語言傳導(dǎo)束示蹤成像在神經(jīng)外科手術(shù)中應(yīng)用

楊福興　陳曉雷　許百男

·綜 述·

語言傳導(dǎo)束示蹤成像在神經(jīng)外科手術(shù)中應(yīng)用

楊福興*陳曉雷*許百男*

弓狀束上縱束擴(kuò)散張量成像語言功能

語言是人類的高級神經(jīng)功能，關(guān)于語言傳導(dǎo)通路的認(rèn)識最早來源于19世紀(jì)的神經(jīng)解剖研究。Reil首次提出位于外側(cè)裂深面有一束白質(zhì)纖維連接額顳頂葉，而Burdach將它命名為弓狀束；接著，Geschwind進(jìn)一步提出弓狀束連接Broca和Wernicke語言功能區(qū)，且弓狀束任何一處損傷都將導(dǎo)致傳導(dǎo)性失語，直至今日，此束仍被視為經(jīng)典語言傳導(dǎo)通路[1,2]。近年，得益于擴(kuò)散張量纖維束示蹤（diffu?sion tensor imaging fiber tracking，DTI-FT）技術(shù)的發(fā)展成熟，人們可以進(jìn)行語言傳導(dǎo)束的活體成像，研究各相關(guān)纖維束的功能及聯(lián)系。普遍認(rèn)為，語言傳導(dǎo)路徑分為背側(cè)和腹側(cè)通路，背側(cè)主要與語音處理有關(guān)，而腹側(cè)主要與語義處理相關(guān)[3-5]。背側(cè)語言束的代表是弓狀束（arcuate fas?ciculus，AF）和上縱束（superior longitudinal fasciculus，SLF），腹側(cè)主要包括中縱束、下縱束、額枕下束、鉤束、最外囊、額斜束等[3,6-8]。本文著重關(guān)注弓狀束和上縱束在神經(jīng)外科中的應(yīng)用。

1　語言傳導(dǎo)束的解剖

1.1弓狀束的解剖CATANI[9]將弓狀束分為三個(gè)組份，包括連接Broca和Wernicke區(qū)的長程纖維，以及前后兩組短程纖維；前部纖維連接Broca區(qū)和頂下小葉，后部纖維連接頂下小葉和Wernicke區(qū)。此外，弓狀束也可分為背側(cè)束和腹側(cè)束[10,11]。經(jīng)尸體解剖證實(shí)，腹側(cè)束起自顳中回及顳下回后部，經(jīng)角回深面，止于額下回島蓋部、前運(yùn)動皮層腹外側(cè)和額中回后部；而背側(cè)束起自顳上回中后部和顳中回中部，經(jīng)緣上回深面，止于額下回島蓋部、三角部和前運(yùn)動皮層腹外側(cè)[10]。

研究表明，分管語言功能的皮層及皮層下纖維在兩側(cè)大腦半球的分布是不對稱的，右利手人群語言功能區(qū)主要位于左側(cè)大腦半球，即語言功能的側(cè)化。功能側(cè)化是以解剖的側(cè)化為基礎(chǔ)的。JUAN[11]從解剖上闡明AF的側(cè)化情況，VASSAL[12]則對包括AF在內(nèi)的8種語言傳導(dǎo)束進(jìn)行分析，進(jìn)一步證實(shí)了語言傳導(dǎo)束的側(cè)化現(xiàn)象。

