M R彌散張量成像在顱內腫瘤病變中的應用

王 紅 馬景旭 賈文霄 王云玲 鄧佳敏

彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一種用于描述水分子擴散方向特征的MRI技術,較常規MRI可以更清晰地顯示腦白質纖維的走行,并能通過對相關值的分析了解腫瘤特性[1-2]。DTI是目前唯一可在活體顯示腦白質纖維束的無創性成像方法,其作為一種非侵入性的研究大腦內部結構的重要工具,將在神經生理學、神經解剖學、神經外科學等方面發揮重要作用。本研究采用DTI技術行三維腦白質束示蹤,無創地活體顯示腦腫瘤對其周圍腦組織的改變,以期進一步指導臨床手術治療。

方 法

1.研究對象

2007年11月至2010年5月在我院行MR檢查的腦腫瘤術前患者39例,其中男16例、女10例,年齡16～75歲。主要以顱內高壓、肢體運動障礙和感覺障礙就診,所有患者的腫瘤經手術病理證實,其中膠質瘤12例包括星形細胞瘤11例 (WHO分級Ⅰ～Ⅱ級3例,Ⅲ～Ⅳ級 8例),少突膠質瘤(Ⅱ級 1例);腦膜瘤10例(術后病理分型均為良性);淋巴瘤8例,其中原發5例,繼發3例;神經鞘瘤9例,包括聽神經瘤6例、三叉神經瘤2例和舌下神經瘤1例。

2.掃描設備及方法

掃描設備為Philips1.5T雙梯度磁共振掃描機,SENSE8通道頭線圈。掃描方法包括常規平掃、常規增強掃描及DTI掃描。常規掃描采用常規自旋回波序列行T1WI、T2WI和T1WI增強掃描,增強劑為釓噴葡胺(馬根維顯), 增強劑用量為0.1mmol/kg。DTI橫斷面掃描層面與常規MRI一致,使用彌散加權單次激發SE-EPI序列,在15各方向上施加擴散梯度,b=0s/mm2,b=1000s/mm2,掃描參數:TE55.0ms,TR2644ms,FOV23cm×23cm,矩陣256×256,層厚6.0mm,間隔1.0mm,1次采集,激勵次數(NEX)1,掃描時間50.2s。

3.數據處理

獲得的原始數據傳入后處理工作站,利用后處理“彌散”軟件包建立相應的ADC圖和FA圖,以橫軸位圖T1WI、T2WI、增強T1WI圖像作為參考,分別于腫瘤實性部分放置感興趣區(region of interest,ROI),并于健側對應部位選取近似ROI。ROI的選取:ROI大小約7mm,確定腫瘤實性部分,平掃T1WI上呈等或稍低信號,T2WI上呈等或稍高信號,增強后輕度強化至明顯強化。記錄部分各向異性 (fractional anisotropy,FA)和平均彌散系數(average diffusion coefficient,ADC)數值。在FA圖像上觀察不同級別腦星形細胞腫瘤周圍區域腦白質纖維束的情況。對腫瘤區域內FA圖腦白質纖維束破壞中斷及邊緣模糊區者,在圖片上做標記,為手術或活檢時定位,以取得該處的組織病理結果。對所有患者腫瘤部位和健側對應部位應DT T重建主要白質纖維束走形,將腫瘤與白質纖維束融合,研究白質纖維束與腫瘤的關系,并與健側對應部位進行比較,顯示腫瘤周圍白質纖維束受壓移位、浸潤及破壞情況。

