fMRI和DTI在功能區膠質瘤手術中的應用價值

倪衛娟，王 超，倪殿軍，李歸宿

1.深圳市龍華區人民醫院神經內科，廣東 深圳 518109；

2.杭州市腫瘤醫院神經外科，浙江 杭州310000；

3.深圳市龍華區人民醫院神經外科，廣東 深圳 518109

膠質瘤是臨床常見的原發性顱腦腫瘤，其主要由于大腦和脊髓膠質細胞出現癌變引發，具有生存率低、復發率高的特點［1］。手術是目前臨床對膠質瘤的主要治療方式，但由于腫瘤組織與正常腦組織無明顯分界，因此做好對膠質瘤患者的術前評估和準確分級，才能提高臨床治療效果，降低死亡率。功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）可以為手術者提供精確的解剖學信息，并清晰地顯示出患者的功能和代謝信息，近年來被廣泛應用于臨床中。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）作為一種有效的檢查方式，可以有效檢測活體組織的水分子擴散情況，同時在膠質瘤的分級中也體現出了較好的應用價值［2］。本研究回顧并分析50例功能區膠質瘤患者的臨床資料，總結了fMRI聯合DTI在患者術前分級指導中的作用，期望能為功能區膠質瘤的臨床治療及預后提供理論依據。

1 資料和方法

1.1 一般資料

收集2018年1月—2019年1月于深圳市龍華區人民醫院接受手術治療的50例功能區膠質瘤患者的臨床資料進行回顧性分析。其中男性32例，女性18例；年齡30～65歲，平均年齡（53.36±5.28）歲。納入標準：① 經病理學檢查明確診斷為膠質瘤；② 病灶累及錐體束或鄰近運動皮質功能區；③ 術前接受DTI和fMRI檢查；④ 由同一主刀醫師及其治療小組負責；⑤ 隨訪時間＞1年；⑥ 術前及術后均使用卡氏功能狀態量表（Karnofsky performance status，KPS）評分進行了生存質量評估。排除標準：① 患者資料不完整；② 圖像質量過差無法進行有效診斷者；③脫水或放化療治療者。根據2016年世界衛生組織（World Health Organization，WHO）中樞神經系統腫瘤分級標準［3］對患者進行分級，包括Ⅰ級12例，Ⅱ級11例，Ⅲ級15例，Ⅳ級12例，其中Ⅰ級和Ⅱ級判定為低級別膠質瘤，Ⅲ級和Ⅳ級判定為高級別膠質瘤。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法

采用荷蘭Philips公司的Achieva 3.0 T MRI儀行超導MRI檢查。① fMRI檢查：采用實時全腦功能成像，要求患者在操作提示下進行自主雙手對指運動，運動強度和頻率適中，叮囑患者在檢查過程中集中注意力，保持均勻呼吸，身體各部位盡可能放松并保持不動。運動刺激方式采用組塊設計（Blocked-design）方案，分為運動和靜置兩種狀態，相互交替重復6次后，獲取相關的功能數據。掃描參數：重復時間（repetition time，TR）為3 000 ms，回波時間（echo time，TE）為50 ms，矩陣為64×64，層厚為5.0 mm，層數為30層，翻轉角為90°，掃描視野（field of view，FOV）為230 mm×230 mm。② DTI檢查：使用單次激發回波平面成像序列行軸位采集。掃描參數：TR為10 000 ms，TE為97 ms，矩陣為64×64，層厚為4.0 mm，層數為35層，FOV為240 mm×240 mm。

1.2.2 圖像處理

所有圖像均上傳至Philips系統工作站，由2名有5年以上工作經驗的診斷醫師對數據進行處理后，觀察患者圖像并進行測量分析，達成一致意見。① fMRI圖像后處理：將數據轉變為NIFTI格式后，使用MRIcroN軟件對圖像的質量進行檢查，排除其中運動偽影較大或出現變形較重以及數據缺失的圖像。時間和功能圖像手動校正后，進行空間標準化處理。② DTI圖像后處理：使用FSL 4.1軟件對患者的所有數據進行處理。將原始數據轉換為NIFTI格式，取出其中的非腦組織結構后，使用DIFIT工具繪制部分各向異性（fractional anisotropy，FA）圖和表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）圖，在纖維束骨架圖內選取患者的腫瘤累及纖維束和相關部位作為感興趣區（region of interest，ROI），2名診斷醫師每人共計測量3次，取兩人測量結果的平均值作為最終值。

