磁共振彌散張量成像與腦膠質(zhì)瘤

張倩 夏永華

磁共振彌散張量成像與腦膠質(zhì)瘤

張倩①夏永華②

磁共振； 彌散張量成像； 腦膠質(zhì)瘤

彌散張量成像（DTI）是在彌散加權(quán)成像（DWI）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)磁共振功能成像新技術(shù)。DTI利用水分子擴(kuò)散原理，通過(guò)評(píng)估水分子在體內(nèi)的三維彌散狀態(tài)，顯示纖維束在腦實(shí)質(zhì)內(nèi)的走行，并通過(guò)對(duì)比纖維束走行的改變反映顱內(nèi)腫瘤的范圍及對(duì)正常白質(zhì)纖維束的影響，實(shí)現(xiàn)了無(wú)創(chuàng)及活體研究顱內(nèi)腫瘤的方法，為確定治療方案及手術(shù)方式提供了重要的影像學(xué)依據(jù)。自1994年Basser等[1]提出了彌散張量成像的技術(shù)，DTI已經(jīng)越來(lái)越廣泛地用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究，并在計(jì)算機(jī)重建技術(shù)的輔助下，發(fā)展為彌散張量纖維束成像（diffusion tensor tracking，DTT）。

1 彌散張量成像基本原理及基本參數(shù)

同DWI一樣，DTI也是水分子的彌散運(yùn)動(dòng)為成像基礎(chǔ)。在人體組織中，存在兩種彌散方式，即各向同性彌散（isotropic diffusion）和各項(xiàng)異性彌散（anisotropic diffusion）。在顱內(nèi)腦脊液、大腦灰質(zhì)，水分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的幾率相當(dāng)，接近于在純水中的彌散軌跡，稱(chēng)為各向同性彌散；但是在大腦內(nèi)水分子的運(yùn)動(dòng)是優(yōu)先沿著白質(zhì)纖維束彌散的，這歸結(jié)于細(xì)胞內(nèi)的屏障如神經(jīng)絲和細(xì)胞器，和細(xì)胞外的屏障如磷脂膜和膠質(zhì)細(xì)胞。表現(xiàn)為其運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓，稱(chēng)為各項(xiàng)異性彌散（anisotropic diffusion）。DTI是利用組織中水分子彌散的各向異性來(lái)探測(cè)組織微觀結(jié)構(gòu)，能精確描述水分子在三維空間中的擴(kuò)散軌跡， 并能對(duì)這種擴(kuò)散作定量評(píng)價(jià)[2]。

目前DTI研究分為兩大方向：一是定量研究，主要參數(shù)有：表觀彌散系數(shù)（ADC），各向異性分?jǐn)?shù)（FA）。這些參數(shù)可以幫助了解腦組織的解剖結(jié)構(gòu)之外的生物學(xué)特性[3]，ADC值可用于預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤術(shù)后放療的療效及無(wú)進(jìn)展生存（TPP）等[4]；二是彌散張量纖維束成像（DTT），是以FA值為基礎(chǔ)合成的彩色圖像，通過(guò)計(jì)算機(jī)重建軟件，可以得到同腦內(nèi)纖維走行一致的三維纖維束信號(hào)。隨著計(jì)算機(jī)軟件的不斷升級(jí)，得到的DTT圖像不斷優(yōu)化和改進(jìn)，甚至可以描繪出人腦完整的三維立體神經(jīng)圖像。

2 DTI在膠質(zhì)瘤的應(yīng)用

膠質(zhì)瘤（glioma）是發(fā)生在腦組織的最常見(jiàn)腫瘤，腦膠質(zhì)瘤的病理類(lèi)型主要有星形細(xì)胞起源腫瘤、少突膠質(zhì)細(xì)胞起源的腫瘤、室管膜細(xì)胞起源的腫瘤、星形細(xì)胞-少突膠質(zhì)細(xì)胞混合性起源的腫瘤。依據(jù)WHO標(biāo)準(zhǔn)可分四級(jí)：Ⅰ、Ⅱ級(jí)偏良性；Ⅲ、Ⅳ級(jí)偏惡性，占所有膠質(zhì)瘤的77.5%，而且級(jí)別越高，惡性程度越高，特別是高級(jí)別膠質(zhì)瘤，呈侵襲性浸潤(rùn)生長(zhǎng)，致殘率和致死率高，預(yù)后差。其主要的治療手段是手術(shù)和術(shù)后放療。目前膠質(zhì)瘤手術(shù)切除主要依靠術(shù)者經(jīng)驗(yàn)行肉眼下全切除，術(shù)后易復(fù)發(fā)。DTI和DTT檢查可以用于顯示膠質(zhì)瘤與周?chē)踪|(zhì)纖維的三維空間關(guān)系[5-6]，在指導(dǎo)手術(shù)入路、確定術(shù)中病灶切除范圍以及評(píng)估預(yù)后方面都非常重要。特別是用于運(yùn)動(dòng)區(qū)和視覺(jué)皮質(zhì)區(qū)膠質(zhì)瘤的手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航，已作為2012年中國(guó)中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性膠質(zhì)瘤診斷和治療指南的強(qiáng)烈推薦方案。

