DTI在鞍區(qū)腫瘤導致視功能受損中的應用現(xiàn)狀

黎連杰 程蘭 王守森*

(1福州總醫(yī)院神經(jīng)外科，福建 福州350025; 2汕頭大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院心內(nèi)科，廣東 汕頭 515041)

彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)利用多個不同方向的敏感梯度對水分子的擴散方向進行量化，可以清楚顯示視覺傳導通路的病理生理細微變化以及白質(zhì)纖維束的空間走行，從而可以更好地評估組織功能和疾病預后。鞍區(qū)是顱內(nèi)腫瘤的好發(fā)部位之一，例如臨床常見的垂體腺瘤、顱咽管瘤及腦膜瘤等易損傷前視路造成視功能下降。目前眼視光學、神經(jīng)電生理及影像學[1-2]研究提示：雖然鞍區(qū)病變術后壓迫得以解除，視力、視野、視覺誘發(fā)電位均較前有所恢復，但損傷的解剖結構未完全恢復，功能與結構不相匹配，而常規(guī)MRI評估視功能又不夠敏感，近年來DTI在鞍區(qū)腫瘤引起視路改變的應用日趨廣泛，它對術前視功能的評估，術中腫瘤切除并保護視路，以及術后評估手術效果等方面均有重要作用，本文就DTI在鞍區(qū)腫瘤導致視功能受損中的應用現(xiàn)狀進行綜述。

一、DTI的基本原理及其在正常人前視路中的應用

1.基本原理及常用量化指標：DTI是在彌散加權成像的基礎上施以6個以上線性方向的彌散敏感梯度而獲取可量化水分子擴散方向、顯示白質(zhì)纖維束空間走行的一種成像方法。水分子在視覺傳導通路中是平行于纖維束的方向彌散的，而不是垂直于纖維束[3]，這可能與視覺傳導通路具有固定的細胞膜、髓鞘等排列順序有關[4]，因為在纖維束垂直方向的彌散受限程度高于纖維束平行方向。DTI通過評估組織中水分子擴散方向，從而推斷神經(jīng)纖維束的空間走行以及解剖界限。因此，DTI成像的基本原理就是水分子在不均勻介質(zhì)中的彌散具有各向異性特征[5]。

目前應用于視覺傳導通路的DTI常用指標有各向異性分數(shù)(fractional anisotropy, FA)，表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)，縱向表觀彌散系數(shù)(longitudinal apparent diffusion coefficient, LADC)和橫向ADC。FA值的影響因素有神經(jīng)纖維排列的緊密程度、完整性及走行方向，神經(jīng)傳導功能越強，F(xiàn)A值越大[6]。ADC或平均彌散系數(shù)(mean diffusivity, MD)是3個主軸方向上的擴散系數(shù)的平均值，其值可隨病變組織病理學的改變而升高或降低。橫向ADC即徑向彌散系數(shù)；在神經(jīng)纖維組織發(fā)生脫髓鞘病變時，其值往往會升高[7]。縱向ADC指的是白質(zhì)纖維束從頭部到尾部方向上發(fā)生的彌散系數(shù)；在發(fā)生軸突損傷時，其值會發(fā)生特征性降低[7]。

總之，水分子的彌散運動會隨著組織超微結構上的改變而發(fā)生反應在DTI指標上的特征性的改變，這奠定了DTI指標評估視路病理變化的基礎。

2.正常人前視覺傳導通路的應用：由于前視路眼眶周圍脂肪、蝶竇內(nèi)空氣、蝶骨骨質(zhì)以及眼球運動等因素[8-9]對其成像的影響，前視路的DTI研究和應用受到了限制。近年來，隨著MR技術的不斷發(fā)展，前視路研究有了新的突破，Wheeler-Kingshott等[10]首先使用局部斜位多層面(zonally oblique multislice, ZOOM) DTI序列的小感興趣區(qū)(small field of view, FOV)的優(yōu)勢，有效地抑制視神經(jīng)周圍脂肪和腦脊液高信號，并成功獲得正常成人視神經(jīng)各向異性分數(shù)。Dowell等[11]進一步使用連續(xù)薄層ZOOM DTI序列，獲得無變形扭曲的高質(zhì)量視神經(jīng)圖。Chabert等[12]等使用無弛豫編輯脈沖(carr-purcell-mei-boom-gill, CPMG)快速自旋回波(fast spin echo, FSE)序列同樣獲得較清晰無偽影及變形扭曲的視神經(jīng)圖。而Sun等[13]對不同年齡段的107名健康志愿者視神經(jīng)FA及ADC值分析認為，視神經(jīng)FA 及ADC值與年齡無關。視交叉內(nèi)復雜的纖維交錯結構，普通DTI難以追蹤辨認。Roebroeck等[14]利用9.4T超高分辨率(156 μm 水平)MR追蹤視交叉，獲得滿意結果，但是在交叉纖維的連接及辨別上尚存在不足。該研究表明通過高場強提高分辨率，可以提高DTI神經(jīng)纖維束追蹤的準確性。

