本プロトコルでは、N-アセチルアスパラギン酸とコリンの比率を定量化することで、頭蓋内神経膠腫(グリオーマ)と腫瘍様脱髄病変を評価した回顧的コホート研究で用いられた、標準化されたマルチボクセルプロトン磁気共鳴分光法のアプローチについて解説します。この手法は、代謝評価およびそれらの鑑別診断に寄与します。
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研究記事
* These authors contributed equally
本プロトコルでは、N-アセチルアスパラギン酸とコリンの比率を定量化することで、頭蓋内神経膠腫(グリオーマ)と腫瘍様脱髄病変を評価した回顧的コホート研究で用いられた、標準化されたマルチボクセルプロトン磁気共鳴分光法のアプローチについて解説します。この手法は、代謝評価およびそれらの鑑別診断に寄与します。
頭蓋内グリオーマと腫瘍様脱髄病変(TDLs)は、従来の構造的磁気共鳴画像法(MRI)において重複する特徴を示すことが多く、その鑑別診断は困難です。本レトロスペクティブコホート研究では、これらの病変を鑑別するための定量的マルチボクセルプロトン磁気共鳴スペクトロスコピー(1H-MRS)の診断能を評価しました。グリオーマ、TDLs、および原発性中枢神経系リンパ腫を含む、診断未確定の頭蓋内腫瘤を有する計63名の患者を対象に1H-MRSを実施しました。病変の実質部および対側の正常に見える脳組織において、代謝物の絶対値および相対比を測定しました。関心領域(ROI)は、2名の盲検化された神経放射線科医によって独立して描出されました。グリオーマとTDLsのいずれにおいても、正常組織と比較してコリン/クレアチン(Cho/Cr)比が有意に上昇していましたが、Cho/Cr比の診断特異度は限定的でした。対照的に、N-アセチルアスパラギン酸/コリン(NAA/Cho)比は2群間で有意に異なっていました。NAA/Cho比の中央値は、TDLsで1.22(四分位範囲 [IQR], 0.75–1.60)、高グレードグリオーマで0.32(IQR, 0.20–0.69)でした。受信者動作特性(ROC)解析の結果、NAA/Choの閾値を≤0.649とした場合、感度72.7%(95%信頼区間 [CI], 55.8%–84.9%)、特異度93.3%(95% CI, 70.2%–98.8%)、曲線下面積(AUC)0.848(95% CI, 0.74–0.96)となりました。読影者間の再現性は高く、クラス内相関係数(ICCs)は0.99を超えていました。これらの結果は、定量的な1H-MRS、特にNAA/Cho比が、頭蓋内グリオーマとTDLsの鑑別を支援する有用な非侵襲的代謝バイオマーカーとなり得ることを示唆していますが、より大規模な多施設共同コホートによるさらなる検証が必要です。
原発性脳腫瘍およびその他の中枢神経系(CNS)腫瘍は、罹患率と死亡率が非常に高いため、神経腫瘍学における大きな課題となっています。米国中枢脳腫瘍レジストリ(CBTRUS)によると、原発性脳腫瘍の年間平均発症率は人口100,000人あたり24.83件です1。これらの腫瘍のうち、神経膠腫(グリオーマ)は約26.3%を占めており、なかでも膠芽腫(グリオブラストーマ)は最も一般的な悪性原発性脳腫瘍であり、すべての悪性症例の半数以上を占めています1。神経膠腫の管理には通常、最大限に安全な外科的切除を行い、続いて化学放射線療法の併用および術後補助化学療法を行うという多角的アプローチが用いられます。したがって、外科的計画および予後評価のためには、正確かつ迅速な診断が不可欠です。
逆に、腫瘍様脱髄病変(TDLs)は、炎症性脱髄疾患の中でも比較的稀で非定型的な徴候であり、臨床的および放射線学的に一次性脳腫瘍と酷似することがあります2。TDLsは一般に、直径2.0 cmを超える単一または複数の脱髄病変と定義され、しばしば占拠性効果、病変周囲の浮腫、および造影剤による増強を伴います3。グリオーマとは異なり、TDLsは薬物療法で管理されます。急性期の治療は主に高用量副腎皮質ステロイドの静脈内投与または血漿浄化療法に依存し、その後、多発性硬化症(MS)や視神経脊髄炎スペクトラム disorders などの基礎疾患に対して適切な疾患修飾療法が行われます4,5。これらの疾患は根本的に異なる治療アプローチを必要とするため、TDLを高悪性度グリオーマ(HGG)と誤診すると、患者に不必要な定位生検や開頭術を強いることになり、それに伴う永続的な神経学的欠損やその他の処置に関連する合併症のリスクが生じる可能性があります6。
