磁共振波谱在脑胶质瘤的应用

　　胶质瘤因其高发病率、高死亡率和高致残率而危害人类健康。最大限度安全切除肿瘤是个体化、规范化综合治疗的首要原则。手术切除的关键在于，是采用新方法、新技术，还是通过挖掘现有技术的潜在利用价值，找到最接近的组织病理学边界。

　　磁共振波谱成像(MRS)是目前唯一成熟的体内无创生化代谢检测方法，可以定量分析病灶及周围组织的异常生化代谢信息，弥补常规CT和MRI结构成像的不足，通过无创MRS脑代谢成像绘制更接近胶质瘤真实组织病理学边界的代谢等值线图，辅助设计手术切除范围和放疗野，有望延缓肿瘤复发，延长患者生存期，提高患者生活质量。本文就磁共振波谱在胶质瘤边界确定中的研究进展进行综述。

　　1.1的理论基础。磁共振波谱用于研究胶质瘤边界。

　　磁共振波谱用于研究胶质瘤边界的代谢指标主要包括胆碱、Cho/N-天冬氨酸和Cho/肌酸。胆碱峰主要位于3.2×10-6，反映脑细胞中胆碱的总含量。胆碱是细胞膜中磷脂代谢的成分之一，反映了细胞膜的转运状态。它不仅在肿瘤病变中增加，而且在引起细胞增殖或细胞膜损伤的病变中也增加，例如感染或炎性病变和脱髓鞘病变。NAA是神经细胞线粒体中天冬氨酸的衍生物，被转移到细胞质中并沿轴突分布。被公认为神经元的内部标准。胶质瘤导致NAA浓度降低，而脑膜瘤和转移性肿瘤不含神经元，因此无法检测到NAA，因此可用于识别各种肿瘤和非肿瘤病变。

　　Cr作为高能磷酸盐的储备形式和腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸(ATP)的缓冲剂，在脑内含量相对稳定，常作为对照值。确定胶质瘤边界的实质在于寻找瘤周水肿区肿瘤组织或胶质增生与正常组织的区别，细胞代谢状态的改变已成为研究热点。原因是肿瘤组织和胶质增生都涉及神经元的相对丢失和细胞合成的增加。因此，神经元的内标NAA和反映细胞膜转运状态的Cho成为研究热点。Cho/NAA比Cho、NAA和Cho/Cr能更全面地反映胶质瘤肿瘤细胞浸润的代谢状态。

　　目前磁共振成像常用的定位方法主要有单体法和多体素法。多体素方法比单体素方法具有更广阔的应用前景，可以显示代谢物分布图、比值图和多体素光谱矩阵，重建体积中任意像素的光谱，并在图像中用色差表示代谢物光谱。MRS技术和参数的创新促进了其临床应用价值，不仅从单体到多体素，也从二维成像到三维成像。3D-MRS能够准确采集肿瘤组织、瘤周组织和正常组织的代谢指标信息，全面反映相关部位的代谢状态，显示不同部位的代谢差异。空间分辨率明显高于单体或2D-MRS，为脑活检的靶点选择提供了更可靠的依据，也为鉴别肿瘤细胞浸润提供了依据。

　　用于胶质瘤边界研究的磁共振成像技术主要有T1增强、T2flair和灌注成像等。低级别胶质瘤的切除范围主要是T2flair高信号区，而高级别胶质瘤的切除程度通常通过T1增强病灶的切除程度来判断。增强病灶、灌注面积、荧光染色主要反映肿瘤相关血脑屏障的破坏范围，肿瘤周围低浸润区仍有盲区。MRS采集的信息可以全面反映肿瘤病灶及周围组织的代谢活动状态，根据不同代谢物的谱系描述相应组织结构的功能损伤，以光谱的形式反映这种微观细胞变化，进一步应用于临床工作中识别肿瘤相关病变，以伪彩色图谱的形式描述病灶区及周围组织的代谢活动，并与结构导航准确匹配，实现MRS的临床转化。

　　2.MRS用于外科导航的改造。

　　MRS采集的原始数据无法直接生成医学数字成像与通信格式用于导航，图像信息难以与导航准确匹配。因此，必须将采集到的磁共振波谱信息通过数据-图像-导航配准软件转换并应用于导航系统，以指导穿刺和手术过程。Crane等人利用光谱成像、可视化和计算光谱处理工作站对采集的光谱信息进行转换和分析，在不同的处理平台上传输，并将代谢指标呈现为可视化的数据图像，从而开发光谱成像在临床和科学研究中的利用潜力。

　　代谢成像和结构成像的结合是磁共振引导手术切除的关键步骤，即必须实现光谱图像与导航系统的精确配准。万穗等人曾提出，dicomreader软件这种Java程序，有助于快速将DICOM转换成图像，准确显示附加信息。提取的附加信息对研究人员定位脑肿瘤等病理组织、脑组织三维重建、磁共振图像分割和光谱信息的临床诊断具有重要意义。

　　基于LCModel量化的DICOM标准MR图像和MRS结果，利用MySQL和Java建立后台数据库，存储和管理医学数据，开发系统后台和前端。实现了磁共振波谱和磁共振成像的位置配准和空间可视化功能。其他研究人员使用可视化工具包(VTK)开发用于连续2D医学图像序列的虚拟3D重建的工具包，并恢复体素和连续图像序列的空间相对位置，从而为新陈代谢-结构导航奠定基础。

　　目前二维MRS在临床上应用广泛，将二维MRS与三维MRI图像导航相结合是关键的一步。复旦大学附属华山医院的胶质瘤团队进行了一系列研究，利用空间信息场和非刚性配准算法对空间信息和图像进行配准，生成融合光谱图像的MRI三维导航信息。利用多级二维声谱图的虚拟三维成像效果与MRI三维图像导航进行配准，将配准融合后的图像文件导入导航设备。该团队通过优化MRS采集序列和处理系统获得了三维MRS，更清晰地显示了空间相关组织的代谢特征，进一步拓展了其临床应用价值。

　　因此，磁共振导航的关键步骤在于光谱信息和常规磁共振信息的融合。MRI成像的原始数据包括扫描序列信息和空间位置信息，而光谱数据的采集和定位图像通常是常规MRI，如MRIT1成像或T1增强，即光谱序列与常规MRI的空间信息一致，可以保证两者融合的准确性。MRI后处理系统提取的光谱序列信息依靠空间信息实现与常规序列的图像融合，既保证了融合精度，又保持了3D-MRS的高空间分辨率，有利于有效指导胶质瘤的手术切除。

　　3.3.临床价值。磁共振波谱在胶质瘤外科治疗中的应用。

　　3.1脑部病变的点对点穿刺活检。

　　为了保证MRS引导下的胶质瘤手术的准确性，有必要在消除手术过程中大脑位移和导航定位误差的前提下，研究多体素对应的MRS与组织病理学的相关性。Eberhardt等人和Stadlbauer等人发现MRS不仅可以用于肿瘤识别，而且在胶质瘤分类中也有重要价值。磁共振扫描/NAA在高级别胶质瘤中的价值高于低级别的胶质瘤。随着肿瘤分级的提高，MRS成像更容易采集乳酸信号，且峰值更高，这也证实了正常组织、胶质增生、低级肿瘤组织和高级肿瘤组织之间MRS代谢指标的差异。姚等人主要基于Cho/NAA值，对预定体素进行定点穿刺并进行组织病理学检查。结果表明，高级别胶质瘤组。