1.2上縱束的解剖及與AF的關(guān)系 MAKRIS[13]應(yīng)用DTI技術(shù)把SLF分為4個(gè)組分（SLF-I～I(xiàn)V）。SLF-I位于頂上小葉及額上回白質(zhì)內(nèi)并延伸至運(yùn)動前區(qū)背側(cè)及前額葉背外側(cè)區(qū)域，SLF-II位于島葉上方的白質(zhì)中心，從角回向前額葉尾側(cè)延伸，SLF-III從緣上回延伸到運(yùn)動前區(qū)和前額葉腹側(cè)，SLF-IV指的是弓狀束。另一種是三分法，分為背側(cè)的SLF-1，中間的SLF-2以及位于腹側(cè)的SLF-3。SLF-1從頂上小葉到額上回和前扣帶回皮層，SLF-2從枕葉前部和角回上部向前延伸到額中回和額極，SLF-3從緣上回到額下回島蓋部。SLF三個(gè)成分的額側(cè)端分別連接額葉上、中、下回，利用其與額葉的連接差異性可進(jìn)行SLF重建[14,15]。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為AF/SLF是一種密切聯(lián)系的功能復(fù)合體或者甚至把兩者互相等同，共同介導(dǎo)語言功能[6]。MAKRIS[13]認(rèn)為AF是SLF的一部分，一些尸體解剖的結(jié)果也支持[16]。其實(shí)，解剖研究可清晰的區(qū)分兩種纖維束及其組份，提示AF和SLF兩者不能混為一談[10]。

2　語言傳導(dǎo)束的顯像技術(shù)

為了更好的解析交叉纖維，研究者提出高角度分辨率擴(kuò)散顯像（high angular resolution diffusion imaging，HAR?DI）。相對于低角度分辨率的采樣體系，HARDI能更準(zhǔn)確的估計(jì)每個(gè)體素內(nèi)纖維走向，對交叉纖維識別能力強(qiáng)。KUHNT[19]對比普通DTI與HARDI，證實(shí)后者可清晰顯示瘤周或水腫帶的纖維。由于采樣體系的改進(jìn)，一些新算法應(yīng)運(yùn)而生，比如雙張量無損卡爾曼濾波纖維束示蹤技術(shù)（two-tensor unscented Kalman filter tractography，UKFT）[20]、q球成像（q-ball imaging，QBI）[21]、擴(kuò)散頻譜成像（diffu?sion spectrum imaging，DSI）[22]、約束球形反卷積（con?strained spherical deconvolution，CSD）[23]、廣義q采樣成像（generalized q-sampling imaging，GQI）[24]、Funk Radon余弦變換q球成像（the QBI with Funk Radon and cosine trans?form，F(xiàn)RACT）[25]等。CAVERZASI[26]應(yīng)用QBI重建額枕下束，證實(shí)其成像效果比DTI清晰。同樣，GQI優(yōu)于DTI也有證據(jù)支持，ZHANG[27]指出術(shù)前計(jì)劃應(yīng)用GQI可清晰顯示瘤周水腫區(qū)的纖維，而DTI顯示不完整。GQI、QBI與DSI等方法在交叉纖維的解析能力上相差無幾[24]。WILKINS[28]做了橫向?qū)Ρ戎赋?，CSD具有比其他方法更高的三種或三種以上交叉纖維的檢出率。

擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是目前最成熟的纖維束示蹤技術(shù)，利用水分子在白質(zhì)內(nèi)的彌散運(yùn)動，獲得部分各向異性（fractional anisotropy，F(xiàn)A）等參數(shù)，估算每個(gè)體素內(nèi)纖維走向，重建纖維束三維結(jié)構(gòu)，無創(chuàng)顯示腦內(nèi)神經(jīng)纖維。弓狀束DTI成像具有比較好的可靠性，變異系數(shù)小[17]，但仍有不足之處。首先，擴(kuò)散張量成像無法鑒別傳入及傳出纖維[6]；其次，DTI無法解決單個(gè)體素內(nèi)包含灰質(zhì)或腦脊液產(chǎn)生的混雜信號[18]；第三，DTI無法解析交叉纖維，容易造成假陰性[6,9]。

其中:N是強(qiáng)度為λ的泊松過程,Vn是獨(dú)立的隨機(jī)變量序列,且滿足仍是P-獨(dú)立同分布的隨機(jī)變量序列,其密度函數(shù)為

