氢质子磁共振波谱在颅内胶质瘤中的临床应用

题名:氢质子磁共振波谱在颅内胶质瘤中的临床应用
作者:郭志旺
学位授予单位:南方医科大学
关键词:多体素;;二维氢质子磁共振波谱;;代谢物比值;;胶质瘤;;瘤周近侧水肿带;;病理浸润;;增殖活性;;增殖细胞的核抗原
摘要:
 研究背景
 脑胶质瘤是最常见的颅内原发性肿瘤,文献报道约占颅内肿瘤的35.26%～60.96%。脑胶质瘤呈侵袭性生长,综合治疗总体疗效不Magnetic lifter佳,尤其是高级别胶质瘤术后复发快、预后差,严重威胁人类健康,是神经外科治疗中最棘手的恶性肿瘤之一。
 胶质瘤的治疗已达成共识:其治疗原则为在不加重损伤神经系统功能前提下,尽量广泛切除肿瘤,术后给予个体化放化疗综合治疗。手术全切除是胶质瘤治疗的首要环节;其次是既要全切或次全切肿瘤,又要考虑患者术后生存质量。然而胶质瘤由于其浸润性弥漫性生长而边界不清使得全切困难,所以精确定位肿瘤手术边界非常重要。限于目前还没有更好的手段判断瘤组织边界,所以在临床上还是以T1加权像增强作为一种较可靠的指标,来反应瘤组织边界,手术亦沿着病灶强化与水肿带间胶质增生界面进行。然而MRI上强化区并非肿瘤的真实边界,仅仅代表血脑屏障的破坏程度,胶质瘤瘤周水肿区仍有肿瘤细胞浸润。但脑肿瘤尤其是胶质瘤其浸润的邻近组织区域通常不强化,这无疑将低估病灶范围,而T2高信号区内至少有一部分是由肿瘤浸润所致,但受肿瘤周围组织水肿的影响,此法易于导致高估肿瘤范围。
 常规CT、MRI检查只http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter能对颅内肿瘤位置、大小及形态做出初步诊断,而临床常常希望得到更全面、准确的术前定性、肿瘤分级及肿瘤范围等方面的信息。活体质子磁共振波谱(proton magnetic resonance spectroscopy,~1HMRS)近年来已越来越广泛的应用于临床,它能够无创性检测肿瘤组织及正常脑组织代谢物的变化,通过各种代谢物及其比值来对脑肿瘤进行诊断及鉴别诊断、分析肿瘤的恶性度并进行分级、对肿瘤疗效进行评价、检测肿瘤的复发及判断肿瘤的预后等。MRS成像能从纤维或正常组织中区别出原发或肿瘤浸润病灶,可根据肿瘤区波谱与正常脑组织及水肿区波谱的不同进行量化分析。对于观察肿瘤的生物学特性,确定肿瘤性质和范围有着重要作用。
 如何做到广泛切除胶质瘤同时尽量保护神经功能?氢质子磁共振波谱成像应用于胶质瘤边界确定的前景如何?利用MRS实现对胶质瘤鉴别诊断、定性分级的研究非常多,但国内外尚无文献系统报道利用磁共振波谱评估胶质瘤瘤周浸润进而指导手术和放疗的研究。本实验旨在采用二维多体素氢质子磁共振波谱扫描系列(2D-multi-voxel ~1HMRS),术前前瞻性分析胶质瘤患者常见波谱代谢物及其比值情况,结合术后标本Ki-67阳性肿瘤细胞在瘤周水肿带的分布,探讨磁共振波谱在胶质瘤瘤周浸润、肿瘤细胞增殖活性方面的应用。
 研究目的
 1.采用二维多体素氢质子磁共振波谱成像(2D-~1HMRS)技术,前瞻性研究幕上可疑胶质瘤瘤体强化区、瘤周近侧水肿带及对侧相应解剖部位常见波谱代谢物比值改变特点;
 2.分析增殖细胞的核抗原ki-67在胶质瘤术后标本中瘤体及瘤周近侧水肿带的表达情况;
 3.比较胶质瘤瘤体、瘤周近侧水肿带波谱各代谢物比值与ki-67表达的相关性,探讨磁共振波谱成像技术评估胶质瘤瘤周浸润及增殖活性等生物学行为的可能性。
 材料与方法
 1.研究对象
 2007年1月-2008年4月,前瞻性顺序收集幕上半球可疑胶质瘤患者16例,其中男9例,女7例;年龄21～52岁,平均38.4岁。所有病例经术后病理证实,其中低级别胶质瘤(WHOⅠ—Ⅱ)6例,高级别胶质瘤(WHOⅢ一Ⅳ级,GBM如坏死囊变明显则予以剔除)10例。所有患者术前均无放化疗病史,既往无颅内炎症、外伤等相关病史。
