DTI在神经外科疾病诊疗中的应用进展

高旭光，王志强

摘 要：中枢神经系统影像检查在疾病诊断中的价值已被公认。电子计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）和核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，MRI）已经可以显示并且定位大多数的中枢神经系统病变。弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是一种无创性核磁共振成像技术，能敏感地显示脑白质的微观结构异常结构，检测脑白质内神经纤维的连续性，在一些出血量较少，CT与MRI诊断为阴性的疾病中通过神经纤维束结构的改变而做出阳性诊断，也可通过相应软件将DTI变为三维成像来更好地帮助神经外科医生制订术前计划及指导手术，这对于神经外科系统诊断与治疗的提升都有重大意义。本文主要探讨DTI在神经外科的常见疾病如：脑出血、脑肿瘤、脑梗塞及颅脑损伤中的影像学改变、临床应用价值及进展趋势。

关键词：弥散张量成像;神经外科疾病;颅脑损伤

中图分类号：R608  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2022）05-0024-03

随着人口老龄化和工业现代化的不断发展，神经系统疾病的发病率逐渐升高，其致残率与致死率极高，给个人、家庭、社会带来了巨大负担。弥散张量成像（DTI）是目前唯一可以在活体呈现白质纤维束走行的MRI检查技术[1]。便于观察白质纤维束和皮质脊髓束（corticespinal tract，CST）受损的情况，对疾病的诊断、病情的评估及预后等具有重要意义。

磁共振弥散张量成像技术（DTI）是1994年Basser等首次提出的描述生物组织中水分子弥散方向特征的MRI成像技术。它可以准确描述水分子弥散方向和幅度，从而有效反映白质纤维束早期的微小变化[2]。也可以更加方便观察白质纤维束和皮质脊髓束受损的情况。

1 DTI的原理

在人体组织中，组织细胞结构影响着水分子的运动，对不同方向的弥散程度也产生了不同的影响，具有方向依赖性，即具有各向异性（anisotropy）。DTI是利用组织中水分子弥散的各向异性来探测组织微观结构的成像方法。

1.1 DTI的量化参数

1.1.1 各向异性分数（fractionalanisotropy，FA）：水分子在自由情况下是没有顺序的，并且运动也具有随机性，对任何方向的弥散几率是一致的，顾名思义各向同性;但在组织中，细胞膜等结构制约着水分子的运动，各个方向弥散程度也就发生随之而发生了改变，多沿着特定的方向进行弥散，叫做各向异性;用FA来表示，取值在0～1之间，数值为1时，说明水分子为最大各向异性的弥散，弥散运动规律、完整性好。

1.1.2 表观弥散系数（apparentdiffusioncoefficient，ADC）：表示水分子单位时间内向各个方向扩散程度的大小，范围越广说明水分子扩散能力越强。

1.1.3 平均弥散率（meandiffusivity，MD）：表示水分子的各个方向平均弥散率，表示局部脑组织的完整性。

1.1.4 白质纤维束示踪成像（fiber tractography）：可以无创地研究活体大脑白质纤维束形态和结构[3]。

2 DTI在神经外科疾病中的应用

2.1 DTI在高血压脑出血诊疗中的应用

高血压性脑出血（hypertensiveintracerebralhemorrhage，HICH）以基底节区和丘脑最为常见。近年来HICH的发病率越来越高，致残率也显著增长，调查显示HICH患者近几年内的病死率可高达百分之五以上。约有百分之五十到百分之七十五不同程度的神经系统功能障碍。这种情况也严重的影响患者的生活質量。HICH患者术后复查CT时显示良好，但神经功能恢复不佳，其原因是HICH患者出血部位脑白质传导束和内囊白质纤维束的皮质脊髓束损伤所致，CST是控制躯干四肢运动最重要的传导束。

DTI白质纤维束示踪成像技术可以无创地研究活体大脑白质纤维束皮质脊髓束的形态和结构改变进行分析研究。有研究发现：HICH患者健侧白质纤维明显多于患侧，患侧感兴趣区的FA值与ADC值都较健侧有所降低，证实了HICH造成了纤维束结构的改变，表明纤维束数量的多少与密集程度能更好地反映HICH患者内囊受损的情况，更早地使用DTI技术可以进行病情判断和功能恢复程度预测。

2.2 DTI在脑肿瘤诊疗中的应用

胶质瘤是最常见的原发恶性颅内肿瘤，呈弥漫浸润性生长，边界不清，具有侵袭能力强、易复发的特点[4]。肿瘤的异形生长常累及脑白质神经纤维束。目前外科手术治疗仍然是胶质瘤最主要的治疗方式。MRI是最常用的检查手段，但传统影像学检查手段只能分辨出肿瘤的边界、位置及大小等，却无法辨别锥体束等白质纤维的结构。DTI可通过彩色张量图、纤维示踪图显示白质纤维的走行方向，在颅内病变时即可显示白质纤维与病变的相对位置和解剖关系。

