氫質(zhì)子磁共振波譜在膠質(zhì)瘤活檢術(shù)中的應(yīng)用☆

王群張家墅徐興華白少聰吳東東董國俊陳曉雷許百男

氫質(zhì)子磁共振波譜在膠質(zhì)瘤活檢術(shù)中的應(yīng)用☆

王群*張家墅*徐興華*白少聰*吳東東*董國俊*陳曉雷*許百男*

目的 探討氫質(zhì)子磁共振波譜（proton magnetic resonance spectroscopy，1H—MRS）指導(dǎo)無框架立體定向穿刺活檢的最優(yōu)化代謝指標(biāo)。方法 選擇2011年7月至2015年1月行1H—MRS影像自動融合的無框架立體定向穿刺活檢術(shù)的膠質(zhì)瘤患者。共57例，其中男32例，女25例，年齡13～77歲，平均46歲。統(tǒng)計(jì)分析各級別膠質(zhì)瘤術(shù)前波譜代謝指標(biāo)水平，并將其與術(shù)后病理級別進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果 膠質(zhì)瘤Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級組間NAA值、Cho/NAA、Cho/Cr存在顯著性差異，而Cho、Cr、NAA/Cr不存在差異。與病理級別具有相關(guān)性的代謝指標(biāo)有Cho/Cr：r=0.381（P=0.002）、Cho/NAA：r=0.468（P＜0.01）、NAA：r=-0.437（P＜0.01）、Cr：r=-0.266（P=0.032）。結(jié)論1H—MRS自動融合的無框架立體定向活檢技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，均質(zhì)瘤體內(nèi)Cho/NAA最大值代謝熱區(qū)可作為穿刺活檢首選靶點(diǎn)。

磁共振波譜 立體定位技術(shù) 活組織檢查 膠質(zhì)瘤

目前臨床上對于顱內(nèi)多發(fā)病變、深部或功能區(qū)病變多采用立體定向穿刺活檢進(jìn)行病理分級。若活檢標(biāo)本不是腫瘤惡性程度最高的部分，所得到的病理分級就可能不準(zhǔn)確［1］。腦膠質(zhì)瘤是最常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，組織學(xué)的異質(zhì)性給活檢靶點(diǎn)選擇帶來困難。氫質(zhì)子磁共振波譜（proton magnetic resonance spectroscopy，1H—MRS）影像自動融合無框架立體定向活檢技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)從代謝水平上選擇活檢靶點(diǎn)。但使用哪種代謝指標(biāo)選擇膠質(zhì)瘤靶點(diǎn)仍存在爭議。本文對波譜引導(dǎo)下活檢靶點(diǎn)的最優(yōu)化代謝指標(biāo)進(jìn)行探討。

1　資料與方法

1.1一般資料 選擇2011年7月至2015年1月在我科行穿刺活檢以明確病理性質(zhì)的入院患者142例。符合如下條件的納入研究對象：①臨床及影像學(xué)診斷不明確，需活檢明確病理性質(zhì)。②病人均行1H—MRS影像自動融合指導(dǎo)無框架立體定向顱內(nèi)病變活檢手術(shù)。③術(shù)后病理診斷為膠質(zhì)瘤，且具有明確的病理類型和分級。④病例最小年齡大于4歲［2，3］。所有患者均知情同意，同時(shí)除外MRI禁忌證。142例活檢手術(shù)中，病理結(jié)果明確為膠質(zhì)瘤共63例，其中排除波譜代謝物波峰不穩(wěn)定6例，最終57例納入研究，其中男32例，女25例，年齡13～77歲，平均46歲。

1.2影像學(xué)檢查與數(shù)據(jù)處理 解剖影像包括T1WI、T2WI、T2Flair、磁共振血管造影、增強(qiáng)MRI。功能影像包括血氧水平依賴fMRI和彌散張量成像。代謝影像磁共振波譜掃描采用多體素1H—MRS化學(xué)位移成像，其中感興趣區(qū)的選擇應(yīng)包括病變實(shí)質(zhì)部分、周圍水腫帶，避免顱骨、腦室等引起部分容積效應(yīng)導(dǎo)致的基線不穩(wěn)。具體影像學(xué)參數(shù)可參見文獻(xiàn)［4，5］。成像均采用iMRI系統(tǒng)診斷室1.5 T高場強(qiáng)超導(dǎo)磁體（Espree，德國西門子公司）?；瘜W(xué)位移成像序列在影像后處理工作站（Syngo B15，Siemens，Erlangen，Germany）Spectroscopy模塊中分析膽堿（Cho）、N-乙酰天冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、等代謝物水平及代謝物之間的相對值（圖1A），處理后得到相應(yīng)代謝物的分布偽彩圖（圖1B），將成像效果較好偽彩圖轉(zhuǎn)化為灰度圖（圖2A），并以Dicom數(shù)據(jù)格式傳至導(dǎo)航計(jì)劃工作站。

