弥散张量成像对胶质瘤手术切除程度的早期评估价值研究

彭飞+万大海

【摘要】 目的：研究弥散张量成像对胶质瘤手术切除程度及预后的早期评估。方法：选取在山西医科大学第一临床医学院神经外科住院手术治疗，且在术中影像学基础上达到尽全切，剔除术后3个月肿瘤进展病例后符合标准的20例患者，年龄42～79岁，平均（57.95±10.82）岁，其中男11例，女9例。采用直接测量法及弥散张量成像（DTI）辅助测量法对20例胶质瘤患者行术前、术后72 h及术后3个月的扫描，在术后MRT1加权像上不同层面分别手工描记残余肿瘤边界，获取术后72 h及术后3个月残余肿瘤体积进行比较分析。结果：经直接测量法获取术后72 h残余肿瘤体积明显大于DTI辅助测量法获取的术后72 h残余肿瘤，差异有统计学意义（t=4.924，P<0.001），直接测量法获取术后3个月残余肿瘤体积明显大于DTI辅助测量法获取的术后3个月的残余肿瘤，差异有统计学意义（t=2.311，P=0.026）。经直接测量法获取的术后72 h残余肿瘤体积明显大于术后3个月的残余肿瘤，差异有统计学意义（t=10.013，P<0.001），经DTI辅助测量法获取的术后72 h残余肿瘤体积明显大于术后3个月的残余肿瘤，差异有统计学意义（t=7.389，P<0.001）。结论：将DTI技术用于评估胶质瘤手术切除程度，能够保护患者的神经系统功能，提高手术疗效评估的准确性。

【关键词】 胶质瘤； 弥散张量成像； 风险； 评估

【Abstract】 Objective：To evaluate the utility of diffusion tensor imaging （DTI） in early assessment of extent of surgical resection and prognosis of gliomas surgical.Method：Selected the patients who were given operation treatment in neurosurgical department in first Clinical College of Shanxi Medical University，achieved the full cut based on the best imaging technique in operation and excluded tumor progression cases after 3 months，a total of 20 patients up to the standard.Patients were 42 to 79 years old，the average age was（57.95±10.82） years old，including 11 males and 9 females.The scanning of 20 glioma patients with preoperative and postoperative 72 hours and 3 months were performed by direct measurement and diffusion tensor imaging（DTI） auxiliary measurements.Tracings tumor boundaries with hand on different levels of postoperative MRT1 weighted images.Residual tumor volume after 72 hours and 3 months were analyzed and compared.Result：The volume of residual tumor after 72 hours by direct measurement was significantly larger than that by DTI acquiring auxiliary measurement，the difference was statistically significant（t=4.924，P<0.001）.The volume of residual tumor after 3 months by direct measurement was significantly larger than that by DTI acquiring auxiliary measurement，the difference was statistically significant（t=2.311，P=0.026）.The volume of residual tumor after 72 hours by direct measurement was significantly larger than that after 3 months，the difference was statistically significant（t=10.013，P<0.001）.The volume of residual tumor after 72 hours by DTI acquiring auxiliary measurement was significantly larger than that after 3 months，the difference was statistically significant（t=7.389，P<0.001）.Conclusion：DTI can be used in assessing the extent of surgical resection of gliomas to protect the nervous system function and improve the accuracy of surgery assessment.

【Key words】 Gliomas； Diffusion tensor imaging； Risk； Assess

脑胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，治愈率低，生存期短，其中胶质母细胞瘤的5年生存率不到5%，平均生存期仅14个月[1]。目前公认的恶性胶质瘤标准治疗方案为手术切除肿瘤，辅以替莫唑胺化疗和放疗[2-3]，但由于手术切除程度及邻近白质纤维束损害程度的影响，使得胶质瘤患者的预后效果不明显。如何尽可能在不损害邻近功能区的情况下达到手术的全切成为临床治疗的关键。弥散张量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）是在扩散加权成像基础上发展起来的一种唯一能无创地清晰显示和分析白质纤维束的新技术，主要用于中枢神经系统病变脑神经功能方面的研究[4-5]。DTI技术通过显示皮层下神经传导束，在明确病灶边界的同时精确定位邻近神经功能区，帮助设计手术路径，提高病变切除率，避免神经功能损伤。本研究运用DTI技术对胶质瘤手术切除程度进行评估，从而排除术后早期创面、组织水肿移位等因素所致影响，提高切除程度判断的准确性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取山西医科大学第一临床医学院神经外科住院手术治疗患者，且在术中影像学基础上达到尽全切，剔除术后3个月肿瘤进展病例后符合标准的20例患者，年龄42～79岁，平均（57.95±10.82）岁，其中男11例，女9例。分别于术前、术后72 h及术后3个月进行MRI常规与DTI扫描。通过前期病例收集及数据分析，确定在SIMENS1.5T磁共振仪与PHILIP3.0T磁共振仪所收集数据均为有效资料。

