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[目的]
1、探讨氢质子磁共振波谱成像(1H-MRS)与扩散张量成像(DTI)在检测鼻咽癌放射治疗后双侧颞叶脑组织放射性脑损伤方面的应用价值；
2、对比正常对照组探讨鼻咽癌放射治疗后颞叶脑组织放射性损伤的1H-MRS成像与DTI的变化；
3、通过分析鼻咽癌放疗后不同时间段的患者其放射性脑损伤的1H-MRS成像与DTI改变,探讨1H-MRS成像及DTI在放射性脑损伤长期随访监测中的应用价值。
[材料与方法]
1.研究对象
对48例2009年3月至10月我院鼻咽癌放射治疗后患者(放疗组)和同时期在我院影像中心常规体检的24名志愿者(对照组)行常规MRI及增强扫描,再行DTI、1H-MRS成像扫描。所有放疗组患者的入选条件如下:1)均经组织病理学确诊为鼻咽癌；2)均有明确的放射治疗史且为首次放疗；3)放疗前的化疗方案接近且放射治疗方案基本接近(包括放疗的总剂量、分割次数、总的放疗时间)；4)放疗前的影像学检查无明确颅底侵犯及脑内转移,无明确脑血管病变及脑肿瘤病变史,无颅内手术史；5)放射治疗后MRI检查颞叶脑组织无明显液化坏死。对照组的纳入标准:随机选择同时期在我院影像中心行常规体检者,所有入选的志愿者均无不适临床症状,无颅内病变史,无严重血管疾病及肿瘤病变史,无大剂量放射接触史,行常规MRI检查颅内未见异常信号改变。
2.一般资料与分组
纳入研究对象的放疗组48例,男32例,女16例,年龄16～74岁,中位年龄46岁。正常对照组24例,男13例,女11例,年龄26～74岁,中位年龄44岁。所有纳入研究对象患者均被详细告知试验目的和注意事项并同意参加试验。放疗组中有临床症状者18例,其中8例变现为头痛,6例有听力下降,其他耳鸣、视力下降各2例。将放疗组48例患者按照国内外常用的放射治疗后放射性脑损伤的分期标准分为3组进行研究,具体分组情况为:将放射性脑损伤的急性期与早期迟发性反应期(放疗后时间<6个月)为第1组(16例),这段时期内脑组织的变化以水肿和轻度脱髓鞘病变为主；将放射性脑损伤的晚期迟发性反应期分为2组,分别为第2组(6例)以及第3组(26例),放射治疗后时间分别为6～12个月和>12个月,这段时期内脑组织的变化以胶质增生为主,部分轴突与神经纤维功能恢复。
3.扫描设备与序列
MRI检查采用美国GE公司signa excite 3.0T超导磁共振扫描仪,图像后处理采用与之配套的ADW 4.3工作站中的Functool后处理软件。常规MRI平扫及增强采用头部八通道线圈,分别获得T1加权像(T1WI)、T2加权像(T2WI)与水抑制像(FLAIR)。
1H-MRS成像采用二维多体素波谱成像采集方式,脉冲序列采用点分辨波谱成像(point resolved spectroscopy,PRESS),TR/TE:1500/144ms,体素厚度10mm,层间距20mm,采集次数(NEX)为1次。具体VOI(volume of interest)层面定位于桥脑所在层面,选择一个双侧颞叶白质区域显示最大的层面进行扫描,VOI大小依据具体情况而定,原则为尽可能多的包括双侧颞叶白质区,尽量避开颅底骨质及蝶窦内气体。定位完毕后在VOI周围加入6条饱和带(VSS),以减少周围组织的部分容积效应对波谱质量的影响。匀场标准达到半高带宽(FWHM)≤16,水抑制(WS)≥98％,总的扫描时间为8min 12 s。DTI扫描采用普通头颅线圈,成像参数:TR/TE:8000/87.4 ms,b值取1000 s/mm2,扩散敏感梯度方向数为25个方向,层厚5 mm,扫描时间为3 min 44 s。
4.图像后处理与数据测量
采用GE ADW4.3工作站行后处理,将所得到1H-MRS多体素采集信号数据与采用的T2WI定位像同时使用Functool软件打开,即可得到化学位移图、波谱曲线图、代谢图、代谢与解剖图的融合图,在所选择VOI内的所有固定体素中,从所在双侧颞叶白质内各选择3个固定体素,要求3个体素为双侧颞叶白质内所有固定体素中信噪比(signal noise ratio,SNR)最高且波谱曲线基线平直有明显的波谱窄峰,软件可自动得到双侧颞叶白质内三大代谢物胆碱(Cho)、N-乙酰天门冬氨酸(NAA)与肌酸(Cr)的绝对值,且可同时得到NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr各自比值,采用上述3个体素各自比值的平均值为一侧脑白质波谱代谢物比值的最终值。