1.3活檢計(jì)劃與過程 融合及制定計(jì)劃詳細(xì)操作流程可見文獻(xiàn)［5］。根據(jù)波譜指示的代謝熱區(qū)確定活檢靶點(diǎn)，注意避開壞死區(qū)域（乳酸或脂質(zhì)高）。根據(jù)多模態(tài)功能神經(jīng)導(dǎo)航，避開重要功能區(qū)與血管，選擇合適穿刺路徑。最終采用31個(gè)Cho代謝熱區(qū)、9個(gè)Cho/Cr代謝熱區(qū)、24個(gè)Cho/NAA代謝熱區(qū)以及1個(gè)Cr/NAA代謝熱區(qū)作為靶點(diǎn)。手術(shù)均在1.5T術(shù)中磁共振復(fù)合手術(shù)室（Siemens Espree，Erlangen，Germany）進(jìn)行，應(yīng)用VarioGuide（德國Brain LAB公司）無框架立體定向活檢系統(tǒng)進(jìn)行活檢。操作詳見文獻(xiàn)［4-6］。iMRI及時(shí)更新多模態(tài)導(dǎo)航計(jì)劃，并將術(shù)中與術(shù)前影像在iPlan Cranial 3.0軟件中進(jìn)行融合，判斷活檢準(zhǔn)確性（圖1F）。留取病理標(biāo)本，常規(guī)送檢，由2位資深神經(jīng)病理專科醫(yī)生根據(jù)2007年第四版《WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤》分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行診斷。確認(rèn)穿刺無誤，結(jié)束手術(shù)，及時(shí)處理術(shù)后并發(fā)癥。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 所有數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics software，version 22.0（IBM，Armonk，NY）進(jìn)行分析處理。研究數(shù)據(jù)相關(guān)性分析應(yīng)用Spearman等級相關(guān)分析。組間差異應(yīng)用Kruskal-Wallis單因素方差分析，組間兩兩比較應(yīng)用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)中的Bonferroni檢驗(yàn)法。應(yīng)用受試者操作特性（ROC）曲線計(jì)算代謝指標(biāo)的臨界值，并得出相應(yīng)靈敏度、特異度以及準(zhǔn)確度。所有檢驗(yàn)均為雙側(cè)假設(shè)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2　結(jié)果

2.1活檢病理結(jié)果 57例病例共得到65份活檢標(biāo)本，其中7例由于穿刺路徑與波譜層面平行而行多靶點(diǎn)穿刺，靶點(diǎn)選擇代謝物偽彩圖成像好的高代謝區(qū)與低代謝區(qū)。65份活檢標(biāo)本中病理分級與類型如下，WHOⅠ級中1份毛細(xì)胞性星型細(xì)胞瘤；WHOⅡ級中26份星形細(xì)胞瘤，3份少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤，9份少突星形細(xì)胞瘤；WHOⅢ級中2份星形細(xì)胞瘤，4份少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤，5份間變型星形細(xì)胞瘤，2份間變型少突膠質(zhì)瘤，3份間變少突星形膠質(zhì)瘤，1份膠質(zhì)瘤病，1份室管膜瘤；WHOⅣ級中1份星形細(xì)胞瘤，7份膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。

2.2手術(shù)及并發(fā)癥57例病例均成功實(shí)施1H—MRS指導(dǎo)穿刺活檢手術(shù)。其中1例雙側(cè)基底節(jié)區(qū)和島葉彌散性病變患者，iMRI發(fā)現(xiàn)活檢穿刺點(diǎn)小血腫，出血量＜5 mL，術(shù)中未特殊處理，術(shù)后短期肢體運(yùn)動障礙，術(shù)后10 d肌力即由術(shù)后當(dāng)時(shí)的左側(cè)上下肢3級恢復(fù)至5級；其余患者均未出現(xiàn)新發(fā)神經(jīng)功能障礙。無死亡及術(shù)后感染病例。

2.3靶點(diǎn)代謝指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果波譜代謝指標(biāo)Cho、NAA、Cr值以及Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr比值與腫瘤病理分級的相關(guān)性分析見表1，相關(guān)系數(shù)r值代表相關(guān)性的強(qiáng)弱。其中Cho/NAA與病理級別的相關(guān)性最強(qiáng)。

