腦腫瘤應(yīng)用磁共振彌散聯(lián)合波譜分析技術(shù)診斷的臨床價(jià)值

福建醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院CT/MR室 (福建 泉州 362000)

吳 宏 賴清泉 李偉程黃文瀚 劉文熙

一般認(rèn)為和其他影像檢查方法比較，磁共振成像是評價(jià)腦腫瘤的首選方法，其敏感性體現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)病變和腫瘤，顯示病變特征性的信號強(qiáng)度變化，在腦腫瘤定位、定性方面提供一些參考信息。但患者的預(yù)后與腫瘤良惡性存在緊密聯(lián)系，因此準(zhǔn)確判斷良惡性、原發(fā)或轉(zhuǎn)移、病理類型及惡性程度分級都對臨床治療及預(yù)后判斷有十分重要的指導(dǎo)價(jià)值[1]。磁共振彌散加權(quán)成像可探測組織的微觀結(jié)構(gòu)，反映出組織中水分子轉(zhuǎn)移、跨膜等交換功能的微觀運(yùn)動(dòng)，在腦部檢查中獨(dú)具優(yōu)勢，已成為腦缺血、腦梗死早期診斷的常規(guī)檢查序列，近年來逐漸運(yùn)用于腦腫瘤的臨床功能開發(fā)，雖然有一定的診斷應(yīng)用價(jià)值，但并未達(dá)到人們的預(yù)期，在腫瘤鑒別和侵潤中仍存在較多爭議，認(rèn)為評價(jià)腫瘤范圍并沒有太大確鑿優(yōu)勢，對浸潤性腫瘤邊界的確定存在較大困難[2]。在磁共振常規(guī)掃描的基礎(chǔ)上聯(lián)合應(yīng)用彌散功能成像和波譜分析技術(shù)，能提供更多更有價(jià)值的診斷信息，彌補(bǔ)了常規(guī)磁共振檢查的不足。質(zhì)子波譜通過測定人體腦內(nèi)感興趣區(qū)的部分代謝產(chǎn)物濃度，如NAA、Cho、Cr及l(fā)ac、lip等，分析該類代謝產(chǎn)物的波譜參數(shù)，可以無創(chuàng)地評估組織活體代謝情況，提供病變組織生理及病理信息，為臨床診療提供指導(dǎo)[3]。本文對最常見三種腦腫瘤的彌散成像、ADC值進(jìn)行分析，并聯(lián)合波譜檢測技術(shù)，探討在腦腫瘤診斷中的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析醫(yī)院2014年2月～2016年10月資料完整的78例的經(jīng)手術(shù)和病理檢查證實(shí)的腦部腫瘤患者，其中男性45例,女性33例；年齡24～75歲，平均為56.8±3.2歲；腫瘤類型：腦轉(zhuǎn)移瘤31例、腦膜瘤18例、星形細(xì)胞瘤29例(I級5例、II級7例、III級10例、IV級7例)；入選患者一般情況良好，排除語言障礙、過敏體質(zhì)、病情危重、合并其他惡性腫瘤、精神疾病等。

1.2 方法儀器：采用美國GE公司Signa 1.5T超導(dǎo)磁共振掃描儀，最大梯度場33.3mT/m，梯度切換率120T/m/s。選取正交頭顱線圈，患者仰臥，頭顱固定于線圈內(nèi)。先行常規(guī)MR掃描檢查，然后再進(jìn)行磁共振彌散加權(quán)成像與質(zhì)子波譜分析。SE序列：T1WI：TR=500ms，TE=15ms；FSE序列：T2WI：TR=3800ms，TE=103.5ms；FOV=20cm；矩陣為256×256；層厚為5mm，層間距1mm。EPI-SE序列DWI橫軸位：TR=5000 ms，TE=91.3ms，層厚為5mm，層間距1mm。FOV為20cm，矩陣為256×256，彌散系數(shù)b選取0和1000s/mm2，表觀彌散系數(shù)ADC值計(jì)算公式為ADC=In(SI1/SI2)/(bI1-bI2)，SI1、SI2分別代表b=0s/mm2、b=1000s/mm2時(shí)相同部位組織的信號強(qiáng)度值。增強(qiáng)掃描：用MR專用高壓注射器注射釓賁酸甲胺(Gd-DTPA)0.1mg/kg體重，注射速度2.0ml/s。氫質(zhì)子波譜分析：均在平掃后增強(qiáng)掃描前檢查，采用點(diǎn)分辨表面線圈波譜分析法(point resolved selective spectroscopy，PRESS)，序列前施加化學(xué)位移選擇激勵(lì)法(chemical shift selective excitation，CHESS)來采集信號；單體數(shù)波譜檢查：TR=1500ms，TE=32ms，體素大小為2cm×2cm×2cm，體素置于瘤體實(shí)性部分，選取對側(cè)相應(yīng)區(qū)域正常組織作為對照。多體數(shù)波譜檢查：TR=1500ms，TE=135ms，體素大小1cm×1cm×1cm。范圍包括瘤體實(shí)性部分及周邊正常組織。檢測腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)和對照區(qū)域(或腫瘤周邊正常組織)常規(guī)代謝物N-乙酰天門冬氨酸(NAA)和含膽堿化合物(Cho)及肌酸(Cr)濃度。