1.3 統計學處理

使用SPSS 20.0統計軟件對數據進行處理，計數資料采用χ2檢驗，計量資料采用t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 DTI檢查結果

所有患者的FA和ADC圖均能清晰顯示，術前DTI圖像見圖1。通過對不同級別膠質瘤相關參數進行對比，發現高級別膠質瘤的ADC值低于低級別膠質瘤（P＜0.05），且FA值高于低級別膠質瘤（P＜0.05，表1）。

表1 不同級別膠質瘤相關參數對比±s

組別 n ADC值 FA值低級別膠質瘤 23 1.45±0.22 0.11±0.06高級別膠質瘤 27 1.02±0.15 0.28±0.09 t值 9.128 8.535 P值 0.035 0.037

圖1 患者術前DTI圖像

從患者腫瘤病灶周圍的白質纖維束表現結果來看，主要包括受推擠出現的移位、浸潤和破壞3種形態。通過對不同級別膠質瘤纖維束形態對比，發現高級別膠質瘤的纖維束破壞形態發生率明顯高于低級別膠質瘤（P＜0.05），纖維束移位率明顯低于低級別膠質瘤（P＜0.05），不同級別膠質瘤纖維束的浸潤形態相比差異無統計學意義（P＞0.05，表2）。

表2 不同級別膠質瘤白質纖維束形態對比 n（%）

2.2 fMRI結果

所有患者的fMRI檢查結果均清晰（圖2），其中時間信號的強度動態曲線和任務相關性較強，可以充分顯示出病變部位對于腦功能信號產生的影響，且可在病變的影響下觀察運動功能區域出現的減弱和移位等現象，患側信號區的強度和位置變化，與患者腫瘤病灶的大小和形態等密切相關，不同級別膠質瘤fMRI檢出率見表3。

圖2 患者術前fMRI圖像

表3 不同級別膠質瘤fMRI檢出率 n（%）

2.3 fMRI聯合DTI引導手術治療結果

根據患者術前的fMRI和DTI檢查結果制訂手術方案，并在手術過程中結合功能區導航，術后1年對患者進行隨訪，觀察腫瘤切除及殘留情況。50例患者中，41例患者為完全切除，占比為82.00%，9例患者由于腫瘤部位距離腦干較近，或位于深部基底節區，選擇了部分切除，占比為18.00%。所有患者均有效隨訪至2020年2月，其中有5例患者死亡，死亡率為10.00%，6例患者復發，復發率為12.00%，通過不同級別膠質瘤患者的完全切除率、生存率和復發率對比，結果發現高級別膠質瘤患者的完全切除率和生存率均明顯低于低級別膠質瘤（P＜0.05），且復發率明顯高于低級別膠質瘤（P＜0.05，表4）。

表4 不同腫瘤切除情況患者的生存率和復發率對比 n（%）

2.4 生存質量分析

不同級別膠質瘤患者手術前的生存質量評分相比無明顯差異（P＞0.05），不同級別膠質瘤患者手術后1、3和6個月的生存質量評分均明顯高于手術前（P＜0.05），且低級別膠質瘤患者術后1、3和6個月的生存質量評分均明顯高于高級別膠質瘤（P＜0.05，表5）。

表5 不同級別膠質瘤患者手術前后的生存質量對比±s

表5 不同級別膠質瘤患者手術前后的生存質量對比±s

生存質量評分組別 n手術前 術后1個月 術后3個月 術后6個月低級別膠質瘤 23 58.33±5.23 78.84±6.31 80.22±6.83 85.53±6.55高級別膠質瘤 27 59.26±5.65 70.21±5.88 73.35±6.24 75.59±7.03 t值 1.261 10.812 15.224 19.485 P值 0.213 0.029 0.021 0.016

