磁共振弥散张量纤维束示踪成像在脑肿瘤手术中的应用

程 华，俞正勇，陈 祥

（江苏省盐城市阜宁县人民医院神经外科，盐城 224400）

磁共振弥散张量纤维束示踪成像在脑肿瘤手术中的应用

程 华，俞正勇，陈 祥

（江苏省盐城市阜宁县人民医院神经外科，盐城 224400）

目的：探讨弥散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT）其在脑肿瘤中的应用价值。方法：对83例脑肿瘤行常规MRI及DTT检查，通过获取部分各向异性图（FA图）、彩色编码张量图及脑白质纤维束图，依次分析83患者肿瘤与瘤周白质纤维束之间的关系。测量83脑肿瘤患者肿瘤实质区、瘤周水肿区、邻近白质区及对侧正常白质区的ADC值、FA值。结果：ADC值在肿瘤实质区，瘤周水肿区，邻近白质区中，低级别胶质瘤与高级别胶质瘤具有差异性，而在正常白质区差异不具有统计学意；FA值在肿瘤实质区，低级别胶质瘤与高级别胶质瘤具有差异性，而在瘤周水肿区，邻近白质区中，正常白质区差异不具有统计学意义。且83例良、恶性肿瘤瘤周白质纤维束都可以发生移位；瘤周水肿区白质纤维束表现为浸润和破坏为主，其破坏程度与肿瘤的恶性程度呈正比。结论：DTT可直观显示脑白质损伤程度并观察神经纤维束受损范围。

良恶性脑肿瘤；弥散张量纤维束成像；脑白质纤维束

磁共振弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）的概念是由Basser等在二十世纪九十年代中期提出的［1］，作为功能磁共振成像的一个重要组成部分，近几年来DTI以弥散加权成像（diffusion weightedimaging，DWI）基础，迅速发展起来，成为了一种具有潜力的新核磁成像技术。由于对脑白质的水分子检测DTI极为弥散敏感，DTI在活体显示大脑白质各向异性特征及其方向具有明显优势。MR-DTT技术是磁共振弥散张量成像（MR-DTI）技术的延续，DTI则是在磁共振弥散加权成像（MR-DWI）的基础上磁共振成像技术的又一发展，在DTI技术基础上所获得的数据，对大脑白质纤维束进行成像，即为磁共振弥散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT），亦称纤维跟踪技术（fiber tracking，FT）［2］。自从 1999 年 Mori等首次报道了动物大脑白质纤维的DTT研究以来，在脑组织的研究中，MR-DTT技术对脑组织疾病的诊断具有重要意义，MR-DTT可用于了解脑的解剖结构，尤其对白质纤维束的结构以及联系方式成像方面具有突出优势，并且DTT技术还可以用于探索脑组织发育及老化的过程［2-4］。脑肿瘤是属于神经系统恶性疾病，也是中枢神经系统常见的疾病之一，根据组织类型不同，脑肿瘤可以分为神经上皮起源的肿瘤，脑膜起源的肿瘤，转移瘤等几大类。由于不同的种类、级别及生长部位的肿瘤可对人体造成不同的危害，高级别肿瘤可造成患者的生命威胁［5］。脑肿瘤患者生存率低，目前手术是其有效治疗方式之一，手术的主要目的是帮助患者减少肿瘤负荷、改善局部压迫症状［6-7］。在脑肿瘤手术中，由于脑组织的特殊功能，对脑重要功能区及其附近的肿瘤精准定位极为重要，如果手术切除易重要功能区会发生较严重的并发症，造成永久性功能丧失。在手术微创时代和功能时代下，精确和微创脑组织疾病显得尤为重要 。磁共振弥散张量纤维束成像（MR-DTT）则是目前惟一可以无创、活体示踪脑白质纤维束的影像技术，它可以显示与已知解剖结构类似的白质纤维束图像。本研究的目的在于评价MR-DTT技术引入脑肿瘤患者的诊断的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2015年7月～2016年10月收治脑肿瘤83例患者，其中男43例，女40例，年龄11～68岁，平均48.7岁。83例脑肿瘤经术后病理证实：良性脑膜瘤（WHOⅠ级）47例，恶性脑膜瘤（WHOⅡ、Ⅲ级）3例；胶质瘤中，低级别胶质瘤（WHOⅠ～Ⅱ级）16例，高级别胶质瘤（WHOⅢ～Ⅳ级）12例（其中胶质母细胞瘤4例，星形细胞瘤Ⅲ～Ⅳ 级8例）；转移瘤5例。