従来の磁気共鳴画像法(MRI)を用いてこれら2つの疾患を鑑別することは、依然として臨床上の課題となっています。HGGとTDLはともに、通常はテント上の大きな占拠性病変として呈されます7。リング状造影効果の非造影部分が灰白質を向く「オープンリング」状の造影パターンなど、特定の従来型MRI所見は非定型脱髄を強く示唆しますが8、この特徴はかなりの割合の症例において認められません。さらに、非定型TDLでは、不規則な閉鎖リング状またはガーランド状の辺縁造影と中心部の低信号を呈することがあり、これは膠芽腫で一般的に見られる中心壊死との区別が困難です9。その結果、従来の構造的MRIのみでは、確実な鑑別診断を行うには不十分であることが多くあります。
高度な生理学的イメージング技術、特にプロトン磁気共鳴分光法(1H-MRS)は、脳病変の生化学的な微小環境を非侵襲的に評価するための有用なツールとして登場しました10。磁気共鳴分光法(MRS)は、神経細胞および軸索の完全性のマーカーであるN-アセチルアスパラギン酸(NAA)、細胞膜のターンオーバーと増殖を反映するコリン含有化合物(Cho)、および細胞エネルギー代謝の基準となるクレアチニン(Cr)を含む、脳代謝物の定量的評価を可能にします11。神経腫瘍学において、HGGは通常、急速な腫瘍細胞の増殖によるChoの増加と、浸潤する腫瘍細胞による正常な神経組織の破壊を反映したNAAの著しい減少または消失を特徴とします12。
しかしながら、脱髄病変(TDL)におけるMRS所見の解釈は依然として困難です。脱髄の急性炎症期には、ミエリンの分解と脂質含有マクロファージの浸潤により、可動性膜リン脂質の放出が増加し、その結果、Choピークが上昇します13。その結果、Choピークの絶対値やCho/Cr比のみに依存すると、TDLと神経膠腫(グリオーマ)の間で代謝的な重複がかなり生じる可能性があり、診断の不確実性を招く要因となります14,15。脱髄性疾患における短エコー時間MRSおよび磁化転移比の有用性は先行研究で報告されていますが16,17、日常的な臨床現場において、不確定な神経膠腫とTDLを具体的に鑑別するために設計された、堅牢な定量的代謝閾値は依然として限られています。
臨床的な観点から、マルチボクセル1H-MRSは、不均一な頭蓋内病変にわたって空間分解能を持つ代謝情報を提供します。この代謝特性の評価は、臨床的な意思決定をサポートし、定位生検のための代謝活性の高い標的の特定を補助することで、サンプリングエラーを低減できる可能性があります。しかし、神経放射線科の実務における日常的な導入には、いくつかの実用的な制限が影響を及ぼす可能性があります。これには、頭蓋底や副鼻腔付近の磁場不均一性に対する感受性、病変と組織の境界におけるボクセルの部分容積効果、およびベースライン歪みによる代謝物定量の低下などが含まれます。したがって、本レトロスペクティブコホート研究の主目的は、定量的なMRSパラメータの診断性能を評価することでした。具体的には、軸索の保持と膜増殖の間の生理学的バランスを反映する絶対的なNAA/Cho比が、頭蓋内グリオーマとTDLを鑑別するための定量的な代謝バイオマーカーとして機能するかどうかを検討しました。これらの知見は潜在的な臨床的有用性を持つ可能性がありますが、広範な臨床導入の前には、より大規模な多施設共同コホートによるさらなる検証が必要です。
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本プロトコルに記載されているすべての手法は、関連するガイドラインおよび規制に従って実施されました。本回顧的研究では、通常の診療中に収集された匿名化済みの臨床データを分析し、河北省立総合病院倫理委員会によって承認されました(承認番号 2026-LW-112、2026年4月10日承認)。参加に先立ち、すべての被験者および/またはその法定代理人から書面によるインフォームドコンセントを得ました。
患者の選定および研究デザイン
2018年1月から2024年12月の間に、初回従来MRIで判定不能な頭蓋内占居性病変を呈した患者を、研究の適格基準に基づき、日常的な臨床記録から後方視的に特定した。判定不能な頭蓋内占居性病変とは、構造的画像において、一次診断を困難にし、多職種で構成される神経腫瘍ボードによる正式な診断的合意を必要とする、非典型的で重複する形態学的特徴を示す脳腫瘤と操作的に定義した。本研究には、未治療の頭蓋内腫瘤を有し、神経画像診断前に高用量副腎皮質ステロイド治療を受けておらず、あらゆる臨床的介入の前に2次元(2D)マルチボクセル1H-MRS検査を完了し、かつ組織病理学(外科的切除または定位生検による)または厳格な臨床・放射線学的フォローアップによって確定診断が得られた患者を組み入れた。
