M R弥散张量成像在颅内肿瘤病变中的应用

王 红 马景旭 贾文霄 王云玲 邓佳敏

弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一种用于描述水分子扩散方向特征的MRI技术,较常规MRI可以更清晰地显示脑白质纤维的走行,并能通过对相关值的分析了解肿瘤特性[1-2]。DTI是目前唯一可在活体显示脑白质纤维束的无创性成像方法,其作为一种非侵入性的研究大脑内部结构的重要工具,将在神经生理学、神经解剖学、神经外科学等方面发挥重要作用。本研究采用DTI技术行三维脑白质束示踪,无创地活体显示脑肿瘤对其周围脑组织的改变,以期进一步指导临床手术治疗。

方 法

1.研究对象

2007年11月至2010年5月在我院行MR检查的脑肿瘤术前患者39例,其中男16例、女10例,年龄16～75岁。主要以颅内高压、肢体运动障碍和感觉障碍就诊,所有患者的肿瘤经手术病理证实,其中胶质瘤12例包括星形细胞瘤11例 (WHO分级Ⅰ～Ⅱ级3例,Ⅲ～Ⅳ级 8例),少突胶质瘤(Ⅱ级 1例);脑膜瘤10例(术后病理分型均为良性);淋巴瘤8例,其中原发5例,继发3例;神经鞘瘤9例,包括听神经瘤6例、三叉神经瘤2例和舌下神经瘤1例。

2.扫描设备及方法

扫描设备为Philips1.5T双梯度磁共振扫描机,SENSE8通道头线圈。扫描方法包括常规平扫、常规增强扫描及DTI扫描。常规扫描采用常规自旋回波序列行T1WI、T2WI和T1WI增强扫描,增强剂为钆喷葡胺(马根维显), 增强剂用量为0.1mmol/kg。DTI横断面扫描层面与常规MRI一致,使用弥散加权单次激发SE-EPI序列,在15各方向上施加扩散梯度,b=0s/mm2,b=1000s/mm2,扫描参数:TE55.0ms,TR2644ms,FOV23cm×23cm,矩阵256×256,层厚6.0mm,间隔1.0mm,1次采集,激励次数(NEX)1,扫描时间50.2s。

3.数据处理

获得的原始数据传入后处理工作站,利用后处理“弥散”软件包建立相应的ADC图和FA图,以横轴位图T1WI、T2WI、增强T1WI图像作为参考,分别于肿瘤实性部分放置感兴趣区(region of interest,ROI),并于健侧对应部位选取近似ROI。ROI的选取:ROI大小约7mm,确定肿瘤实性部分,平扫T1WI上呈等或稍低信号,T2WI上呈等或稍高信号,增强后轻度强化至明显强化。记录部分各向异性 (fractional anisotropy,FA)和平均弥散系数(average diffusion coefficient,ADC)数值。在FA图像上观察不同级别脑星形细胞肿瘤周围区域脑白质纤维束的情况。对肿瘤区域内FA图脑白质纤维束破坏中断及边缘模糊区者,在图片上做标记,为手术或活检时定位,以取得该处的组织病理结果。对所有患者肿瘤部位和健侧对应部位应DT T重建主要白质纤维束走形,将肿瘤与白质纤维束融合,研究白质纤维束与肿瘤的关系,并与健侧对应部位进行比较,显示肿瘤周围白质纤维束受压移位、浸润及破坏情况。

统计学分析测量四组不同肿瘤实性部分的ADC值及FA值,数据输入SPSS17.0进行正态性和方差齐性检验。经Kolmogorov-Smirnov检验进行正态性检验,各组肿瘤组内ADC值及FA值均满足正态性(P＞0.200),对所测量数据均以平均数±标准差来表示;经Levene检验进行方差齐性检验,各组之间ADC值不满足方差齐性(F=6.925,P=0.001),各组之间FA值亦不满足方差齐性(F=4.744,P=0.007)。在方差不齐条件下,采用Welch近似F检验,在陈述分析结果的相应位置给出了检验统计量具体的F值和P值。当P＜0.05时,认为各组之间的差别有统计学意义。再采用Dunnett T3检验进行各组之间两两比较,统计结果均以P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.常规MRI表现

1.1 胶质瘤:平扫肿瘤实性部分在T1WI上呈等信号或稍低信号,T2WI上呈高信号,边缘不清,其中1例少突胶质细胞瘤见T1WI、T2WI均为低信号的钙化成分。肿瘤囊性部分呈水样信号。肿瘤周围水肿在T1WI上呈片状低信号,在T2WI上呈片状高信号,边界不清,MRI增强扫描:肿瘤实性部分有强化,其中8例高级别星形细胞瘤(WHO分级Ⅲ-Ⅳ)表现为花环状强化和不规则斑片状强化,3例低级别星形细胞瘤(WHO分级Ⅰ-Ⅱ)表现为轻中度片状强化。肿瘤囊性部分及肿瘤水肿不强化。