1.2 检查方法 采用16通道相控阵线圈的SIMENS Magnetom Avanto 1.5T 扫描仪、PC机（内存 0.99G，CPU 1.73GHz）及 Volume-One1.64 和 diffusion TENSOR Visualizer 1.5（dTV）后处理软件（英国牛津大学研发）。（1）常规扫描：T1WI：重复时间/回波时间（TR/TE）=2268/16.8ms，层厚8mm、层间距0mm，矩阵（Matrix）=320×224，视野（FOV）=240×180mm，层面激励次数（NEX）为 1次采集；T2WI：TR/TE=3620/82.4ms，层厚8mm、层间距0mm，Matrix=384×192，FOV=240×180mm，NEX为1次采集；FLAIR：TR/TE=80002/155.5ms，层厚8mm、层间距0mm，Matrix=288×192，FOV=240×240mm，NEX为1次采集；（2）DTI扫描：TR/TE=60000/71.8ms，Matrix为128×128，FOV为24cm，NEX为1次采集，b值=1000s/mm2，弥散敏感梯度方向数15个，层厚4mm，层间距0mm。（3）DTI I图像重建分析处理：将所有患者DTI扫描所得DICOM格式数据输入PC机通过专用软件后处理。计算每个体素的弥散张量和各向异性，通过不受坐标轴旋转方向影响的FA值获得FA图，并对FA图添加彩色便形成了方向编码彩色图（directionally encoded color，DEC图），即彩色FA图。选取DEC图确定纤维束成像的感兴趣区（region of interest，ROI）的位置。测定组织为肿瘤实质区、瘤周水肿区、邻近白质区及对侧正常白质区。

1.3 统计学方法 分析软件采用SPSS18.0软件，计量资料以± s 表示，组间比较采用 t 检验；计数资料以率或构成比表示，采用 χ2检验，。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 DTI在高、低级别胶质瘤中的诊断 高、低级别胶质瘤肿瘤ADC值及FA值，见表1与表2。ADC值在肿瘤实质区，瘤周水肿区，邻近白质区中，低级别胶质瘤与高级别胶质瘤具有差异性，而在正常白质区差异不具有统计学意义；FA值在肿瘤实质区，低级别胶质瘤与高级别胶质瘤具有差异性，而在瘤周水肿区，邻近白质区中，正常白质区差异不具有统计学意义。

2.2 良、恶性脑肿瘤与瘤周白质纤维束DTT成像 移位：检测的所有患者中良、恶性肿瘤周边的白质纤维束均发现移位，见图1。浸润：13例低级别胶质瘤白质纤维束呈浸润改变（图2）。破坏：83例颅内肿瘤中，有19例白质纤维束破坏，其中低级别胶质瘤中有3例，高级别胶质瘤中有11例（图3），5例转移瘤。而白质纤维束的破坏发生率与肿瘤的恶性程度有关。

表1 高、低级别胶质瘤肿瘤ADC值（10-3mm2/s）

表2 高、低级别胶质瘤肿瘤FA值

图1 左额颞部脑膜瘤．T2W1和增强扫描示病灶呈混杂信号，肿瘤实质区均匀强化．DTT图示肿瘤实质区白质纤维束较健侧颜色变浅，明显受压推移。

图2 右侧顶叶胶质母细胞瘤（WHOⅣ级），轴位FA图示肿瘤浸润，右侧放射冠肿瘤区纤维束完全破坏，瘤周区信号减低。

图3 右侧颞顶叶胶质母细胞瘤：右侧颞顶叶团块状强化灶，侧脑室受压移位，中线稍移位；内囊前后肢白质纤维束结构不清，信号较对侧减低，稍移位；皮质脊髓束局部破坏，纤维束结构紊乱、稀疏；且受肿瘤推压向内移位。