3　語言傳導(dǎo)束示蹤成像在神經(jīng)外科中的應(yīng)用

語言傳導(dǎo)束顯像可以幫助術(shù)者判斷語言優(yōu)勢半球、觀察腫瘤等病變與功能區(qū)及傳導(dǎo)束的毗鄰關(guān)系，術(shù)中導(dǎo)航指導(dǎo)最大程度切除和提供最佳的神經(jīng)功能保護(hù)。此外，

4.統(tǒng)一要求與專業(yè)特色相結(jié)合研究新課標(biāo)背景下高等師范院校英語教學(xué)法課程教學(xué)策略，落實(shí)國家、學(xué)校對教師教育專業(yè)的統(tǒng)一要求。

總之，隨著硬件和軟件的不斷進(jìn)步，語言傳導(dǎo)束成像技術(shù)將會持續(xù)為神經(jīng)外科醫(yī)生提供幫助。

證實(shí)，而DTI沒能顯示瘤周及瘤內(nèi)的纖維。ILLE[32]對27例外側(cè)裂區(qū)腫瘤病人，術(shù)前采用fMRI和導(dǎo)航經(jīng)顱磁刺激（navigated transcranial magnetic stimulation，nTMS），執(zhí)行命名任務(wù)定位語言功能區(qū)，將結(jié)果與金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，指出兩者陽性預(yù)測值均不高，但nTMS比fMRI略有優(yōu)勢，受病變干擾較小。反之，若因?yàn)镈TI-FT的準(zhǔn)確性欠佳便棄之不用也是不可取的。BELLO[33]教授指出術(shù)中電刺激聯(lián)合纖維束導(dǎo)航技術(shù)比單用術(shù)中電刺激，可有效減少手術(shù)時(shí)間，減輕病患癲癇發(fā)生率。故術(shù)中語言傳導(dǎo)束顯像技術(shù)和術(shù)中電刺激優(yōu)勢互補(bǔ)，前者為后者提供依據(jù)，后者對前者進(jìn)行修正，兩者是辯證統(tǒng)一的，只有熟練的聯(lián)合DES和DTI-FT才能使患者最佳獲益。

通過設(shè)置W5500的寄存器與存儲器的值，就可以實(shí)現(xiàn)W5500和Interent連接起來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。W5500的程序設(shè)計(jì)部分流程如圖12所示，以太網(wǎng)模塊不管是作為服務(wù)器還是客戶端，通信時(shí)都是通過發(fā)送連接請求，所以在程序中也要判斷是否需要建立連接，如果判斷此次連接為有效連接，則進(jìn)行接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后再發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)，發(fā)送完成后，完成一次數(shù)據(jù)交流，需要關(guān)閉連接，然后依次循環(huán)進(jìn)行。

還可以預(yù)測術(shù)后語言障礙的情況。本文著重關(guān)注語言傳導(dǎo)束成像的術(shù)中及術(shù)后應(yīng)用價(jià)值。

3.1對手術(shù)的價(jià)值 語言傳導(dǎo)束示蹤在神經(jīng)外科手術(shù)中應(yīng)用需要注意的主要問題一是準(zhǔn)確性。為了減少假陽性和假陰性，DTI-FT可以和術(shù)中直接電刺激（direct electrical stimulation，DES）聯(lián)合應(yīng)用。眾所周知，DES是確定功能區(qū)和纖維束的金標(biāo)準(zhǔn)，而DTI-FT可鏡下顯示纖維束形態(tài)，兩者相輔相成，有利于更好地保護(hù)語言功能。VASSAL[29]報(bào)道了語言傳導(dǎo)束DTI成像在臨近語言區(qū)膠質(zhì)瘤手術(shù)中的應(yīng)用，術(shù)前重建6種語言傳導(dǎo)束，術(shù)中聯(lián)合運(yùn)用DES，達(dá)到腫瘤最優(yōu)切除及良好的語言功能保護(hù)效果。國內(nèi)學(xué)者報(bào)道了應(yīng)用多模態(tài)導(dǎo)航結(jié)合皮層下電刺激切除島葉膠質(zhì)瘤，術(shù)后僅11%患者出現(xiàn)永久性語言損害[30]。雖然語言傳導(dǎo)束DTI-FT導(dǎo)航技術(shù)廣泛應(yīng)用于神經(jīng)外科手術(shù)中，但是準(zhǔn)確性欠佳，不能代替術(shù)中電刺激。SPENA[31]報(bào)道了27例語言區(qū)腫瘤病人，采用功能磁共振（functional magnetic reso?nance imaging，fMRI）和DTI技術(shù)，以DES為標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)術(shù)前計(jì)劃的可靠性和準(zhǔn)確性，結(jié)果僅有42.8%fMRI激活區(qū)被DES