本研究根據(jù)術(shù)后病理分級（1例WHOⅠ級排除），將穿刺活檢標(biāo)本分為WHOⅡ組、WHOⅢ組、WHOⅣ組，分別統(tǒng)計(jì)活檢標(biāo)本所對應(yīng)的代謝指標(biāo)水平，見表2。組間差異分析，得到NAA值（P=0.004）、Cho/NAA（P=0.001）、Cho/Cr（P=0.013）在三組之間存在顯著性差異，而Cho值（P= 0.299）、Cr（P=0.087）值、NAA/Cr（P=0.259）在三組之間不存在差異。對統(tǒng)計(jì)學(xué)具有顯著性差異的組間進(jìn)行兩兩比較，結(jié)果表明Ⅱ、Ⅲ級以及Ⅱ、Ⅳ級中NAA、Cho/NAA、Cho/Cr有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；Ⅲ、Ⅳ級中各代謝物無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表2　活檢靶點(diǎn)波譜代謝指標(biāo)平均水平　M（P25，P75）

將穿刺活檢標(biāo)本分為低級別膠質(zhì)瘤組LGGs組（WHOⅠ、Ⅱ）和高級別膠質(zhì)瘤組HGGs組（WHOⅢ、Ⅳ），分別統(tǒng)計(jì)靈敏度、特異度以及正確率，其中Cho/NAA指標(biāo)的靈敏度與特異度達(dá)到92.0%與95.0%，，正確率達(dá)到93.8%，見表3。

2.4典型病例 患者，男，50歲，主因“認(rèn)知功能下降1月，右側(cè)肢體力弱1周”入院。術(shù)前影像提示左側(cè)頂葉病變，呈不規(guī)則強(qiáng)化。術(shù)前MRS檢查提示強(qiáng)化病灶內(nèi)異常高Cho峰，本例病人選擇MRS中Cho最高熱區(qū)為穿刺靶點(diǎn)，行俯臥位iMRI導(dǎo)航下1H-MRS自動融合指導(dǎo)無框架立體定向左頂病變活檢術(shù)。iMRI影像提示穿刺靶點(diǎn)穿刺成功，手術(shù)結(jié)束，無任何并發(fā)癥。術(shù)后病理提示為間變型星形細(xì)胞瘤，WHOⅢ級。術(shù)前計(jì)劃與術(shù)中影像，見圖1。

3　討論

本研究分析65份活檢標(biāo)本的MRS數(shù)據(jù)，顯示Ⅱ級較Ⅲ級、Ⅳ級腫瘤實(shí)質(zhì)內(nèi)代謝指標(biāo)NAA值高、Cho/NAA低、Cho/Cr低，這與之前的大多數(shù)研究結(jié)果相符［2，3，7］。而三組之間Cho值和Cr值不存在差異。Cr值作為相對含量較固定的細(xì)胞能量代謝物，在三組之間無差異與其他研究結(jié)果相同［8］。Cho值的無差異可能與本組病例數(shù)較少以及Ⅲ、Ⅳ級病例比例較小有關(guān)［7］。本研究中納入8例Ⅳ級膠質(zhì)瘤中膠質(zhì)母細(xì)胞瘤有7例。將數(shù)據(jù)進(jìn)行低級別與高級別分組，結(jié)果顯示Cho/NAA指標(biāo)具有較好的靈敏度、特異度以及正確率。但是在HGGs組中，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤由于壞死成分可能占據(jù)瘤體的80%，這使得依賴于活性腫瘤細(xì)胞的Cho因瘤體內(nèi)活性腫瘤細(xì)胞含量的減少而表現(xiàn)低水平［9］。這可能導(dǎo)致膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中Cho/NAA和Cho/Cr的降低［7］，而使得本研究Ⅲ、Ⅳ級中Cho/NAA、Cho/Cr沒有明顯差異。通過本研究得出高級別膠質(zhì)瘤中特別是Ⅳ級中，使用Cho/NAA作為活檢穿刺的靶點(diǎn)有不確定性，需要其他代謝靶點(diǎn)來替代。

傳統(tǒng)的穿刺靶點(diǎn)選擇病變強(qiáng)化的部分或者病變的中心，1H—MRS影像指導(dǎo)病變活檢的方法對于病變未強(qiáng)化或中心出現(xiàn)不典型壞死具有明顯的提示作用［10，11］。但是采取哪種代謝指標(biāo)作為靶點(diǎn)仍存在爭議［12］。Nafe等［13］表明Cho/Cr比值與腫瘤級別具有較好的相關(guān)性。Shimizu等［14］在同類別膠質(zhì)瘤中Cho與Ki67指數(shù)成線性相關(guān)。Stadlbauer等［15］得出Cho/NAA與腫瘤立體定向活檢靶點(diǎn)標(biāo)本的腫瘤細(xì)胞密度具有相關(guān)性。