1.3 觀察指標(biāo)比較不同腦腫瘤及其對側(cè)正常區(qū)域腦組織的ADC值，記錄不同腫瘤代謝物變化情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法本文研究數(shù)據(jù)采用SPSS16.0軟件處理，ADC值、NAA、Cr、NAA/Cr、NAA/Cho、Cho/Cr等計(jì)量資料以(±s)表示，多組間比較采用方差分析（ANOVA），組間采用兩樣本比較的LSD法，計(jì)數(shù)資料采用百分率表示，采用χ2檢驗(yàn)，P＜0.05表示具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 不同腦腫瘤與其對側(cè)正常組織ADC值比較腦膜瘤平均ADC值為(13.22±3.02)×10-4mm2/s，高于對側(cè)區(qū)域正常腦組織ADC值(9.18±1.87)×10-4mm2/s，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=7.96，P＜0.05)；腦轉(zhuǎn)移瘤平均ADC值為(12.11±2.86)×10-4mm2/s，高于對側(cè)區(qū)域正常腦組織ADC值(9.28±1.81)×10-4mm2/s，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.94，P＜0.05)；星形細(xì)胞瘤平均ADC值為(13.81±3.10)×10-4mm2/s，高于對側(cè)區(qū)域正常腦組織ADC值(9.46±1.79)×10-4mm2/s，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=9.09，P＜0.05)。腦膜瘤、腦轉(zhuǎn)移瘤和星形細(xì)胞瘤之間ADC值方差分析無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)(見表1)。I～I(xiàn)I級星形細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)區(qū)ADC值(15.32±3.17)×10-4mm2/s與III～I(xiàn)V級星形細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)區(qū)ADC值(11.28±1.69)×10-4mm2/s高，兩者ADC值比較有顯著差異(P＜0.05)，與對照側(cè)正常組織差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)(見表2）)。

2.2 腦腫瘤患者代謝狀況比較腦轉(zhuǎn)移瘤、腦膜瘤及星形細(xì)胞瘤NAA明顯低于正常腦組織NAA水平，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異P＜0.05；星形細(xì)胞瘤NAA/Cho和NAA/Cr值明顯高于腦轉(zhuǎn)移瘤、腦膜瘤，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異P＜0.05，腦膜瘤Cho/Cr高于星形細(xì)胞瘤、轉(zhuǎn)移瘤，存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)高級別星形細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)區(qū)NAA/Cho、NAA/Cr比值低于低級別星形細(xì)胞瘤，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義P＜0.05，腦轉(zhuǎn)移瘤患者中7例Lac/Lip峰；腦膜瘤中1例Lip/Lac峰、3例Ala峰；星形細(xì)胞瘤中7例Lac/Lip峰。見表3。見圖1-9。

3 討 論

腦腫瘤是比較常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，病因不明且來源廣泛，約占位全身腫瘤的1.8%[4]。腫瘤的檢出和診斷主要依賴于CT和磁共振檢查，早期發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確的定位定性診斷對制定診療方案及預(yù)后評估有較大參考。磁共振功能成像技術(shù)的進(jìn)展，把單純的形態(tài)學(xué)診斷發(fā)展到代謝和功能水平，拓展了臨床診斷思維，近些年來彌散加權(quán)成像(DWI)和波譜成像(MRS)較多地應(yīng)用于臨床，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的診斷與鑒別診斷中提供了重要的信息，特別在腦腫瘤的診斷檢查中有較大的優(yōu)勢。本文在常規(guī)掃描的基礎(chǔ)上聯(lián)合應(yīng)用彌散成像、1H波譜分析技術(shù)，并結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)分析探討對腦腫瘤的診斷價(jià)值。

表1 不同腦腫瘤與其對側(cè)正常組織ADC值比較(±s，×10-4mm2/s)

