沈曉 王爾松 顏玉峰

(復(fù)旦大學(xué)附屬金山醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 201508)

約1/3的顱內(nèi)占位性質(zhì)難以通過臨床與影像學(xué)表現(xiàn)明確診斷［1］，而穿刺活檢術(shù)對于明確診斷有重要意義，但常規(guī)影像導(dǎo)航不能提供腫瘤代謝信息，容易導(dǎo)致穿刺假陰性或者低估腫瘤級別。氫質(zhì)子磁共振波譜(proton magnetic resonance spectroscopy，1HMRS)通過測定特定組織代謝物的濃度及比值變化實(shí)現(xiàn)對病變的代謝成像，這不僅有助于術(shù)前對病變定性診斷，而且可以指導(dǎo)穿刺活檢。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2010年6月—2012年1月在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科就診的顱內(nèi)病變患者28例，其中男性18例，女性10例;年齡16～71歲，平均年齡(40.2±15.8)歲;所有患者術(shù)前均行磁共振成像(MRI)明確病灶位置。28例中病變位于額葉12例，顳葉2例，頂葉5例，島葉-基底節(jié)4例，丘腦3例，中線(胼胝體、鞍區(qū)等)2例;病變體積15 ～52.3 mm3，平均(34.2 ±7.8)mm3。臨床表現(xiàn):肢體乏力12例，言語功能障礙6例，伴有嗜睡、頭痛、嗆咳等癥狀10例。所有患者均簽署知情同意書，排除MRI掃描禁忌證患者。

1.2 主要設(shè)備及參數(shù)

1.2.1 主要儀器及設(shè)備 MAGNETOM Verio 3.0T磁共振系統(tǒng)購自德國西門子公司;StealthStation TRIA i7神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)購自美國美敦力公司;影像后處理工作站購自德國西門子公司;穿刺工具為固定于顱骨的磁兼容Navigus無框架活檢系統(tǒng)，購自美國美敦力公司。

1.2.2 MRI相關(guān)參數(shù) MRI平掃采用自旋回波(spin echo，SE)序列和快速自旋回波(fast spin echo，F(xiàn)SE)序列獲得T1 加權(quán)像(TR/TE，600/16 ms)和T2加權(quán)像(TR/TE，5100/138 ms)，層厚 5～8 mm，層間距1.5 mm，常規(guī)行3個斷面完整掃描。在SE序列T1加權(quán)像基礎(chǔ)上獲得MR增強(qiáng)掃描圖像。磁共振波譜掃描采用三維多體素(multi-voxel，MVMRS)點(diǎn)分辨波譜(pointed-resolved spectroscopy sequence，PRESS)成像序列，代謝物一般選擇N-乙酰天冬氨酸(N-acetyl aspartic acid，NAA)、膽堿(choline，Cho)、肌酸(creatine，Cr)、脂質(zhì)(lipid，Lip)，TR/TE=1000/144 ms，體素厚度(voxel thickness)10 mm，層間距2 mm，波譜掃描野(field of view，F(xiàn)OV)大小根據(jù)病變情況而定，包括腫瘤強(qiáng)化區(qū)域、瘤周水腫區(qū)域及部分遠(yuǎn)離病灶的正常腦組織區(qū)域。相位矩陣 160×160，感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)0.5 cm ×0.5 cm ×0.5 cm ～1 cm ×1 cm ×1 cm。

1.3 活檢靶點(diǎn)的選擇 結(jié)合影像的特征，盡量避開功能區(qū)與傳導(dǎo)束設(shè)計穿刺路徑;將靶點(diǎn)分布于腫瘤區(qū)及瘤周，選擇Cho/NAA比值相對較大的區(qū)域。同一穿刺路徑上由淺至深設(shè)定多個靶點(diǎn)，如有必要可以一個入顱點(diǎn)規(guī)劃2條以上穿刺軌跡。

1.4 MRS代謝影像與3D導(dǎo)航影像的融合 通過局域網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)到影像后處理工作站，采用磁共振自帶軟件Spectroscopy計算Cho/NAA值，選擇Cho/NAA較高的區(qū)域設(shè)計穿刺軌跡及靶點(diǎn)，生成Cho/NAA偽彩圖。在Matlab環(huán)境下運(yùn)行由本課題組自行開發(fā)的標(biāo)記軟件Biopsy NAV，依次導(dǎo)入波譜原始數(shù)據(jù)、神經(jīng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)及活檢靶點(diǎn)體素坐標(biāo)，活檢靶點(diǎn)解剖位置將自行標(biāo)記于導(dǎo)航數(shù)據(jù)中，傳輸至神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)。通過工作站后處理實(shí)現(xiàn)MRS代謝影像與3D解剖影像融合。

