彌散張量成像對膠質(zhì)瘤手術(shù)切除程度的早期評估價值研究

彭飛 萬大海

彌散張量成像對膠質(zhì)瘤手術(shù)切除程度的早期評估價值研究

彭飛①萬大海②

目的：研究彌散張量成像對膠質(zhì)瘤手術(shù)切除程度及預(yù)后的早期評估。方法：選取在山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科住院手術(shù)治療，且在術(shù)中影像學(xué)基礎(chǔ)上達到盡全切，剔除術(shù)后3個月腫瘤進展病例后符合標(biāo)準(zhǔn)的20例患者，年齡42～79歲，平均（57.95±10.82）歲，其中男11例，女9例。采用直接測量法及彌散張量成像（DTI）輔助測量法對20例膠質(zhì)瘤患者行術(shù)前、術(shù)后72 h及術(shù)后3個月的掃描，在術(shù)后MRT1加權(quán)像上不同層面分別手工描記殘余腫瘤邊界，獲取術(shù)后72 h及術(shù)后3個月殘余腫瘤體積進行比較分析。結(jié)果：經(jīng)直接測量法獲取術(shù)后72 h殘余腫瘤體積明顯大于DTI輔助測量法獲取的術(shù)后72 h殘余腫瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=4.924，P<0.001），直接測量法獲取術(shù)后3個月殘余腫瘤體積明顯大于DTI輔助測量法獲取的術(shù)后3個月的殘余腫瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=2.311，P=0.026）。經(jīng)直接測量法獲取的術(shù)后72 h殘余腫瘤體積明顯大于術(shù)后3個月的殘余腫瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=10.013，P<0.001），經(jīng)DTI輔助測量法獲取的術(shù)后72 h殘余腫瘤體積明顯大于術(shù)后3個月的殘余腫瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=7.389，P<0.001）。結(jié)論：將DTI技術(shù)用于評估膠質(zhì)瘤手術(shù)切除程度，能夠保護患者的神經(jīng)系統(tǒng)功能，提高手術(shù)療效評估的準(zhǔn)確性。

膠質(zhì)瘤； 彌散張量成像； 風(fēng)險； 評估

腦膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤，治愈率低，生存期短，其中膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的5年生存率不到5%，平均生存期僅14個月[1]。目前公認(rèn)的惡性膠質(zhì)瘤標(biāo)準(zhǔn)治療方案為手術(shù)切除腫瘤，輔以替莫唑胺化療和放療[2-3]，但由于手術(shù)切除程度及鄰近白質(zhì)纖維束損害程度的影響，使得膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后效果不明顯。如何盡可能在不損害鄰近功能區(qū)的情況下達到手術(shù)的全切成為臨床治療的關(guān)鍵。彌散張量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）是在擴散加權(quán)成像基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種唯一能無創(chuàng)地清晰顯示和分析白質(zhì)纖維束的新技術(shù)，主要用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變腦神經(jīng)功能方面的研究[4-5]。DTI技術(shù)通過顯示皮層下神經(jīng)傳導(dǎo)束，在明確病灶邊界的同時精確定位鄰近神經(jīng)功能區(qū)，幫助設(shè)計手術(shù)路徑，提高病變切除率，避免神經(jīng)功能損傷。本研究運用DTI技術(shù)對膠質(zhì)瘤手術(shù)切除程度進行評估，從而排除術(shù)后早期創(chuàng)面、組織水腫移位等因素所致影響，提高切除程度判斷的準(zhǔn)確性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科住院手術(shù)治療患者，且在術(shù)中影像學(xué)基礎(chǔ)上達到盡全切，剔除術(shù)后3個月腫瘤進展病例后符合標(biāo)準(zhǔn)的20例患者，年齡42～79歲，平均（57.95±10.82）歲，其中男11例，女9例。分別于術(shù)前、術(shù)后72 h及術(shù)后3個月進行MRI常規(guī)與DTI掃描。通過前期病例收集及數(shù)據(jù)分析，確定在SIMENS1.5T磁共振儀與PHILIP3.0T磁共振儀所收集數(shù)據(jù)均為有效資料。