表1 不同腦腫瘤與其對側(cè)正常組織ADC值比較(±s，×10-4mm2/s)

ADC值 腦膜瘤(18例) 腦轉(zhuǎn)移瘤(31例) 星形細(xì)胞瘤(29例)腦腫瘤 13.22±3.02 12.11±2.86 13.81±3.10對側(cè)正常腦組織 9.18±1.87 9.28±1.81 9.46±1.79 t 7.96 4.94 9.09

表2 不同級別間星形細(xì)胞瘤與對側(cè)正常腦組織ADC值比較(±s，×10-4mm2/s)

表2 不同級別間星形細(xì)胞瘤與對側(cè)正常腦組織ADC值比較(±s，×10-4mm2/s)

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表3 腦腫瘤患者代謝狀況比較

3.1 磁共振彌散加權(quán)成像(DWI)在腦腫瘤診斷中的作用分子間的無規(guī)律隨機(jī)運(yùn)動(dòng)過程也稱熱運(yùn)動(dòng)或布朗運(yùn)動(dòng)，這種不斷隨機(jī)改變運(yùn)動(dòng)方向和位置的現(xiàn)象就是擴(kuò)散現(xiàn)象，任何分子都存在擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，是物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的重要方式。磁共振彌散成像(DWI)是以水分子中的質(zhì)子作為成像對象，是唯一能夠反映活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的成像技術(shù)，通過檢測水分子運(yùn)動(dòng)受限的方向和程度來顯示水分子的活動(dòng)自由度，可較好的反映組織微觀結(jié)構(gòu)變化及體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[5]。影響組織DWI信號的因素較多，除細(xì)胞膜、大分子蛋白及細(xì)胞間隙大小之外，磁共振的T2穿透效應(yīng)也會對信號強(qiáng)度造成影響。DWI檢測時(shí)，隨著b值的增加，彌散權(quán)重會不斷加大，正常與病變組織間的對比度會明顯增加，使得DWI敏感性增加，同時(shí)減少了磁共振的T2穿透效應(yīng)，但太高的b值會降低圖像信噪比，因此不同組織器官的b值選擇會存在一定差異。人體腦組織的b值一般選取1000s/mm2[6]，即可基本消除T2穿透效應(yīng)，血流灌注的影響也較小，使得DWI圖像能與ADC值的變化情況相匹配，反映組織真正的彌散狀況。本組中腦膜瘤病灶平均ADC值(13.22±3.02)×10-4mm2/s，腦轉(zhuǎn)移瘤病灶平均ADC值(12.11±2.86)×10-4mm2/s，星形細(xì)胞瘤病灶平均ADC值(13.81±3.10)×10-4mm2/s，均高于對側(cè)區(qū)域正常腦組織，病灶與對照側(cè)的ADC值差異有顯著性(P＜0.05)；腦膜瘤、腦轉(zhuǎn)移瘤和星形細(xì)胞瘤之間的ADC值差異無明顯顯著性(P＞0.05)，與姜亮[7]等人的報(bào)道相符合。說明單純的磁共振彌散成像(DWI和ADC值)在腦膜瘤、轉(zhuǎn)移瘤及星形細(xì)胞瘤之間的鑒別診斷作用并不大，應(yīng)結(jié)合磁共振常規(guī)掃描或其他檢查手段。

腦部腫瘤患者的預(yù)后與腫瘤良惡性、原發(fā)或轉(zhuǎn)移及惡性程度分級存在緊密聯(lián)系，準(zhǔn)確判斷腫瘤性質(zhì)和分級對臨床預(yù)后判斷及治療方案選擇有重要作用。常規(guī)磁共振檢查主要依靠增強(qiáng)掃描來界定膠質(zhì)瘤的級別，但許多低級別甚至高級別的膠質(zhì)瘤有時(shí)強(qiáng)化并不明顯，會造成術(shù)前級別判定不準(zhǔn)確。許多研究指出膠質(zhì)瘤的細(xì)胞密度及病理分級與ADC值有很大相關(guān)性，通常腫瘤惡性程度增高，組織細(xì)胞密度越高，同時(shí)腫瘤細(xì)胞異型性增高，核漿比例加大，導(dǎo)致水分子彌散受限程度增加，ADC值越低。本組病例中6例I～I(xiàn)I級星形細(xì)胞瘤平均ADC值為(15.22±3.15)×10-4mm2/s，10例III～I(xiàn)V級星形細(xì)胞瘤病灶平均ADC值為(11.81±2.93)×10-4mm2/s，高級別星形細(xì)胞瘤ADC值明顯低于低級別星形細(xì)胞瘤，差異有顯著性(P＜0.01)；腦轉(zhuǎn)移瘤病灶平均ADC值為(12.11±2.86)×10-4mm2/s，與III～I(xiàn)V級星形細(xì)胞瘤平均ADC值(11.81±2.93)×10-4mm2/s差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05p)。與相關(guān)報(bào)道結(jié)果類似[8]。Kono等[9]研究發(fā)現(xiàn)，ADC值在良惡性腦膜瘤的鑒別上具有意義，提出低ADC值的傾向非典型性或間變性腦膜瘤，認(rèn)為可能的原因是腫瘤細(xì)胞的核漿比例較大，細(xì)胞內(nèi)蛋白含量較高，或由于腫瘤細(xì)胞含水少，細(xì)胞外間隙小，使得水分子彌散受限。本組沒有惡性腦膜瘤病例。