1.5 組織活檢及常規(guī)病理 導(dǎo)航的注冊基于導(dǎo)航影像進(jìn)行，注冊誤差＜2 mm，本研究精度偏差平均(0.4±0.42)mm，且通過體表解剖標(biāo)識鼻尖、內(nèi)眥進(jìn)行目測驗(yàn)證。根據(jù)預(yù)設(shè)穿刺路徑，顱骨鉆一孔并固定穿刺基座，穿刺前校正穿刺方向后固定穿刺針。穿刺針在導(dǎo)航引導(dǎo)下穿刺靶點(diǎn)中心，使體素和標(biāo)本匹配精確。根據(jù)術(shù)前計劃，每個靶點(diǎn)4個方向抽吸組織樣本，抽吸后保留穿刺針以壓迫止血。穿刺結(jié)束后等待冷凍病理檢查結(jié)果后轉(zhuǎn)為開顱手術(shù)，切除病灶后再行常規(guī)病理學(xué)檢測。

1.6 病理學(xué)組織切片分析 穿刺標(biāo)本及開顱切除的腫瘤標(biāo)本均經(jīng)10%甲醛固定后送至病理科，經(jīng)石蠟包埋、切片、HE染色后應(yīng)用EnVision法進(jìn)行相關(guān)免疫組織化學(xué)染色，HE和免疫組織化學(xué)染色結(jié)果由兩位資深神經(jīng)病理?？漆t(yī)師根據(jù)2007年第四版《WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤》分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行診斷。對于形態(tài)和分級有爭議的切片則由2名以上病理科醫(yī)師討論后確診。

2 結(jié) 果

2.1 功能成像結(jié)果 28例患者均成功獲得常規(guī)MRI結(jié)構(gòu)影像及MRS影像數(shù)據(jù)，波譜基線基本平穩(wěn)，成像質(zhì)量良好，均有明顯Cho增高和NAA降低的區(qū)域。

2.2 病理陽性率 共實(shí)施28例幕上病變穿刺活檢，靶點(diǎn)均按術(shù)前計劃精確定位，靶點(diǎn)精度偏差(0.4±0.42)mm，所有標(biāo)本均獲病理確診，除 1 例腦膿腫外，均行開顱腦內(nèi)病灶切除術(shù)并獲取病理標(biāo)本，穿刺病理與術(shù)后常規(guī)病理結(jié)果符合率100%(27/27)，見表 1。

表1 組織病理學(xué)診斷 (n，%)

2.3 并發(fā)癥 所有病例術(shù)中及術(shù)后均未出現(xiàn)明顯并發(fā)癥，如嚴(yán)重出血、新發(fā)神經(jīng)功能障礙等。

2.4 典型病例 患者，女性，55歲，言語不利伴頭痛1個月。查體:神志清楚，混合型失語，肢體肌力5級，肌張力正常，皮層感覺及位置覺存在。術(shù)前影像診斷:左額葉占位，考慮膠質(zhì)瘤可能，先行病理活檢確定病變性質(zhì)。應(yīng)用1H-MRS分析病灶Cho和NAA值，由計算機(jī)自動找出病灶Cho/NAA相對較高區(qū)域，選定該區(qū)域附近為活檢靶點(diǎn)，在MRS代謝影像導(dǎo)航引導(dǎo)下按預(yù)定軌跡到達(dá)靶點(diǎn)取材，冷凍切片病理結(jié)果提示高級別膠質(zhì)瘤，再轉(zhuǎn)為開顱手術(shù)切除腫瘤。術(shù)后第2天患者癥狀及體征未加重，肢體肌力5級，穿刺活檢及術(shù)后常規(guī)病理結(jié)果均為“間變星形細(xì)胞瘤 WHO III”，見圖1。