1.2 方法 采用SIMENS1.5T磁共振掃描儀或PHILIP3.0T磁共振掃描儀，采用標(biāo)準(zhǔn)頭部正交線圈，對所有患者先行MRI常規(guī)掃描，再行DTI掃描，單次激發(fā)自旋回波平面成像序列獲取數(shù)據(jù)。重復(fù)時間（TR）/回波時間（TE）=195 ms/4.76 ms；軸位T1WI：TR/TE=195 ms/4.96 ms；軸位 T2WI：TR/TE=3800 ms/97 ms；軸位 FLAIR：TR/TE=9480 ms/88 ms，TI=2550 ms。視野=230 mm×230 mm，256×256矩陣，5.0 mm層厚，1.5 mm層間距，b值為1000 s/mm2在25個方向上分別施加彌散敏感梯度，1次采集，掃描時間為3 min 53 s。經(jīng)離線張量計算處理得到部分各向異性圖，通過人工選取興趣區(qū)由系統(tǒng)自送給出部分各向異性值，每個患者選取3次，取平均值。分別于術(shù)前、術(shù)后72 h、術(shù)后3個月行MRI常規(guī)與DTI掃描，綜合分析術(shù)前、術(shù)后72 h及術(shù)后3個月掃描序列，利用SPM5軟件以不同方法進行手術(shù)切除后殘留腫瘤體積測量，確定手術(shù)切除程度。

1.2.1 直接測量法 綜合分析術(shù)后72 h、術(shù)后3個月掃描序列，分別在術(shù)后MRT1加權(quán)像上不同層面手工描記殘余腫瘤邊界，獲取術(shù)后72 h殘余腫瘤體積及術(shù)后3個月殘余腫瘤體積。

1.2.2 DTI輔助測量法 著重比較腫瘤周圍白質(zhì)纖維走行方向，分別在術(shù)后MRT1加權(quán)像上不同層面手工描記殘余腫瘤范圍，獲取術(shù)后72 h殘余腫瘤體積及術(shù)后3個月殘余腫瘤體積。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 17.0軟件對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，直接測量法與DTI輔助測量法同一時間測量結(jié)果的比較及同一方法術(shù)后72 h與術(shù)后3個月測量結(jié)果均用（±s）表示，比較采用配對t檢驗，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

術(shù)前經(jīng)常規(guī)MRI掃描即直接測量法進行腫瘤定位，結(jié)合DTI掃描即DTI輔助測量法顯示白質(zhì)纖維束的走形，將腦膠質(zhì)瘤患側(cè)的白質(zhì)纖維束部分各向異性值與對側(cè)相應(yīng)部位的正常白質(zhì)纖維束部分各向異性值進行比較，得出腫瘤與白質(zhì)纖維束的空間關(guān)系。DTI不僅能清晰直觀地顯示腦白質(zhì)纖維束的走向、連續(xù)性和完整性，還能夠提供膠質(zhì)瘤的不同生長方式。20例膠質(zhì)瘤患者于術(shù)后72 h及術(shù)后3個月行常規(guī)MRI與DTI掃描，經(jīng)綜合分析，利用直接測量法及DTI輔助測量法進行手術(shù)切除后殘留腫瘤體積測定。結(jié)果顯示，經(jīng)直接測量法獲取術(shù)后72 h殘余腫瘤體積明顯大于DTI輔助測量法獲取的術(shù)后72 h殘余腫瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=4.924，P<0.001），直接測量法獲取術(shù)后3個月殘余腫瘤體積明顯大于DTI輔助測量法獲取的術(shù)后3個月的殘余腫瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=2.311，P=0.026）。經(jīng)直接測量法獲取的術(shù)后72 h殘余腫瘤體積明顯大于術(shù)后3個月的殘余腫瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=10.013，P<0.001），經(jīng)DTI輔助測量法獲取的術(shù)后72 h殘余腫瘤體積明顯大于術(shù)后3個月的殘余腫瘤，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=7.389，P<0.001），見表 1。