圖1 左側(cè)橋小腦角區(qū)腦膜瘤，明顯強(qiáng)化。圖2 波譜Cho峰上升，Cr峰降低，病灶中央未見明顯NAA峰。圖3 左側(cè)額葉高級別星形細(xì)胞瘤（IV）。圖4 腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)DWI略高信號，囊變區(qū)呈低信號。圖5 腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)ADC圖呈略低信號，囊變區(qū)明顯高信號。圖6 腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)、水腫區(qū)和囊變區(qū)多體數(shù)波譜采集點(diǎn)。圖7 腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)Cho峰高聳，NAA峰明顯降低、CR峰降低。圖8 腫瘤側(cè)水腫區(qū)Cho升高，NAA峰降低。圖9 囊變區(qū)未見Cho及NAA，可見倒置LL峰。

腫瘤周圍經(jīng)常伴有水腫，以膠質(zhì)瘤和轉(zhuǎn)移瘤多見，有時(shí)腦膜瘤也可造成。水腫產(chǎn)生的機(jī)理并未得到準(zhǔn)確闡述，多數(shù)認(rèn)為是血管源性水腫，也有認(rèn)為合并有細(xì)胞毒性水腫。Kono等[9]的腦腫瘤ADC值定量研究顯示，腫瘤組織的ADC值高于正常腦組織，而腫瘤周圍水腫區(qū)的ADC值要高于腫瘤實(shí)質(zhì)，認(rèn)為根本原因在于水腫組織內(nèi)未受損的髓鞘使得水腫組織有較高的擴(kuò)散方向異性，或由于T2值的延長抵消或部分抵消了腫瘤水腫區(qū)的擴(kuò)散增加，使得DWI信號不明顯，反而更加突顯了腫瘤的信號。也有研究認(rèn)為膠質(zhì)瘤近側(cè)瘤周組織的ADC較腦膜瘤及轉(zhuǎn)移瘤低，尤以惡性膠質(zhì)瘤為著，可能的原因是惡性膠質(zhì)瘤更具侵襲性。在本文研究中也有類似發(fā)現(xiàn)，由于彌散成像普遍采用EPI快速序列，空間分辨率和信噪比較低，容易產(chǎn)生多種偽影，并不能完全排除容積效應(yīng)所致。此外彌散技術(shù)在星形細(xì)胞瘤及轉(zhuǎn)移瘤的壞死囊樣變與腦膿腫的鑒別上也較為明確[10]，腦膿腫膿液高度粘稠性，水分子彌散受限，在DWI上呈明顯高信號，ADC圖明顯低信號，而腦腫瘤的囊變壞死含漿液性液體，信號明顯不同，本文病例中的腫瘤壞死囊變區(qū)均表現(xiàn)為DWI低信號ADC高信號。DWI結(jié)合ADC值測定有助于提高腦腫瘤診斷準(zhǔn)確性。

3.2 磁共振波譜成像(1H-MRS)在腦腫瘤診斷中的作用MRS是利用磁共振J-耦合現(xiàn)象和化學(xué)位移作用進(jìn)行特定原子核及其化合物定量分析的方法。原子核所處的化學(xué)環(huán)境不同，共振頻率會產(chǎn)生微小差異，這種差異就是MRS各頻譜峰產(chǎn)生差別的基礎(chǔ)。MRS是目前唯一能夠無創(chuàng)傷性檢測人體組織內(nèi)化學(xué)物質(zhì)、生化改變及代謝物信息分析的技術(shù)，可精準(zhǔn)的反映出體內(nèi)部分代謝產(chǎn)物濃度，有利于判斷患者體內(nèi)的組織代謝狀況[11-12]。臨床上以1H-MRS技術(shù)最為成熟，應(yīng)用也最為廣泛。1H-MRS檢測到的腦內(nèi)代謝物主要包括N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、肌酸復(fù)合物(Cr)、膽堿(Cho)、乳酸(Lac)和脂質(zhì)(Lip)等，由于腫瘤與正常組織細(xì)胞成分不同，不同類型和分級的腫瘤代謝物MRS有所差別，使得1H-MRS在腦腫瘤的組織學(xué)定性、分級及療效監(jiān)測等方面具有一定意義。