生検が行われなかった症例については、患者が少なくとも12か月間の記録に残された縦断的な臨床的および放射線学的フォローアップ期間を完了した場合にのみ、フォローアップ診断が十分に信頼できると判断されました。確定的なTDLフォローアップ診断の標準化された基準では、細胞静止薬や腫瘍治療の投与なしに、連続するフォローアップスキャンにおいて造影増強病変成分の体積が50%以上減少し、かつ臨床的な神経学的安定または改善が確認されることが必要とされました。病変の退縮を評価するため、3か月から6か月の間隔でフォローアップ画像検査を実施しました。確定的な最終診断が得られなかった患者、他の病理(例:脳膿瘍、転移、または亜急性梗塞)と診断された患者、あるいは激しいモーションアーチファクト、不十分なシミング、または著しいベースライン歪みによりMRSデータが非診断的であった患者は除外されました。選択バイアスを排除するため、盲検化された独立評価の前に、すべての非診断的なスペクトルを定量的にスクリーニングし、除外しました。研究デザインと患者選択プロセスの模式図を図1に示します。

図1患者の選択および研究デザイン。 患者の登録および研究選択を示すフローチャート。従来の磁気共鳴画像法(MRI)およびプロトン磁気共鳴分光法(1H-MRS)をスクリーニングした。除外基準を適用した後、最終的に63人の患者を解析対象とした。最終的なコホートは、高グレードグリオーマ(n = 28)、低グレードグリオーマ(n = 6)、原発性中枢神経系リンパ腫(n = 14)、および腫瘍様脱髄病変(TDL; n = 15)の患者で構成された。除外基準には、確定診断の欠如(n = 32)、他疾患の診断(n = 32)、およびMRS検査の画質不良(n = 18)が含まれた。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
従来のMRI撮像
すべての神経画像検査は、8チャンネルフェーズドアレイヘッドコイルを備えた3.0-T全身磁気共鳴スキャナーを用いて実施した。検査前に患者の安全性スクリーニングを行い、腎原生全身性強硬症を防止するため、推定糸球体濾過量(eGFR)<30 mL/min/1.73 m2を必須の除外基準とした。標準的なMRIプロトコルには、アキシャルT1液体減衰反転回復(FLAIR)画像(繰り返し時間 [TR] = 1750 ms, エコー時間 [TE] = 25.0 ms, 視野 [FOV] = 240 mm × 192 mm, スライス厚 = 6 mm, スライス間ギャップ = 1 mm, マトリックスサイズ = 320 × 224)、T2強調画像(T2WI; TR = 4841 ms, TE = 102.8 ms, FOV = 240 mm × 240 mm, マトリックス = 416 × 416)、およびT2-FLAIR画像(TR = 7000 ms, TE = 138.1 ms, FOV = 240 mm × 240 mm, マトリックス = 256 × 256)が含まれていた。
マクロ環状ガドリニウム造影剤を標準用量 0.2 mmol/kg、注入速度 2 mL/s で静脈投与した後、コントラスト強調スポイルド勾配エコー(SPGR)T1強調画像を取得した(TR = 7.3 ms, TE = 3.1 ms, FOV = 240 × 240 mm, スライス厚 = 1 mm、スライスオーバーラップ 0.5 mm, マトリックス = 256 × 256)。造影剤投与後、急性副作用やアレルギー反応の有無を確認し適切に対処するため、患者を施設内で最低 30分間継続的に観察した。
1H-MRSのデータ収集と規定のボクセル形状
2Dマルチボクセル1H-MRSは、点分解分光法(PRESS)シーケンスを用いて実施されました。関心領域(VOI)は、病変の固形部分、腫瘍周囲の浮腫、および隣接する正常に見える脳組織を包含するように、多断面造影T1強調画像およびT2-FLAIR画像上で設定されました。レトロスペクティブコホート全体での施設内の一貫性を確保するため、マルチボクセルグリッドは前交連-後交連(AC-PC)線に平行に均一に配置し、標的病変の最大径に中心を合わせました。