 2.MRI检查方法
 所有检查经患者家属知情同意,于术前72h以内检查并采集数据。采用GEsigna 3.0T超导磁共振扫描设备。自旋回波(SE)序列和快速自旋回波(FSE)序列获得常规MRI平扫T1、T2加权像(T1WI、T2WI)。扫描参数如下:T1WI(TR/TE,600/16ms),T2WI(TR/TE,5100/138ms),层厚5—8mm,层间距1.5mm。磁共振波谱扫描采用二维多体素(2D—multi—voxel)点分辨波谱(pointed—resolvedspectroscopy sequence,PRESS)成像序列,TR/TE:1000ms/144ms,体素厚度(voxel thickness)10mm,层间距2mm,NEX 1。于T2WI平扫病变最大直径轴位层面作为定位层面。波谱扫描野(field of view,FOV)大小根据病变情况而定,应包括肿瘤强化区域、水肿区域及部分远离病灶的正常脑组织区域。相位矩阵160×160,感兴趣区(region of interest,ROI)大小1cm×1cm×1cm～1.5cm×1.5cm×1cm。体素定位尽量避免含骨、血管、脑脊液、脑皮层,囊变坏死、钙化或瘤卒中区域。自动预扫描完成匀场及水抑制。以T1WI增强区域定义为瘤体,瘤周水肿带定义为T2WI高信号且无增强区域,分别于瘤体内、瘤周水肿带2厘米范围内及对侧相应解剖部位采集数据。为避免顺磁性对比剂对检查结果的影响,波谱数据采集尽量在增强扫描前完成。
 3.图像后处理与数据测量
 采用Sun sparc ADW4.0图像处理工作站,仪器自带FuncTool软件包进行图像后处理。同时获得波谱图(spectrum)、代谢与解剖图的叠加图(简称“代解图”)。感兴趣区(ROI)分别位于肿瘤强化明显区域(ROI—1)、瘤周近侧水肿带2cm范围内(ROI-2)以及远离病变的正常脑组织区域(ROI-3)。以水为参考物,其化学位移为4.7ppm×10—6,NAA位于2.02ppm,Cr位于3.02ppm,Cho位于3.22ppm。在“代-解”图上观察各代谢物的浓度分布,在相应波谱图(SI)上观察各感兴趣区的波峰表现。以曲线下面积的积分代表峰值,记录各ROI的Cho/Cr、NAA/Cr及Cho/NAA三个代谢物相对比值,结果以均数±标准差(x±s)表示。
 4.组织学检查
 以脑沟(额上沟及颞上、下沟)、侧裂或皮层血管定位方向,术中瘤体及瘤周水肿带完整连续切除以获得波谱ROI区与病理标本的一致性。所获手术标本即刻甲醛固定,石蜡包埋切片(4μm层厚),常规HE染色并Ki-67标记。染色结果经神经病理医师单盲检查,细胞核异形性明显并染色阳性者视为具有增殖活性的肿瘤细胞。200倍镜下随机选取大小为33μm×33μm的6个视野,于瘤细胞密度最高区域计数活性肿瘤细胞。引用Stadlbauer的方法,具增殖活性的肿瘤细胞百分数为肿瘤细胞计数与总细胞数比值,结果TI以(?)±s(%)表示。
 5.统计学分析
 分别计算肿瘤三个不同区域波谱各代谢物比值的平均值,计量资料结果以(?)±s表示,SPSS13.0统计软件分析资料。采用单因素重复测量方差分析,两两比较采用LSD法;瘤体强化区与水肿带样本均数间两两比较采用配对t检验。波谱代谢物比值与增殖细胞核抗原ki-67表达采用一元直线相关分析,结果以Pearson系数表示,相关程度描述引自ZOU等对相关系数定义。P＜0.05认为有统计学差异。
 结果
 1.胶质瘤不同区域波谱代谢物浓度特点