NAA主要存在于神經(jīng)元內(nèi)，是神經(jīng)元的內(nèi)標(biāo)志物，是神經(jīng)元功能狀態(tài)的反應(yīng)。星形細(xì)胞瘤生長過程中可侵犯神經(jīng)元，破壞或替代神經(jīng)元造成神經(jīng)元缺失或功能下降，神經(jīng)元數(shù)量和生存能力減少，使得NAA顯著下降。腦膜瘤和轉(zhuǎn)移瘤均非神經(jīng)源性腫瘤，本身并沒有神經(jīng)元，也就沒有相應(yīng)的NAA，出現(xiàn)較低NAA峰可能與腫瘤累及正常腦組織或部分容積效應(yīng)有關(guān)，本組病例中，腦轉(zhuǎn)移瘤、腦膜瘤及星形細(xì)胞瘤患者NAA明顯低于正常腦組織NAA水平，NAA/Cr、NAA/Cr降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜.05)，星形細(xì)胞瘤與轉(zhuǎn)移瘤、腦膜瘤間比較差異有顯著性，說明1H-MRS有助于腦腫瘤的診斷。如果NAA維持正常水平，腫瘤的可能性減低，但應(yīng)排除良性星形細(xì)胞瘤以及因定位不當(dāng)產(chǎn)生容積效應(yīng)所造成的NAA假性增高。本組中低級別星形細(xì)胞瘤患者NAA/Cho和NAA/Cr值明顯高于高級別星形細(xì)胞瘤、腦轉(zhuǎn)移瘤及腦膜瘤，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，提示1H-MRS在星形細(xì)胞瘤分級上有鑒別價(jià)值，與樓曉劍等報(bào)道相符[13]。Cho是腫瘤評價(jià)的主要代謝物，與細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞膜轉(zhuǎn)換率有關(guān)，反映的是腫瘤細(xì)胞的惡性增殖，Cho水平和Cho/Cr比率的增高多提示腫瘤。磷酸肌酸和肌酸(PCr/Cr)是腦組織能量代謝的提示物，反映著腫瘤細(xì)胞能量消耗的多少，信號相對穩(wěn)定，其降低常提示能量的快速耗竭，可作為腫瘤惡性程度的參考指標(biāo)[13]。此外，一些特征波峰的出現(xiàn)對腫瘤的診斷也有參考意義，丙氨酸峰的出現(xiàn)可提示腦膜瘤，在高級別星形細(xì)胞瘤和腦轉(zhuǎn)移瘤較多出現(xiàn)Lac峰和Lip峰，本組共有14例出現(xiàn)LL峰，在高級別星形細(xì)胞瘤中4例出現(xiàn)倒置雙峰，周正榮[14]等報(bào)道轉(zhuǎn)移瘤有較大概率出現(xiàn)較大Lip峰，高聳的LIP應(yīng)想到轉(zhuǎn)移瘤，但和高級別星形細(xì)胞瘤有重疊，鑒別意義有限。

彌散成像和波譜成像原理不同，觀察和分析的側(cè)重點(diǎn)相異，在腫瘤判別、診斷及惡性程度分級有較大的協(xié)同作用。彌散成像對腦內(nèi)三種常見腫瘤的鑒別診斷作用不大，但波譜分析技術(shù)通過測量Cho、Cr及NAA/Cho、Cho/Cr，可排除腦外及非神經(jīng)源性腫瘤，一些特征波峰的出現(xiàn)也有助于腫瘤性質(zhì)的判定；MRS難以診斷良惡性腦膜瘤，而低于正常腦組織的ADC值更傾向惡性；DWI能直觀有效地鑒別腦膿腫與腫瘤的囊變或壞死；兩者對惡性腫瘤的分級診斷都有較為確定的指導(dǎo)意義。聯(lián)合MRS和DWI對腦腫瘤診斷和鑒別診斷具有一定價(jià)值，可以彌補(bǔ)常規(guī)MR檢查的不足，為臨床醫(yī)生診斷、治療及預(yù)后判斷提供重要信息。

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