有研究结果显示，低级别脑胶质瘤FA值、ADC值比值明显高于高级别脑胶质瘤，FA在肿瘤分级中的灵敏度为90%，特异度为60%，表明DTI在脑胶质瘤分级中的特异度和灵敏度较好。随着肿瘤恶性程度逐渐升高，肿瘤细胞密度相对增加，细胞间的间隙缩小，细胞的核质比增加，异型性增高，制约了水分子的扩散度，因此肿瘤的级别、恶性程度越高，FA和ADC的数值也就越低，可在一定程度上可用于指导肿瘤分级。其次，神经外科医生可以通过DTI更好了解肿瘤立体解剖关系，使其术中能够更加掌握肿瘤与白质纤维的情况，受肿瘤占位效应的影响，皮质下白质束会产生位移。进行手术时能够尽可能保护正常的脑白质纤维束，减少手术创伤，提高患者的预后及功能恢复的程度。

DTI技术对胶质瘤患者的术前分析、术中指导、术后的功能恢复及肿瘤的恶性程度判断都有非常重要的价值，对降低手术风险和患者临床预后的评估都有显著的优势。

2.3 DTI在腦梗塞诊疗中的应用

在临床上主要应用FA对急性脑梗死来进行评价。正常人的大脑左右侧的FA、ADC值没有明显的差异，但是发生脑梗塞时梗死区域的FA显著降低，早期平均ADC值降低，后期增高，CST穿过梗塞灶的患者运动功能恢复较差，CST未穿过梗塞灶的患者运动功能恢复较好。脑梗塞灶FA值变化及其对CST的影响，不同时期脑梗塞患者进行DTI检查：埂塞发生于不同位置的CST变量程度不同，脑梗塞区及健侧对应区的FA值是不同的，两者得出的结果差异明显。DTI结果显示，病灶位于脑干者，CST的改变主要为变化不明显或仅表现为纤维束变得稀疏，很少见纤维束得截然中断，而病灶位于基底节区、放射冠的梗塞灶患者中，病灶CST截然中断。

2.4 DTI在颅脑损伤诊疗中的应用

颅脑损伤是神经外科常见的疾病，其中30%留有不同程度的后遗症。在临床上对于颅脑损伤的患者都给予常规的头部CT、MRI检查，来观察颅脑的结构形态是否出现了改变，明确脑组织损害的程度。重度颅脑损伤的患者通常行头颅CT检查后，基本可以诊断明确，而且MRI检查时间长，对于需要急诊抢救的重度颅脑损伤的危重患者不适宜进行这项检查。但是轻型颅脑损伤患者CT和MRI扫描的阳性率较低，导致患者没有接受及时的治疗或更加准确的治疗从而造成病情进一步的加重，甚至有生命危险。近几年来DTI慢慢地成为了临床检测轻型颅脑损伤的主要手段之一。

在颅脑损伤中约70%～90%的患者为轻型颅脑损伤，DTI可以对轻型颅脑损伤患者颅脑内的结构是否完整来进行评估，FA数值减少时，提示颅脑内结构受损。ADC数值能提示水分子的扩散自由度是否发生了改变，可利于对脑水肿的程度进行评估。所以在DTI检测时，FA值比ADC值对轻型颅脑损伤的脑组织损伤情况能做出更好的反应。

在轻型颅脑损伤患者DTI检测时，FA值与ADC值都起到了非常重要的作用，它们在不同区域会出现数值上升或下降等不同的变化，这对诊断、治疗轻度颅脑损伤患者有着重要作用。

3 小结

综上所述，较传统的CT、MRI等影像检查在发现疾病早期改变、决定手术方案、优化手术方案、保护皮质下重要功能的白质纤维、预测患者的功能预后等多个方面都有着显著的优势，DTI的检查结果与操作者有着很大的关系，例如算法的采用方法、兴趣区的位置和对神经的解剖熟悉的程度都可能会影响结果的准确性。而且目前DTI无创成像技术也存在值得去研究的问题，例如：如果当颅内血肿的患者白质纤维束受到压迫时显示连续性中断，我们该如何准确地确定白质纤维束为受压还是破坏。还有DTI检查精密程度的高低，如果当一些较小的纤维束受到破坏，其是否也可以准确地显示出来，确立更有效的手术操作方向和脑保护等一系列问题。由于是目前独有的可在活体呈现出白质纤维束走行的MRI检查技术，DTI在探索神经系统的疾病中占据着举足轻重的地位，DTI技术在神经外科系统中不断的增加临床应用、数据与图像的处理优化、软件的不断进展与更新、自身的不断发展与完善下能够有更广阔的前景，可以在神经外科的疾病中得到更加广泛的应用，为神经外科的患者带来更多的福利。

参考文献：

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

〔2〕赵轶，席刚明.DTI对高血压性基底节区出血病人皮质脊髓束损伤程度评估的价值[J].中国临床神经外科杂志，2019，24（05）：286-288.

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

〔4〕李宝庆，王石磊，李宝东.Twist1对胶质瘤样干细胞的增殖和侵袭影响[J].解剖科学进展，2018， 24（02）：149-152.