DTI扫描数据在工作站直接用Functool软件打开即可自动得到3幅图像,分别为T2WI原始定位像图、各向异性分数(fractional anisotropy,FA)图、表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)图,通过转换亦可分别得到三个本征值(λ1、λ2、λ3)的图像。先找到一层与波谱定位像接近的T2WI解剖图,即桥脑范围双侧颞叶白质显示较好的层面,在一侧脑白质内选择3个大小接近的感兴趣区(ROI,region of interest),ROI的大小为30±5mm2,3个ROI定位于一侧侧脑室下角旁的颞叶白质内,且3个ROI间距尽量相等,再做一条对称线,采用软件自带的镜面对称方式得到对侧颞叶白质内的3个ROI,部分患者扫描所得图像双侧脑组织结构并不完全对称,对此做适当调整使ROI位于白质内。
5.统计学分析
所得到的所有数据均以均数±标准差((x)±s)来表示,采用SPSS 13.0软件进行统计分析,检验水准α取0.05,P<0.05认为差异有统计学意义。放疗组与对照组间年龄的对比采用两独立样本t检验,采用Pearson X2检验对比组间的性别差异是否具有统计学意义。1H-MRS与DTI所得数据先采用两独立样本t检验,分析对照组与所有放疗组患者组间差异是否有统计学意义,再将放疗组分成3组后,采用单因素方差分析(one-way ANOVA)比较放疗3组与对照组各组间差异是否具有统计学意义,各组间先检验方差是否齐性,方差齐性者各组间有统计学差异者的两两比较采用LSD-t检验,方差不齐者采用校正的Welch方差分析,两两比较采用相应的Dunnett检验。
[结论]
1.在对鼻咽癌放射治疗后双侧颞叶脑组织的放射性脑损伤的检测上,DTI与1H-MRS检查均较常规MRI检查更为敏感。在所有入选的放疗组中,常规MRI成像的T1WI、T2WI及水抑制成像双侧颞叶脑组织均未见明显异常信号,1H-MRS检查可得到NAA、Cho、Cr三大代谢物间比值均有变化,而DTI检查可测得FA值、ADC值及本征值的显著改变。
2.对比正常组,鼻咽癌放射治疗后双侧颞叶脑组织的放射性损伤总体表现为1H-MRS成像中NAA/Cho明显下降,NAA/Cr下降以及Cho/Cr略有降低；DTI成像中FA值、最大本征值λ1明显降低,ADC值轻度下降,而本征值λ2、λ3轻度升高。
3.放射性脑损伤不同时期的1H-MRS变化及意义:放射性脑损伤的早期NAA/Cho明显降低,波谱曲线上表现为两个波峰的反转即NAA峰低于Cho峰,说明早期的变化以NAA下降为主,提示早期白质放射性损伤主要为神经元细胞功能障碍和部分轴突结构的破坏；晚期NAA/Cho略有回升但与正常对照组比较仍较低,且放疗后长时间内不能恢复,提示急性期和亚急性期放射性脑损伤只有部分可逆,部分神经轴突结构的破坏长期无法修复；放疗各组的Cho/Cr比值与对照组对比差异无统计学意义,可能由于辐射导致的血管损伤和组织缺血引起细胞膜合成降低使Cho浓度下降,而胶质细胞的反应性增生和细胞膜结构破坏崩解又可导致Cho绝对浓度的升高,加上Cr浓度的相应变化故其比值变化并不明显。
4.放射性脑损伤不同时期的DTI变化及其意义:放射性脑损伤急性期与早期迟发性反应期,DTI成像FA值下降最明显,同时伴有最大本征值λ1的下降和最小本征值λ3与中间本征值λ2的上升,提示在放疗后早期放射性脑损伤主要表现为脱髓鞘改变,神经纤维和轴突的完整性遭到破坏且数目减少,同时伴有一定程度的胶质细胞反应增生；随着时间的延长,FA值与最大本征值λ1较早期有所升高,说明早期的损伤可以部分自我修复,同时λ2和λ3下降说明了脱髓鞘程度有所缓解,少突胶质细胞部分开始更新,神经轴突功能得到部分恢复；但放射治疗后大于12个月的长时间内,FA值继续回升但不能恢复至正常值水平,仍略低于正常对照组,说明了晚期的轴索损伤以及神经元细胞数目的减少难以恢复。ADC值随放疗时间的延长逐渐缓慢下降可能与放疗后血管内皮细胞增大、细胞水肿,以及胶质细胞的反应性增生、炎症细胞的浸润有关。