圖1 患者1H-MRS圖

3 討 論

腦內(nèi)病變穿刺活檢術(shù)可分為有框架、無框架及術(shù)中磁共振(intraoperative magnetic resonance imaging，iMRI)實(shí)時影像導(dǎo)航3個階段。CT及MRI技術(shù)的發(fā)展成熟促進(jìn)了有框架穿刺活檢術(shù)的發(fā)展，目前該術(shù)式已廣泛應(yīng)用于臨床。據(jù)報告，該術(shù)式平均定位誤差1～1.5 mm，平均活檢陽性率91%，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率及病死率分別在7%以下與3%以下。但是，該術(shù)式存在以下缺點(diǎn):(1)手術(shù)過程非直觀且計算過程繁瑣，術(shù)中腦移位易導(dǎo)致穿刺失敗或假陰性;(2)裝置笨重，安裝時易引起患者不適，不適用于兒童或不能配合的患者;(3)穿刺明確性質(zhì)后不能迅速轉(zhuǎn)為常規(guī)開顱手術(shù)。神經(jīng)導(dǎo)航的出現(xiàn)使活檢穿刺術(shù)從有框架邁入無框架時代。無框架影像導(dǎo)航于上世紀(jì)80年代中后期開始應(yīng)用于臨床，并不斷發(fā)展，該術(shù)式與有框架術(shù)式比較在定位誤差、活檢率以及術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率方面均無顯著不同。但是，因無框架影像導(dǎo)航平均定位誤差1～3 mm，故相比有框架導(dǎo)航具有以下優(yōu)勢:(1)手術(shù)過程直觀，穿刺時可隨時了解靶點(diǎn)位置，多靶點(diǎn)穿刺時不必重復(fù)計算;(2)裝置輕巧簡便，免去安裝頭架帶來的不適;避免了患者不配合導(dǎo)致的誤差和危險;(3)可迅速轉(zhuǎn)為開顱手術(shù);(4)更適合淺表病灶活檢。MRI應(yīng)用于活檢，可在術(shù)中及時糾正腦移位誤差。以往穿刺活檢術(shù)均依賴常規(guī)影像，有研究［2］表明，即使術(shù)后MRI影像證實(shí)穿刺靶點(diǎn)無誤，組織病理學(xué)檢查仍有可能無法確診或出現(xiàn)誤診，其原因可能與以下因素有關(guān):(1)傳統(tǒng)活檢術(shù)式基于MR解剖結(jié)構(gòu)影像，缺乏病灶組織的成分及代謝信息，所確定靶點(diǎn)往往并非病變最典型的組織，可能導(dǎo)致穿刺結(jié)果陰性;(2)由于腫瘤的異質(zhì)性，部分腫瘤可能含有不同級別的惡性腫瘤細(xì)胞，若取材時僅取到含有低級別腫瘤細(xì)胞的部分，則會出現(xiàn)誤診;(3)病灶性質(zhì)罕見，超越了當(dāng)時病理學(xué)診斷的能力范圍。

由此可見，如何選擇最佳穿刺靶點(diǎn)是確定腫瘤性質(zhì)的關(guān)鍵，臨床上常規(guī)結(jié)構(gòu)影像導(dǎo)航通常把增強(qiáng)MR顯示的腫瘤明顯強(qiáng)化的部位作為活檢穿刺點(diǎn)，它反映的是腫瘤對血腦屏障的破壞區(qū)，不能說明是腫瘤最惡性部位，可能導(dǎo)致穿刺結(jié)果假陰性。Edward等［3］證實(shí)，1H-MRS顯示膠質(zhì)瘤代謝物并非均一，具體表現(xiàn)為在腫瘤中心比腫瘤周圍NAA降低更明顯;或在生長較快的星形細(xì)胞瘤中Cho信號增加明顯，在腫瘤邊緣Cho增加比中心顯著，實(shí)體部分Cho比囊性部分高，高級別腫瘤比低級別腫瘤Cho高。大多數(shù)高級別膠質(zhì)瘤的高代謝活性區(qū)多不局限于增強(qiáng)MRI T1W序列結(jié)構(gòu)影像所確定的腫瘤邊界，腫瘤邊界區(qū)域仍存在高代謝活性。同樣，低級別膠質(zhì)瘤的高代謝活性區(qū)也不完全局限于MRI T2W或FLAIR序列結(jié)構(gòu)影像所顯示的腫瘤區(qū)域內(nèi)。常規(guī)MRI不能提供腫瘤生理學(xué)(如微脈管系統(tǒng)血管生成、代謝物改變、微壞死或細(xì)胞構(gòu)成等)方面可靠的信息，已成為限制神經(jīng)導(dǎo)航穿刺活檢術(shù)發(fā)展的瓶頸。

結(jié)合反映生化和代謝信息的影像學(xué)技術(shù)，本研究穿刺前首先利用1H-MRS分析顱內(nèi)病灶的生化和代謝情況，確定活檢穿刺最佳靶點(diǎn)位置，為術(shù)前判定病變性質(zhì)及指導(dǎo)活檢等提供了新的線索。在腦組織1H-MRS中，Cho是細(xì)胞膜磷脂代謝的中間產(chǎn)物，是髓鞘形成、細(xì)胞代謝和膠質(zhì)增生的指標(biāo)，其作用是構(gòu)成細(xì)胞膜和形成神經(jīng)遞質(zhì)，在腦損傷、炎性反應(yīng)和腫瘤等疾病中Cho普遍升高;NAA位于神經(jīng)元胞體和突觸中，其含量直接反映神經(jīng)元的密度，其峰值降低提示神經(jīng)元被破壞的程度，幾乎所有病變均會導(dǎo)致NAA下降［4］。根據(jù) 1H-MRS結(jié)果確定 Cho/NAA比值最大區(qū)域作為活檢點(diǎn)后，在導(dǎo)航系統(tǒng)引導(dǎo)下對病變代謝最旺盛的區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)活檢。本組病例在術(shù)中磁共振神經(jīng)導(dǎo)航下穿刺取材，全部獲得成功，穿刺病理診斷陽性率100%，診斷陽性率略高于常規(guī)有框架、無框架及iMRI影像導(dǎo)航活檢［5-7］。