3 討 論

膠質瘤是目前臨床中常見的顱內原發性腫瘤類型，根據其惡性程度可分為低級別膠質瘤和高級別膠質瘤，受到膠質瘤惡性程度不同的影響，臨床治療方法及患者預后存在一定的差異［4-5］。因此，有必要準確判斷患者術前級別以改善患者的預后。傳統磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）雖然可以對腫瘤生長特點及強化程度進行分析，實現對腫瘤初步級別的診斷，但診斷的準確率卻相對較低，不利于臨床治療工作的有效開展［6］。近年來，大量臨床研究［7］表明，fMRI在膠質瘤的術前級別評估中體現出了較好的應用價值，為手術的順利實施提供了指導依據，可以有效提高病灶切除的準確率，對改善患者預后有重要作用。DTI和fMRI作為兩種有效臨床檢查技術，目前針對二者聯合在膠質瘤手術指導中的臨床研究卻相對較少。

DTI作為一種有效的臨床診斷技術，目前被廣泛應用于膠質瘤的術前分級中，具有較好的效果。有研究［8］通過使用DTI對膠質瘤患者進行術前分級，發現不同級別膠質瘤的ADC值和FA值存在明顯差異。本研究通過對比不同級別膠質瘤相關參數，發現高級別膠質瘤的ADC值低于低級別膠質瘤（P＜0.05），且FA值高于低級別膠質瘤（P＜0.05），說明DTI可以優先區分出膠質瘤的不同級別，其中ADC值≤1和FA值≥0.25可判定為高級膠質瘤，為臨床治療方案的制訂提供了依據。而通過對比不同級別膠質瘤纖維束形態，發現高級別膠質瘤的纖維束破壞形態發生率明顯高于低級別膠質瘤（P＜0.05），纖維束移位率明顯低于低級別膠質瘤（P＜0.05），不同級別膠質瘤纖維束的浸潤形態相比差異無統計學意義（P＞0.05），表明DTI技術可以清晰地顯示出神經纖維束與腫瘤病灶組織之間的解剖關系，從而明確神經纖維束的具體形態，為神經纖維束的功能保留及對病變部位的切除提供清晰的影像學圖像，有利于精細確定手術切除范圍，提高腫瘤組織完全切除率，這與毛一樸等［9］的研究結果基本一致。

還有研究［10］認為，fMRI可以準確實現對皮質功能區的定位，顯示出腦腫瘤的解剖位置關系，從而為手術方式的選擇及腫瘤病灶的切除提供依據。本研究中所有患者的fMRI檢查結果均清晰，其中時間信號的強度動態曲線和任務相關性較強，可以充分顯示出病變部位對于腦功能信號產生的影響，且可在病變的影響下觀察運動功能區域出現的減弱和移位等現象。此外，患側信號區的強度和位置變化與患者腫瘤病灶的大小和形態等密切相關。

從fMRI聯合DTI指導手術的實際情況來看，50例患者中有41例腫瘤為完全切除，占比為82.00%，9例患者由于腫瘤部位距離腦干較近，或位于深部基底神經節區，選擇了部分切除，占比為18.00%，說明兩種方式聯合下的病灶組織完全切除率相對較高，發揮出了較好的協同作用。而從患者的隨訪結果來看，有5例患者死亡，死亡率為10.00%，6例患者復發，復發率為12.00%，可見fMRI聯合DTI指導手術可以有效地降低患者術后的死亡率和復發率。通過對比不同級別膠質瘤患者的完全切除率、生存率和復發率，結果發現高級別膠質瘤患者的完全切除率和生存率均明顯低于低級別膠質瘤（P＜0.05），且復發率明顯高于低級別膠質瘤（P＜0.05），而從患者的生存質量結果來看，不同級別膠質瘤患者手術前的生存質量評分相比差異無統計學意義（P＞0.05），不同級別膠質瘤患者手術后1、3和6個月的生存質量評分均明顯高于手術前（P＜0.05），且低級別膠質瘤患者術后1、3和6個月的生存質量評分均明顯高于高級別膠質瘤（P＜0.05），說明fMRI聯合DTI指導手術可以改善患者的生存質量，但相較于低級別膠質瘤患者，高級別膠質瘤患者的整體預后較差，因此應當在臨床中予以高度關注。

綜上所述，fMRI聯合DTI有利于功能區腦膠質瘤患者的術前分級，提高腫瘤病灶的完全切除率，降低患者的死亡率和復發率，使患者術后生存質量得到有效的提升，對延長患者的生存時間有積極影響。