血氧水平依賴功能磁共振評價腦腫瘤惡性程度與腦皮層功能區(qū)距離和激活體積的相關性

劉 浩 LIU Hao

林 青2 LIN Qing

徐文堅2 XU Wenjian

王繼剛3 WANG Jigang

黃勇華2 HUANG Yonghua

劉世恩2 LIU Shien

周銳志2 ZHOU Ruizhi

2.青島大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院放射科山東青島 266003

3.青島大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院病理科山東青島 266003

血氧水平依賴功能磁共振技術（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imaging,BOLD-fMRI）是對腦功能皮層運動區(qū)進行功能成像的新技術，它能在無創(chuàng)傷和無需對比劑的情況下評價腦腫瘤與皮層功能區(qū)之間的關系及皮層功能區(qū)自身的狀況，指導臨床制訂手術方案，最大限度地切除病灶并保留腦皮層功能，可大大提高手術治療效果[1]。本研究采用BOLD-fMRI成像技術研究位于或鄰近腦皮層運動功能區(qū)的33例腦腫瘤患者，旨在評價良、惡性腫瘤至腦皮層運動功能區(qū)的距離對運動功能區(qū)的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2009-01～2010-07青島大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院收治的33例顱內腫瘤位于或鄰近腦皮層運動功能區(qū)的患者，其中男性20例，女性13例；年齡32～73歲，平均（52.33±11.39）歲，均為右利手。術后病理證實膠質瘤18例，腦膜瘤13例，轉移瘤2例。根據(jù)2007年WHO腫瘤分類標準[2]，膠質瘤中Ⅲ～Ⅳ級腫瘤歸為惡性腫瘤組，Ⅰ～Ⅱ級腫瘤歸為良性腫瘤組。其中惡性腫瘤組16例，良性腫瘤組17例。術前患肢肌力檢查為Ⅳ～Ⅴ級。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器 采用美國GE HDxT 3.0T超導型磁共振機，應用8通道頭部線圈。掃描基線平行于前后聯(lián)合連線（AC-PC線）。應用GE Brain Wave圖像采集系統(tǒng)進行BOLD成像的實時顯示。BOLD-fMRI掃描采用單次激發(fā)回波平面成像梯度回波（gradient echoecho planar imaging，GRE-EPI）序列，成像參數(shù)：TR 2000ms，TE 40ms，反轉角90°，視野（ fi eld of view，F(xiàn)OV）24cm×24cm，矩陣128×128，層面內分辨率為2mm×2mm。矢狀位三維T1WI解剖圖：應用三維快速損毀進動恢復梯度回波（three-dimensional spoiled gradient-echo, 3D SPGR）序列，成像參數(shù)：TR 30ms，TE 6.0ms，F(xiàn)OV 24cm×24cm，矩陣256×256，層厚1.2mm，層間距0mm。掃描層數(shù)110。

1.2.2 實驗設計 采用組塊（BLOCK）設計方案，任務組塊要求患者行雙手同時對指運動，檢查前訓練患者對指運動的節(jié)律、強度、幅度盡可能一致。每組塊任務持續(xù)20s，休息20s，完成9個組塊，掃描時間為6min 20s。

1.3 圖像后處理及數(shù)據(jù)分析 將BOLD-fMRI所采集的圖像應用MATLAB平臺下SPM5軟件分析，對原始數(shù)進行配準（realign）、對齊（coregister）、標準化（normalization）及平滑化（smooth）處理。經(jīng)過預處理后，對未超出運動校正標準（三維平移未超過0.5mm，三維旋轉度未超過0.5°）的數(shù)據(jù)進行分析。經(jīng)過處理，獲得激活圖，在激活圖內測量感興趣區(qū)內的總激活像素數(shù)（體積＝總激活像素數(shù)×3mm×3mm×3mm）。BOLD-fMRI運動功能區(qū)激活體積比的計算[3]：BOLD激活體積比＝腫瘤側運動功能區(qū)激活體積/健側運動功能區(qū)激活體積。

圖1 腦膜瘤患者BOLD圖像，黑色標記為測量的腦膜瘤與腦皮層運動功能激活區(qū)距離，為測量運動激活區(qū)邊緣與病灶邊緣的最小距離。圖2 膠質瘤患者BOLD圖像，病灶（箭）與腦皮層運動功能激活區(qū)（箭頭）位置相貼，認為距離為0mm

1.4 運動功能區(qū)與腫瘤距離測量 采用xjView軟件測量腫瘤與運動功能區(qū)的距離。見圖1、2。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件，BOLD激活體積以表示，數(shù)據(jù)經(jīng)正態(tài)性分布檢驗，符合正態(tài)性分布，行t檢驗；BOLD激活體積比和腫瘤與運動功能區(qū)距離的相關性進行Pearson相關分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 BOLD激活體積分析 惡性腫瘤組BOLD激活體積為（31.29±10.87），良性腫瘤組BOLD激活體積為（79.53±16.27），兩者比較，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

