擴(kuò)散張量成像(DTI)技術(shù)在腦部惡性腫瘤中的應(yīng)用價(jià)值*

廣東醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院影像科(廣東 湛江 524003)

陳珊紅 張楊貴 譚學(xué)淵 周偉文 胡虞馨 廖文華 梁鈺笛 溫志玲

惡性腦腫瘤是神經(jīng)系統(tǒng)常見(jiàn)疾病，是導(dǎo)致患者死亡和神經(jīng)功能障礙的主要原因之一。常規(guī)頭顱MRI檢查無(wú)法顯示腫瘤與周?chē)踪|(zhì)纖維束的關(guān)系，而擴(kuò)散張量成像(DTI)是在擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)基礎(chǔ)上無(wú)創(chuàng)性顯示顱內(nèi)白質(zhì)纖維束走行的一項(xiàng)新技術(shù)，可反映腦白質(zhì)纖維束的病理狀態(tài)及病變的解剖關(guān)系，對(duì)臨床手術(shù)及治療手段的選擇有重要指導(dǎo)意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料 50例患者，其中男30例，女20例，年齡46～72歲，平均61歲。35例患者均伴有不同程度的頭痛和頭暈癥狀，其中10例伴有一側(cè)肢體麻木、無(wú)力的癥狀,5例有一側(cè)肢體偏癱癥狀。

1.2 檢查方法

1.2.1 工作原理：擴(kuò)散加權(quán)成像(DTI)可檢測(cè)腦白質(zhì)纖維內(nèi)水分子擴(kuò)散的各向異性和擴(kuò)散的程度，通過(guò)后處理技術(shù)計(jì)算得出FA值(各向異性分?jǐn)?shù))以及ADC值(表觀彌散分?jǐn)?shù))，經(jīng)過(guò)RIO設(shè)置種子追蹤，可清楚顯示顱內(nèi)白質(zhì)纖維束走形的方向和分布，以此評(píng)價(jià)纖維束的完整性。

1.2.2 掃描準(zhǔn)備：檢查前查詢(xún)患者體內(nèi)外是否有金屬異物及心絞痛病史，測(cè)量準(zhǔn)確的體重及評(píng)估精神狀況，詢(xún)問(wèn)能否耐受較長(zhǎng)時(shí)間的檢查，幽閉恐懼癥患者難以配合檢查。

1.2.3 掃描設(shè)備：采用GE PHILIPS 360 MR 1.5T超導(dǎo)磁共振。頭頸8通道聯(lián)合線圈：Head-Neck。

1.2.4 常規(guī)MRI掃描：使用8通道頭頸聯(lián)合線圈，檢查前先做常規(guī)MRI橫斷位FSE序列的T2WI、T1FLAIR及矢狀、冠狀T2WI掃描，橫斷位T2WI參數(shù)為：TR/TE=5324/136.62，回波鏈長(zhǎng)度(ETL)6，矩陣320×320，F(xiàn)OV：24×24，激勵(lì)次數(shù)NEXT1.50，層厚6mm、層間距1mm，全腦共掃17層；T1FLAI參數(shù)為：TR/TE=1611/9.4，ETL6，矩陣層厚及層間距同橫斷T2WI，矢狀位的T2WI掃描參數(shù)為：TR/TE=5324/136.62，回波鏈長(zhǎng)度(ETL)2，矩陣320×320，層厚6mm層間距1mm，全腦共掃15層。增強(qiáng)造影劑采用莫迪司，用5號(hào)針右肘靜脈穿刺注射，經(jīng)高壓注射器注入造影劑15ml，速率2ml/s，生理鹽水30ml,速率2ml/s。

1.2.5 DTI掃描：彌散張量成像(DTI)采用單次激發(fā)自旋回波EPI序列橫斷位掃描，掃描層厚5mm，覆蓋全腦，彌散梯度場(chǎng)取13-25個(gè)不同方向，參數(shù)為T(mén)R/TE=9000/103，矩陣128×128，F(xiàn)OV:24×24，NEXT:2，層厚及層間距同T2WI，每一層面可獲16幀圖像，第一幀為b值為0的圖像，其余15幀為15個(gè)不同方向b值為1000s/mm2的圖像，16個(gè)層面共獲得304層圖像，DTI掃描時(shí)間為4 min。