總之，正常人初步的前視路DTI研究為鞍區(qū)周圍腫瘤、腦血管病等對視功能的影響評估以及手術計劃的制訂提供了全新的思路。

二、DTI對鞍區(qū)腫瘤導致視功能受損的評估

1.判斷鞍區(qū)腫瘤生長方式及其與視路的位置關系：鞍區(qū)腫瘤的生長方式及侵犯視路位置決定了視功能的改變。視神經(jīng)周圍的病變導致的視力障礙一般僅限于患側(cè)眼，例如一側(cè)視神經(jīng)纖維瘤，結果一般只造成單側(cè)視力下降[15]；視交叉周圍的病變通常影響雙側(cè)的視力、視野，例如突破鞍隔的垂體腺瘤推移壓迫視交叉，導致支配兩眼鼻側(cè)半視網(wǎng)膜的纖維損傷，造成雙眼顳側(cè)偏盲。視束、視放射或大腦視覺皮質(zhì)的損傷造成兩眼視力障礙、視野同側(cè)偏盲，此種偏盲類型最常由腦血管意外或腦腫瘤引起[16]。DTI可通過計算機3D Slicer軟件進一步重建出三維的白質(zhì)纖維束，形成彌散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography, DTT)圖。在術前對鞍區(qū)腫瘤患者行DTI掃描并重建出視路的DTT圖，可顯示視路纖維束與鞍區(qū)腫瘤的位置關系，以及由于鞍區(qū)腫瘤壓迫而出現(xiàn)的移位、稀薄甚至斷裂。為術前手術策略的制定及患者視覺功能的評估提供良好的依據(jù)。Ma等[17]將掃描的鞍區(qū)DTI原始數(shù)據(jù)導入3D Slicer軟件，重建出視覺傳導通路纖維束并與常規(guī)MRI多影像融合，更好的顯示出鞍區(qū)腫瘤與神經(jīng)、血管及腦組織的關系。其中術前DTT圖顯示的3例垂體腺瘤與視路纖維示綜的位置關系，在術中得到印證，并實現(xiàn)了腫瘤的全切。DTI對視路纖維束的三維重建，提高了鞍區(qū)手術的安全系數(shù)，降低了手術相關的并發(fā)癥。

2.評估鞍區(qū)腫瘤導致視路損傷的微觀病理改變：若病程較短易造成視路軸突水腫、胞漿運輸障礙，視神經(jīng)脫髓鞘影響視覺信號傳導；若病程較長軸突則會由水腫逐漸發(fā)生萎縮。目前視力視野檢查，主要根據(jù)患者的主觀感覺，結果受患者主觀性影響；常規(guī)的MRI 檢查，可顯示基本結構和部分病理改變，如出血、囊變以及水腫等，但對神經(jīng)纖維的完整性、特異性和敏感性檢測都較低[18]，對微觀損害更不能判斷；而DTI可以清楚顯示視覺傳導通路的病理生理細微變化以及白質(zhì)纖維束的空間走行，從而可以更好地評估鞍區(qū)腫瘤導致視路受損的微觀病理改變。Lilja等[19]通過研究垂體瘤患者的視交叉高度、平均視野缺損及視交叉DTI指標的變化，提出DTI可以評估垂體腺瘤對視覺傳導通路壓縮的病理學損傷程度，DTI徑向彌散系數(shù)和視力的相關性反映了視覺傳導通路的脫髓鞘改變。低水平DTI的軸向彌散系數(shù)意味著視覺傳導通路神經(jīng)纖維素的早期萎縮。由此說明，DTI可以提供早期視覺傳導通路損傷的客觀數(shù)據(jù)，為手術治療垂體腺瘤視覺傳導通路損傷的診斷手段。

