化学交换饱和成像CEST在神经肿瘤
我们知道，磁共振的信号来源主要是人体中的氢质子，而人体中的氢质子最主要的来源是水分子。除了大家熟悉的水分子之外，我们身体里还有很多物质含有氢质子，比如氨基酸、碳水化合物。这些氢质子由于受到周围化学基团的影响，会呈现出与水分子中的氢质子不同的共振频率，我们把这个频率的偏移叫做化学位移（ChemicalShift）。多插一句，这个现象的发现者是我国著名的物理学家虞福春先生。CEST正是基于这种化学位移现象。我们可以利用RF脉冲饱和某些共振频率的化学基团上的氢质子，这些被饱和的氢质子和水分子上的氢质子可以进行交换（exchange）[1]，从而导致我们测量的水的信号降低，由此而形成的对比度，我们称之为CEST。
人体里不是所有含有氢质子的化学基团都能用来做CESTMRI成像。它需要满足一定的条件，比如该物质的含量要足够高，太低了，信噪比不够，当然就探测不到。另外很重要的一点就是，这些基团上的氢质子和水分子的氢质子之前的交换速率要在一定的范围内，不能过快，也不能过慢。其中AmideProton就是这样的一种基团。所以，APT其实就是CEST技术中amide这种基团的氢质子和水分子氢质子交换的成像，是CEST大家庭中的重要一员。目前，APT技术已经被运用于脑肿瘤，脑卒中等多种疾病的临床科研。GE公司也一直致力于CEST在临床应用上的研究。
2CESTAPT在脑肿瘤分级的应用近期，GE科研团队与华中科技医院朱文珍教授课题组合作，连续发表了两篇就利用CESTAPT技术对脑胶质瘤分级的文章(两篇均为苏昌亮第一作者)。这些研究成果，对于大脑胶质瘤的微观分子层面以及宏观的结构层面的研究具有重要意义。
朱教授课题组首先对于42例大脑胶质瘤病人的研究表明，APT信号在高级别和低级别的胶质瘤上有显著差异，并且和胶质瘤的级别呈显著的正相关[2]（典型的低级别和高级别胶质瘤结果分别见图一、图二）。并且，肿瘤区域的APT值和多体素波谱测量的choline以及NAA含量以及表征肿瘤细胞增殖的KI-67指标都有显著的相关性。该研究表明，CESTAPT可能成为预示肿瘤细胞增殖和胶质瘤级别的一个生物指标。利用CESTAPT技术，有可能在手术以前得到胶质瘤的级别以及恶性程度，这样对于制定病人的手术以及治疗方案都有重要意义。
图一，低级别胶质瘤T2Flair，T1增强，APT，多体素波谱以及KI-67结果。
图二，高级别胶质瘤T2FSE，T1增强，APT，多体素波谱以及KI-67结果。
在此基础上，朱教授课题组进一步结合CESTAPT技术和MT技术以及多体素波谱技术，进一步探究了APT技术的成像本质，以及该技术在大脑胶质瘤上的应用[3]。研究表明，肿瘤区域的APT的信号和MT的信号呈显著的负相关（典型的二级，三级胶质瘤结果分别见图三，图四）。但是，对比于年龄和性别相似的健康被试，APT和MT没有显著相关性。此外，病人肿瘤区域的APT和MT都和多体素波谱得到的choline以及NAA含量呈显著相关。健康被试的APT和多体素波谱测得的choline以及NAA含量并无显著相关，而MT和这些含量虽有显著相关，但是相关系数较肿瘤区域有明显降低。APT技术研究的是肿瘤区域的相关蛋白和多肽含量，而MT技术研究的是肿瘤区域近似半固体的大分子含量。这两种技术是对于胶质瘤的不同成分的研究，他们之间正好呈现互补的关系。并且，在肿瘤区域，两种技术都和多体素波谱的结果有显著相关。因此，结合CESTAPT和MT技术，可能能够替代波谱这一繁琐的技术，对于胶质瘤的诊断和分级提供帮助。
图三，二级胶质瘤T2Flair（a），T1增强（b），APT（c），Choline（d），MT（e），NAA（f）结果图。
图四，三级胶质瘤T2Flair（a），T1增强（b），APT（c），Choline（d），MT（e），NAA（f）结果图。
3CESTAPT在脑肿瘤诊断的应用除此之外，GE科研团队还与首都医科医院高培毅教授课题组合作(苏录为第一作者)，发表了一篇利用CESTAPT技术来预判胶质瘤中甲基鸟嘌呤甲基转移酶(MGMT)蛋白表达的文章[4]。该文章首次证实了APT成像的图像特征可以精确判定大脑胶质瘤的MGMT蛋白表达的阴阳性。该研究成果对胶质瘤治疗方案的确立提供了重要的理论依据。
