DTI在神經外科疾病診療中的應用進展

高旭光，王志強

摘 要：中樞神經系統影像檢查在疾病診斷中的價值已被公認。電子計算機斷層掃描（Computed Tomography，CT）和核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，MRI）已經可以顯示并且定位大多數的中樞神經系統病變。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是一種無創性核磁共振成像技術，能敏感地顯示腦白質的微觀結構異常結構，檢測腦白質內神經纖維的連續性，在一些出血量較少，CT與MRI診斷為陰性的疾病中通過神經纖維束結構的改變而做出陽性診斷，也可通過相應軟件將DTI變為三維成像來更好地幫助神經外科醫生制訂術前計劃及指導手術，這對于神經外科系統診斷與治療的提升都有重大意義。本文主要探討DTI在神經外科的常見疾病如：腦出血、腦腫瘤、腦梗塞及顱腦損傷中的影像學改變、臨床應用價值及進展趨勢。

關鍵詞：彌散張量成像;神經外科疾病;顱腦損傷

中圖分類號：R608? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2022）05-0024-03

隨著人口老齡化和工業現代化的不斷發展，神經系統疾病的發病率逐漸升高，其致殘率與致死率極高，給個人、家庭、社會帶來了巨大負擔。彌散張量成像（DTI）是目前唯一可以在活體呈現白質纖維束走行的MRI檢查技術[1]。便于觀察白質纖維束和皮質脊髓束（corticespinal tract，CST）受損的情況，對疾病的診斷、病情的評估及預后等具有重要意義。

磁共振彌散張量成像技術（DTI）是1994年Basser等首次提出的描述生物組織中水分子彌散方向特征的MRI成像技術。它可以準確描述水分子彌散方向和幅度，從而有效反映白質纖維束早期的微小變化[2]。也可以更加方便觀察白質纖維束和皮質脊髓束受損的情況。

1 DTI的原理

在人體組織中，組織細胞結構影響著水分子的運動，對不同方向的彌散程度也產生了不同的影響，具有方向依賴性，即具有各向異性（anisotropy）。DTI是利用組織中水分子彌散的各向異性來探測組織微觀結構的成像方法。

1.1 DTI的量化參數

1.1.1 各向異性分數（fractionalanisotropy，FA）：水分子在自由情況下是沒有順序的，并且運動也具有隨機性，對任何方向的彌散幾率是一致的，顧名思義各向同性;但在組織中，細胞膜等結構制約著水分子的運動，各個方向彌散程度也就發生隨之而發生了改變，多沿著特定的方向進行彌散，叫做各向異性;用FA來表示，取值在0～1之間，數值為1時，說明水分子為最大各向異性的彌散，彌散運動規律、完整性好。

1.1.2 表觀彌散系數（apparentdiffusioncoefficient，ADC）：表示水分子單位時間內向各個方向擴散程度的大小，范圍越廣說明水分子擴散能力越強。

1.1.3 平均彌散率（meandiffusivity，MD）：表示水分子的各個方向平均彌散率，表示局部腦組織的完整性。

1.1.4 白質纖維束示蹤成像（fiber tractography）：可以無創地研究活體大腦白質纖維束形態和結構[3]。

2 DTI在神經外科疾病中的應用

2.1 DTI在高血壓腦出血診療中的應用

高血壓性腦出血（hypertensiveintracerebralhemorrhage，HICH）以基底節區和丘腦最為常見。近年來HICH的發病率越來越高，致殘率也顯著增長，調查顯示HICH患者近幾年內的病死率可高達百分之五以上。約有百分之五十到百分之七十五不同程度的神經系統功能障礙。這種情況也嚴重的影響患者的生活質量。HICH患者術后復查CT時顯示良好，但神經功能恢復不佳，其原因是HICH患者出血部位腦白質傳導束和內囊白質纖維束的皮質脊髓束損傷所致，CST是控制軀干四肢運動最重要的傳導束。

DTI白質纖維束示蹤成像技術可以無創地研究活體大腦白質纖維束皮質脊髓束的形態和結構改變進行分析研究。有研究發現：HICH患者健側白質纖維明顯多于患側，患側感興趣區的FA值與ADC值都較健側有所降低，證實了HICH造成了纖維束結構的改變，表明纖維束數量的多少與密集程度能更好地反映HICH患者內囊受損的情況，更早地使用DTI技術可以進行病情判斷和功能恢復程度預測。

2.2 DTI在腦腫瘤診療中的應用

膠質瘤是最常見的原發惡性顱內腫瘤，呈彌漫浸潤性生長，邊界不清，具有侵襲能力強、易復發的特點[4]。腫瘤的異形生長常累及腦白質神經纖維束。目前外科手術治療仍然是膠質瘤最主要的治療方式。MRI是最常用的檢查手段，但傳統影像學檢查手段只能分辨出腫瘤的邊界、位置及大小等，卻無法辨別錐體束等白質纖維的結構。DTI可通過彩色張量圖、纖維示蹤圖顯示白質纖維的走行方向，在顱內病變時即可顯示白質纖維與病變的相對位置和解剖關系。