 与正常脑组织波谱代谢峰值图一致,胶质瘤肿瘤对侧相应白质内波谱代谢物均表现为NAA峰最高,Cr峰与Cho峰不同水平较低;肿瘤组织与瘤周近侧水肿带Cho明显上升成最高峰,NAA与Cr出现不同程度的下降,其中以NAA更为显著。上述变化以瘤体尤其明显,但从瘤体、瘤周近侧水肿带至病灶对侧相应白质,上述变化并不总是具有“渐变”性。
 2.胶质瘤不同区域波谱代谢物比值变化
 胶质瘤肿瘤对侧白质内波谱代谢物浓度比值NAA/Cr最高为1.559±0.200,Cho/Cr次之为0.878±0.138,Cho/NAA最小为0.605±0.123;肿瘤强化区Cho/Cr、Cho/NAA比值上升,分别为2.212±0.566,2.880±0.677;NAA/Cr比值下降为0.762±0.177;瘤周近侧水肿带波谱代谢物比值变化趋势同瘤体强化区,Cho/Cr、Cho/NAA比值分别为1.488±0.156、1.490±0.355,NAA/Cr比值为1.152±0.139。从瘤体、瘤周近侧水肿带至对侧白质,上述比值变化亦并非总具有“渐变”性。瘤体中心强化区域,瘤周近侧水肿带及对侧脑白质相应区域上述代谢物比值差异性两两比较,具有统计学意义。
 3.胶质瘤瘤体及瘤周近侧水肿带病理形态学观察
 光镜下见瘤体强化区与瘤周水肿带常规病理明显不一。瘤周水肿带细胞稀疏背景透亮,肿瘤细胞密度明显降低、瘤细胞核异型性及核分裂相程度等形态学大体观察较瘤体区明显减轻,未见明显的肿瘤坏死区域,但瘤周水肿带内同样可见不同程度的血管内皮细胞增生。此外,瘤体强化区与瘤周水肿带似乎可见一组织学界限明显的移行带。
 4.增殖细胞的核抗原Ki-67在胶质瘤瘤体及瘤周近侧水肿带的表达
 术后病理ki-67染色结果,瘤体强化区具增殖活性的肿瘤细胞密度为7.87%±2.02%,瘤周近侧水肿带1.58%±0.44%;重症脑外伤手术切除的内减压脑水肿组织ki-67染色结果阴性。瘤体强化区与瘤周近侧水肿带组织两者ki-67染色结果比较差异性具有统计学意义。
 5.波谱代谢物比值与增殖细胞的核抗原ki-67表达相关性
 瘤体Cho/Cr比值与ki-67表达正相关(r=0.603,P=0.000),瘤周近侧水肿带Cho/Cr比值与ki-67表达不相关(P=0.075);瘤体及瘤周NAA/Cr比值与ki-67表达均不相关(P=0.632、0.835);瘤体及瘤周近侧水肿带Cho/NAA比值与ki-67表达水平均显著正相关,相关系数r分别为0.842、0.514(P=0.000)。
 结论
 1胶质瘤瘤周近侧水肿带存在病理性波谱,提示胶质瘤水肿带内浸润生长特性,现有强化边界不能准确反应病灶范围。2D-1H MRS能进一步发现常规MRI上未能显示的肿瘤区域,从而具有确定胶质瘤瘤周肿瘤浸润范围的潜能。
 2自瘤体强化区、瘤周水肿带至对侧相应部位,胶质瘤波谱代谢物浓度及比值并非总是阶梯式“渐变”;强化区亦并非总是波谱浓度及比值最高点,部分患者瘤周近侧水肿带代谢更为活跃。既反应胶质瘤不均匀生长,又可为临床靶向活检明确病理级别提供可靠依据。
 3瘤周近侧水肿带显微镜下见瘤细胞密度,核大小、异型性、核分裂相等核形态学与瘤体强化区不一致,瘤周近侧水肿带与瘤体强化区似有一组织学移形带。而Ki-67蛋白在两个区域染色同样存在差异,提示不同的细胞增殖活性。
 4瘤体强化区Cho/Cr比值与Ki-67蛋白染色强度正相关,而Cho/NAA比值在瘤体强化区及瘤周近侧水肿带均与Ki-67蛋白染色强度正相关,说明Cho/NAA比值更能准确评价胶质瘤的浸润和增殖生物学特性。
 5现有波谱代谢物比值界定的只是瘤周浸润的大致范围,本组资料尚不能得出波谱代谢物比值的精确临界值来区分肿瘤浸润组织与正常脑组织,上述问题的解决有待进一步研究。
学位年度:2009