2.1 判斷膠質(zhì)瘤的惡性程度，明確腫瘤與周?chē)w維的關(guān)系

術(shù)前通過(guò)DTI檢查，顯示腦白質(zhì)各向異性的改變，再通過(guò)定量分析FA值的變化，初步推測(cè)腫瘤的良惡性和瘤細(xì)胞的侵及范圍。Beppu等[7]通過(guò)與病理結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A值可反映膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的細(xì)胞密度及增殖活性，提出腦膠質(zhì)瘤級(jí)別越低，F(xiàn)A值降低越明顯。Chen等[8]回顧性研究了31例術(shù)后病理確診為膠質(zhì)瘤患者的FA值，認(rèn)為當(dāng)FA閾值設(shè)置為0.25時(shí)，高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者與低級(jí)別膠質(zhì)瘤患者的雙側(cè)FA比值存在著顯著差別，認(rèn)為根據(jù)FA值在術(shù)前區(qū)分高低級(jí)別膠質(zhì)瘤，從而指導(dǎo)選擇合適的手術(shù)方式，最大范圍地切除病灶。腫瘤與周?chē)窠?jīng)纖維的關(guān)系也可以通過(guò)DTT檢查明確。腫瘤的浸潤(rùn)性生長(zhǎng)，對(duì)周?chē)陌踪|(zhì)纖維束產(chǎn)生水腫、壓迫和浸潤(rùn)。通常描述為以下4種類(lèi)型：（1）移位，指白質(zhì)纖維束保持正常的各向異性，位置和走行已發(fā)生改變；（2）水腫，在T2WI圖像上顯示為高信號(hào)，白質(zhì)纖維束的各向異性及其位置尚正常；（3）浸潤(rùn)，在移位或水腫的基礎(chǔ)上，白質(zhì)纖維束變得稀疏，但尚能辨認(rèn)；（4）破壞，是指白質(zhì)纖維束出現(xiàn)斷裂，消失，不能辨認(rèn)。低級(jí)別膠質(zhì)瘤一般僅表現(xiàn)為移位和（或）水腫，高級(jí)別膠質(zhì)瘤除表現(xiàn)為水腫、移位外，多有浸潤(rùn)和破壞的征象，由此可初步鑒別腫瘤的級(jí)別和浸潤(rùn)范圍。將FA值和增強(qiáng)MRI聯(lián)合應(yīng)用，則可以提高判斷腫瘤惡性程度的準(zhǔn)確性，確定合理手術(shù)方式，選擇恰當(dāng)?shù)那谐秶畲蠓秶谐[瘤并減少對(duì)正常纖維束的損害，提高手術(shù)的安全性。

2.2 在放療中的作用 放療是腦膠質(zhì)瘤治療的第二重要手段，因?yàn)榻馄饰恢没蛉庋塾^察有限等原因，手術(shù)不能完全切除的腦膠質(zhì)瘤需要放療進(jìn)一步根治。通過(guò)DTI及DTT檢查，可以明確區(qū)分腫瘤殘留灶及術(shù)后水腫區(qū)，分別勾畫(huà)為GTV和CTV，給予不同的治療劑量，達(dá)到既消除腫瘤，又避免局部功能損傷的目的。Chang等[9]認(rèn)為彌散張量成像等磁共振功能成像在確定放療計(jì)劃中有助于辨別及區(qū)分顱內(nèi)重要功能區(qū)域，從而避免功能損傷。腦腫瘤除了局部復(fù)發(fā)，還有可能發(fā)生對(duì)側(cè)腦半球轉(zhuǎn)移，究其原因，可能與腫瘤沿胼胝體纖維束走行方向發(fā)生的轉(zhuǎn)移有關(guān)，DTT通過(guò)纖維束重建成像，顯示腫瘤周?chē)w維束走行，可以對(duì)腫瘤高危區(qū)域進(jìn)行預(yù)防，避免遺漏。放療后的損傷與復(fù)發(fā)一直是診斷與鑒別的難點(diǎn)，需要通過(guò)多個(gè)定量參數(shù)及臨床表現(xiàn)進(jìn)行分析，還有待于進(jìn)一步的研究。Xu等[10]比較術(shù)后復(fù)發(fā)與放療損傷的區(qū)別時(shí)認(rèn)為，ADC值在術(shù)后復(fù)發(fā)組里較放療損傷組明顯降低，而FA值明顯增高。

3 問(wèn)題與展望

DTI和DTT通過(guò)追蹤水分子的彌散速度和方向的定量信息，顯示組織的纖維結(jié)構(gòu)和病理狀態(tài)，并結(jié)合常規(guī)MRI檢查，為腦腫瘤診斷和臨床治療方案的制定提供了有力的影像學(xué)依據(jù)。目前DTI和DTT技術(shù)仍沒(méi)有廣泛應(yīng)用于臨床，考慮原因主要有以下幾個(gè)因素：（1）DTI、DTT成像時(shí)間較長(zhǎng)，而且數(shù)據(jù)處理也需要大量的人力及物力，絕大多數(shù)患者不具備這種經(jīng)濟(jì)實(shí)力；（2）DTI、DTT成像數(shù)據(jù)的采集經(jīng)常受到噪聲和偽影干擾，計(jì)算機(jī)重建的纖維束成像與實(shí)際纖維走行有一定誤差，需要改進(jìn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備。DTT是現(xiàn)今唯一的能夠在活體研究大腦白質(zhì)纖維的方法，其應(yīng)用價(jià)值前景是可以預(yù)見(jiàn)的，隨著科學(xué)的不斷更新發(fā)展，此技術(shù)也將會(huì)有更大的發(fā)展。

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10.3969/j.issn.1674-4985.2013.08.077

①江蘇省腫瘤醫(yī)院 江蘇 南京 210009

②新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院

張倩

2012-09-28） （本文編輯：陳丹云）