此外，合并嚴重眼科疾病的垂體腺瘤患者，其視野的改變存在復雜性，僅視野檢查改變難以辨別診斷具體疾病對視功能的影響，Hajiabadi等[20]應用DTI評估2例合并有眼部疾病(青光眼和巨細胞動脈炎)的垂體腺瘤患者術前術后的改變以及對比視野術前術后的改變，結果提示：視交叉處有新的新的纖維束通過，這一結果與術后患者視野較前明顯改善一致，意味著術后纖維束數(shù)量及形態(tài)DTI同樣可以作為合并眼科疾病的鞍區(qū)占位性病變對視功能影響的影像學評估方法。

三、DTI對鞍區(qū)腫瘤視覺功能預后的評估

Anik等[21]在72例垂體大腺瘤患者，采用DTI評估視覺傳導通路，結果顯示：術前FA值低于0.400，ADC值高于1 400×10-6mm2·s-1，經(jīng)鼻蝶入路內(nèi)鏡下切除腫瘤后，視覺功能術后6個月較難恢復。完全康復組癥狀平均持續(xù)(14.7±10.5)w。Hajiabadi等[22]將DTI纖維示綜技術應用于鞍上占位性病變患者，并對比視野及視敏度分析，結果顯示：在視力、視野正?；颊撸g前、術后穿過視交叉的纖維束未見明顯變化；在視力下降視野缺損患者，術后穿過視交叉的纖維束彼此距離減小，數(shù)量增加。也就是說：術前神經(jīng)纖維束之間的距離可以預測術后視功能改變。

視神經(jīng)膠質(zhì)瘤是神經(jīng)纖維瘤病1型最常見的類型，不超過50%的患者會出現(xiàn)視力下降，前瞻性地確定哪些需要治療仍具挑戰(zhàn)性，因為沒有可靠的方法預測未來視力可能會下降，Peter等[23]將DTI應用于神經(jīng)纖維瘤病1型患者，研究結果提示視放射FA值降低，預示著患者視力會下降甚至喪失。這一研究結果為神經(jīng)纖維瘤病1型挽救視力下降治療的必要性提供了依據(jù)。通過重建視視路纖維束、測量視路受損部位的FA值及ADC值，來評估由于鞍區(qū)腫瘤導致的視覺功能下降程度，可以有助于評估手術風險及預后。

四、DTI在視路應用中存在的不足

進一步提高前視路的三維空間分辨率仍然是一個挑戰(zhàn)，因為前視路白質(zhì)中的每一條纖維束都在DTT圖上展現(xiàn)出來，尤其在受蝶竇內(nèi)空氣、蝶骨骨質(zhì)及眼球運動影響最大的視交叉部位，仍需要技術上的突破。盡管近年來發(fā)展的高分辨率擴散加權成像(readout segmentation of long variable echo-trains, RESOLVE)序列較傳統(tǒng)單次激發(fā)平面回波成像(single-shot echoplanar imaging, SS-EPI)能夠減少幾何及分辨率失真，但很難做到完全不失真[24-25]。視路中存在較多的交叉的纖維，尤其在視交叉部位，利用感興趣區(qū)(region of interest, ROI)測量DTI參數(shù)時，會出現(xiàn)較大的誤差。另外，現(xiàn)行的DTI成像時間偏長，一部分受檢者不能配合完成掃描，對于鞍區(qū)腫瘤卒中或術后近期耐受力差的患者，掃描時間更需要控制。此外，有必要統(tǒng)一視覺傳導通路掃描參數(shù)、開發(fā)出標準化的DTI 后處理軟件，使DTI 在視覺傳導通路的臨床運用成為可行。

總之，DTI可以清楚顯示視覺傳導通路的細微改變及其與周圍組織三維立體關系，協(xié)助手術策略的制定，從而減少對視路的損傷；另外，DTI還可以良好地評估鞍區(qū)腫瘤患者的視覺功能狀態(tài)及預后趨勢。雖然DTI在鞍區(qū)腫瘤導致視功能受損有了一定的研究基礎，但其可靠性、準確性和實用性有待進一步提高。相信，隨著DTI技術的進步和更先進的后處理軟件的問世，相關的應用研究必將會有更廣闊的前景。