表1　波譜代謝指標(biāo)與病理級別相關(guān)性

表3　波譜代謝指標(biāo)判別LGGs組和HGGs的靈敏度、特異度以及正確率

圖1　典型病例術(shù)前計(jì)劃與術(shù)中影像。A：術(shù)前MRS檢查Cho相對高代謝區(qū)各代謝物水平；B：感興趣區(qū)內(nèi)Cho分布偽彩圖；C：選取偽彩圖提示的Cho紅色最高熱區(qū)為穿刺靶點(diǎn)并其用紅色標(biāo)記；D：術(shù)前活檢計(jì)劃：穿刺通道（藍(lán)色）避開重要結(jié)構(gòu)（紫色為錐體束，橙色為感覺傳導(dǎo)束）到達(dá)MRS提示的高Cho代謝靶點(diǎn)（紅色標(biāo)記）；E：iMRI檢查增強(qiáng)T1WI提示穿刺靶點(diǎn)穿刺成功。F.應(yīng)用iPlan Cranial 3.0軟件將術(shù)中增強(qiáng)T1WI與術(shù)前MRS偽彩圖融合，調(diào)整MRS透明度后，可見MRS提示的活檢計(jì)劃靶點(diǎn)（紅色標(biāo)記）與穿刺部位吻合

圖2　1H-MRS自動融合指導(dǎo)無框架立體定向病變活檢計(jì)劃融合過程。A.Cho分布偽彩圖在Spectroscopy模塊中轉(zhuǎn)化為灰度圖。B.灰度圖在iPlan Cranial 3.0軟件image fusion模塊中與T2WI進(jìn)行自動融合過程。C.在iPlan Cranial 3.0軟件Advanced windowing對話框中將灰度圖還原為偽彩圖，并在composing options模塊中將MRS偽彩圖疊加于T1WI增強(qiáng)像

本研究對65份活檢標(biāo)本腫瘤組織的波譜代謝指標(biāo)Cho、NAA、Cr值以及Cho/Cr、Cho/NAA、NAA/Cr比值與腫瘤病理分級進(jìn)行相關(guān)性分析。發(fā)現(xiàn)具有相關(guān)性的指標(biāo)有NAA值、Cr值、Cho/Cr和Cho/NAA比值，其中Cho/Cr和Cho/NAA與病理級別呈正相關(guān)，NAA與病理級別成負(fù)相關(guān)。這與Yang等［16］報(bào)道Cho/Cr和Cho/NAA與腫瘤級別相關(guān)性較好相一致。本研究還發(fā)現(xiàn)與腫瘤級別相關(guān)性最強(qiáng)的指標(biāo)為Cho/NAA，提示膠質(zhì)瘤腫瘤實(shí)質(zhì)Cho/NAA比值越高，腫瘤惡性程度越高。這與Stadlbauer等［15］的研究報(bào)道結(jié)果相一致。提示波譜引導(dǎo)穿刺活檢中Cho/NAA可作為靶點(diǎn)的首選代謝指標(biāo)。但是如遇以下情況［17］病變中心出現(xiàn)壞死，壞死組織中Cho和NAA都降低，但Cho/NAA的比值有可能會最大。病灶中神經(jīng)元被嚴(yán)重破壞時(shí)，NAA值非常小，Cho/NAA的比值有可能會最大。根據(jù)本研究結(jié)果，Cho代謝值在不同腫瘤級別中并沒有差異而且與腫瘤級別也沒有相關(guān)性，不建議使用Cho值作為靶點(diǎn)選取。取而代之的可以選取Cho/NAA比值僅次于最大的區(qū)域。總之在均質(zhì)瘤體Cho/NAA最大值代謝熱區(qū)可作為穿刺活檢首選靶點(diǎn)，如遇病變壞死以及神經(jīng)元破壞嚴(yán)重時(shí)可選用Cho/NAA比值僅次于最大熱區(qū)或者Cho/Cr比值代謝熱區(qū)作為活檢靶點(diǎn)。