由于南碧河是翁結(jié)水庫所在河流，同時(shí)下游減水河段為灌區(qū)主要退水河段，因此本文利用MIKE11軟件在南碧河一維水動力學(xué)模型預(yù)測結(jié)果的基礎(chǔ)上，增加入河排污口，構(gòu)建南碧河一維水質(zhì)模型。

語言傳導(dǎo)束示蹤在神經(jīng)外科手術(shù)中應(yīng)用需要注意的另一個(gè)問題是腦漂移。導(dǎo)致腦漂移的原因有很多，如術(shù)中腦脊液的流失、腦腫脹、腦組織向術(shù)腔移位、人為的牽拉等。目前糾正腦漂移的方法有術(shù)中磁共振、術(shù)中超聲等。于是，術(shù)中語言傳導(dǎo)束顯像常結(jié)合以上方法以多模態(tài)的形式在神經(jīng)外科手術(shù)中發(fā)揮作用。術(shù)中磁共振可糾正導(dǎo)航腦漂移，提示殘余腫瘤，提高病變切除率，保護(hù)語言功能。國內(nèi)陳曉雷團(tuán)隊(duì)[34-36]較早應(yīng)用fMRI及DTI技術(shù)，聯(lián)合術(shù)中高場強(qiáng)磁共振多模態(tài)導(dǎo)航下精準(zhǔn)切除語言區(qū)腫瘤，保護(hù)弓狀束，腫瘤全切除率達(dá)到79.2%，長期隨訪僅有極少數(shù)發(fā)生永久性語言障礙。此外，KUHNT[37]報(bào)道了應(yīng)用DTI-FT技術(shù)顯示語言傳導(dǎo)束結(jié)合術(shù)中磁共振多模態(tài)導(dǎo)航下切除神經(jīng)上皮腫瘤，有利于最大化切除腫瘤及最優(yōu)化保護(hù)語言功能。D’ANDREA[38]進(jìn)一步證實(shí)聯(lián)合fMRI、DTI和術(shù)中磁共振有利于提高語言區(qū)腫瘤切除率和減少神經(jīng)功能損害。然而，術(shù)中磁共振由于造價(jià)昂貴而且操作費(fèi)時(shí)等缺點(diǎn)不能被廣泛應(yīng)用，相比之下術(shù)中超聲顯示出優(yōu)越性。GULATI等[39]運(yùn)用fMRI、DTI以及術(shù)中超聲導(dǎo)航切除語言區(qū)腫瘤，證實(shí)有利于最大化切除腫瘤和更好的保護(hù)語言功能。STEFAN[40]使用概率性示蹤技術(shù)提取語言纖維束用于術(shù)中導(dǎo)航，并且將術(shù)中超聲集成于導(dǎo)航系統(tǒng)，以期同時(shí)解決交叉纖維和腦漂移兩大問題，證實(shí)了兩種技術(shù)集成的可靠性和有效性。隨著科技的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)被應(yīng)用于神經(jīng)外科手術(shù)領(lǐng)域，SUN等[41]率先使用DTI集成虛擬現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)語言區(qū)膠質(zhì)瘤手術(shù)，輔以術(shù)中磁共振掃描糾正腦漂移，提高了腫瘤全切率及平均切除程度，并且降低了神經(jīng)功能損害。

