIs:移动体素至强化区域,并在波谱图上观察代谢物的变化情况,每个体素大小为1 cm×1 cm×1 cm,评价代谢物的波谱为:N-乙酰天冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)、胆碱(choline,Cho)、肌酸(creatine,Cr)、脂质(lipid,Lip)、乳酸(lactate,Lac)。利用Functool 3.1软件自动计算出代谢物的数值,即波峰下的面积,然后手工计算出代谢物的比值(NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr、Lac/Cr和Cho/NAA)。 4.统计学分析 统计学分析使用SPSS 11.5软件(SPSS Inc.,Chicago,IL,USA),采用t检验比较胶质瘤复发组与放射性脑损伤组之间代谢物比值和ADC参数(ADC值和ADC比值)的差异,然后,使用逐步判别分析评价代谢物的比值和ADC参数在鉴别胶质瘤复发和放射性脑损伤的能力。最后,采用x~2检验比较代谢物比值、代谢物比值+ADC参数两者之间在鉴别胶质瘤复发和放射性脑损伤的诊断准确性。p<0.05为差异有统计学意义。 结果: 1.胶质瘤术后放疗后,强化病灶的性质 在55例患者中,39例患者进行了组织学检查,其中13例为放射性脑损伤、26例为胶质瘤复发。除使用组织学检查方法判断强化病灶的性质之外,16例患者进行了随访,其中6例为胶质瘤复发患者,10例为放射性脑损伤患者。 2.二维~1H-MRS检查结果 胶质瘤复发组中强化区域的Cho/Cr、Cho/NAA和Lac/Cr比值均明显高于放射性脑损伤组(其p分别为p<0.01、p<0.01和p=0.01),而NAA/Cr和Lip/Cr比值均明显低于放射性脑损伤组(其p分别为p<0.01和p=0.01)。放射性脑损伤组和胶质瘤复发组的代谢物结果见表1。 表1放射性脑损伤组和胶质瘤复发组的2D ~1H-MRS检查结果 注:N-乙酰天冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)、胆碱(choline,Cho)、肌酸(creatine,Cr)、脂质(lipid,Lip)、乳酸(lactate,Lac)、二维氢质子MR波谱(two-dimensional proton MR spectroscopy,2D ~1H-MRS) 3.DWI检查结果 胶质瘤复发组强化区域的ADC值(1.20±0.08×10~(-3)mm~2/s)明显低于放射性脑损伤组(1.39±0.09×10~(-3)mm~2/s),其p<0.01。 然后,本研究获得了标准化后的数据(ADC比值),即,强化区域ADC值与对侧大脑半球相应区域ADC值的比值。与放射性脑损伤组比较,胶质瘤复发组强化区域ADC比值明显降低(放射性脑损伤组ADC比值为1.69±0.08;胶质瘤复发组ADC比值为1.42±0.10,p<0.01)。 4.二维~1H-MRS+DWI的结果 为了分析功能MRI对胶质瘤复发和放射性脑损伤准确诊断的能力,本研究使用了2次逐步判别分析,其目的是为了评价2D ~1H-MRS、2D ~1H-MRS+ADC参数在鉴别这两种病变时的作用。一次是对2D ~1H-MRS代谢物数据的判别分析,另一次是对2D ~1H-MRS代谢物数据+ADC参数的判别分析。第一个判别分析中,仅仅对2D ~1H-MRS代谢物数据进行判别分析,NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr、Lac/Cr和Cho/NAA作为独立变量,第二个判别分析中,2D ~1H-MRS代谢物数据和ADC参数(即,NAA/Cr、Cho/Cr、Lip/Cr、Lac/Cr、Cho/NAA、ADC值以及ADC比值)作为独立变量,对于这两个判别分析,随访的结果或者组织学检查结果作为组变量。 在第一个逐步判别分析中,得出2个最佳变量可用于鉴别复发的胶质瘤和放射性脑损伤。第一个出现的变量为Cho/NAA,为了观察其他变量在鉴别诊断中的作用,把Cho/NAA剔除在外,得到Cho/Cr为第二个变量,当把Cho/Cr作为变量剔除在外后,未出现其他有价值的变量。当使用这两个变量(Cho/NAA和Cho/Cr)进行鉴别诊断时,有85.5%的胶质瘤术后放疗后患者被准确分类(放射性脑损伤为91.3%,胶质瘤复发为81.3%,见表2)。 在第二个逐步判别分析中,筛选出3个最佳变量。第一个变量为Cho/NAA,为了观察是否存在其他重要的变量,把Cho/NAA剔除在外,得到ADC比值为第二个变量,依此类推,第三个为Cho/Cr,当把Cho/Cr作为变量剔除在外后,未出现其他有价值的变量。当使用这3个变量(Cho/Cr、Cho/NAA和ADC比值)对胶质瘤复发和放射性脑损伤进行鉴别时,能够准确分类96.4%的患者(放射性脑损伤为100%,胶质瘤复发为93.8%,见表2)。 为了比较2D ~1H-MRS+DWI是否优于2D ~1H-MRS鉴别胶质瘤复发与放射性脑损伤的能力,本研究使用x~2检验对这两次判别分析得到的结果进行了比较。统计学结果显示,在对胶质瘤术后放疗后强化区域的诊断准确性方面,2D~1H-MRS+DWI能够提高鉴别放射性脑损伤与胶质瘤复发的能力(p<0.05)。 基于判别分析,得出鉴别胶质瘤复发与放射性脑损伤的判别方程(见表2)。 表2逐步判别分析的结果 注:N-乙酰天冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)、胆碱(choline,Cho)、肌酸(creatine,Cr)、ADC比值(强化区域ADC值与对侧大脑半球相应区域ADC值的比值,apparent diffusion coefficient,ADC)、二维氢质子MR波谱(two-dimensional protonMR spectroscopy,2D ~1H-MRS) 结论: 本研究通过对胶质瘤术后放疗后再次出现的强化病灶的分析,发现胶质瘤复发与放射性脑损伤之间的2D ~1H-MRS代谢物比值和DWI参数的差异均有统计学意义。并且依据判别分析,本研究揭示了2D ~1H-MRS数据与ADC比值相结合,而不是与ADC值相结合,能够提高对胶质瘤复发和放射性脑损伤的鉴别能力。


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