彌散張量成像在腦膠質(zhì)瘤中的應(yīng)用

李智奇 張義

彌散張量成像在腦膠質(zhì)瘤中的應(yīng)用

李智奇*張義△

彌散張量成像 腦膠質(zhì)瘤

膠質(zhì)瘤呈侵襲性浸潤生長，與周圍組織分界不清，致殘率和致死率高，預(yù)后差。目前膠質(zhì)瘤手術(shù)切除主要依靠術(shù)者經(jīng)驗(yàn)行肉眼下全切除，往往不超過影像學(xué)邊界，留有殘余腫瘤，術(shù)后易復(fù)發(fā)。因此，進(jìn)行影像學(xué)引導(dǎo)的膠質(zhì)瘤手術(shù)研究具有十分重要的意義［1］。彌散張量成像(diffusion tensor image，DTI)是近年發(fā)展的磁共振成像新技術(shù)，是目前惟一能在活體無創(chuàng)地顯示腦白質(zhì)纖維束的成像方法［2］。因?yàn)镈TI的這種獨(dú)特優(yōu)勢，將其應(yīng)用于膠質(zhì)瘤的診療中，可以很好的顯示腫瘤與白質(zhì)纖維束之間的關(guān)系，有利于指導(dǎo)手術(shù)的進(jìn)行，提高腫瘤全切除率。并且DTI在術(shù)前評價(jià)膠質(zhì)瘤惡性程度以及術(shù)后療效、預(yù)后的評估方面也都起著重要作用。本文將綜述DTI在膠質(zhì)瘤中應(yīng)用的新進(jìn)展。

1 彌散張量成像DTI的概述

DTI是以彌散加權(quán)成像為基礎(chǔ)新發(fā)展起來的一種成像方法，其基本原理是利用組織中水分子彌散運(yùn)動(dòng)的各向異性特征進(jìn)行成像。目前DTI研究分為兩大方向:一是彌散張量纖維束示蹤成像(diffusion tensor tractography，DTT)，二是定量研究。DTT可以在活體內(nèi)評價(jià)大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)，顯示腦白質(zhì)纖維束的三維空間結(jié)構(gòu)及其與腫瘤之間的關(guān)系。定量研究中DTI的主要參數(shù)有:表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)，各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)、相對各向異性(relative anisotropy，RA)和評價(jià)各向同性的平均彌散率(mean diffusivity，MD)等。ADC反映了彌散的大小，每一種組織均有自己特有的彌散系數(shù)，它還受壓力梯度及細(xì)胞膜通透性等因素的影響。FA和RA則代表了水分子彌散運(yùn)動(dòng)各向異性的大小，即可以量化每個(gè)體素中水分子彌散運(yùn)動(dòng)的程度，又可描述其方向性。其中FA值最常用，它表示各向異性成份與整個(gè)彌散張量之比，其值為0～1，0代表完全各向同性彌散，1則代表完全各向異性彌散。這些參數(shù)可以幫助我們了解腦組織的解剖結(jié)構(gòu)之外的生物學(xué)特性，如MD和FA值可以用來區(qū)分腫瘤復(fù)發(fā)和放射性損傷［3］，ADC值可用于預(yù)測膠質(zhì)瘤術(shù)后放療的療效及無進(jìn)展生存期(time-to-progression，TPP)［4］等。在顱內(nèi)腫瘤、腦血管病及彌散性軸索損傷中DTI可顯示白質(zhì)纖維束的方向性和完整性及病灶與腦白質(zhì)纖維束的三維空間關(guān)系［5－7］，在指導(dǎo)手術(shù)入路，確定術(shù)中病灶切除范圍以及評估預(yù)后方面都非常重要。

2 DTI和DTT在腦膠質(zhì)瘤中的應(yīng)用

DTI和DTT現(xiàn)已應(yīng)用于術(shù)中導(dǎo)航，可以用于顯示膠質(zhì)瘤與周圍白質(zhì)纖維的相互關(guān)系，對于確定膠質(zhì)瘤手術(shù)切除邊界，提高手術(shù)安全性和降低術(shù)后致殘率有重要意義。