1、探讨氢质子磁共振波谱成像(1H-MRS)与扩散张量成像(DTI)在检测鼻咽癌放射治疗后双侧颞叶脑组织放射性脑损伤方面的应用价值；
2、对比正常对照组探讨鼻咽癌放射治疗后颞叶脑组织放射性损伤的1H-MRS成像与DTI的变化；
3、通过分析鼻咽癌放疗后不同时间段的患者其放射性脑损伤的1H-MRS成像与DTI改变,探讨1H-MRS成像及DTI在放射性脑损伤长期随访监测中的应用价值。
[材料与方法]
1.研究对象
对48例2009年3月至10月我院鼻咽癌放射治疗后患者(放疗组)和同时期在我院影像中心常规体检的24名志愿者(对照组)行常规MRI及增强扫描,再行DTI、1H-MRS成像扫描。所有放疗组患者的入选条件如下:1)均经组织病理学确诊为鼻咽癌；2)均有明确的放射治疗史且为首次放疗；3)放疗前的化疗方案接近且放射治疗方案基本接近(包括放疗的总剂量、分割次数、总的放疗时间)；4)放疗前的影像学检查无明确颅底侵犯及脑内转移,无明确脑血管病变及脑肿瘤病变史,无颅内手术史；5)放射治疗后MRI检查颞叶脑组织无明显液化坏死。对照组的纳入标准:随机选择同时期在我院影像中心行常规体检者,所有入选的志愿者均无不适临床症状,无颅内病变史,无严重血管疾病及肿瘤病变史,无大剂量放射接触史,行常规MRI检查颅内未见异常信号改变。
2.一般资料与分组
纳入研究对象的放疗组48例,男32例,女16例,年龄16～74岁,中位年龄46岁。正常对照组24例,男13例,女11例,年龄26～74岁,中位年龄44岁。所有纳入研究对象患者均被详细告知试验目的和注意事项并同意参加试验。放疗组中有临床症状者18例,其中8例变现为头痛,6例有听力下降,其他耳鸣、视力下降各2例。将放疗组48例患者按照国内外常用的放射治疗后放射性脑损伤的分期标准分为3组进行研究,具体分组情况为:将放射性脑损伤的急性期与早期迟发性反应期(放疗后时间<6个月)为第1组(16例),这段时期内脑组织的变化以水肿和轻度脱髓鞘病变为主；将放射性脑损伤的晚期迟发性反应期分为2组,分别为第2组(6例)以及第3组(26例),放射治疗后时间分别为6～12个月和>12个月,这段时期内脑组织的变化以胶质增生为主,部分轴突与神经纤维功能恢复。
3.扫描设备与序列
MRI检查采用美国GE公司signa excite 3.0T超导磁共振扫描仪,图像后处理采用与之配套的ADW 4.3工作站中的Functool后处理软件。常规MRI平扫及增强采用头部八通道线圈,分别获得T1加权像(T1WI)、T2加权像(T2WI)与水抑制像(FLAIR)。
1H-MRS成像采用二维多体素波谱成像采集方式,脉冲序列采用点分辨波谱成像(point resolved spectroscopy,PRESS),TR/TE:1500/144ms,体素厚度10mm,层间距20mm,采集次数(NEX)为1次。具体VOI(volume of interest)层面定位于桥脑所在层面,选择一个双侧颞叶白质区域显示最大的层面进行扫描,VOI大小依据具体情况而定,原则为尽可能多的包括双侧颞叶白质区,尽量避开颅底骨质及蝶窦内气体。定位完毕后在VOI周围加入6条饱和带(VSS),以减少周围组织的部分容积效应对波谱质量的影响。匀场标准达到半高带宽(FWHM)≤16,水抑制(WS)≥98％,总的扫描时间为8min 12 s。DTI扫描采用普通头颅线圈,成像参数:TR/TE:8000/87.4 ms,b值取1000 s/mm2,扩散敏感梯度方向数为25个方向,层厚5 mm,扫描时间为3 min 44 s。
4.图像后处理与数据测量
采用GE ADW4.3工作站行后处理,将所得到1H-MRS多体素采集信号数据与采用的T2WI定位像同时使用Functool软件打开,即可得到化学位移图、波谱曲线图、代谢图、代谢与解剖图的融合图,在所选择VOI内的所有固定体素中,从所在双侧颞叶白质内各选择3个固定体素,要求3个体素为双侧颞叶白质内所有固定体素中信噪比(signal noise ratio,SNR)最高且波谱曲线基线平直有明显的波谱窄峰,软件可自动得到双侧颞叶白质内三大代谢物胆碱(Cho)、N-乙酰天门冬氨酸(NAA)与肌酸(Cr)的绝对值,且可同时得到NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr各自比值,采用上述3个体素各自比值的平均值为一侧脑白质波谱代谢物比值的最终值。