1.2 方法 采用SIMENS1.5T磁共振扫描仪或PHILIP3.0T磁共振扫描仪，采用标准头部正交线圈，对所有患者先行MRI常规扫描，再行DTI扫描，单次激发自旋回波平面成像序列获取数据。重复时间（TR）/回波时间（TE）=195 ms/4.76 ms；轴位T1WI：

TR/TE=195 ms/4.96 ms；轴位T2WI：TR/TE=3800 ms/97 ms；轴位FLAIR：TR/TE=9480 ms/88 ms，TI=2550 ms。视野=230 mm×230 mm，256×256矩阵，5.0 mm层厚，1.5 mm层间距，b值为1000 s/mm2在25个方向上分别施加弥散敏感梯度，1次采集，扫描时间为3 min 53 s。经离线张量计算处理得到部分各向异性图，通过人工选取兴趣区由系统自送给出部分各向异性值，每个患者选取3次，取平均值。分别于术前、术后72 h、术后3个月行MRI常规与DTI扫描，综合分析术前、术后72 h及术后3个月扫描序列，利用SPM5软件以不同方法进行手术切除后残留肿瘤体积测量，确定手术切除程度。

1.2.1 直接测量法 综合分析术后72 h、术后3个月扫描序列，分别在术后MRT1加权像上不同层面手工描记残余肿瘤边界，获取术后72 h残余肿瘤体积及术后3个月残余肿瘤体积。

1.2.2 DTI辅助测量法 着重比较肿瘤周围白质纤维走行方向，分别在术后MRT1加权像上不同层面手工描记残余肿瘤范围，获取术后72 h残余肿瘤体积及术后3个月残余肿瘤体积。

1.3 统计学处理 采用SPSS 17.0软件对所得数据进行统计分析，直接测量法与DTI辅助测量法同一时间测量结果的比较及同一方法术后72 h与术后3个月测量结果均用（x±s）表示，比较采用配对t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

术前经常规MRI扫描即直接测量法进行肿瘤定位，结合DTI扫描即DTI辅助测量法显示白质纤维束的走形，将脑胶质瘤患侧的白质纤维束部分各向异性值与对侧相应部位的正常白质纤维束部分各向异性值进行比较，得出肿瘤与白质纤维束的空间关系。DTI不仅能清晰直观地显示脑白质纤维束的走向、连续性和完整性，还能够提供胶质瘤的不同生长方式。20例胶质瘤患者于术后72 h及术后3个月行常规MRI与DTI扫描，经综合分析，利用直接测量法及DTI辅助测量法进行手术切除后残留肿瘤体积测定。结果显示，经直接测量法获取术后72 h残余肿瘤体积明显大于DTI辅助测量法获取的术后72 h残余肿瘤，差异有统计学意义（t=4.924，P<0.001），直接测量法获取术后3个月残余肿瘤体积明显大于DTI辅助测量法获取的术后3个月的残余肿瘤，差异有统计学意义（t=2.311，P=0.026）。经直接测量法获取的术后72 h残余肿瘤体积明显大于术后3个月的残余肿瘤，差异有统计学意义（t=10.013，P<0.001），经DTI辅助测量法获取的术后72 h残余肿瘤体积明显大于术后3个月的残余肿瘤，差异有统计学意义（t=7.389，P<0.001），见表1。

3 讨论

颅脑肿瘤是神经外科常见疾病。流行病学统计，在全美中枢神经系统肿瘤的患者每年以约22 910人的速度递增，约13 700人死亡[6]。在中枢神经系统肿瘤中约占77%恶性肿瘤为胶质瘤[7]。脑胶质瘤发生于有限的颅腔容积内，依靠现代先进的显微外科手术技术，对于像脑胶质瘤这种恶性肿瘤来说，几乎仍然不可能做到全部切除肿瘤，并且存在手术后复发的几率仍很高，肿瘤对放化疗的抵抗等原因，有关脑胶质瘤的预后研究结果显示，5年生存率不足5%[8-9]。Kwee等[10]认为目前对于高级别胶质瘤低生存率的原因主要有以下几点，首先是不能利用影像技术精确地描绘肿瘤从而导致定点治疗肿瘤的失败，其次是传统影像学技术不能对放化疗结果进行早期的评估，第三是对于肿瘤治疗后是否有复发不能进行判断。

