磁共振波谱技术及其在诊断乳腺肿物中的临床应用价值

朱凤婷(综述)，谢传淼(审校)

(华南肿瘤国家重点实验室，中山大学肿瘤防治中心影像介入中心，广州510060)

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)已作为医学影像学的核心技术之一，经过20多年的临床应用，到现在还有很大的发展空间，各项新的技术层出不穷，磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)技术也在这种形势下应运而生。MRS技术是一种表现活体内生化信息及代谢状态的无创技术。应用MRS技术对人类肿瘤进行研究，近年来已有相当多的报道。现主要介绍磁共振波谱技术在乳腺肿物诊断中的作用。

1 MRS的基本情况介绍

1.1 MRS的成像原理 MRS跟MRI的基本原理一样，都是在遵循Larmor定律的基础上的成像技术。由于具有奇数核子的不同原子核(如1H、31P、13C等)各自有不同的旋磁比，因而在外加静磁场中进动的频率不同［1］。在特定的静磁场中，1H、31P、13C 等原子核所发射的电磁波会显示在完全不同的频率段上，容易区分。1947年Proctor指出如果改变特定的化学环境，可使某些原子核在Larmor共振频率的基础上产生轻微的偏移，这种现象被称之为“化学位移”。即处于相同的外界环境中，同一种原子的原子核结合在不同的分子结构中，其进动频率是有差别的。“化学位移”是MRS成像的基础，正是由于不同化合物存在着频率差异性，MRS才有把各种化合物逐一分辨的可能。总的来说，MRS就是利用磁共振现象和“化学位移”作用对特定原子核及其化合物进行分析。

1.2 MRS的谱线分析 MRS在信号的激发、空间定位、探测采集等技术上与MRI相类似，但各自的表现形式不同，MRS将按时间域分布函数转变成按频率域分布的谱线［1］。横轴表示“化学位移”即频率，所探测到的化合物表现为在一个或几个特定频率上的峰，根据不同化合物在MRS上峰的位置不同，因此能用不同共振频率表示不同类型的化合物。纵轴显示的是化合物的信号强度，峰下面积和峰的高度与该化合物的浓度呈正比，反映化合物浓度，可用作定量分析。化合物最大峰的高一半处的谱线宽度称为线宽，受外加磁场、样本本身、横向弛豫时间T2影响，如果样品不纯或磁场不均匀，波峰增宽，横向弛豫T2越长线宽越窄。

1.3 MRS的常用种类及临床应用 医学领域上能使用波谱分析的原子核有1H、31P、13C、23Na、19F 等，其中31P-MRS是最早应用于人体的波谱技术。含磷化合物(如PCr、ATP、及Pi)参与细胞能量代谢与生物膜有关的磷脂代谢，31P谱被广泛应用于研究组织能量代谢和生化改变，但31P自然丰度低，31P-MRS敏感度仅为1H-MRS的6.6%，扫描时需要特殊的配置，因此在临床的应用受到相当大的限制。

目前临床最常用的是1H-MRS。1H与其他质子相比，组织丰度高且具有高磁场敏感性［2］，对于因磁场不均匀导致波峰扭曲、波谱质量降低、产生的干扰等，通过匀场可获得较好解决，具有很高的实用价值。

1.41H-MRS1H-MRS可评价代谢介质包括:NAA(N-乙酰天冬氨酸)、Cho(胆碱化合物)，Cre(肌酸/磷酸肌酸)、mI(肌醇，仅在短TE序列可见)，Glx(谷氨酸类化合物，仅在短TE序列可见)及Lac(乳酸)。正常的代谢介质在1H-MRS谱线上都有对应的频谱值，如果出现值的升高或下降都有可能是代谢的异常所引起的，临床医师就可以根据频谱曲线的变化，结合患者的症状进行正确的诊断。

2 1H-MRS在判断乳腺肿物中的应用及优势

2.11H-MRS曲线中NAA与Lac在判断乳腺肿物中的意义 NAA主要存在于中枢神经系统的神经元和前突触细胞中，免疫细胞化学方法及其他方法均证明NAA为神经元特有的物质并均匀分布于大脑，故被认为是神经元的标志物，NAA在其他系统中的功能尚不明确。文献中无相关数据证实其与乳腺病变有统计学关系，故在此不作讨论。

Lac是无氧酵解的终产物，如果Lac增加说明糖酵解增加，其含量反映了在无氧酵解中产生的主要代谢产物及能量交换，含量升高常代表肿瘤生长旺盛，含量多的往往预后比较差。有报道Lac的含量与肿瘤恶性程度有关［3］，但乳酸含量与肿瘤病理分类相关性尚无具体的文献报道。另外，在感染的情况下，炎性细胞的功能活跃可致乳酸含量增高，伴随着疾病的治愈，乳酸将消失或明显降低［4］，对于乳酸在乳腺病变中的定量分析价值，有待进一步的实验研究证明。

