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骨肉瘤~(31)P磁共振波谱研究

杜飞舟  
【摘要】: 骨肉瘤(osteosarcoma,OS)是最常见的原发性恶性骨肿瘤,其早期诊断和治疗是预后的关键。常规X线和MRI对于发现骨早期病变灵敏性高,但特异性欠佳。目前绝大多数骨及软组织肿块的定性分析仍然依靠病理、组织活检,临床医生和影像工作者也一直在探索恶性骨肿瘤与良性病变的鉴别方法。另一方面骨肉瘤的诊断和治疗目前尚缺乏病变组织的能量、代谢评价指标,而这些指标直接关系肿瘤的演进和预后。磁共振波谱分析(magnetic resonance spectroscopy,MRS)是目前唯一无创伤性研究活体器官、组织代谢、生化改变及化合物定量分析的方法,能在体监测肿瘤细胞膜代谢活性、组织能量代谢和细胞内pH值变化,从而为病变组织的早期诊断、治疗评估提供更丰富的参考资料。 我们于2006年8月至2008年3月收集了31例健康志愿者和18例骨肉瘤患者病例,在进行常规MRI扫描的基础上行31P MRS检测,以了解骨肉瘤的形态学改变及磷谱代谢特征。本研究旨在从临床和实验的角度出发,初步探讨常规MRI结合31P MRS在骨及软组织肿块诊断中的价值。 目的 1.利用正常对照组进行31P MRS扫描技术与波谱后处理最佳方案探讨。 2.利用31P MRS检测在体分析骨肉瘤与正常骨骼、肌肉组织细胞膜磷酯代谢、能量代谢及细胞内pH值变化特点,探讨常规MRI结合31P MRS在骨及软组织肿块定性诊断中的价值。 3.以卵磷脂为参照标准品,研究波谱技术对体内磷代谢化合物测定的准确性与可行性。验证磷谱中各波峰代表的理论物质是否与其实际检测物质一致。 方法 1.将20位正常志愿者的24个检测部位随机分为3组,每组8个部位,对3个分组分别行不同31P MRS扫描参数检测:TR=440ms ,TR=700ms,TR=1500ms。对检测结果中的PCr/T31P比值进行单因素方差分析,分析不同TR值对扫描结果的影响,探讨波谱扫描的技术方案。 2.从20名正常志愿者的多个体素中选择40个感兴趣体素,先后分别行2种不同方案的波谱后处理:软件自动后处理方案及交互式手动后处理方案,对2种方案处理结果中能完整显示7个主峰形态的概率情况进行配对四格表χ2检验,探讨波谱检测的后处理技术。 3.对31例健康志愿者的33个部位、18例骨肉瘤行常规MRI与31P MRS检测。病变组织经病理学证实。2组受试者均采用2D化学位移自由感应衰减1H饱和脉冲序列行磷谱检测,对测得的数据以设备自带软件行波谱后处理,测定波谱中各代谢产物的峰下面积,计算各代谢产物间的比值,并根据无机磷相对于磷酸肌酸的化学位移测定细胞内pH值。对2组各代谢物比值行独立样本t检验,分析骨肉瘤组织细胞膜磷脂代谢指标PME/β-ATP、PDE/β-ATP等比值变化特点,组织能量PCr/T31P、ATP/T31P、Pi/β-ATP及细胞内pH值变化特点。 4.以卵磷脂为参照标准品,对同一位正常志愿者先后行两次相同参数、相同条件状态下的波谱检测,在第二次检测时加入卵磷脂标准品,研究两次检测的结果变化,验证波谱技术对体内磷代谢化合物测定的准确性与可行性。 结果 1.3组不同TR值检测正常骨及软组织磷谱结果中,3组PCr/T31P均值分别为0.43±0.05,0.44±0.03,0.45±0.03,各代谢产物比值间无明显差异(P值均0.05),但各组各产物波形信噪比有明显差异,TR=1500ms组其代谢产物波形信号及7个主峰形态显示最佳;而TR=440ms组,波形信噪比最低,杂波信号增多。 2.对40个正常体素行不同后处理方案对比研究中:自动后处理组40个体素只有28例完整显示骨与软组织磷谱的7个主要波峰,12例不能完全显示;而交互手动后处理组40个体素中35例能完整显示,5例不能;两组均不能完整显示的为5例,χ2 =5.14,P0.05。 3.正常骨及软组织31P MRS代谢物波峰从左向右依次为:PME、Pi、PDE、PCr、γ-ATP、α-ATP及β-ATP。静息状态下其波谱特征为:相对高的PCr和三个ATP峰,相对低的PME、Pi及PDE峰,表现为低LEP/T31P比值和较高的PCr/ T31P、ATP/T31P比值,细胞内pH值为7.06±0.08。 4.骨肉瘤组PME/β-ATP、Pi/β-ATP、PDE/β-ATP、PCr/T31P、LEP/ T31P、ATP/T31P、PCr/β-ATP、(PCr+ATP)/Pi及pH值均数分别为1.08±0.19、0.85±0.40、0.98±0.38、0.28±0.09、0.30±0.07、0.42±0.09、2.75±1.25、9.45±3.84、7.35±0.24,对照组各比值均数分别为0.07±0.06、0.34±0.12、0.43±0.26、0.43±0.03、0.10±0.03、0.46±0.03、3.63±0.65、24.53±10.14、7.06±0.08,除ATP/T31P外,其余比值与对照组均存在明显差异(P值均0.01)。对MRI征像分析结果提示:单独依靠MRI对骨肉瘤准确率为12例/18例,而结合31P MRS结果,诊断准确率为16例/18例。 5.对同一位正常志愿者先后两次进行波谱检测,加入卵磷脂后各代谢物波谱变化为β-ATP:-24.46,α-ATP:+82.61,γ-ATP:-32.89,PCr:+64.32,Pi:+110.5,PDE:+462.57,PME:+15.71。加入卵磷脂后,PDE峰改变最明显。 结论 1.在满足波谱检测成像的基础之上,增加TR值对代谢物比值影响不大,但不同TR值对波谱信噪比存在影响明显,TR=1500ms时波形显示最佳,拟合计算代谢物的含量也最准确。 2.不同后处理方案对测量结果影响有明显差异,交互式手动后处理方案更容易得到符合要求的曲线和精确的数据。 3.骨肉瘤组细胞膜磷脂代谢指标PME/β-ATP、PDE/β-ATP以及LEP/ T31P较对照组明显升高,高能磷酸盐显著降低,细胞内pH值轻度升高。结合常规MRI,这些特征性改变有利于骨肉瘤病变的早期诊断和治疗监测。 4.加入卵磷脂后,PDE峰改变最明显,其化学位移符合卵磷脂的化学结构。本研究提示31P MRS能准确检测体内化合物的存在及其定量分析,研究结果可信。


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