2.1 確定膠質(zhì)瘤與周圍白質(zhì)的關(guān)系 DTT和FA圖可顯示纖維束的一系列改變，包括移位，變形，浸潤和中斷［8］。DTI的定量參數(shù)和DTT聯(lián)合應(yīng)用有助于在影像學(xué)上對膠質(zhì)瘤的生物學(xué)特性(如增殖性、浸潤性)進(jìn)行判斷［9］，指導(dǎo)個(gè)體化治療方案的制定，提高手術(shù)安全性［10］。

Nimsky等［11］在高分辨率的解剖圖像上應(yīng)用線條代表主要白質(zhì)纖維束，將感興趣區(qū)所有纖維束的信息通過手術(shù)顯微鏡的顯示屏直接顯示在手術(shù)野中，再將這些信息整合入導(dǎo)航系統(tǒng)，在術(shù)中顯示主要的腦白質(zhì)纖維束，如錐體束、視放射。通過這種方式手術(shù)者能了解功能區(qū)及其主要白質(zhì)纖維束的位置，可最大范圍的、安全的切除腫瘤，避免因損傷主要白質(zhì)纖維束所致的術(shù)后神經(jīng)功能障礙，增加高級別膠質(zhì)瘤患者的生存質(zhì)量，并且還可以降低死亡風(fēng)險(xiǎn)［12］。三維立體的DTT對于評價(jià)腫瘤與皮質(zhì)脊髓束之間的空間位置關(guān)系，從而選擇合適的手術(shù)方式，是非常有用的，其在監(jiān)測皮質(zhì)脊髓束的移位對運(yùn)動(dòng)功能的影響時(shí)，具有很高的特殊性和陰性預(yù)測能力［13］。Romano等［14］在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究認(rèn)為，DTT可以重建大腦的主要白質(zhì)纖維束，盡管在病理狀態(tài)下白質(zhì)纖維束的重建會受到一定程度的影響，但這一技術(shù)可以顯著影響腦膠質(zhì)瘤的手術(shù)切除方案。

另外，DTI與功能磁共振成像(functionalmagnetic resonance imaging，fMRI)［15］、術(shù)中直接電刺激(direct electrical stimulation，DES)［16］、磁共振波譜分析(MR spectroscopic imaging，MRSI)［17］及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等相結(jié)合，可以在術(shù)前為術(shù)者提供真實(shí)的模擬操作，在術(shù)中準(zhǔn)確定位腫瘤的可切除范圍，在最大化切除腫瘤的同時(shí)，盡可能小的損傷白質(zhì)纖維束。并且隨著術(shù)中磁共振成像(intraoperativemagnetic resonance imaging，iMRI)的發(fā)展，膠質(zhì)瘤的全切率已明顯提高［18］。

2.2 判斷膠質(zhì)瘤的惡性程度 術(shù)前如能確定膠質(zhì)瘤的病理等級，則可幫助術(shù)者選擇合適的手術(shù)方式盡可能全部切除腫瘤。最近，Chen等［19］回顧性研究了31例術(shù)后病理確診為膠質(zhì)瘤的病人的相關(guān)DTI參數(shù):FA值和纖維密度指數(shù)(the fiber density index，F(xiàn)Di)。研究結(jié)果認(rèn)為當(dāng)FA閾值設(shè)置為0.25時(shí)，高級別膠質(zhì)瘤病人與低級別膠質(zhì)瘤病人的雙側(cè)FA比值和雙側(cè)FDi比值存在著顯著差別，可以據(jù)此在術(shù)前區(qū)分高低級別膠質(zhì)瘤。另外，若將FA值和增強(qiáng)MRI聯(lián)合應(yīng)用，則可以在最終病理學(xué)診斷之前，提高評估腫瘤病理等級的準(zhǔn)確性。