MRS撮像のスキャンパラメータは、繰り返し時間(TR)= 1000 ms、エコー時間(TE)= 144 ms、視野(FOV)= 240 mm × 240 mm、スライス厚 = 15.0 mm、スライス間ギャップ = 20.0 mm、および励起回数(NEX)= 1.0とした。撮像マトリックス内の個々の分光ボクセルの公称寸法は 7.5 mm × 7.5 mm × 15.0 mmであり、32 × 32 の分光撮像マトリックスを用いて取得した。これは個々のボクセル体積が約 0.84 mL に相当する。水抑制および局所シミングには、標準的な自動手順を一貫して適用した。撮像中の厳格な品質管理チェックポイントとして、局所的な水ピークの半値全幅(FWHM)線幅を ≤15 Hz とし、自動水抑制の減衰率を 98% 以上とすることを条件とした。比較的長いエコー時間(TE = 144 ms)を選択したのは、短TEの高分子シグナルや、急性炎症病変で一般的に観察される広範な背景脂質の混入を抑制してベースラインを平坦にし、それによって主要な診断代謝物の位相の明瞭性を向上させるためである。
スペクトルの後処理、ソフトウェアワークフロー、および定量分析
生のスペクトルデータは、専用のマルチモダリティ評価ソフトウェアが動作する専用の診断後処理ワークステーションに転送された。自動後処理ワークフローは、2 Hzのガウスフィルターを用いた生データのアポダイゼーション、高速フーリエ変換、自動化された0次および1次位相補正、そして自動多項式ベースライン調整の連続的なステップで構成された。残留ローリングベースラインによるスペクトル品質の低下を定量的に評価し、ベースラインの歪みが最大代謝物ピーク高さの10%を超えるボクセルは除外した。
スペクトル汚染およびボクセル体積平均化アーチファクトを最小限に抑えるため、肉眼的壊死、嚢胞成分、出血、石灰化、ならびに頭蓋底または脳室に隣接する領域を避け、病変の最も代表的な実質部分に関心領域(ROI)を手動で配置した。具体的には、病変の活性あり、造影効果あり、非壊死のリム内から最適なターゲットボクセルを3か所サンプリングした。内部標準化のため、同一サイズで対称的なグリッド座標を持つ対照ミラーROIを、対側で正常に見える白質に配置した。対側の参照領域については、T1強調、T2強調、およびT2-FLAIR画像において正常かつ対称的な信号強度であることを確認し、代謝的に影響を受けていないことを検証した。また、距離に関連する表面コイル感度のバイアスを最小限にするため、局所的なコイル強度正規化フィルタを適用した。
主要な脳代謝物は、その共鳴周波数に基づいて特定された:NAAは 2.0 ppm、Crは 3.0 ppm、Choは 3.2 ppm、脂質 (Lip) は 0.9–1.3 ppm、および乳酸 (Lac) は 1.3 ppm である。代謝物ピークの検出閾値は、信号対雑音比 (SNR) ≥5 と定義した。TE = 144 ms の収集における位相変調特性のため、脂質ピークと乳酸ピークは個別に解析した。乳酸は 1.33 ppm における特徴的な反転ダブレットによって特定し、一方で可動性脂質は 0.9–1.3 ppm で正立したままであるため、ピークの重複を最小限に抑えた。絶対ピーク積分値を用いて、3つのターゲット ROI の測定値を平均し、病変内代謝物比 (Cho/Cr、NAA/Cr、および NAA/Cho) を算出した。相対的代謝物比 (rCho/Cr、rNAA/Cr、および rNAA/Cho) は、病変部の値を対側の正常組織の値で正規化することで算出した。読影者間の信頼性を評価するため、最終的な臨床的および組織病理学的診断についてブラインド化された2名の経験豊富な神経放射線科医が、独立して ROI の選択およびスペクトル定量化を行った。ボクセル選択における手順的または位置的な不一致は、3人目のシニア神経放射線科医との合意によって解決した。
統計解析
すべての統計モデリングおよびグラフによる視覚化は、検証済みの統計計算環境を用いて行われました。連続変数の正規性はShapiro–Wilk検定を用いて評価しました。複数の疾患群間における連続的な代謝変数の比較にはKruskal–Wallis H検定を用い、その後、事後比較としてWilcoxon順位和検定を行いました。病変コアと対側正常組織との間のペアでの差は、Wilcoxon符号付き順位検定を用いて評価しました。診断能を評価するために受信者動作特性(ROC)曲線を構築し、最適カットオフ値、曲線下面積(AUC)、感度、特異度、陽性予測値、および陰性予測値を算出しました。また、すべての点推定値について、Wilsonのスコア法を用いて対応する95%信頼区間(95% CIs)を導出しました。読影者間の合致度は、クラス内相関係数(ICC)およびBland-Altmanプロットを用いて評価しました。両側 p値 <0.05 を統計的に有意とみなしました。
