脑肿瘤的磁共振波谱成像简北放会

脑肿瘤的磁共振波谱成像马国林MD.PhD.卫生部中日友好医院放射科病理生理和神经化学成像技术和脉冲序列临床应用脑肿瘤的磁共振波谱能给出病理和代谢信息对常规MRI进行补充

有助疑难疾病的诊断脑肿瘤MR波谱成像病理生理和神经化学NAA神经元标志减少与神经元丧失或死亡有关Cho反映脑内总胆碱量包括磷酸胆碱甘油磷酸胆碱磷脂酰胆碱和鞘磷脂升高提示细胞膜更新紊乱Cr包括肌酸磷酸肌酸是能量代谢产物1H-MRS检测的神经代谢物的意义01理论上测各物质绝对浓度最科学但复杂NAA，Cho与Cr比值相对容易不随T1/T2变化不受脑脊液影响反映细胞内肌酸总储备情况相对稳定常用内标准02NormalMRSpectrum2GMHunter’sangle1WM脑肿瘤中Cho改变Cho水平与肿瘤细胞密度肿瘤级别有无坏死有关Cho升高见于肿瘤由于细胞膜翻转和增生细胞膜破坏释放磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱及其代谢物合成是Cho升高的生物学基础脑肿瘤基本代谢改变Cholactatelipids升高NAACr降低脑肿瘤MR波谱成像病理生理和神经化学脑肿瘤中Cho改变Cho降低高度恶性肿瘤和GBMs的大量坏死Cho半定量能显示胶质瘤的增生与胶质瘤增生活跃组织学标志Ki-67明显相关Cho值不同可显示肿瘤内不同组织学分级

出血钙化辐射射坏死区等脑肿瘤MR波谱成像病理生理和神经化学脑肿瘤MR波谱成像病理生理和神经化学脑肿瘤中NAA确切功能不清神经元密度和发育标志--神经元特性也见于不成熟少突胶质细胞原始星形细胞轴突NAA降低-正常神经元和轴突被肿瘤组织取代正常脑内乳酸很少检出乳酸明显升高有氧反应失去无氧糖酵解取代缺氧代谢紊乱巨噬细胞聚集（炎症区）乳酸也可聚集囊肿和坏死灶乳酸和脂质常见于坏死和囊性肿瘤内-预示高度恶性脑肿瘤MR波谱成像病理生理和神经化学脑肿瘤中Cr和PCr改变Cr能量代谢标志Cr相对恒定常用作计算代谢物比值(Cho/Cr和NAA/Cr）但恶性病变降低Cr减少肿瘤消耗能量增加代谢活动局部和个性化Cr浓度不清绝对定量增加MRS敏感度和特异度肌醇（Myo-inositol）低级别胶质瘤升高History:68y/oman严重头疼TE30msDx:Grade2astrocytoma01NAA降低02Cr降低03Cho升高04Lactate升高05Lipids可能升高随恶性程度增加:随肿瘤级别磁共振波谱的变化Dx:GBM{3}132321成像技术和脉冲序列序列单体素-多体素单体素采样小一般病变2D定位对低波谱分辨率组织化学位移伪影

体素内出血化学位移成像污染更好多体素

MRSI或化学位移成像(CSI)2D或3D

采样大分辨率高代谢物覆盖兴趣区大

可评价局部和全脑MRSI+MRI

比较正常和病理组织体素获得具体代谢物分布质子MRS和MRSI成像技术和脉冲序列质子MRS和MRSI序列单体素-多体素3DMRSI提供脑肿瘤全面波谱评价K空间采样和化学位移编码结合减少3D成像时间加容积饱和带减少头皮和脂肪污染质子MRS和MRSI成像技术和脉冲序列序列短回波-长回波时间