在临床的常用检查中，CT检查由于其福射性强和形态上较低分辨率，光学成像分辨率低，而超声诊断会因很多因素导致分辨不清，使他们的临床应用都受到一定的限制。常规磁共振成像（MRI）可提供脑肿瘤的定位，大体明确肿瘤的浸润程度，初步估计肿瘤的组织类型，但常规的磁共振检查仍有一定局限性，难以定量反映肿瘤对周围组织的浸润情况、肿瘤级别及微观组织状态，影响治疗方案的选择影响预后。

弥散张量成像技术的研究方向主要有定量研究和纤维追踪技术（fiber tractography，FT）。定量研究主要研究弥散张量成像的参数指标，常用指标包括评价整体弥散强度的平均弥散率（medium diffusion，MD）、张量迹（trace，Tr）以及评价各向异性程度的各向异性指数，如各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、标量相对各向异性（scaled relative anisotropy，sRA）和容积分数（Volumn Ratio，VR）等，纤维束追踪技术用于重建神经纤维[11]。

通过研究发现，弥散张量成像技术（DTI）在中枢神经系统的组织形态学、病理学研究被广泛应用，在目前的辅助检查中它是唯一能够显示神经纤维束的走形、方向、排列、髓鞘等信息的方法[12] 。脑白质中包含许多神经纤维，而水分子沿着神经纤维走向的弥散程度远高于垂直与神经纤维走向的弥散程度[13]。通过MRI与DTI的综合运用，明确胶质瘤与白质纤维束的关系，有助于术者避开重要神经纤维束，提高手术安全性。使用外科手术技术进行肿瘤全切是胶质瘤治疗的最基本和重要的原则，而手术切除程度又直接影响着患者的预后。Demonte[14]认为，适宜的手术入路应达到在对脑组织牵拉程度达到最低的情况下最大限度地暴露病变部位，选择距离病变部位最近的手术入路，并且尽可能早地对病变部位进行血供阻断。脑胶质瘤由于肿瘤级别的差异和对邻近脑白质纤维束浸润及破坏程度不同，使得保存脑白质纤维束的完整性成为影响胶质瘤手术预后的关键因素之一。因此在直接测量法的基础上结合弥散张量成像（DTI）扫描，推断胶质瘤对白质纤维束的浸润和破坏程度，显示胶质瘤与白质纤维束的关系，结合术中功能导航和皮质电刺激，最大限度地切除肿瘤，保护重要的神经系统功能，可为患者提前制定合适的治疗及康复计划，提高患者的生活质量。

本研究分别运用直接测量法和DTI辅助测量法行术后72 h及术后3个月扫描，通过术后MRT1加权像上不同层面手工描记残余肿瘤边界，获取不同方法下的术后72 h残余肿瘤体积及术后3个月残余肿瘤体积。结果显示，经直接测量法获取术后72 h及术后3个月残余肿瘤体积均较DTI辅助测量法获取术后72 h及术后3个月残余肿瘤体积大，差异均有统计学意义；经直接测量法及DTI辅助测量法获取的术后72 h残余肿瘤体积均较两种方法下的术后3个月残余肿瘤体积大，差异均有统计学意义。结果表明，DTI能够显示胶质瘤与白质纤维束之间的关系，更准确地显示肿瘤的大小及浸润情况，帮助术者选择安全适宜的手术入路及决定肿瘤的切除程度，从而更好地保护患者的神经功能，并对术后残余肿瘤体积检测具有一定的临床意义。DTI在术前、术后72 h及术后3个月的扫描结果可以说明胶质瘤患者术后72 h及术后3个月神经功能的恢复情况，即DTI在胶质瘤患者的预后评估中有一定的临床意义。

综上所述，DTI能够显示胶质瘤与白质纤维束之间的关系，为术者选择适宜的手术入路及胶质瘤手术切除程度提供帮助，从而能更好地保护患者的神经系统功能，提高患者的生命质量，并对胶质瘤手术切除程度的早期评估具有一定的价值。

参考文献

[1] Stupp R，Mason W P，Van Den Bent M J，et al.Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma[J].New England Journal of Medicine，2005，352（10）：987-996.

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[8]江涛，刘福生.脑胶质瘤[M].北京：人民卫生出版社，2007：1-209.

[9]孙力泳，杜建新，徐庚，等.脑神经胶质瘤病的诊断和治疗[J].中国临床神经外科杂志，2008，13（3）：132-134.