Walter等［8］采用MRS代謝影像指導(dǎo)穿刺活檢，但由于MRS經(jīng)過圖像后處理后得到的數(shù)據(jù)的導(dǎo)出格式均不是可直接用于導(dǎo)航的DICOM等格式，無法直接應(yīng)用于穿刺手術(shù)，只能以目測選點(diǎn)與結(jié)構(gòu)影像配準(zhǔn)，故具有誤差和不穩(wěn)定性。本課題組采用自主研發(fā)的標(biāo)記軟件Biopsy_NAV，手動選取MRS代謝影像上的感興趣靶點(diǎn)，通過坐標(biāo)計算，將其精確地與MRI結(jié)構(gòu)影像融合，有效解決了將代謝影像與結(jié)構(gòu)影像精確配準(zhǔn)用于導(dǎo)航的難題。通過MRI掃描證實(shí)，該方法配準(zhǔn)的精確性可靠，本組病例預(yù)設(shè)靶點(diǎn)獲取率達(dá)到100%。

本研究中28例患者(1例穿刺診斷腦膿腫除外)穿刺活檢術(shù)后冷凍病理結(jié)果均提示惡性腫瘤或者病灶局部占位效應(yīng)明顯，均轉(zhuǎn)行開顱手術(shù)，切除病灶后行常規(guī)病理檢查，穿刺病理診斷與術(shù)后常規(guī)病理診斷符合率100%(27/27)。本研究在MRS代謝影像導(dǎo)航下穿刺，穿刺病理結(jié)果與開顱術(shù)后常規(guī)病理高度一致，說明MRS是一種無創(chuàng)、準(zhǔn)確可靠的研究人體器官和組織代謝、生化改變以及化合物定量并可用于選取典型的病灶靶點(diǎn)及指導(dǎo)穿刺的手段。

本研究中仍存在不足:1H-MRS易受骨質(zhì)、水、壞死、出血、海綿竇等的干擾，尤其易受水分子干擾(包括嚴(yán)重水腫)，易出現(xiàn)基線不穩(wěn)、影響波譜成像質(zhì)量的情況，選定VOI的時候應(yīng)盡可能避開顱骨、海綿竇和腦室;本組資料樣本量較小，須進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量以肯定其效果。盡管如此，1H-MRS作為一種診斷及研究手段，術(shù)前可對活體腦組織的生化及代謝進(jìn)行無創(chuàng)性檢測，應(yīng)用于定點(diǎn)穿刺活檢術(shù)時活檢陽性率較以往術(shù)式明顯提高，具有潛在的臨床應(yīng)用價值。

［1］Owen C，Linskey M.Frame-based stereotaxy in a frameless era:current capabilities，relative role，and the positive and negative predictive values of blood through the needle［J］.J Neurooncol，2009，93(1):139-149.

［2］Lundsford LD.Diagnosis and treatment of brain lesions using the Leksell stereotactic system.In:Lundsford LD(ed)Modern stereotactic neurosurgery［J］.Martinus-Nijhoff，1989，145-168.

［3］Edward EG，Sarah JN，Daniel BV，et al.Serial protonMR spectroscopic imaging of recurrent malignant gliomas after gamma knife radiosurgery［J］.American Journal of Neuroradiology，2001，22(4):613-621

［4］林江，周康榮，陳祖望.質(zhì)子磁共振波譜用于鑒別顱內(nèi)病變良惡性和腫瘤惡性程度初探［J］.臨床放射學(xué)雜志，2005，24(5):385-388.

［5］Smith JS，Qui?ones-Hinojosa A，Barbaro NM，et al.Frame-based stereotactic biopsy remains an important diagnostic tool with distinct advantages over frameless stereotactic biopsy［J］.J Neurooncol，2005，73(2):173-179.

［6］Sawin PD，Hitchon PW，F(xiàn)ollett KA.Computed imaging-assisted stereotactic brain biopsy:a risk analysis of 225 consecutive cases［J］.Surg Neurol，1998，49(6):640-649.

［7］Wu JS，Zhou LF，Tang WJ，et al.Clinical evaluation and follow-up outcome of diffusion tension imaging-based functional neuronavigation:a prospective，controlled study in patients with gliomas involving pyramidal tracts［J］.Neurosurgery，2007，61(5):935-948;discussion 948-939.

［8］Walter A，Haiying Liu，Charles L.Magnetic resonance spectroscopy-guided biopsy of intracranial tumors［J］.Techniques in Neurosurgery，2002，7:291-298.