表1 不同方法不同時間點獲取殘余腫瘤體積的比較（） cm3

表1 不同方法不同時間點獲取殘余腫瘤體積的比較（） cm3

方法 術(shù)后72 h 術(shù)后3個月

圖1 不同方法下于不同時間點獲取的殘余腫瘤體積關(guān)系圖

3 討論

顱腦腫瘤是神經(jīng)外科常見疾病。流行病學(xué)統(tǒng)計，在全美中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的患者每年以約22 910人的速度遞增，約13 700人死亡[6]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中約占77%惡性腫瘤為膠質(zhì)瘤[7]。腦膠質(zhì)瘤發(fā)生于有限的顱腔容積內(nèi)，依靠現(xiàn)代先進的顯微外科手術(shù)技術(shù)，對于像腦膠質(zhì)瘤這種惡性腫瘤來說，幾乎仍然不可能做到全部切除腫瘤，并且存在手術(shù)后復(fù)發(fā)的幾率仍很高，腫瘤對放化療的抵抗等原因，有關(guān)腦膠質(zhì)瘤的預(yù)后研究結(jié)果顯示，5年生存率不足5%[8-9]。Kwee等[10]認(rèn)為目前對于高級別膠質(zhì)瘤低生存率的原因主要有以下幾點，首先是不能利用影像技術(shù)精確地描繪腫瘤從而導(dǎo)致定點治療腫瘤的失敗，其次是傳統(tǒng)影像學(xué)技術(shù)不能對放化療結(jié)果進行早期的評估，第三是對于腫瘤治療后是否有復(fù)發(fā)不能進行判斷。

在臨床的常用檢查中，CT檢查由于其福射性強和形態(tài)上較低分辨率，光學(xué)成像分辨率低，而超聲診斷會因很多因素導(dǎo)致分辨不清，使他們的臨床應(yīng)用都受到一定的限制。常規(guī)磁共振成像（MRI）可提供腦腫瘤的定位，大體明確腫瘤的浸潤程度，初步估計腫瘤的組織類型，但常規(guī)的磁共振檢查仍有一定局限性，難以定量反映腫瘤對周圍組織的浸潤情況、腫瘤級別及微觀組織狀態(tài)，影響治療方案的選擇影響預(yù)后。

彌散張量成像技術(shù)的研究方向主要有定量研究和纖維追蹤技術(shù)（fiber tractography，F(xiàn)T）。定量研究主要研究彌散張量成像的參數(shù)指標(biāo)，常用指標(biāo)包括評價整體彌散強度的平均彌散率（medium diffusion，MD）、張量跡（trace，Tr）以及評價各向異性程度的各向異性指數(shù)，如各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）、標(biāo)量相對各向異性（scaled relative anisotropy，sRA）和容積分?jǐn)?shù)（Volumn Ratio，VR）等，纖維束追蹤技術(shù)用于重建神經(jīng)纖維[11]。