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研究対象集団およびベースライン特性
研究期間中、従来のMRIと1H-MRSの両方を受けた、原因不明の頭蓋内病変を有する計145名の患者を最初にスクリーニングした。あらかじめ定義した除外基準に基づき、主に確定的な病理学的または長期的な臨床診断が得られなかったため(n = 32)、他の病理が確認されたため(n = 32)、あるいはMRSスペクトルの品質が不十分であったため(n = 18)に除外を行い、最終的に63名の患者を定量分析に含めた(図1)。手動によるROI配置およびスペクトル定量化に関する読影者間の盲検化一致度は極めて高く、クラス内相関係数(ICC)はCho/Cr比で0.996、NAA/Cho比で0.990であった(付随図1)。具体的に、スペクトル品質不十分により除外された18例では、ワークステーションレベルで視覚的および定量的な品質管理上の不備が認められた。これには、主要な代謝物ピークと背景ノイズの区別が不能な場合(SNR &l...
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治療介入前の頭蓋内グリオーマと腫瘍様脱髄病変(TDL)の正確な鑑別は、適切な臨床管理において重要である。本レトロスペクティブ研究では、診断困難な頭蓋内病変を有する患者において、定量的1H-MRSパラメータの診断的有用性を評価した。その結果、グリオーマとTDLの鑑別において、NAA/Cho比は従来のCho/Cr比よりも高い診断識別能を示すことが示された。具体的に、NAA/Cho比の閾値を ≤0.649 とすることで、腫瘍性疾患の特定において特異度 93.3% (95% CI: 70.2%–98.8%) および陽性的中率(PPV) 96.0% (95% CI: 80.5%–99.3%) が得られた。NAA/Cho比の AUC は 0.848 (95% CI: 0.74–0.96) であり、Cho/Cr比の 0.766 (95% CI: 0.63–0.90) と比較して高かった。しかし、感度が 72.7% (95% CI: 55.8%–84.9%)、陰性的中率(NPV)が 60.9% (95% CI: 40.8%–77.8%) であったことから、この閾値は単独の診断基準としてではなく、臨床所見および画像所見と併せて解釈さ...
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利益相反:
著者らは、競合する利益がないことを宣言します。
本研究は、中国河北省医学研究プロジェクト(助成番号:20230402および20180161)の支援を受けました。資金提供者は、研究デザイン、データ収集、分析または解釈、出版の決定、および原稿の作成に関与していません。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3.0-T MRIスキャナー (Discovery MR750w) | GE Healthcare | N/A | MRIおよび1H-MRS撮像 |
| 8チャンネル・フェーズドアレイ・ヘッドコイル | GE Healthcare | N/A | MRIおよび1H-MRS撮像用の頭部高周波コイル |
| Functional Tool 後処理ソフトウェア | GE Healthcare | Functool 9.4 | スペクトル後処理およびメタボライト定量化 |
| ガドリニウムベース造影剤 | Bayer Healthcare | N/A | コントラスト強調MRI用の静脈内投与造影剤 |
| マルチモダリティ後処理ワークステーション | GE Healthcare | Advantage Workstation (AW4.6) | スペクトル後処理専用ワークステーション |
| R 統計計算ソフトウェア | R Foundation | RRID: SCR_001905 | 統計解析およびグラフによる可視化 |
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