图1 胶质母细胞瘤。A.T1WI增强。B.ADC图。C.FA图。D.纤维示踪图。

1.2 脑膜瘤:平扫肿瘤实性部分在T1WI上呈等信号或略高略低信号,T2WI上呈等、稍高信号,信号均匀,边界清楚,呈类圆形,部分比例可见少许水肿。MRI增强表现:肿瘤实性部分明显均匀强化,可见“脑膜尾征”。

1.3 神经鞘瘤:均位于桥小脑角区,平扫肿瘤实质在T1WI上呈稍低信号,T2WI上呈不均匀高信号,边缘清楚,多呈哑铃状,周围有不同程度的水肿,MRI增强扫描肿瘤实质部分明显强化,周围水肿未见强化。

1.4 淋巴瘤:平扫肿瘤实性部分在T1WI上呈等信号,稍低信号,在T2WI上呈稍高信号,边界不清,信号尚均匀,无明显囊变,周围有轻度水肿,增强扫描肿瘤呈明显均匀强化,周围水肿未见强化。

2.DWI影像表现

8例淋巴瘤DWI上其中7例呈高信号,胶质瘤实性部分大多数呈等、稍低信号,少数呈略高信号(3例等信号,8例呈稍低信号,2例呈稍高信号),肿瘤囊性部分呈低信号,肿瘤周围水肿呈稍低信号;脑膜瘤呈等信号;神经鞘瘤实性部分呈等信号,囊性部分呈低信号。

3.DTI影像表现(表1)

12例胶质瘤ADC图:肿瘤实性部分呈稍高信号(8例)、高信号(4例),瘤周水肿呈稍高信号。FA值图表现:与正常脑实质相比,肿瘤实性部分呈等信号,瘤周水肿呈低信号,与脑实质边界不清(图1)。10例脑膜瘤ADC图:肿瘤实质呈等信号,FA图也呈等信号(图2)8例淋巴瘤实质ADC图均呈明显低信号,FA图呈低信号。9例神经鞘瘤ADC图,肿瘤实质呈稍高、高信号(5例呈高信号,4例呈稍高信号),FA图呈等低信号(图 3)。

表1 不同颅内肿瘤的ADC图、FA图信号差异

表2 不同颅内肿瘤的ADC值、FA值差异

4.不同肿瘤实质部分ADC值及FA值比较

4.1 实质部分ADC值机FA值的测量结果(表2):从表2中看出,四组颅内肿瘤中,神经鞘瘤ADC值最高,脑膜瘤FA值最高,淋巴瘤ADC值及FA值较低。各组间比较,按α=0.05水准,组间差别均有统计学(F=92.308,P=0.000,F=30.955,P=0.000)。

4.2 不同肿瘤实质部分ADC值的两两比较结果(表3):经检验,结果显示神经鞘瘤的ADC值与胶质瘤、淋巴瘤、脑膜瘤之间均有统计学差异(P＜0.05),胶质瘤与脑膜瘤ADC间无统计学差异。淋巴瘤ADC值最低,与神经鞘瘤均有统计学差异(P＜0.05),但与脑膜瘤无统计学意义(P＞0.05)。

表3 不同颅内肿瘤ADC值的两两比较P值

4.3 不同肿瘤实性部分FA值的两两比较结果(表4):经检验,结果显示FA值在脑膜瘤与胶质瘤和淋巴瘤、神经鞘瘤与胶质瘤和淋巴瘤、脑膜瘤与神经鞘瘤之间差异均有统计学意义(P＜0.05),胶质瘤与淋巴瘤之间的FA值差异均无统计学意义(P＞0.05)。

表4 不同颅内肿瘤ADC值的两两比较结果

5.DTI重建肿瘤周围主要白质纤维束

DTI显示单纯纤维束变形移位21例,包括10例脑膜瘤、9例神经鞘瘤,2例低级星形细胞瘤,表现为纤维束密集聚拢,位置改变,FA值无明显改变。

讨 论

DTI是一种更高级的弥散加权成像形式,是DWI基础上的新的M R成像技术。它利用多种参数和数据处理,从量和方向上反映成像体素内扩散的变化,可以定向定量地评价脑白质的各向异性[3]。表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)反映体内水分子向各个方向弥散的平均值,水分子弥散运动越明显,ADC值增高。另外,FA值主要反映了神经纤维解剖结构的完整性,ADC值主要反映细胞外间隙的大小。当颅内发生肿瘤时,瘤细胞浸润、水肿等,可使局部脑组织以及白质纤维束的水分子弥散能力及各向异性发生改变,因此用FA值、ADC值来判定星形细胞瘤及周围区域组织学特性有一定的理论依据[4-5]。