短回波（20-40ms）

MIGlxlipids-重要肿瘤特征和监测疗效高信/噪比基线不平假“NAA”2.05-2.5ppmGlx复合物

中等回波（135-144ms）颅内肿瘤多用

-1.3/1.4ppm脂肪中分出乳酸和丙氨酸双波J-耦合/倒置

-基线平少扭曲-无“假NAA”仅NAA

无Glx复合物

-脂质出现比短波更有意义

-易重复准确尤其肿瘤特性主峰Cho和NAA长回波（270-288ms）

因代谢物T2衰减NAACho和Cr信号低信/噪比低左顶叶复发性高级别胶质瘤

体素位置rCBV增加第1-2行肿瘤波谱明显胆碱升高

长回波信/噪比低乳酸峰倒置

肌醇Glx脂质峰短TE易鉴别高Glx（2.05-2.5ppm）假NAA峰长回波不明显第3行正常对侧大脑长回波基线信号降低第4行脑脊液缺乏波谱rCBVrCBV常用中等回波135or144ms时间允许再短回波30ms3DMRSI序列更好回波时间靠个人经验与正常对照比较时间有限时推荐仅短回波-短TE代谢物信息对肿瘤特性重要01质子MRS和MRSI02成像技术和脉冲序列质子MRS和MRSI成像技术和脉冲序列序列增强前-后波谱争议对比剂对波谱数据影响尤其波峰面积定量注对比剂后波谱理由对代谢物比和峰面积影响小在波宽和波峰比上可减少患者间的差异不仅获得肿瘤T2信号异常区波谱而且确定强化坏死及肿瘤侵犯或水肿区代谢变化质子MRS和MRSI成像技术和脉冲序列序列STEAM-PRESS优点缺点激励回波法（theStimulatedEchoAcquisitionMethod,STEAM）常用短TE（35ms），检测代谢产物多，如脂质，谷氨酰胺和肌醇对运动伪影敏感，信噪比低，对匀场和水抑制要求高，对T2弛豫不敏感点分辨波谱法（thePointResolvedSpectroscopy,PRESS）信噪比高，是激励回波法的2倍，可长、短TE（144msor35ms）,对T2弛豫敏感，对运动伪影不敏感选长TE不易检出短TE物质，如脂质在体临床评价，PRESS有高的信噪比且时效性好，常用（3.0T）脑肿瘤MRI参数脑肿瘤MRI参数3D或2D

TR/TE1500/144ms

混合多体素化学位移成像(Chemicalshiftimaging,CSI)点解析频谱技术(pointresolvedspectroscopy，PRESS)双自旋回波

包异常和正常脑组织VOI在脑内相位编码FOV中心外放饱和带第二个3D或2DTR/TE1500/30ms（时间允许）ProtonMRSIMRIMRS灌注成像结合波谱表现无特异环状强化波谱重叠

如胶质瘤转移瘤炎症脱髓鞘病变AIDS相关病变MRIMRSI灌注MRI联合提高准确度可信度敏感度病变部位和对侧正常脑组织代谢物比较

Cho/Cho(n)和Cho/Cr(n)比值不是传统Cho/CrorCho/NAA

MRSI和DSCMRI数据不仅肿瘤而且肿瘤周围

鉴别

原发胶质瘤水肿转移瘤单纯血管源水肿非肿瘤侵犯一些共振峰帮助细菌性脓肿诊断

亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙氨酸醋酸盐琥珀酸盐甘氨酸除CBV外其它灌注参数帮助提高特异性

MTT升高-缺血血管通透性升高-非典型脑膜瘤SummaryofDSCMRIandMRSIFindingsforCommonRingEnhancingBrainLesions磁共振波谱和灌注磁共振波谱肿瘤组织学恶性程度界定肿瘤vs.强化边缘指导活检疗效随访脑肿瘤磁共振灌注DSI(动态磁敏感成像)

主要参数CBV(脑血容量)恶性程度指导活检监测疗效MRS在脑肿瘤的临床应用rCBV在胶质瘤分级有用LGGsandHGGsrCBV比较

30例胶质瘤分级rCBV

胶质母细胞瘤7.32

间变性星形细胞瘤5.84

低级别胶质瘤1.26160例胶质瘤分级rCBVLGGs2.14HGGs5.1866胶质瘤级别评价与低级别比较高级别胶质瘤rCBV高Cho高rCBV1.70TE144轴位T1FLAIRT270岁女Ⅲ/Ⅳ级胶质瘤

Cho增加区与高rCBV区不完全符合Cho增加区超出增强区肿瘤浸润

明显Cho增高rCBV3.70

轴位T1FLAIRTE144TE30轴位T1FLAIRT2rCBV8.90MRS在脑肿瘤的临床应用不同波谱技术（如TE）和方法确定代谢物比区别LGGsandHGGsCho/CrandCho/NAA最大值