2.2 乳腺1H-MRS曲线中Cho峰与Cre峰的意义乳腺1H-MRS中最有测量价值的是组织内Cho的含量［5］。1H-MRS中的胆碱化合物是细胞膜磷脂代谢的成分之一，其含量反映了细胞膜的合成、分解及运转。作为活性代谢物而存在的游离胆碱浓度很低，因此胆碱含量升高反映肿瘤细胞膜的转换和细胞增殖的增加［6］。正常乳腺细胞向乳腺癌的转变过程中，其胆碱复合物的浓度是逐步增高的。由于乳腺癌细胞生长加速，其胆碱代谢也呈现明显升高势态，乳腺癌细胞中的磷酸胆碱的浓度为正常乳腺上皮细胞的10倍［4］。因此，在乳腺癌的1H-MRS中，在Cho峰上有明显的增高。

姜宗先等［7］和万卫平等［8］研究分析中得出结论:乳腺肿瘤的1H-MRS波形与非肿瘤性病变及正常组织的MRS波形明显不同，可通过观察将两者区分开来，其敏感性及特异性均有一定的诊断价值。良恶性肿瘤间，不同代谢产物的波峰积分面积比较得出。乳腺的正常及良性病变组织由于大量脂肪成分的参与，在Cho及Cre峰之间形成一宽大的、高低不等的、无定量价值的“M”型波峰［9］，而良恶性肿瘤的像素区内均为较单一的肿瘤成分，可得到较理想的肿瘤的MRS波形。通过观察MRS波形，大致可将乳腺的肿瘤性病变与良性病变或正常组织区分开来，在临床应用中非常简单明了。恶性肿瘤的胆碱化合物含量明显高于良性病变，而通过观察“M”型波峰中的Cre峰，能在一定程度上帮助诊断肿瘤的良恶性质。由此可见，Cho及Cre含量的高低，可能有助于良恶性肿瘤间的鉴别。

2.3 造影剂对1H-MRS曲线的影响 在MRS的应用中，操作者通常认为在注射顺磁性造影剂(如钆剂)后对病灶进行定位更为准确，然而钆剂在MRS中所产生的化学偏移现象应得到重视。造影剂会增加组织的磁敏感性，影响质子的弛豫时间，从而增加波谱的带宽，降低胆碱峰值的水平。据报道［10］，在常规钆剂增强前与增强后10 min内作比较，水质子波谱带宽增加了20%，胆碱波峰降低了10%。另一项研究表明［11］，钆剂注射后胆碱波谱宽度增加了15%，峰值幅度降低了17%。这证明了对比剂的应用会影响MRS的评价效能，所以在需要通过增强扫描才能确定MRS检查部位的病例中，应该在增强后尽量延后MRS的检查时间，从而降低造影剂引起的波谱偏移，建议在增强前进行MRS检查［3］。

3 MRS在乳腺成像中的局限性及影响因素

乳腺MRS成像中，病灶与皮肤、胸壁的关系，场强、射频场均匀性，以及应用对比剂在内的很多因素［12］均可对MRS产生影响，其中病灶大小的影响最为明显。若肿瘤体积 ＜1.0 cm3［13］，乳腺波谱在定量研究定位时，很难避免将脂肪组织包含在内，其MRS波型测量值极易受瘤周腺体内的脂肪的影响。有文献指出，＜2.5 cm的病灶，1H-MRS灵敏度为72%，2.5～4.9 cm 的病灶灵敏度为90%，≥5.0 cm 的病灶灵敏度为100%［14］。病变分布不均(伴有出血、坏死、液化及钙化等)、定位选择不当等均可影响MRS测量的结果。

尽管胆碱化合物对乳腺癌的诊断具有特异性，但MRS中的Cho峰值在乳腺实质代谢增高的生理状态(如哺乳期等)下也可测得，正常乳腺组织水分也会随着月经周期的改变而变化，容易造成数据的假阳性及假阴性。

4 小结

正是由于测量范围内病灶组织成分的差异以及女性生理期的代谢变化等因素［15］，目前1H-MRS尚未能单独作为诊断指标广泛应用。通过多种MR技术的联合使用能提高乳腺癌诊断的准确率，单独使用平扫MRI，确诊率为81.0%，平扫及增强 MRI，准确率为92.9%，结合MRS，对乳腺癌的确诊率可达97.6%［8］。可见MRS对MRI在乳腺病变的诊断与鉴别诊断中的辅助作用不可低估。一方面，MRS检查能减少不必要的活检，能减轻患者心理负担;另一方面，由于MRS的无创性和无射线损害，为反复检查以监测放化疗效果提供必要的影像支持。

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