2.2 腫瘤與運動功能區(qū)距離及BOLD激活體積比 33例患者BOLD激活體積比為0.22～1.89，平均（0.65±0.37）。其中惡性腫瘤組BOLD激活體積比為0.22～1.42，平均（0.50±0.38）；良性腫瘤組BOLD激活體積比為0.39～1.89，平均（0.80±0.30）。33例患者腫瘤邊緣距腦皮層運動功能區(qū)距離為0～10mm，平均（5.33±2.50）mm。其中，良性腫瘤組腫瘤邊緣距腦皮層運動功能區(qū)距離為2～10mm，平均（5.65±2.29）mm；惡性腫瘤組腫瘤邊緣距腦皮層運動功能區(qū)距離為2～10mm，平均（5.00±2.76）mm。

2.3 腫瘤與運動功能區(qū)距離與BOLD激活體積比的相關性分析 33例患者腫瘤距運動功能區(qū)的距離與BOLD激活體積比呈正相關（R2＝0.304，P＜0.05）（圖3）；惡性腫瘤組腫瘤距運動功能區(qū)的距離與BOLD激活體積比呈顯著正相關（R2＝0.407，P＜0.01）（圖4）；良性腫瘤組腫瘤距運動功能區(qū)的距離與BOLD激活體積比呈正相關（R2＝0.25，P＜0.05）（圖5）。

圖3 腦腫瘤（包括良惡性腫瘤）距運動功能區(qū)的距離與BOLD激活體積比的相關性

圖4 惡性腫瘤距運動功能區(qū)的距離與BOLD激活體積比的相關性

圖5 良性腫瘤距運動功能區(qū)的距離與BOLD激活體積比的相關性

3 討論

BOLD-fMRI能無創(chuàng)顯示腦皮層運動功能區(qū)與腦腫瘤的解剖關系，在切除腦腫瘤的同時可以最大程度地保護腦功能運動區(qū)，因而受到影像醫(yī)師和神經(jīng)外科醫(yī)師的重視[4]。

顱內腫瘤引起局部神經(jīng)功能紊亂的方式有兩種，一是腫瘤擠壓血管使其暫時失去血液供應的生理性障礙，二是腫瘤侵犯了神經(jīng)組織，使其結構上發(fā)生破壞的解剖性障礙。本研究顯示，良性腫瘤的BOLD激活體積比高于惡性腫瘤，其原因是惡性腫瘤侵犯周圍神經(jīng)組織更加嚴重，從而引起解剖性障礙，使運動功能激活區(qū)像素下降。Hou等[3]認為功能激活區(qū)像素的多少與腫瘤的級別和類別有關，腫瘤級別越高，對周圍運動激活區(qū)的體積和局部組織氧含量及血流量的影響越顯著。

高級別膠質瘤的占位效應與BOLD-fMRI信號降低有關[4]。本研究觀察了功能區(qū)在距腫瘤0～10mm范圍內的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤組腫瘤與運動功能區(qū)的距離與運動功能區(qū)BOLD激活體積比呈顯著正相關（R2＝0.407，P＜0.01），良性腫瘤組腫瘤與運動功能區(qū)的距離與BOLD激活體積比呈正相關（R2＝0.25，P＜0.05），惡性腫瘤組較良性腫瘤組腫瘤至腦皮層功能區(qū)的距離與激活體積比的相關性更加明顯，與Hou等[3]的結果相似。其原因可能是由于腦腫瘤對周圍腦組織結構、生理學狀態(tài)、腦組織代謝、神經(jīng)遞質傳遞和神經(jīng)血管結合狀態(tài)產(chǎn)生影響，這些表現(xiàn)在高級別腫瘤中更為明顯[5]。黃仲奎等[6]也提出病灶距功能區(qū)的距離與術前肌力呈正相關。其作用機制為：誘導周圍腦組織血管病理性增生；引起局部血流量升高；使周圍組織的生物化學環(huán)境發(fā)生改變等[7]；引起血管性水腫導致彌散系數(shù)發(fā)生變化[8]；分泌神經(jīng)遞質樣物質，改變皮層的代謝狀態(tài)和神經(jīng)血管之間的結構等。毛細血管數(shù)量是決定功能區(qū)體積大小的主要因素，灰質比白質的毛細血管數(shù)量豐富，而腦腫瘤壓迫所致毛細血管數(shù)量的減少和受損導致流經(jīng)功能區(qū)的血流量減少[9]，從而降低了活動與靜止狀態(tài)下脫氧血紅蛋白濃度的差異，使功能區(qū)激活信號激活體積減少，最大信號強度降低。惡性腦腫瘤使周圍腦組織環(huán)境發(fā)生改變，當手運動時，雖然患側神經(jīng)元處于激活狀態(tài)，但局部的血流量卻沒有相應增加,這樣在BOLD-fMRI上就不會出現(xiàn)與周圍腦組織的顯著差異，使BOLD-fMRI檢查不能發(fā)現(xiàn)激活的功能區(qū)。其原因可能為惡性腦腫瘤的血管喪失了自我調節(jié)能力，當局部活動增加時,局部血管對相應的神經(jīng)刺激無反應能力，血流量沒有相應增加,導致功能區(qū)激活減弱。

綜上所述，腦腫瘤距運動功能區(qū)的距離與BOLD激活體積比有顯著相關性，尤以惡性腫瘤相關性更明顯。

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