2.3 評估感覺、運(yùn)動(dòng)功能及預(yù)后 不同級別的膠質(zhì)瘤對鄰近腦白質(zhì)纖維束浸潤破壞程度不同，而腦白質(zhì)纖維束的完整性是影響預(yù)后的關(guān)鍵因素之一，因此若能通過一種影像學(xué)方法預(yù)測患者的臨床預(yù)后，那么可以使患者及家屬在心理上有所準(zhǔn)備，并且可提前制定合適的康復(fù)治療計(jì)劃。Kim等［20］研究表明錐體束的平均FA值在有肌力減弱的病人病灶側(cè)顯著減低，認(rèn)為肌力減弱和損傷側(cè)錐體束平均FA值的降低是一致的。Ng等［21］認(rèn)為相對纖維數(shù)(relative fiber number，rFN)、每體素的相對纖維數(shù)(relative fiber per voxel，rFpV)和暫時(shí)性偏癱具有相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上，Qiu 等［22］提出有效錐體束(the number of effective fibers of pyramidal tract，EPT)的概念，其必須包含兩個(gè)條件:首先必須滿足事先設(shè)定的纖維束追蹤的條件;其次在DTT圖上從中央小葉走行到大腦腳都是完整的。Qiu等［22］認(rèn)為EPT的增加幅度和6個(gè)月的遠(yuǎn)期生活質(zhì)量評估(Karnofsky Performance Scale，KPS)是呈正相關(guān)的，根據(jù)EPT的增加幅度能夠預(yù)測運(yùn)動(dòng)功能的遠(yuǎn)期預(yù)后。而Stadlbauer等［23］認(rèn)為術(shù)前感覺運(yùn)動(dòng)障礙與皮質(zhì)脊髓束增高的O-(2-［^18F］氟乙基)-L-酪氨酸(18F-FET)攝取率和降低的FA比值有關(guān)。綜上所述，手術(shù)前后DTI所顯示的主要白質(zhì)纖維束在外觀方面的改善及DTI相關(guān)參數(shù)的變化與臨床上評價(jià)的神經(jīng)功能的保留、恢復(fù)具有一致性，因此可以應(yīng)用DTI預(yù)測膠質(zhì)瘤病人的預(yù)后。

3 目前DTI在膠質(zhì)瘤應(yīng)用中存在的問題

DTI雖然有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但在研究膠質(zhì)瘤的臨床應(yīng)用中仍有亟待解決的問題。首先，目前掃描最常用的是單次激發(fā)平面回波成像序列(single-shot Echo planar imaging，SSEPI)，圖像易受運(yùn)動(dòng)、渦流及磁敏感效應(yīng)的影響，使圖像產(chǎn)生磁敏感性偽影、變形。其次，在纖維交叉或分叉部位DTI的單張量模型難以準(zhǔn)確顯示，可采用多張量模型［24］或用Q球擴(kuò)散影像(q ball imaging，QBI)，高夾角分辨率擴(kuò)散磁共振(high angular diffusion imaging，HARDI)和磁共振擴(kuò)散頻譜成像 (diffusion spectrum imaging，DSI)等新的彌散影像方法進(jìn)行準(zhǔn)確的顯示［25］，但這些新的彌散影像方法還并未發(fā)展成熟。另外，F(xiàn)A值易受組織生化特性如粘滯度、溫度的影響，在膠質(zhì)瘤的病理生理狀態(tài)下是否能準(zhǔn)確測量還需進(jìn)一步研究證實(shí)。還有，對于膠質(zhì)瘤手術(shù)中腦移位現(xiàn)象，雖可采用術(shù)中DTI導(dǎo)航，但其缺點(diǎn)是圖像掃描時(shí)間較長，后處理較慢，影響其廣泛應(yīng)用。相信隨著相關(guān)軟硬件的開發(fā)，以上這些問題將逐步得到解決。

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* 復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院神經(jīng)外科(上海 200240)

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△ 復(fù)旦大學(xué)附屬上海市華山醫(yī)院神經(jīng)外科

R651 (

2010－12－16)

A (責(zé)任編輯:甘章平)

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