在該三維飛行任務(wù)空間建立以起點(diǎn)S為原點(diǎn)、S點(diǎn)正東方向?yàn)閤軸，y軸垂直于x軸且與水平面平行，z軸為過原點(diǎn)且垂直于xoy平面的三維坐標(biāo)軸Oxyz，如圖2所示。

3.2對預(yù)后的價(jià)值 對于臨近語言區(qū)的腦腫瘤患者，DTI弓狀束顯像可預(yù)測術(shù)后語言功能的恢復(fù)情況。HAYASHI和KINOSHITA團(tuán)隊(duì)[42,43]發(fā)表了兩項(xiàng)研究，分別以手術(shù)前后弓狀束面積以及平均FA值的變化作為觀察指標(biāo)，使用西部失語癥量表檢測手術(shù)前后的語言變化，分析觀察指標(biāo)與語言之間的相關(guān)性，證實(shí)術(shù)后弓狀束顯影面積增加或術(shù)前弓狀束FA值升高，預(yù)示著術(shù)后語言功能可以得到較好的恢復(fù)。但兩個(gè)研究的樣本量都很小，而且術(shù)后語言評價(jià)時(shí)間點(diǎn)選擇欠佳。KINOSHITA僅評價(jià)術(shù)后12d以內(nèi)的語言功能，而此段時(shí)間常伴隨著術(shù)區(qū)水腫等因素，會對語言功能造成影響，故檢測語言功能的恢復(fù)情況應(yīng)該設(shè)立在術(shù)后3個(gè)月較妥。

BAILEY[44]總結(jié)了76例語言區(qū)腫瘤手術(shù)病人，觀察術(shù)前fMRI病變到語言皮層激活區(qū)距離和DTI上縱束被腫瘤侵犯的程度，研究以上兩種因素與手術(shù)前后語言功能的關(guān)系，提出術(shù)前DTI所示SLF侵犯程度與術(shù)前語言功能相關(guān)聯(lián)，但與術(shù)后語言功能無關(guān)。遺憾的是沒有納入弓狀束，畢竟它是目前最經(jīng)典的語言傳導(dǎo)束。而且BAILEY僅研究術(shù)前纖維束侵犯程度與語言的關(guān)系，未涉及術(shù)后纖維束的情況。CAVERZASI[45]克服了以上兩點(diǎn)不足，他對35例膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行HARDI及QBI成像，每例均重建8種語言相關(guān)傳導(dǎo)束，發(fā)現(xiàn)僅有術(shù)后AF和SLF顳頂成分（SLF-temporoparietal，SLF-tp）的完整性可預(yù)測遠(yuǎn)期的語言功能。此研究采用術(shù)后出院前重建的弓狀束形態(tài)估計(jì)預(yù)后，有效避免了手術(shù)等混雜因素的影響。

4　語言傳導(dǎo)束示蹤成像的前景

目前語言傳導(dǎo)束成像有一些共同特征：①腫瘤占位效應(yīng)造成功能區(qū)移位，使得無法準(zhǔn)確選擇感興趣區(qū)（region of interest，ROI）；②瘤周水腫及腫瘤浸潤使得瘤周腦組織FA值下降，妨礙了語言傳導(dǎo)束成像；③不同算法導(dǎo)致的差別（概率性和確定性示蹤），有學(xué)者提出概率算法更適合弓狀束的重建[46]。所以，為了提高準(zhǔn)確性和可靠性，語言傳導(dǎo)束示蹤成像應(yīng)聯(lián)合應(yīng)用fMRI、nTMS、DES等技術(shù)，采集可靠的數(shù)據(jù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，輔以術(shù)中磁共振或術(shù)中超聲等手段，盡量減少假陽性和假陰性，才能更好的為神經(jīng)外科手術(shù)保駕護(hù)航。

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（責(zé)任編輯：甘章平）

10.3969/j.issn.1002-0152.2016.09.012

*中國人民解放軍總醫(yī)院神經(jīng)外科（北京100853）

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2016-07-06）