3 讨论

脑肿瘤目前主要是手术治疗，而手术的最佳结果是最大限度的切除肿瘤和尽量减少脑功能损伤。因此在手术前，要详细了解胶质瘤的恶性程度及病灶与皮质功能区和白质纤维束之间的关系，尤其明确病灶与邻近大脑主要白质纤维束的关系更显重要［8］。本研究证实了磁共振弥散张量成像有助于了解肿瘤的恶性程度。DTI是在弥散加权成像的基础上发展起来的，可定向定量地评价脑白质的各向异性［9］，表面弥散系数可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值越高［10］；部分各向异性（FA）主要反映神经纤维解剖结构的完整性［11-12］。Kono等究认为由于恶性胶质瘤的肿瘤实质部分细胞密度高于低度恶性胶质瘤实质细胞密度会造成高度与低度恶性胶质瘤的ADC差异［13］。本研究发现，低级别胶质瘤与高级别胶质瘤具有差异性，而在正常白质区差异不具有统计学意义。 FA值的测量可以区分肿瘤实质区、瘤周水肿区与邻近白质区、对侧白质区；但不能区分肿瘤实质区及瘤周水肿区。且本研究发现FA值在肿瘤实质区，低级别胶质瘤与高级别胶质瘤具有差异性，而在瘤周水肿区，邻近白质区中，正常白质区差异不具有统计学意义。

随着磁共振技术的发展，DTT技术是目前可以在患者脑组织中真实显示脑白质纤维束三维关系。目前已由许多研究通过调整DTT参数来反映组织学特征，为DTT精准定位脑肿瘤提供了理论基础［14-15］。脑肿瘤对白质纤维束侵犯的3种方式：中断、移位、浸润。本组研究结果发现，对83例良、恶性肿瘤瘤应用DTT技术成像，所有良恶性患者肿瘤周围白质纤维束都可以发生移位；其中发生白质纤维束呈浸润改变有13例低级别胶质瘤；而发生肿瘤周围纤维束破坏有19例，这19例中有3例低级别胶质瘤，11例高级别胶质瘤，5例转移瘤并且这5例转移瘤发生了完全中断。良性脑膜瘤未发现有明显白质纤维束破坏也可再次证实白质纤维束的破坏发生率与肿瘤的恶性程度具有相关性。高级别胶质瘤周围脑白质纤维束有浸润和破坏，三维DTT表现为有中断、缺如，因为浸润、破坏主要见于高度恶性的肿瘤，肿瘤代谢活跃，除了向周围浸润性生长外，同时破坏正常白质纤维束，使得肿瘤区域大部分白质纤维束中断、缺如。因此可以通过弥散张量纤维束成像（DTT）观察白质纤维束的改变情况，同时结合弥散张量成像（DTI）的FA图肿瘤区的信号强度特点，间接地对肿瘤进行诊断及鉴别诊断，并对周围白质纤维束情况进行判断［16-19］。综上所述，磁共振弥散张量成像联合弥散张量纤维束成像，有助于评价胶质瘤的恶性程度，同时可清楚地显示肿瘤与周围脑白质纤维束的位置关系，为指导临床制定手术计划具有重要的临床意义，临床应用前景广泛。

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The clinical value of using diffusion tensor tractograyhy (DTT) technology to show the relationship between benign, malignant brain tumor

Cheng Hua, Yu Zheng-yong, Chen Xiang
(Department of Neurosurgery, Funing County People's Hospital, Yancheng 224400, China)

ObjectiveTo investigate the clinical value of using diffusion tensor tractograyhy (DTT) technology to show the relationship between benign, malignant brain tumor and the surrounding white matter fiber tract anatomy before surgery.MethodsConventional MRI and DTT were performed in 83 patients with benign or malignant brain tumor. Respective fractional anisotropy (FA image), tensor color-coded image and white matter fiber bundle were collected. Measure and analyze the tumor parenchyma, peritumoral edema, neighboring white matter area and contralateral normal white matter ADC values, FA values. Result The ADC values of tumor parenchyma, peritumoral edema, neighboring white matter area were significantly different between high-level and low-level gliomas and contralateral normal white matter ADC values have no significant difference. FA values of tumor parenchyma were significantly different between high-level and low-level gliomas while the other FA values have no significant difference. And White matter fiber tracts can be displaced in total of 83 patients with benign or malignant brain tumor; white matter fiber tracts in tumor edema mainly show infiltration and destruction. The extend of destruction is proportional to the degree of malignancy.ConclusionDiffusion tensor tractograyhy (DTT) could be helpful in judging the degree of the tumor and accurately show the relationship of tumorand surrounding white matter fi ber clearly.

diffusion tensor tractograyhy (DTT); benign or malignant brain tumor; white matter fiber bundle

R445.2;R651.1

A

1673-016X（2017）06-0030-04

2017-09-13

基金名称：2013年盐城市医学科技发展计划项目（NO．YK2013081）

俞正勇，E-mail：315557593@qq．com