NAA/Cr最小值

Cho水平LGGs比HGGs更低Cho/NAA2.5区别肿瘤和非肿瘤敏感度90%特异度86%

II/IV,III/IV和IV/IV胶质瘤Cho/NAA值分别为6.9/7.1/9.3

但IV/IV级变异较大胶质瘤级别评价MRS在脑肿瘤的临床应用胶质瘤分级MRS非常敏感但特异度相对低LGGs高Cho/CrandCho/NAA–假阳性HGGs低Cho/CrandCho/NAA（大量坏死)-假阴性Lipid和lactate与HGGs的坏死相关可区别HGGs和LGGs短回波MRSI(TE20to30ms)MI能区分HGGs和LGGsLGGsMI升高因缺乏磷脂酰肌醇代谢物活性-MI聚集inLGGsMRSI和DSCMRI结合提高敏感度93.3%而传统MRI仅72.5%胶质瘤级别评价Sensitivity（%）specificity（%）PPV（%）NPV（%）Cho/Cr1.56HGG-LGG(n160)75.847.581.239.6Cho/NAA1.6forHGG74.262.585.644.6MRIforHGG72.565.086.144.1MRS在脑肿瘤的临床应用首治后6月残余肿瘤和治疗效应或放射性脑病(RLE)共存正常脑以不同放射剂量-Cho/NAA明显升高2月达峰值依赖剂量恢复-Cho治疗后6月内不变-Cho首次升高

脱髓鞘和星形或胶质细胞增生-Cho暂时升高与RLE或脱髓鞘有关-短TEMI升高

星形细胞增生标志放化疗后6个月用于基线比较治疗初期有残余肿瘤治疗监测-治疗坏死和肿瘤复发治疗监测-治疗坏死和肿瘤复发MRS在脑肿瘤的临床应用治疗后MRI依靠增强水肿内径变化确定胶质增生迟发放射坏死（DRN）和肿瘤复发-非特异性首治后6月DSCMRI和MRSI随访确定治疗效果所有代谢物中Cho鉴别肿瘤复发和非肿瘤最有价值任何时间点Cho和rCBV升高预示肿瘤复发MRS在脑肿瘤的临床应用无代谢物或仅脂肪和乳酸及低rCBV--可能DRNMRSI需正常波谱比较提高预测肿瘤复发特异度

不仅Cho/Cr和Cho/NAA而且Cho/Cho(n)和Cho/Cr(n)辅助治疗改变脑内代谢物浓度

随访要有治疗前基线ChoorCho/Cr升高时两种选择DSCMRI高rCBV-肿瘤复发低rCBV-治疗相关变化MRSI随访（6-8周内）Cho继续升高-肿瘤复发Cho减少-好的治疗反应治疗监测-治疗坏死和肿瘤复发68岁男GBM放化疗6月后肿瘤复发rCBV

12.3灌注增加血管增生

病灶内波谱TE144Cho/Cr和Cho/NAA明显升高NAA/Cr明显减少轴位T1轴位T2FLAIRrCBV

12.3

rCBV

12.3TE144ApproachtoPatientsPost-RadiationTherapywithMRSIandDSCMRI37MengLaw,inClinicalMRI,Elsevier,200660岁男迟发放射坏死（DRN）GBM放化疗2年后MRSI很少代谢物波谱病灶周围显著水肿但灌注减少轴位T1TE144rCBV1.06轴位T1TE144TE144TE144

TE30TE144-左额顶叶强化肿块MRI诊断肿瘤复发/

RLE和DRN-右半球正常MRSI作为对照-波谱不确定可能残余肿瘤和放射变化Cho/Cr和Cho/NAA.Cho(Abn)/Cho(N)升高-在6至8周随访Cho(Abn)/Cho(N)继续抬高肿瘤复发NAA/Cr减少及乳酸-不同患者DRN波谱脂质和乳酸与最小Cho

CrNAA或代谢物缺乏符合DRNIII/IV级胶质瘤49岁女6月随访A-C血管增多符合HGGsD残留小结节可能残留肿瘤

E

TE144无Cho/Cr和Cho（Abn）/Cho（n）升高好的治疗反应F肿瘤内残留血管增加MRSI和DSCMRI不一致放化疗反应细胞增生减少不反应微血管密度效应A-C手术和放化疗前D-F6月随访

