MRS在脑肿瘤疾病中的应用

【摘要】 正确诊断脑肿瘤才能更好地对其进行处理和治疗。MRS是目前唯一无创伤性的研究人体器官、组织代谢、生化改变及化合物定量分析的方法，为传统的影像学技术提供了重要的补充。现就MRS的原理及MRS在脑肿瘤诊断中的应用现状作一综述。

【关键词】 MRS； 脑肿瘤； 诊断

磁共振波谱（Magnetic Resonance Spec-troscopy, MRS）是检测活体组织器官能量代谢、生化改变以及化合物定量分析的一种非损伤最新技术［1］。作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，目前主要在脑部应用研究较多。随着磁共振及其波谱装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过磁共振波谱对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。有的还可应用磁共振的功能成像对脑梗死进行早期诊断，甚至在超急性期即能发现脑梗死灶，提高了病变检出的准确性和效率，达到早诊断、早治疗，以减少致残率和致死率。

1 MRS的原理与方法

MRS和MRI的基本原理相似，主要区别在于对数据的处理和显示方式的不同。MRS使用1个外加磁场激发一个体素组织内的原子核，并使原子核之间的弛豫特征发生微小变化，即出现化学位移。这种由原子核间相互作用以及原子核周围电子间相互作用产生的磁场所引起的化学位移，可用于鉴别化合物或代谢产物。用傅里叶变换将复杂的MR信号转换为MR波谱，在所测组织内不同代谢产物的化学位移产生不同的信号强度峰值。化学位移大小以每百万单位（ppm）表示，纵坐标代表代谢产物的信号强度单位，信号峰值由磁共振频率、峰高和半高宽度决定［2］。

2 用于医学研究的原子核的磁共振波谱

2.1 质子（1H）磁共振波谱 氢质子磁共振波谱（1H MRS）自应用于临床以来，因其可以在人体无创地分析病变内代谢产物的浓度，从分子水平对病变进行评估，开拓并丰富了脑肿瘤诊断、鉴别诊断、肿瘤分级、评估肿瘤治疗、肿瘤复发和放射治疗损伤的思维，弥补了常规MRI的不足。磁共振波谱分析（magnetic resonance spec-troscopy, MRS）可以测定含1H、31P、13C、19F、23Na等代谢物的浓度，由于氢质子较其他原子核在有机物结构中具有高自然丰度和核磁感性，故氢质子最多应用于磁共振波谱研究中。另外，用临床检测设备和常规表面线圈就可施行1H MRS，可用来检测体内多种微量代谢物，如肌酸（Cr）、胆碱（Cho）、脂质（Lipids）、肌醇（Inosine）、γ-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）、牛磺酸（Taurine）、乳酸（Lac）和N-乙酰天门冬氨酸（NAA）。MRS是目前唯一无创伤性地研究人体器官、组织代谢、生化改变及化合物定量分析的方法。

2.2 磷-31（31P）磁共振波谱 31P的敏感性只有1H的6.65%，生物体内许多分子都含有31P，而且许多含磷化合物参与细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢，因此31P MRS被广泛应用于研究组织能量代谢和生化改变［3］。在体生物组织31P MRS通常可以检测7种不同的化合物，即磷酸单酯（PME）、磷酸二酯（PDE）、磷酸肌酸（Per）、无机磷（Pi）和三磷酸腺苷（ATP）中的磷原子［4］。

3 MRS在脑肿瘤研究中的应用

MRS研究的主要目的是判断肿瘤的性质、分化程度、代谢情况以及观察疗效。MRS可在非特异CT和MRI表现的病例中做出特异诊断，MRS还可以在CT和MRI尚无结构改变时发现代谢异常［5-7］。

3.1 1H MRS在脑肿瘤中的临床应用

3.1.1 胶质瘤 Tarnawski等［8］研究51例Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤的预后与MRS的关系，发现Lac/NAA值＞2时，1年生存率为20%，而Lac/NAA值＜2时，1年生存率为85%，两者的显著差异提示MRS可评价胶质瘤的预后。