高教授课题组招募了共42例包含低级别和高级别大脑胶质瘤患者。每位患者均接受了CESTAPT扫描，并且都具有相应的病理和免疫组织化学分析（IHC）报告。每例患者的病灶样本都通过IHC技术分析了其MGMT的蛋白表达。根据MGMT不同程度的免疫活性，其中38例患者的胶质瘤被定义为MGMT阳性蛋白表达以及剩余的4例肿瘤被定义为MGMT阴性蛋白表达。
另一方面，通过对每位患者CESTAPT加权图图像特征的分析，高教授课题组根据病灶区不同的信号强度和结构形状把相应病灶的APT加权图图像特征分成了阴性和阳性两大类。其中，阴性图像特征包括了：1）病灶区域信号均匀并且没有高信号(见图五)；或2）病灶区域具有略高的信号强度但呈现雾状且没有明显边界(见图六)。相比而言，阳性图像特征包括了：1）病灶区域呈现点状或补丁状的高信号(见图七)；或2）病灶区域的高信号呈点和补丁融合交错状（见图八）；或3）病灶的水肿或渗透区呈高信号(见图九)。依据此标准，招募的42例胶质瘤患者其中有37例被诊断为具有APT加权图阳性特征。剩下的5例被认定为具有阴性特征。
在此基础上，高教授课题组进一步对比了MGMT阳性和阴性表达组两组间的APT加权图的图像特征，并发现了其图像特征的差异具有显著性(p=0.)。除此之外，在属于APT阳性图像特征的37例肿瘤中，有36例具有MGMT阳性蛋白表达。而剩下的5例呈现APT阴性图像特征的肿瘤有3例属于MGMT阴性蛋白表达组。因此，相应的阳性预测值(PPV)和阴性预测值（NPV）分别高达97.3%和60%。而且，高教授课题组还应用接收者操作特征（ROC）曲线来评价了APT图像特征在胶质瘤诊断上的表现。其曲线下面积(AUC)高达0.。
综上所述，该项研究证明了CESTAPT成像可以作为一种实用的且无创的图像标记物，用于在手术前预判无论是低级别还是高级别胶质瘤的MGMT蛋白表达状态，这样特别是对于初次接受化疗的胶质瘤患者制定治疗方案具有重要意义。
图五，CESTAPT阴性图像特征胶质瘤T1加权（A），T2加权(B)，T2Flair（C），T1增强（D:轴位；E:矢状位），APT与解剖像融合（F），APT（G）结果图。病灶区在APT结果图(G)上没有高于绿色的信号强度。
图六，CESTAPT阴性图像特征胶质瘤T1加权（A），T2加权(B)，T1增强（C:轴位；D:矢状位），APT加权（E）结果图。病灶区在APT结果图(E)上呈现略微的高信号。
图七，CESTAPT阳性图像特征胶质瘤T1加权（A），T2加权(B)，T1增强（C），APT加权（D）结果图。病灶区在APT结果图(D)上的高信号具有点状（红箭头）和补丁装（黑箭头）的分布。
图八，CESTAPT阳性图像特征胶质瘤T1加权（A），T2加权(B)，T1增强（C），APT加权（D）结果图。在APT结果图(D)上的高信号病灶区呈点和补丁融合交错状。
图九，CESTAPT阳性图像特征胶质瘤T1加权（A），T2加权(B)，T1增强（C），APT加权（D）结果图。在APT结果图(D)上的水肿或渗透区呈高信号。
Reference:
[1]PetervanZiljetal.,ChemicalExchangeSaturationTransfer(CEST):whatisinanameandwhatisn’t?,MRM,.
[2]Suetal.,AmideProtonTransferImagingAllowsDetectionofGliomaGradesandTumorProliferation:ComparisonwithKi-67ExpressionandProtonMRSpectroscopyImaging,AJNR,.
[3]Suetal.,CombiningamideprotontransferMRIandtraditionalmagnetizationtransferMRIallows复方白芷酊是不是治白癜风的药物白殿疯是怎样治疗
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