本研究應(yīng)用1H—MRS影像自動融合指導(dǎo)無框架立體定向顱內(nèi)病變活檢的方法研究膠質(zhì)瘤不同級別MRS代謝物水平，并應(yīng)用導(dǎo)航系統(tǒng)中的Var-ioGuide模塊進(jìn)行穿刺活檢，iMRI作為保障，能夠?qū)崿F(xiàn)術(shù)前按照波譜熱區(qū)所標(biāo)記的穿刺靶點(diǎn)與所得病理組織的點(diǎn)對點(diǎn)匹配，減少了膠質(zhì)瘤腫瘤異質(zhì)性對病理診斷的影響，值得推廣。由于方法上的優(yōu)越性［5］，靶點(diǎn)病理級別與波譜代謝物水平的分析相比于以往手術(shù)切除后病理與波譜代謝物水平的分析，具有更強(qiáng)的說服力。

本研究中尚存在不足：①對比其他研究文章［18］，本中心采用1.5TMRI較3.0T獲得MRS圖像質(zhì)量、空間和波譜分辨率等具有劣勢；②由于MRS體素為立方體，穿刺活檢靶點(diǎn)的勾畫為依據(jù)波譜代謝彩圖所得的不規(guī)則形體，穿刺時(shí)難以實(shí)現(xiàn)100%精準(zhǔn)形體匹配，即使形體匹配，也會因?yàn)榇┐淘O(shè)備的缺陷無法穿出固定形體的標(biāo)本；③本組資料僅為臨床初步應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，樣本量尚小，還須進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量以肯定其結(jié)論；④本研究僅對波譜代謝指標(biāo)與膠質(zhì)瘤活檢病理級別相關(guān)性進(jìn)行分析，未將病理分子指標(biāo)進(jìn)行分析，并由于病例數(shù)的限制，忽略了相關(guān)性分析的個(gè)體同質(zhì)性，未對具體病理類型進(jìn)行分析，有待后續(xù)研究補(bǔ)充。

盡管如此，1H-MRS作為一種診斷及研究手段，通過基于1H—MRS影像自動融合的無框架立體定向活檢技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)從代謝水平上確定穿刺活檢靶點(diǎn)的位置，有助于提高定點(diǎn)穿刺活檢術(shù)的活檢陽性率［5，18］，為術(shù)前制定恰當(dāng)?shù)闹委煼桨柑峁┮罁?jù)，相信該方法將來會在臨床得到更廣泛應(yīng)用并不斷發(fā)展完善。

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App lication of M agnetic Resonance Spectroscopy in Need le Biopsy of G liom a.

WANG Qun，ZHANG Jiashu，CHEN Xiaolei，XU Bainan.Department of Neurosurgery，Chinese PLA General Hospital，28 Fuxing Road，Beijing 100853，China.Tel:010-66938438.

Objective To investigate the correlation between the spectroscopic metabolic indices and the pathological grading of gliomas，and to determine the best spectroscopic index to gain optimized targets using the technique of automated proton magnetic resonance spectroscopy（1H—MRS）imaging guided frameless stereotactic biopsy.M ethods Between July 2011 and January 2015，142 patients with suspected glioma underwent the automated1H—MRS imaging guided frameless stereotactic biopsy to confirm the diagnosis.Fifty-seven patients were enrolled.Among them，32 patients were male，25 patients were female.Their age ranged from 13 years to 77 years and the median age was 47 years.The correlation of the metabolic indices in the region of biopsy targets and glioma grade were analyzed.Comparisons of metabolic indices in different grade were made.Results sixty-five samples were obtained by biopsy.According to the classification of WHO criteria，39（60%）samples were classified as low-grade gliomas including 38 with WHO gradeⅡand 1 with WHO gradeⅠ，whereas 26 samples were classified as high-grade gliomas including 18（28%）with WHO grade III and 8（12%）with WHO grade IV.The Cho/Cr and Cho/NAA ratios had a positive correlation with the pathological grading，whereas NAA and Cr value had a negative correlation with pathological grading.The correlation between Cho/NAA ratio and tumor grading was the most robust.There were significant differences in NAA value，Cho/NAA and Cho/Cr ratios but not in Cho，Cr value nor NAA/Cr ratios among gradeⅡ，grade III and grade IV gliomas.The levels of Cho/NAA ratio and Cho/Cr ratio were significantly different between gradeⅡand grade III group，and between gradeⅡand grade IV gliomas. Conclusions The automated1H—MRS imaging guided frameless stereotactic biopsy has advantage in biopsy surgery.For1H—MRS imaging guided biopsy，the target of the Cho/NAA ratio hot spot is the first choice in homogenous glioma.

Proton magnetic resonance spectroscopy（1H-MRS）Stereotaxic techniques Biopsy Glioma

R739.41

A

2015-06-01）

（責(zé)任編輯:甘章平）

10.3969/j.issn.1002-0152.2015.10.009

☆國家自然科學(xué)基金（編號:81271515）

*中國人民解放軍總醫(yī)院神經(jīng)外科（北京100853）