DTI扫描数据在工作站直接用Functool软件打开即可自动得到3幅图像,分别为T2WI原始定位像图、各向异性分数(fractional anisotropy,FA)图、表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)图,通过转换亦可分别得到三个本征值(λ1、λ2、λ3)的图像。先找到一层与波谱定位像接近的T2WI解剖图,即桥脑范围双侧颞叶白质显示较好的层面,在一侧脑白质内选择3个大小接近的感兴趣区(ROI,region of interest),ROI的大小为30±5mm2,3个ROI定位于一侧侧脑室下角旁的颞叶白质内,且3个ROI间距尽量相等,再做一条对称线,采用软件自带的镜面对称方式得到对侧颞叶白质内的3个ROI,部分患者扫描所得图像双侧脑组织结构并不完全对称,对此做适当调整使ROI位于白质内。
5.统计学分析
所得到的所有数据均以均数±标准差((x)±s)来表示,采用SPSS 13.0软件进行统计分析,检验水准α取0.05,P<0.05认为差异有统计学意义。放疗组与对照组间年龄的对比采用两独立样本t检验,采用Pearson X2检验对比组间的性别差异是否具有统计学意义。1H-MRS与DTI所得数据先采用两独立样本t检验,分析对照组与所有放疗组患者组间差异是否有统计学意义,再将放疗组分成3组后,采用单因素方差分析(one-way ANOVA)比较放疗3组与对照组各组间差异是否具有统计学意义,各组间先检验方差是否齐性,方差齐性者各组间有统计学差异者的两两比较采用LSD-t检验,方差不齐者采用校正的Welch方差分析,两两比较采用相应的Dunnett检验。
[结论]
1.在对鼻咽癌放射治疗后双侧颞叶脑组织的放射性脑损伤的检测上,DTI与1H-MRS检查均较常规MRI检查更为敏感。在所有入选的放疗组中,常规MRI成像的T1WI、T2WI及水抑制成像双侧颞叶脑组织均未见明显异常信号,1H-MRS检查可得到NAA、Cho、Cr三大代谢物间比值均有变化,而DTI检查可测得FA值、ADC值及本征值的显著改变。
2.对比正常组,鼻咽癌放射治疗后双侧颞叶脑组织的放射性损伤总体表现为1H-MRS成像中NAA/Cho明显下降,NAA/Cr下降以及Cho/Cr略有降低；DTI成像中FA值、最大本征值λ1明显降低,ADC值轻度下降,而本征值λ2、λ3轻度升高。
3.放射性脑损伤不同时期的1H-MRS变化及意义:放射性脑损伤的早期NAA/Cho明显降低,波谱曲线上表现为两个波峰的反转即NAA峰低于Cho峰,说明早期的变化以NAA下降为主,提示早期白质放射性损伤主要为神经元细胞功能障碍和部分轴突结构的破坏；晚期NAA/Cho略有回升但与正常对照组比较仍较低,且放疗后长时间内不能恢复,提示急性期和亚急性期放射性脑损伤只有部分可逆,部分神经轴突结构的破坏长期无法修复；放疗各组的Cho/Cr比值与对照组对比差异无统计学意义,可能由于辐射导致的血管损伤和组织缺血引起细胞膜合成降低使Cho浓度下降,而胶质细胞的反应性增生和细胞膜结构破坏崩解又可导致Cho绝对浓度的升高,加上Cr浓度的相应变化故其比值变化并不明显。
4.放射性脑损伤不同时期的DTI变化及其意义:放射性脑损伤急性期与早期迟发性反应期,DTI成像FA值下降最明显,同时伴有最大本征值λ1的下降和最小本征值λ3与中间本征值λ2的上升,提示在放疗后早期放射性脑损伤主要表现为脱髓鞘改变,神经纤维和轴突的完整性遭到破坏且数目减少,同时伴有一定程度的胶质细胞反应增生；随着时间的延长,FA值与最大本征值λ1较早期有所升高,说明早期的损伤可以部分自我修复,同时λ2和λ3下降说明了脱髓鞘程度有所缓解,少突胶质细胞部分开始更新,神经轴突功能得到部分恢复；但放射治疗后大于12个月的长时间内,FA值继续回升但不能恢复至正常值水平,仍略低于正常对照组,说明了晚期的轴索损伤以及神经元细胞数目的减少难以恢复。ADC值随放疗时间的延长逐渐缓慢下降可能与放疗后血管内皮细胞增大、细胞水肿,以及胶质细胞的反应性增生、炎症细胞的浸润有关。