3.1.2 脑膜瘤 Castillo等［9］发现，脑膜瘤典型的MRS表现为Cho显著升高（可达正常的300倍），NAA和Cr显著下降或消失，Cho/Cr显著升高，而NAA/Cho和NAA/Cr比值为零。这与肿瘤细胞增殖活性增加致细胞膜代谢异常增加、细胞能量耗竭和缺氧有关。

3.1.3 转移瘤 颅脑转移瘤的MRS表现为Cho显著升高，Cr下降或消失，Cho/Cr比值升高，无NAA峰，可出现Lac峰和Lip峰，这与肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加，导致细胞膜代谢异常增高、能量耗竭、无氧糖酵解增加有关［10,11］。

3.1.4 囊性肿物 Chang等［12］发现，所有的囊性肿物与感染性囊肿（脓肿或脑囊虫）和一些非肿瘤样囊肿都存在Lac峰，囊性肿瘤中无Cho峰在活体1H MRS研究中表皮样囊肿显示全面的信号减低，伴有1.3 ppm Lac峰和1.8 ppm小波峰出现，不强化的非肿瘤样囊肿（如蛛网膜囊肿）无此现象。因此，1H MRS可鉴别囊肿、感染性囊肿（脓肿或脑囊虫）与囊性脑肿瘤。

3.1.5 其他结核瘤 其他结核瘤显示大的Lip峰，而无其他代谢物峰，颅咽管瘤显示只有Lac峰［13］，在小儿恶性脑肿瘤TCho/NAA尤其高［14］，在神经外胚层肿瘤TCr、甘氨酸较胶质瘤高。成神经节细胞瘤、垂体腺瘤中牛磺酸含量较高。

3.2 31P MRS在脑肿瘤中的临床应用 31P MRS上，肿瘤与正常脑组织的MRS明显不同，表现为Pcr/Pi下降，PME升高，pH值呈正常或碱性。由于31P MRS在测定代谢产物时敏感性和空间分辨率较低，使得所选择的病灶感兴趣容积（VOI）范围较大，常含有较多的正常脑组织，因此部分研究显示肿瘤n PMRS与正常组织差别较小。组织上不同的肿瘤并不总是有生化意义的波谱差异，因此，用其他影像学检查提供的形态学信息做为MRS的补充是非常重要的。

4 MRS在脑肿瘤治疗决策和评价疗效中的价值

MRS可以了解脑肿瘤代谢特性，反映肿瘤生长潜能，从而评价不同治疗方法的疗效，对选择正确的治疗方案提供帮助。Lin等［15］对15例MRI和临床可疑的脑肿瘤患者行MRS检查，并以此指导临床决策，预计手术效果及预后，结果发现，MRS对病理特征及临床预后的判断准确率达96%，从而准确地指导了临床决策和手术方案的制定。

MRS虽在脑肿瘤的临床应用中已得到了一些可喜的经验，但还只是初步的探索，还有许多问题需要更深入的研究才能逐渐明了。MRS技术仍在迅速发展中，如主要代谢物相对浓度到绝对浓度的测定、MRSI、人工神经网络（artificial neural network, ANN）等。许多学者将脑肿瘤MRI及1H MRS资料建立数据库，引入ANN，研究脑肿瘤的自动分类及脑肿瘤的鉴别诊断。Poptani等［13］利用MRS和ANN研究98例各种脑内病变，ANN可完全区分肿瘤与正常组织及炎性病变。在病理组织学分级诊断中，ANN对肿瘤良恶性鉴别的准确率达到82%，相当准确地估计脑肿瘤类型，从而提供一种脑肿瘤自动分类的非侵袭性方法。随着软硬件的不断进步和MRS技术的广泛应用，MRS必将为脑肿瘤的诊断及治疗研究提供更多、更准确的信息。

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（收稿日期：2011-09-19）