統計學分析測量四組不同腫瘤實性部分的ADC值及FA值,數據輸入SPSS17.0進行正態性和方差齊性檢驗。經Kolmogorov-Smirnov檢驗進行正態性檢驗,各組腫瘤組內ADC值及FA值均滿足正態性(P＞0.200),對所測量數據均以平均數±標準差來表示;經Levene檢驗進行方差齊性檢驗,各組之間ADC值不滿足方差齊性(F=6.925,P=0.001),各組之間FA值亦不滿足方差齊性(F=4.744,P=0.007)。在方差不齊條件下,采用Welch近似F檢驗,在陳述分析結果的相應位置給出了檢驗統計量具體的F值和P值。當P＜0.05時,認為各組之間的差別有統計學意義。再采用Dunnett T3檢驗進行各組之間兩兩比較,統計結果均以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.常規MRI表現

1.1 膠質瘤:平掃腫瘤實性部分在T1WI上呈等信號或稍低信號,T2WI上呈高信號,邊緣不清,其中1例少突膠質細胞瘤見T1WI、T2WI均為低信號的鈣化成分。腫瘤囊性部分呈水樣信號。腫瘤周圍水腫在T1WI上呈片狀低信號,在T2WI上呈片狀高信號,邊界不清,MRI增強掃描:腫瘤實性部分有強化,其中8例高級別星形細胞瘤(WHO分級Ⅲ-Ⅳ)表現為花環狀強化和不規則斑片狀強化,3例低級別星形細胞瘤(WHO分級Ⅰ-Ⅱ)表現為輕中度片狀強化。腫瘤囊性部分及腫瘤水腫不強化。

圖1 膠質母細胞瘤。A.T1WI增強。B.ADC圖。C.FA圖。D.纖維示蹤圖。

1.2 腦膜瘤:平掃腫瘤實性部分在T1WI上呈等信號或略高略低信號,T2WI上呈等、稍高信號,信號均勻,邊界清楚,呈類圓形,部分比例可見少許水腫。MRI增強表現:腫瘤實性部分明顯均勻強化,可見“腦膜尾征”。

1.3 神經鞘瘤:均位于橋小腦角區,平掃腫瘤實質在T1WI上呈稍低信號,T2WI上呈不均勻高信號,邊緣清楚,多呈啞鈴狀,周圍有不同程度的水腫,MRI增強掃描腫瘤實質部分明顯強化,周圍水腫未見強化。

1.4 淋巴瘤:平掃腫瘤實性部分在T1WI上呈等信號,稍低信號,在T2WI上呈稍高信號,邊界不清,信號尚均勻,無明顯囊變,周圍有輕度水腫,增強掃描腫瘤呈明顯均勻強化,周圍水腫未見強化。

2.DWI影像表現

8例淋巴瘤DWI上其中7例呈高信號,膠質瘤實性部分大多數呈等、稍低信號,少數呈略高信號(3例等信號,8例呈稍低信號,2例呈稍高信號),腫瘤囊性部分呈低信號,腫瘤周圍水腫呈稍低信號;腦膜瘤呈等信號;神經鞘瘤實性部分呈等信號,囊性部分呈低信號。

3.DTI影像表現(表1)

12例膠質瘤ADC圖:腫瘤實性部分呈稍高信號(8例)、高信號(4例),瘤周水腫呈稍高信號。FA值圖表現:與正常腦實質相比,腫瘤實性部分呈等信號,瘤周水腫呈低信號,與腦實質邊界不清(圖1)。10例腦膜瘤ADC圖:腫瘤實質呈等信號,FA圖也呈等信號(圖2)8例淋巴瘤實質ADC圖均呈明顯低信號,FA圖呈低信號。9例神經鞘瘤ADC圖,腫瘤實質呈稍高、高信號(5例呈高信號,4例呈稍高信號),FA圖呈等低信號(圖 3)。

表1 不同顱內腫瘤的ADC圖、FA圖信號差異

表2 不同顱內腫瘤的ADC值、FA值差異

4.不同腫瘤實質部分ADC值及FA值比較

4.1 實質部分ADC值機FA值的測量結果(表2):從表2中看出,四組顱內腫瘤中,神經鞘瘤ADC值最高,腦膜瘤FA值最高,淋巴瘤ADC值及FA值較低。各組間比較,按α=0.05水準,組間差別均有統計學(F=92.308,P=0.000,F=30.955,P=0.000)。

