DTI在鞍区肿瘤导致视功能受损中的应用现状

黎连杰 程兰 王守森*

(1福州总医院神经外科，福建 福州350025; 2汕头大学医学院附属第二医院心内科，广东 汕头 515041)

弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)利用多个不同方向的敏感梯度对水分子的扩散方向进行量化，可以清楚显示视觉传导通路的病理生理细微变化以及白质纤维束的空间走行，从而可以更好地评估组织功能和疾病预后。鞍区是颅内肿瘤的好发部位之一，例如临床常见的垂体腺瘤、颅咽管瘤及脑膜瘤等易损伤前视路造成视功能下降。目前眼视光学、神经电生理及影像学[1-2]研究提示：虽然鞍区病变术后压迫得以解除，视力、视野、视觉诱发电位均较前有所恢复，但损伤的解剖结构未完全恢复，功能与结构不相匹配，而常规MRI评估视功能又不够敏感，近年来DTI在鞍区肿瘤引起视路改变的应用日趋广泛，它对术前视功能的评估，术中肿瘤切除并保护视路，以及术后评估手术效果等方面均有重要作用，本文就DTI在鞍区肿瘤导致视功能受损中的应用现状进行综述。

一、DTI的基本原理及其在正常人前视路中的应用

1.基本原理及常用量化指标：DTI是在弥散加权成像的基础上施以6个以上线性方向的弥散敏感梯度而获取可量化水分子扩散方向、显示白质纤维束空间走行的一种成像方法。水分子在视觉传导通路中是平行于纤维束的方向弥散的，而不是垂直于纤维束[3]，这可能与视觉传导通路具有固定的细胞膜、髓鞘等排列顺序有关[4]，因为在纤维束垂直方向的弥散受限程度高于纤维束平行方向。DTI通过评估组织中水分子扩散方向，从而推断神经纤维束的空间走行以及解剖界限。因此，DTI成像的基本原理就是水分子在不均匀介质中的弥散具有各向异性特征[5]。

目前应用于视觉传导通路的DTI常用指标有各向异性分数(fractional anisotropy, FA)，表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)，纵向表观弥散系数(longitudinal apparent diffusion coefficient, LADC)和横向ADC。FA值的影响因素有神经纤维排列的紧密程度、完整性及走行方向，神经传导功能越强，FA值越大[6]。ADC或平均弥散系数(mean diffusivity, MD)是3个主轴方向上的扩散系数的平均值，其值可随病变组织病理学的改变而升高或降低。横向ADC即径向弥散系数；在神经纤维组织发生脱髓鞘病变时，其值往往会升高[7]。纵向ADC指的是白质纤维束从头部到尾部方向上发生的弥散系数；在发生轴突损伤时，其值会发生特征性降低[7]。

总之，水分子的弥散运动会随着组织超微结构上的改变而发生反应在DTI指标上的特征性的改变，这奠定了DTI指标评估视路病理变化的基础。

2.正常人前视觉传导通路的应用：由于前视路眼眶周围脂肪、蝶窦内空气、蝶骨骨质以及眼球运动等因素[8-9]对其成像的影响，前视路的DTI研究和应用受到了限制。近年来，随着MR技术的不断发展，前视路研究有了新的突破，Wheeler-Kingshott等[10]首先使用局部斜位多层面(zonally oblique multislice, ZOOM) DTI序列的小感兴趣区(small field of view, FOV)的优势，有效地抑制视神经周围脂肪和脑脊液高信号，并成功获得正常成人视神经各向异性分数。Dowell等[11]进一步使用连续薄层ZOOM DTI序列，获得无变形扭曲的高质量视神经图。Chabert等[12]等使用无弛豫编辑脉冲(carr-purcell-mei-boom-gill, CPMG)快速自旋回波(fast spin echo, FSE)序列同样获得较清晰无伪影及变形扭曲的视神经图。而Sun等[13]对不同年龄段的107名健康志愿者视神经FA及ADC值分析认为，视神经FA 及ADC值与年龄无关。视交叉内复杂的纤维交错结构，普通DTI难以追踪辨认。Roebroeck等[14]利用9.4T超高分辨率(156 μm 水平)MR追踪视交叉，获得满意结果，但是在交叉纤维的连接及辨别上尚存在不足。该研究表明通过高场强提高分辨率，可以提高DTI神经纤维束追踪的准确性。

总之，正常人初步的前视路DTI研究为鞍区周围肿瘤、脑血管病等对视功能的影响评估以及手术计划的制订提供了全新的思路。

二、DTI对鞍区肿瘤导致视功能受损的评估

1.判断鞍区肿瘤生长方式及其与视路的位置关系：鞍区肿瘤的生长方式及侵犯视路位置决定了视功能的改变。视神经周围的病变导致的视力障碍一般仅限于患侧眼，例如一侧视神经纤维瘤，结果一般只造成单侧视力下降[15]；视交叉周围的病变通常影响双侧的视力、视野，例如突破鞍隔的垂体腺瘤推移压迫视交叉，导致支配两眼鼻侧半视网膜的纤维损伤，造成双眼颞侧偏盲。视束、视放射或大脑视觉皮质的损伤造成两眼视力障碍、视野同侧偏盲，此种偏盲类型最常由脑血管意外或脑肿瘤引起[16]。DTI可通过计算机3D Slicer软件进一步重建出三维的白质纤维束，形成弥散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography, DTT)图。在术前对鞍区肿瘤患者行DTI扫描并重建出视路的DTT图，可显示视路纤维束与鞍区肿瘤的位置关系，以及由于鞍区肿瘤压迫而出现的移位、稀薄甚至断裂。为术前手术策略的制定及患者视觉功能的评估提供良好的依据。Ma等[17]将扫描的鞍区DTI原始数据导入3D Slicer软件，重建出视觉传导通路纤维束并与常规MRI多影像融合，更好的显示出鞍区肿瘤与神经、血管及脑组织的关系。其中术前DTT图显示的3例垂体腺瘤与视路纤维示综的位置关系，在术中得到印证，并实现了肿瘤的全切。DTI对视路纤维束的三维重建，提高了鞍区手术的安全系数，降低了手术相关的并发症。