[10] Kwee T C，Donswijk M L.Application of advanced MR imaging techniques and the evolving role of PET/MR imaging in neuro-oncology[J].PET Clinics，2013，8（2）：183-199.

[11]武刚，詹青霞，丁小龙，等.正常成人大脑白质纤维磁共振弥散张量成像的定量研究[J].中国医学计算机成像杂志，2012，18（1）：6-8.

[12] Wieshmann U，Symms M，Parker G，et al.Diffusion tensor imaging demonstrates deviation of fibres in normal appearing white matter adjacent to a brain tumour[J].J Neurol Neruosurg Psychiatry，2000，68（4）：501.

[13] Jones D K，Leemans A.Diffusion tensor imaging[J].Methods Mol Biol，2011，10（711）：127-144.

[14] Demonte F.Surgical treatment of anterior basal meningiomas[J].J Neurooncol，1996，29（3）：239-247.

（收稿日期：2014-03-13） （本文编辑：欧丽）

弥散张量成像技术的研究方向主要有定量研究和纤维追踪技术（fiber tractography，FT）。定量研究主要研究弥散张量成像的参数指标，常用指标包括评价整体弥散强度的平均弥散率（medium diffusion，MD）、张量迹（trace，Tr）以及评价各向异性程度的各向异性指数，如各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、标量相对各向异性（scaled relative anisotropy，sRA）和容积分数（Volumn Ratio，VR）等，纤维束追踪技术用于重建神经纤维[11]。

通过研究发现，弥散张量成像技术（DTI）在中枢神经系统的组织形态学、病理学研究被广泛应用，在目前的辅助检查中它是唯一能够显示神经纤维束的走形、方向、排列、髓鞘等信息的方法[12] 。脑白质中包含许多神经纤维，而水分子沿着神经纤维走向的弥散程度远高于垂直与神经纤维走向的弥散程度[13]。通过MRI与DTI的综合运用，明确胶质瘤与白质纤维束的关系，有助于术者避开重要神经纤维束，提高手术安全性。使用外科手术技术进行肿瘤全切是胶质瘤治疗的最基本和重要的原则，而手术切除程度又直接影响着患者的预后。Demonte[14]认为，适宜的手术入路应达到在对脑组织牵拉程度达到最低的情况下最大限度地暴露病变部位，选择距离病变部位最近的手术入路，并且尽可能早地对病变部位进行血供阻断。脑胶质瘤由于肿瘤级别的差异和对邻近脑白质纤维束浸润及破坏程度不同，使得保存脑白质纤维束的完整性成为影响胶质瘤手术预后的关键因素之一。因此在直接测量法的基础上结合弥散张量成像（DTI）扫描，推断胶质瘤对白质纤维束的浸润和破坏程度，显示胶质瘤与白质纤维束的关系，结合术中功能导航和皮质电刺激，最大限度地切除肿瘤，保护重要的神经系统功能，可为患者提前制定合适的治疗及康复计划，提高患者的生活质量。

本研究分别运用直接测量法和DTI辅助测量法行术后72 h及术后3个月扫描，通过术后MRT1加权像上不同层面手工描记残余肿瘤边界，获取不同方法下的术后72 h残余肿瘤体积及术后3个月残余肿瘤体积。结果显示，经直接测量法获取术后72 h及术后3个月残余肿瘤体积均较DTI辅助测量法获取术后72 h及术后3个月残余肿瘤体积大，差异均有统计学意义；经直接测量法及DTI辅助测量法获取的术后72 h残余肿瘤体积均较两种方法下的术后3个月残余肿瘤体积大，差异均有统计学意义。结果表明，DTI能够显示胶质瘤与白质纤维束之间的关系，更准确地显示肿瘤的大小及浸润情况，帮助术者选择安全适宜的手术入路及决定肿瘤的切除程度，从而更好地保护患者的神经功能，并对术后残余肿瘤体积检测具有一定的临床意义。DTI在术前、术后72 h及术后3个月的扫描结果可以说明胶质瘤患者术后72 h及术后3个月神经功能的恢复情况，即DTI在胶质瘤患者的预后评估中有一定的临床意义。

综上所述，DTI能够显示胶质瘤与白质纤维束之间的关系，为术者选择适宜的手术入路及胶质瘤手术切除程度提供帮助，从而能更好地保护患者的神经系统功能，提高患者的生命质量，并对胶质瘤手术切除程度的早期评估具有一定的价值。

参考文献

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[14] Demonte F.Surgical treatment of anterior basal meningiomas[J].J Neurooncol，1996，29（3）：239-247.