通過研究發(fā)現(xiàn)，彌散張量成像技術(shù)（DTI）在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的組織形態(tài)學(xué)、病理學(xué)研究被廣泛應(yīng)用，在目前的輔助檢查中它是唯一能夠顯示神經(jīng)纖維束的走形、方向、排列、髓鞘等信息的方法[12]。腦白質(zhì)中包含許多神經(jīng)纖維，而水分子沿著神經(jīng)纖維走向的彌散程度遠高于垂直與神經(jīng)纖維走向的彌散程度[13]。通過MRI與DTI的綜合運用，明確膠質(zhì)瘤與白質(zhì)纖維束的關(guān)系，有助于術(shù)者避開重要神經(jīng)纖維束，提高手術(shù)安全性。使用外科手術(shù)技術(shù)進行腫瘤全切是膠質(zhì)瘤治療的最基本和重要的原則，而手術(shù)切除程度又直接影響著患者的預(yù)后。Demonte[14]認(rèn)為，適宜的手術(shù)入路應(yīng)達到在對腦組織牽拉程度達到最低的情況下最大限度地暴露病變部位，選擇距離病變部位最近的手術(shù)入路，并且盡可能早地對病變部位進行血供阻斷。腦膠質(zhì)瘤由于腫瘤級別的差異和對鄰近腦白質(zhì)纖維束浸潤及破壞程度不同，使得保存腦白質(zhì)纖維束的完整性成為影響膠質(zhì)瘤手術(shù)預(yù)后的關(guān)鍵因素之一。因此在直接測量法的基礎(chǔ)上結(jié)合彌散張量成像（DTI）掃描，推斷膠質(zhì)瘤對白質(zhì)纖維束的浸潤和破壞程度，顯示膠質(zhì)瘤與白質(zhì)纖維束的關(guān)系，結(jié)合術(shù)中功能導(dǎo)航和皮質(zhì)電刺激，最大限度地切除腫瘤，保護重要的神經(jīng)系統(tǒng)功能，可為患者提前制定合適的治療及康復(fù)計劃，提高患者的生活質(zhì)量。

本研究分別運用直接測量法和DTI輔助測量法行術(shù)后72 h及術(shù)后3個月掃描，通過術(shù)后MRT1加權(quán)像上不同層面手工描記殘余腫瘤邊界，獲取不同方法下的術(shù)后72 h殘余腫瘤體積及術(shù)后3個月殘余腫瘤體積。結(jié)果顯示，經(jīng)直接測量法獲取術(shù)后72 h及術(shù)后3個月殘余腫瘤體積均較DTI輔助測量法獲取術(shù)后72 h及術(shù)后3個月殘余腫瘤體積大，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義；經(jīng)直接測量法及DTI輔助測量法獲取的術(shù)后72 h殘余腫瘤體積均較兩種方法下的術(shù)后3個月殘余腫瘤體積大，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)果表明，DTI能夠顯示膠質(zhì)瘤與白質(zhì)纖維束之間的關(guān)系，更準(zhǔn)確地顯示腫瘤的大小及浸潤情況，幫助術(shù)者選擇安全適宜的手術(shù)入路及決定腫瘤的切除程度，從而更好地保護患者的神經(jīng)功能，并對術(shù)后殘余腫瘤體積檢測具有一定的臨床意義。DTI在術(shù)前、術(shù)后72 h及術(shù)后3個月的掃描結(jié)果可以說明膠質(zhì)瘤患者術(shù)后72 h及術(shù)后3個月神經(jīng)功能的恢復(fù)情況，即DTI在膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后評估中有一定的臨床意義。

綜上所述，DTI能夠顯示膠質(zhì)瘤與白質(zhì)纖維束之間的關(guān)系，為術(shù)者選擇適宜的手術(shù)入路及膠質(zhì)瘤手術(shù)切除程度提供幫助，從而能更好地保護患者的神經(jīng)系統(tǒng)功能，提高患者的生命質(zhì)量，并對膠質(zhì)瘤手術(shù)切除程度的早期評估具有一定的價值。

[1] Stupp R，Mason W P，Van Den Bent M J，et al.Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma[J].New England Journal of Medicine，2005，352（10）：987-996.

[2] Wen P Y，Kesari S.Malignant gliomas in adults[J].New England Journal of Medicine，2008，359（5）：492-507.

[3] Stupp R，Hottinger A F，Van den Bent M J，et al.Frequently asked questions in the medical management of high-grade glioma：a short guide with practical answers[J].Ann Oncol，2008，19（7）：209-216.

[4]張云亭，孫志華.MR彌散張量技術(shù)及其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的應(yīng)用[J].診斷學(xué)理論與實踐，2005，4（4）：333-335.