A轴位T1B轴位T2rCBV轴位T1rCBV低NAA低Cr低Cho高lipids高lactate01(TaylorJS,LangstonJW,ReddickWE,etal.IntJRadiatOncolBiolPhys36:1251,1996)02MRS在脑肿瘤的临床应用03放疗效果评价--磁共振波谱y,m,9weekss/pXRT&chemoforaGBM{3}Dx:RecurrentGBM4monthslaterMRS在脑肿瘤的临床应用其它脑肿瘤Metastases（转移瘤）↑choline,↓NAA,↑lipidsLymphoma（淋巴瘤）↑↑choline,↓NAA,↑lipidsMeningioma（脑膜瘤）↑choline,noNAA,↓↓creatine↑alanine(1.48ppm)↑glutamates(αandβat2.0-2.4ppm; γat3.8ppm)PNET（原始神经外胚层肿瘤）Veryhighcholine……………PNET成神经管细胞瘤髓上皮瘤成室管膜细胞瘤松果体母细胞瘤周围神经上皮瘤嗅神经母细胞瘤和视网膜母细胞瘤由一组原始神经上皮肿瘤构成血管内皮增生rCBV和血管参透性升高高级别(GradeIV)肿瘤更高Cho（3-4倍）和脂质-与高细胞结构属性有关低NAA-低分化细胞产生少量NAA谷氨酰胺谷氨酸（盐）丙氨酸胚胎性肿瘤（原始神经外胚层肿瘤-PNET）与低级别胶质瘤比较MRS在脑肿瘤的临床应用58岁男成熟PNET右额叶强化肿块病变内囊变/坏死

少量水肿和占位高血管参透性灌注增加轴位T1轴位T2rCBV

6.98TE144TE3012岁后颅窝髓母细胞瘤病灶内Cho明显升高脂类和乳酸低NAA甘氨酸或肌醇（见原始组织肿瘤）MRS在脑肿瘤的临床应用轴外和轴内肿瘤鉴别

rCBV不可靠信号强度-时间曲线和参透程度评价有帮助脑膜瘤-最常见轴外病变

典型脑膜瘤不含NAA见到NAA是代谢物污染不典型脑膜瘤或恶性脑膜瘤显示NAA与胶质瘤鉴别困难脑膜瘤典型波谱

Cho明显升高Cr降低

丙氨酸峰（1.48双峰）--脑膜瘤特征可和胶质瘤区别谷胱甘肽(2.9)及谷氨酰胺和谷氨酸(2.05-2.5)

经柠檬酸循环与丙氨酸代谢密切相关脑外肿瘤-脑膜瘤神经鞘瘤垂体瘤颅咽管瘤脉络丛瘤矢状T2轴位T2A-C脑膜瘤（WHO分级Ⅰ/Ⅲ）相对高脑血容量

血管参透性轻度（脑膜瘤）或明显增加（非典型脑膜瘤）D-F非典型脑膜瘤（WHO级II/III）轴位T1rCBVSD25轴向T1rCBVSD25Dx:Meningiomaγ

Glxα&β

GlxAlanineLactate{MRS在脑肿瘤的临床应用实质性转移瘤和原发胶质瘤

MRI无法区别MRSI和rCBV也不可靠典型转移瘤

Cho升高乳酸和脂质NAA降低或缺乏-神经胶质缺乏发现NAA是临近正常脑部分容积效应转移瘤与胶质瘤鉴别转移瘤有脂质/乳酸峰无Cr峰

高级别胶质瘤无脂质/乳酸峰胶质瘤中心坏死区常有脂质/乳酸峰也无Cr峰肿瘤内波谱无特异性转移瘤MRS在脑肿瘤的临床应用胶质瘤和转移瘤瘤周病理生理不同rCBV和Cho不同高级别胶质瘤是浸润性肿瘤肿瘤组织沿血管浸润转移瘤瘤周包含非浸润肿瘤细胞或血管内皮增生

几乎是纯粹血管原性水肿胶质瘤和转移瘤鉴别

胶质瘤周围高Cho和rCBV—而转移瘤不是转移瘤A-C

左额叶肺癌转移D-F

右内枕叶GBM轴位T1轴位T2rCBV轴位T1轴位T2rCBVA-C

40岁女左额叶周边强化肿块伴占位胼胝体膝部中度水肿典型原始胶质瘤浸润MRI对孤立转移灶非特异rCBV强化边缘部分灌注增加但肿瘤周围血管减少提示无肿瘤浸润的血管性水