有研究結果顯示，低級別腦膠質瘤FA值、ADC值比值明顯高于高級別腦膠質瘤，FA在腫瘤分級中的靈敏度為90%，特異度為60%，表明DTI在腦膠質瘤分級中的特異度和靈敏度較好。隨著腫瘤惡性程度逐漸升高，腫瘤細胞密度相對增加，細胞間的間隙縮小，細胞的核質比增加，異型性增高，制約了水分子的擴散度，因此腫瘤的級別、惡性程度越高，FA和ADC的數值也就越低，可在一定程度上可用于指導腫瘤分級。其次，神經外科醫生可以通過DTI更好了解腫瘤立體解剖關系，使其術中能夠更加掌握腫瘤與白質纖維的情況，受腫瘤占位效應的影響，皮質下白質束會產生位移。進行手術時能夠盡可能保護正常的腦白質纖維束，減少手術創傷，提高患者的預后及功能恢復的程度。

DTI技術對膠質瘤患者的術前分析、術中指導、術后的功能恢復及腫瘤的惡性程度判斷都有非常重要的價值，對降低手術風險和患者臨床預后的評估都有顯著的優勢。

2.3 DTI在腦梗塞診療中的應用

在臨床上主要應用FA對急性腦梗死來進行評價。正常人的大腦左右側的FA、ADC值沒有明顯的差異，但是發生腦梗塞時梗死區域的FA顯著降低，早期平均ADC值降低，后期增高，CST穿過梗塞灶的患者運動功能恢復較差，CST未穿過梗塞灶的患者運動功能恢復較好。腦梗塞灶FA值變化及其對CST的影響，不同時期腦梗塞患者進行DTI檢查：埂塞發生于不同位置的CST變量程度不同，腦梗塞區及健側對應區的FA值是不同的，兩者得出的結果差異明顯。DTI結果顯示，病灶位于腦干者，CST的改變主要為變化不明顯或僅表現為纖維束變得稀疏，很少見纖維束得截然中斷，而病灶位于基底節區、放射冠的梗塞灶患者中，病灶CST截然中斷。

2.4 DTI在顱腦損傷診療中的應用

顱腦損傷是神經外科常見的疾病，其中30%留有不同程度的后遺癥。在臨床上對于顱腦損傷的患者都給予常規的頭部CT、MRI檢查，來觀察顱腦的結構形態是否出現了改變，明確腦組織損害的程度。重度顱腦損傷的患者通常行頭顱CT檢查后，基本可以診斷明確，而且MRI檢查時間長，對于需要急診搶救的重度顱腦損傷的危重患者不適宜進行這項檢查。但是輕型顱腦損傷患者CT和MRI掃描的陽性率較低，導致患者沒有接受及時的治療或更加準確的治療從而造成病情進一步的加重，甚至有生命危險。近幾年來DTI慢慢地成為了臨床檢測輕型顱腦損傷的主要手段之一。

在顱腦損傷中約70%～90%的患者為輕型顱腦損傷，DTI可以對輕型顱腦損傷患者顱腦內的結構是否完整來進行評估，FA數值減少時，提示顱腦內結構受損。ADC數值能提示水分子的擴散自由度是否發生了改變，可利于對腦水腫的程度進行評估。所以在DTI檢測時，FA值比ADC值對輕型顱腦損傷的腦組織損傷情況能做出更好的反應。

在輕型顱腦損傷患者DTI檢測時，FA值與ADC值都起到了非常重要的作用，它們在不同區域會出現數值上升或下降等不同的變化，這對診斷、治療輕度顱腦損傷患者有著重要作用。

3 小結

綜上所述，較傳統的CT、MRI等影像檢查在發現疾病早期改變、決定手術方案、優化手術方案、保護皮質下重要功能的白質纖維、預測患者的功能預后等多個方面都有著顯著的優勢，DTI的檢查結果與操作者有著很大的關系，例如算法的采用方法、興趣區的位置和對神經的解剖熟悉的程度都可能會影響結果的準確性。而且目前DTI無創成像技術也存在值得去研究的問題，例如：如果當顱內血腫的患者白質纖維束受到壓迫時顯示連續性中斷，我們該如何準確地確定白質纖維束為受壓還是破壞。還有DTI檢查精密程度的高低，如果當一些較小的纖維束受到破壞，其是否也可以準確地顯示出來，確立更有效的手術操作方向和腦保護等一系列問題。由于是目前獨有的可在活體呈現出白質纖維束走行的MRI檢查技術，DTI在探索神經系統的疾病中占據著舉足輕重的地位，DTI技術在神經外科系統中不斷的增加臨床應用、數據與圖像的處理優化、軟件的不斷進展與更新、自身的不斷發展與完善下能夠有更廣闊的前景，可以在神經外科的疾病中得到更加廣泛的應用，為神經外科的患者帶來更多的福利。

參考文獻：

〔1〕BasserPJ， MattieuoJ， LeBihanD. MRdiffhsiontensor8pectmscopyandima百ng[J]. BiophysJ，1994，66（01）：259-267.

〔2〕趙軼，席剛明.DTI對高血壓性基底節區出血病人皮質脊髓束損傷程度評估的價值[J].中國臨床神經外科雜志，2019，24（05）：286-288.

〔3〕AkbudakE， SnyderAZ， ShimonyJS， eta1. Tracki “gneuronal6berpathwaysinthe1ivinghumanbrain. PI、 DcNatlAcadSciUSAJT， 1999，96（18）：10422.

〔4〕李寶慶，王石磊，李寶東.Twist1對膠質瘤樣干細胞的增殖和侵襲影響[J].解剖科學進展，2018， 24（02）：149-152.