（收稿日期：2014-03-13） （本文编辑：欧丽）

弥散张量成像技术的研究方向主要有定量研究和纤维追踪技术（fiber tractography，FT）。定量研究主要研究弥散张量成像的参数指标，常用指标包括评价整体弥散强度的平均弥散率（medium diffusion，MD）、张量迹（trace，Tr）以及评价各向异性程度的各向异性指数，如各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、标量相对各向异性（scaled relative anisotropy，sRA）和容积分数（Volumn Ratio，VR）等，纤维束追踪技术用于重建神经纤维[11]。

通过研究发现，弥散张量成像技术（DTI）在中枢神经系统的组织形态学、病理学研究被广泛应用，在目前的辅助检查中它是唯一能够显示神经纤维束的走形、方向、排列、髓鞘等信息的方法[12] 。脑白质中包含许多神经纤维，而水分子沿着神经纤维走向的弥散程度远高于垂直与神经纤维走向的弥散程度[13]。通过MRI与DTI的综合运用，明确胶质瘤与白质纤维束的关系，有助于术者避开重要神经纤维束，提高手术安全性。使用外科手术技术进行肿瘤全切是胶质瘤治疗的最基本和重要的原则，而手术切除程度又直接影响着患者的预后。Demonte[14]认为，适宜的手术入路应达到在对脑组织牵拉程度达到最低的情况下最大限度地暴露病变部位，选择距离病变部位最近的手术入路，并且尽可能早地对病变部位进行血供阻断。脑胶质瘤由于肿瘤级别的差异和对邻近脑白质纤维束浸润及破坏程度不同，使得保存脑白质纤维束的完整性成为影响胶质瘤手术预后的关键因素之一。因此在直接测量法的基础上结合弥散张量成像（DTI）扫描，推断胶质瘤对白质纤维束的浸润和破坏程度，显示胶质瘤与白质纤维束的关系，结合术中功能导航和皮质电刺激，最大限度地切除肿瘤，保护重要的神经系统功能，可为患者提前制定合适的治疗及康复计划，提高患者的生活质量。

本研究分别运用直接测量法和DTI辅助测量法行术后72 h及术后3个月扫描，通过术后MRT1加权像上不同层面手工描记残余肿瘤边界，获取不同方法下的术后72 h残余肿瘤体积及术后3个月残余肿瘤体积。结果显示，经直接测量法获取术后72 h及术后3个月残余肿瘤体积均较DTI辅助测量法获取术后72 h及术后3个月残余肿瘤体积大，差异均有统计学意义；经直接测量法及DTI辅助测量法获取的术后72 h残余肿瘤体积均较两种方法下的术后3个月残余肿瘤体积大，差异均有统计学意义。结果表明，DTI能够显示胶质瘤与白质纤维束之间的关系，更准确地显示肿瘤的大小及浸润情况，帮助术者选择安全适宜的手术入路及决定肿瘤的切除程度，从而更好地保护患者的神经功能，并对术后残余肿瘤体积检测具有一定的临床意义。DTI在术前、术后72 h及术后3个月的扫描结果可以说明胶质瘤患者术后72 h及术后3个月神经功能的恢复情况，即DTI在胶质瘤患者的预后评估中有一定的临床意义。

综上所述，DTI能够显示胶质瘤与白质纤维束之间的关系，为术者选择适宜的手术入路及胶质瘤手术切除程度提供帮助，从而能更好地保护患者的神经系统功能，提高患者的生命质量，并对胶质瘤手术切除程度的早期评估具有一定的价值。

参考文献

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[9]孙力泳，杜建新，徐庚，等.脑神经胶质瘤病的诊断和治疗[J].中国临床神经外科杂志，2008，13（3）：132-134.

[10] Kwee T C，Donswijk M L.Application of advanced MR imaging techniques and the evolving role of PET/MR imaging in neuro-oncology[J].PET Clinics，2013，8（2）：183-199.

[11]武刚，詹青霞，丁小龙，等.正常成人大脑白质纤维磁共振弥散张量成像的定量研究[J].中国医学计算机成像杂志，2012，18（1）：6-8.

[12] Wieshmann U，Symms M，Parker G，et al.Diffusion tensor imaging demonstrates deviation of fibres in normal appearing white matter adjacent to a brain tumour[J].J Neurol Neruosurg Psychiatry，2000，68（4）：501.

[13] Jones D K，Leemans A.Diffusion tensor imaging[J].Methods Mol Biol，2011，10（711）：127-144.

[14] Demonte F.Surgical treatment of anterior basal meningiomas[J].J Neurooncol，1996，29（3）：239-247.

（收稿日期：2014-03-13） （本文编辑：欧丽）