[5] Arfanakis K，Hermann B P，Rogers B P，et al.Diffusion tensor MRI in temporal lobe epilepsy[J].Magn Reson Imaging，2002，20（7）：511-519.

[6] Siegel R，Naishadham D，Jemal A.Cancer statistics，2012[J].CA Cancer Clin，2012，62（1）：10-29.

[7] Schwartzbaum J A，F(xiàn)isher J L，Aldape K D，et al.Epidemiology and molecular pathology of glioma[J].Nature Clinical Practice Neurology，2006，2（9）：494-503.

[8]江濤，劉福生.腦膠質(zhì)瘤[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2007：1-209.

[9]孫力泳，杜建新，徐庚，等.腦神經(jīng)膠質(zhì)瘤病的診斷和治療[J].中國臨床神經(jīng)外科雜志，2008，13（3）：132-134.

[10] Kwee T C，Donswijk M L.Application of advanced MR imaging techniques and the evolving role of PET/MR imaging in neurooncology[J].PET Clinics，2013，8（2）：183-199.

[11]武剛，詹青霞，丁小龍，等.正常成人大腦白質(zhì)纖維磁共振彌散張量成像的定量研究[J].中國醫(yī)學(xué)計算機成像雜志，2012，18（1）：6-8.

[12] Wieshmann U，Symms M，Parker G，et al.Diffusion tensor imaging demonstrates deviation of fibres in normal appearing white matter adjacent to a brain tumour[J].J Neurol Neruosurg Psychiatry，2000，68（4）：501.

[13] Jones D K，Leemans A.Diffusion tensor imaging[J].Methods Mol Biol，2011，10（711）：127-144.

[14] Demonte F.Surgical treatment of anterior basal meningiomas[J].J Neurooncol，1996，29（3）：239-247.

The Research of Value Early Assessment in Extent of Surgical Resection of Gliomas by Diffusion TensorImaging

PENG Fei，WAN Da-hai.

Objective:To evaluate the utility of diffusion tensor imaging （DTI） in early assessment of extent of surgical resection and prognosis of gliomas surgical.Method:Selected the patients who were given operation treatment in neurosurgical department in first Clinical College of Shanxi Medical University，achieved the full cut based on the best imaging technique in operation and excluded tumor progression cases after 3 months，a total of 20 patients up to the standard.Patients were 42 to 79 years old，the average age was（57.95±10.82） years old，including 11 males and 9 females.The scanning of 20 glioma patients with preoperative and postoperative 72 hours and 3 months were performed by direct measurement and diffusion tensor imaging（DTI） auxiliary measurements.Tracings tumor boundaries with hand on different levels of postoperative MRT1 weighted images.Residual tumor volume after 72 hours and 3 months were analyzed and compared.Result:The volume of residual tumor after 72 hours by direct measurement was significantly larger than that by DTI acquiring auxiliary measurement，the difference was statistically significant（t=4.924，P<0.001）.The volume of residual tumor after 3 months by direct measurement was significantly larger than that by DTI acquiring auxiliary measurement，the difference was statistically significant（t=2.311，P=0.026）.The volume of residual tumor after 72 hours by direct measurement was significantly larger than that after 3 months，the difference was statistically significant（t=10.013，P<0.001）.The volume of residual tumor after 72 hours by DTI acquiring auxiliary measurement was significantly larger than that after 3 months，the difference was statistically significant（t=7.389，P<0.001）.Conclusion:DTI can be used in assessing the extent of surgical resection of gliomas to protect the nervous system function and improve the accuracy of surgery assessment.

Gliomas； Diffusion tensor imaging； Risk； Assess

10.3969/j.issn.1674-4985.2014.14.001

①山西醫(yī)科大學(xué) 山西 太原 030001

②山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院

萬大海

Medical Innovation of China，2014，11（14）：001-004First-author’s address：Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China

2014-03-13） （本文編輯：歐麗）