4.2 不同腫瘤實質部分ADC值的兩兩比較結果(表3):經檢驗,結果顯示神經鞘瘤的ADC值與膠質瘤、淋巴瘤、腦膜瘤之間均有統計學差異(P＜0.05),膠質瘤與腦膜瘤ADC間無統計學差異。淋巴瘤ADC值最低,與神經鞘瘤均有統計學差異(P＜0.05),但與腦膜瘤無統計學意義(P＞0.05)。

表3 不同顱內腫瘤ADC值的兩兩比較P值

4.3 不同腫瘤實性部分FA值的兩兩比較結果(表4):經檢驗,結果顯示FA值在腦膜瘤與膠質瘤和淋巴瘤、神經鞘瘤與膠質瘤和淋巴瘤、腦膜瘤與神經鞘瘤之間差異均有統計學意義(P＜0.05),膠質瘤與淋巴瘤之間的FA值差異均無統計學意義(P＞0.05)。

表4 不同顱內腫瘤ADC值的兩兩比較結果

5.DTI重建腫瘤周圍主要白質纖維束

DTI顯示單純纖維束變形移位21例,包括10例腦膜瘤、9例神經鞘瘤,2例低級星形細胞瘤,表現為纖維束密集聚攏,位置改變,FA值無明顯改變。

討 論

DTI是一種更高級的彌散加權成像形式,是DWI基礎上的新的M R成像技術。它利用多種參數和數據處理,從量和方向上反映成像體素內擴散的變化,可以定向定量地評價腦白質的各向異性[3]。表觀彌散系數(apparent diffusion coefficient,ADC)反映體內水分子向各個方向彌散的平均值,水分子彌散運動越明顯,ADC值增高。另外,FA值主要反映了神經纖維解剖結構的完整性,ADC值主要反映細胞外間隙的大小。當顱內發生腫瘤時,瘤細胞浸潤、水腫等,可使局部腦組織以及白質纖維束的水分子彌散能力及各向異性發生改變,因此用FA值、ADC值來判定星形細胞瘤及周圍區域組織學特性有一定的理論依據[4-5]。

本組病例為較常見的顱內腫瘤,其中膠質瘤為最常見,可發生任何年齡,WHO分四級:Ⅰ、Ⅱ級偏良性,Ⅲ、Ⅳ級偏惡性;腦膜瘤為常見的腦外良性腫瘤,神經鞘瘤為良性腫瘤,最常見為聽神經瘤,其次為三叉神經瘤,多見于成年人,生長緩慢,極少惡變,淋巴瘤分為原發性和繼發性,本組病例結果腦膜瘤FA值最高,是由其內部結構決定的,其內腫瘤細胞排列呈漩渦狀或束狀,胞質突起有不規則的相互嵌合,細胞質內有豐富的細纖維絲,對擴散起到了選擇性的阻礙作用,所以腦膜瘤有高的各向異性。神經鞘瘤胞質突起細長,腫瘤細胞排列呈柵欄狀或旋渦狀,電鏡下細胞周圍由基底膜包圍,間質內見長短不一的間隔膠原纖維,這些纖維結構使擴散顯示出較高的各向異性。膠質瘤FA值最低,在膠質瘤中星形細胞瘤缺乏細胞突起、細胞間隙較寬,各向異性則較低。