本组病例为较常见的颅内肿瘤,其中胶质瘤为最常见,可发生任何年龄,WHO分四级:Ⅰ、Ⅱ级偏良性,Ⅲ、Ⅳ级偏恶性;脑膜瘤为常见的脑外良性肿瘤,神经鞘瘤为良性肿瘤,最常见为听神经瘤,其次为三叉神经瘤,多见于成年人,生长缓慢,极少恶变,淋巴瘤分为原发性和继发性,本组病例结果脑膜瘤FA值最高,是由其内部结构决定的,其内肿瘤细胞排列呈漩涡状或束状,胞质突起有不规则的相互嵌合,细胞质内有丰富的细纤维丝,对扩散起到了选择性的阻碍作用,所以脑膜瘤有高的各向异性。神经鞘瘤胞质突起细长,肿瘤细胞排列呈栅栏状或旋涡状,电镜下细胞周围由基底膜包围,间质内见长短不一的间隔胶原纤维,这些纤维结构使扩散显示出较高的各向异性。胶质瘤FA值最低,在胶质瘤中星形细胞瘤缺乏细胞突起、细胞间隙较宽,各向异性则较低。

ADC值在脑膜瘤、星形细胞瘤、淋巴瘤和神经鞘瘤中存在差异,可能与病理结构有关。神经鞘瘤ADC值最高,可能与其细胞间隙较大、水分和黏液含量较多、容易发生灶性坏死和囊变有关。而脑膜瘤较少发生坏死和囊变,结构致密、肿瘤细胞排列规则、水分子弥散受限明显有关。可为鉴别提供帮助,特别是肿瘤发生在桥小脑角区,两者信号相似且神经鞘瘤无囊变,脑膜瘤无钙化时,常规MRI鉴别困难。ADC值的测量对判断桥小脑角区肿瘤的性质具有较大意义。本组8例淋巴瘤的ADC值很低,明显低于胶质瘤,可能与淋巴瘤细胞体积特别小,细胞排列密集,造成水分子弥散受限有关,胶质瘤由于生长速度快,中心部分形成囊变坏死,坏死组织细胞密度与蛋白质等大分子物质密度较低,所以表现为高的ADC值与低的FA值,在胶质瘤和淋巴瘤诊断中ADC值定量分析及ADC图不同信号表现有助于鉴别诊断。

本组病例把水肿和浸润归为一类单纯白质纤维变形移位21例,包括10例脑膜瘤、9例神经鞘瘤、2例低级星形细胞瘤,均为良性肿瘤。白质纤维束浸润伴FA值减低8例,FA图仍可辨认其形态,包括1例低级星形细胞瘤(Ⅱ)、2例低级星形细胞瘤(Ⅲ),4例淋巴瘤及1例少突胶质瘤,出现此类改变者多是具有高级别的恶性肿瘤。白质纤维束破坏10例,FA图上无法辨认纤维束形态,包括6例高级星形细胞瘤(Ⅲ级4例,Ⅳ2例)和4例淋巴瘤,均为高度恶性肿瘤,如胶质母细胞瘤。

通过对DTI在颅内肿瘤的研究,结果与文献报道基本一致,我们认为多数良性肿瘤对瘤周白质纤维束基本无破坏性,而对于恶性肿瘤,其恶性程度越高,对白质纤维束破坏越大。对于良性肿瘤,手术区只需定位在肿瘤实质区,以减少手术并发症;对于恶性肿瘤患者除肿瘤实质外,要结合DTI图像,若瘤周FA值正常,提示瘤周无明显肿瘤浸润,则可保留周围白质纤维,若FA值减低,提示肿瘤直接浸润破坏瘤周纤维束,则需要扩大手术范围,尽量切干净,避免术后复发。

我们认为良性肿瘤对瘤周白质纤维束基本无破坏,而对于恶性肿瘤,其恶性程度越高,对瘤周白质纤维束破坏越大。瘤周纤维束的FA图和FA值改变,也随肿瘤恶性级别增加而变化更明显。

神经肿瘤外科的主要原则是既要最大限度地切除肿瘤组织,又要尽可能地减少手术对正常神经功能的损伤,包括功能区的脑皮质和脑白质。而脑内肿瘤常侵犯脑皮质和(或)脑白质,对肿瘤的切除需要有准确的定位,需要明确地区分肿瘤与瘤周组织的关系以及其对邻近重要脑白质纤维的影响,这一点在优势半球中显得更加重要,因为那里除有感觉、运动等功能区外,还有语言、认知等功能区位于其中。虽然常规结构MRI能够较为准确地给肿瘤定位,但其无法对肿瘤周边的情况提供充分而准确的信息,近年来发展的MR-DTI纤维示踪图是目前唯一能在活体、无创和个体化地提供人脑白质纤维结构位置和走行特点的影像学技术。可了解病变造成的白质纤维束受压移位、浸润与破坏,为病变的诊断与鉴别诊断提供更多信息,可以直观地显示肿瘤与其周围的大脑白质纤维之间的关系,从而可以更好地指导手术,以求能够最大限度地切除肿瘤组织和保护正常脑组织。为手术方案的制定、术后随访提供依据。

总之,DTI对于脑神经学科是一个新的突破,使研究者得以了解活体的神经纤维走行,这不仅有助于深入了解人脑纤维的结构,而且在临床上有很大的价值,成为近期脑功能成像技术研究的最新热点之一。

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