2.评估鞍区肿瘤导致视路损伤的微观病理改变：若病程较短易造成视路轴突水肿、胞浆运输障碍，视神经脱髓鞘影响视觉信号传导；若病程较长轴突则会由水肿逐渐发生萎缩。目前视力视野检查，主要根据患者的主观感觉，结果受患者主观性影响；常规的MRI 检查，可显示基本结构和部分病理改变，如出血、囊变以及水肿等，但对神经纤维的完整性、特异性和敏感性检测都较低[18]，对微观损害更不能判断；而DTI可以清楚显示视觉传导通路的病理生理细微变化以及白质纤维束的空间走行，从而可以更好地评估鞍区肿瘤导致视路受损的微观病理改变。Lilja等[19]通过研究垂体瘤患者的视交叉高度、平均视野缺损及视交叉DTI指标的变化，提出DTI可以评估垂体腺瘤对视觉传导通路压缩的病理学损伤程度，DTI径向弥散系数和视力的相关性反映了视觉传导通路的脱髓鞘改变。低水平DTI的轴向弥散系数意味着视觉传导通路神经纤维素的早期萎缩。由此说明，DTI可以提供早期视觉传导通路损伤的客观数据，为手术治疗垂体腺瘤视觉传导通路损伤的诊断手段。

此外，合并严重眼科疾病的垂体腺瘤患者，其视野的改变存在复杂性，仅视野检查改变难以辨别诊断具体疾病对视功能的影响，Hajiabadi等[20]应用DTI评估2例合并有眼部疾病(青光眼和巨细胞动脉炎)的垂体腺瘤患者术前术后的改变以及对比视野术前术后的改变，结果提示：视交叉处有新的新的纤维束通过，这一结果与术后患者视野较前明显改善一致，意味着术后纤维束数量及形态DTI同样可以作为合并眼科疾病的鞍区占位性病变对视功能影响的影像学评估方法。

三、DTI对鞍区肿瘤视觉功能预后的评估

Anik等[21]在72例垂体大腺瘤患者，采用DTI评估视觉传导通路，结果显示：术前FA值低于0.400，ADC值高于1 400×10-6mm2·s-1，经鼻蝶入路内镜下切除肿瘤后，视觉功能术后6个月较难恢复。完全康复组症状平均持续(14.7±10.5)w。Hajiabadi等[22]将DTI纤维示综技术应用于鞍上占位性病变患者，并对比视野及视敏度分析，结果显示：在视力、视野正常患者，术前、术后穿过视交叉的纤维束未见明显变化；在视力下降视野缺损患者，术后穿过视交叉的纤维束彼此距离减小，数量增加。也就是说：术前神经纤维束之间的距离可以预测术后视功能改变。

视神经胶质瘤是神经纤维瘤病1型最常见的类型，不超过50%的患者会出现视力下降，前瞻性地确定哪些需要治疗仍具挑战性，因为没有可靠的方法预测未来视力可能会下降，Peter等[23]将DTI应用于神经纤维瘤病1型患者，研究结果提示视放射FA值降低，预示着患者视力会下降甚至丧失。这一研究结果为神经纤维瘤病1型挽救视力下降治疗的必要性提供了依据。通过重建视视路纤维束、测量视路受损部位的FA值及ADC值，来评估由于鞍区肿瘤导致的视觉功能下降程度，可以有助于评估手术风险及预后。

四、DTI在视路应用中存在的不足

进一步提高前视路的三维空间分辨率仍然是一个挑战，因为前视路白质中的每一条纤维束都在DTT图上展现出来，尤其在受蝶窦内空气、蝶骨骨质及眼球运动影响最大的视交叉部位，仍需要技术上的突破。尽管近年来发展的高分辨率扩散加权成像(readout segmentation of long variable echo-trains, RESOLVE)序列较传统单次激发平面回波成像(single-shot echoplanar imaging, SS-EPI)能够减少几何及分辨率失真，但很难做到完全不失真[24-25]。视路中存在较多的交叉的纤维，尤其在视交叉部位，利用感兴趣区(region of interest, ROI)测量DTI参数时，会出现较大的误差。另外，现行的DTI成像时间偏长，一部分受检者不能配合完成扫描，对于鞍区肿瘤卒中或术后近期耐受力差的患者，扫描时间更需要控制。此外，有必要统一视觉传导通路扫描参数、开发出标准化的DTI 后处理软件，使DTI 在视觉传导通路的临床运用成为可行。

总之，DTI可以清楚显示视觉传导通路的细微改变及其与周围组织三维立体关系，协助手术策略的制定，从而减少对视路的损伤；另外，DTI还可以良好地评估鞍区肿瘤患者的视觉功能状态及预后趋势。虽然DTI在鞍区肿瘤导致视功能受损有了一定的研究基础，但其可靠性、准确性和实用性有待进一步提高。相信，随着DTI技术的进步和更先进的后处理软件的问世，相关的应用研究必将会有更广阔的前景。