ADC值在腦膜瘤、星形細胞瘤、淋巴瘤和神經鞘瘤中存在差異,可能與病理結構有關。神經鞘瘤ADC值最高,可能與其細胞間隙較大、水分和黏液含量較多、容易發生灶性壞死和囊變有關。而腦膜瘤較少發生壞死和囊變,結構致密、腫瘤細胞排列規則、水分子彌散受限明顯有關。可為鑒別提供幫助,特別是腫瘤發生在橋小腦角區,兩者信號相似且神經鞘瘤無囊變,腦膜瘤無鈣化時,常規MRI鑒別困難。ADC值的測量對判斷橋小腦角區腫瘤的性質具有較大意義。本組8例淋巴瘤的ADC值很低,明顯低于膠質瘤,可能與淋巴瘤細胞體積特別小,細胞排列密集,造成水分子彌散受限有關,膠質瘤由于生長速度快,中心部分形成囊變壞死,壞死組織細胞密度與蛋白質等大分子物質密度較低,所以表現為高的ADC值與低的FA值,在膠質瘤和淋巴瘤診斷中ADC值定量分析及ADC圖不同信號表現有助于鑒別診斷。

本組病例把水腫和浸潤歸為一類單純白質纖維變形移位21例,包括10例腦膜瘤、9例神經鞘瘤、2例低級星形細胞瘤,均為良性腫瘤。白質纖維束浸潤伴FA值減低8例,FA圖仍可辨認其形態,包括1例低級星形細胞瘤(Ⅱ)、2例低級星形細胞瘤(Ⅲ),4例淋巴瘤及1例少突膠質瘤,出現此類改變者多是具有高級別的惡性腫瘤。白質纖維束破壞10例,FA圖上無法辨認纖維束形態,包括6例高級星形細胞瘤(Ⅲ級4例,Ⅳ2例)和4例淋巴瘤,均為高度惡性腫瘤,如膠質母細胞瘤。

通過對DTI在顱內腫瘤的研究,結果與文獻報道基本一致,我們認為多數良性腫瘤對瘤周白質纖維束基本無破壞性,而對于惡性腫瘤,其惡性程度越高,對白質纖維束破壞越大。對于良性腫瘤,手術區只需定位在腫瘤實質區,以減少手術并發癥;對于惡性腫瘤患者除腫瘤實質外,要結合DTI圖像,若瘤周FA值正常,提示瘤周無明顯腫瘤浸潤,則可保留周圍白質纖維,若FA值減低,提示腫瘤直接浸潤破壞瘤周纖維束,則需要擴大手術范圍,盡量切干凈,避免術后復發。

我們認為良性腫瘤對瘤周白質纖維束基本無破壞,而對于惡性腫瘤,其惡性程度越高,對瘤周白質纖維束破壞越大。瘤周纖維束的FA圖和FA值改變,也隨腫瘤惡性級別增加而變化更明顯。

神經腫瘤外科的主要原則是既要最大限度地切除腫瘤組織,又要盡可能地減少手術對正常神經功能的損傷,包括功能區的腦皮質和腦白質。而腦內腫瘤常侵犯腦皮質和(或)腦白質,對腫瘤的切除需要有準確的定位,需要明確地區分腫瘤與瘤周組織的關系以及其對鄰近重要腦白質纖維的影響,這一點在優勢半球中顯得更加重要,因為那里除有感覺、運動等功能區外,還有語言、認知等功能區位于其中。雖然常規結構MRI能夠較為準確地給腫瘤定位,但其無法對腫瘤周邊的情況提供充分而準確的信息,近年來發展的MR-DTI纖維示蹤圖是目前唯一能在活體、無創和個體化地提供人腦白質纖維結構位置和走行特點的影像學技術。可了解病變造成的白質纖維束受壓移位、浸潤與破壞,為病變的診斷與鑒別診斷提供更多信息,可以直觀地顯示腫瘤與其周圍的大腦白質纖維之間的關系,從而可以更好地指導手術,以求能夠最大限度地切除腫瘤組織和保護正常腦組織。為手術方案的制定、術后隨訪提供依據。

總之,DTI對于腦神經學科是一個新的突破,使研究者得以了解活體的神經纖維走行,這不僅有助于深入了解人腦纖維的結構,而且在臨床上有很大的價值,成為近期腦功能成像技術研究的最新熱點之一。

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