1.2.6 重建方法：將DTI原始圖像傳輸至AW4.6工作站，在Functool后處理工作站對(duì)原始圖像進(jìn)行變形矯正后，進(jìn)入Compute(計(jì)算)，得出部分各向異性圖(FA)、RA、ADC值，在部分各向異性圖(FA)相應(yīng)區(qū)域設(shè)定種子興趣區(qū)(ROI)，點(diǎn)擊SetSeedROI，再點(diǎn)擊Tracking,即可進(jìn)行白質(zhì)纖維追蹤，最后在Series界面選中AX3DFSPGR序列，將擴(kuò)散張量(DTI)的圖像與橫斷三維平掃影像融合，實(shí)現(xiàn)解剖結(jié)構(gòu)圖像與白質(zhì)纖維束之間的融合，分別進(jìn)行橫斷位、冠狀位、矢狀位重建，通過(guò)不同角度旋轉(zhuǎn)，可得到白質(zhì)纖維束最佳顯示圖像；對(duì)重建的白質(zhì)纖維束影像加以不同偽彩，可以使圖像更為直觀。圖中不同顏色的白質(zhì)纖維束代表不同的走行方向：紅色代表左右方向，綠色代表前后方向，藍(lán)色代表上下方向。

2 結(jié) 果

50例惡性腦腫瘤全部病例均由病理及手術(shù)證實(shí)。觀察50例經(jīng)過(guò)擴(kuò)散加權(quán)成像(DTI)重建的彩色張量(DEC)圖及部分各向異性指數(shù)圖(FA值)進(jìn)行影像學(xué)分析。

2.1 5 例發(fā)生于顳葉Ⅰ～Ⅱ級(jí)低級(jí)別膠質(zhì)瘤的腦白質(zhì)纖維受壓、偏移，部分纖維束中斷，部分各向異性指數(shù)圖(FA)值沒(méi)有明顯改變；10例發(fā)生于顳葉及島葉Ⅲ-Ⅳ級(jí)高級(jí)別膠質(zhì)瘤的實(shí)質(zhì)部分、瘤周水腫和水腫邊緣的FA值比低級(jí)別膠質(zhì)瘤明顯降低，F(xiàn)A值圖中各級(jí)別膠質(zhì)瘤表現(xiàn)為不同程度的低信號(hào)，彌散張量成像(DTI)圖中病變區(qū)纖維束整體形態(tài)異常，表現(xiàn)為中斷、稀疏或部分中斷，其中Ⅲ級(jí)膠質(zhì)瘤周?chē)[區(qū)可見(jiàn)纖維束明顯破壞，腫瘤周?chē)鶷2Wl信號(hào)正常白質(zhì)區(qū)內(nèi)也有部分纖維束被腫瘤浸潤(rùn)、破壞，Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤周同水腫區(qū)及T2WI信號(hào)正常白質(zhì)區(qū)內(nèi)均有明顯的纖維束浸潤(rùn)、破壞，高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤周水腫的ADC值低于低級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤周水腫。

2.2 30 例發(fā)生于枕頂葉、額頂葉的轉(zhuǎn)移瘤的擴(kuò)散加權(quán)成像(DTI)則表現(xiàn)為腦白質(zhì)纖維束受壓移位及浸潤(rùn)、破壞，F(xiàn)A值減低。

2.3 5 例發(fā)生于大腦廉旁的額葉惡性腦膜瘤的擴(kuò)散加權(quán)成像(DTI)圖中，腫瘤周?chē)踪|(zhì) FA 值輕度低于良性腦膜瘤瘤周?chē)踪|(zhì)，惡性腦膜瘤的腫瘤周?chē)[區(qū)、腫瘤周?chē)踪|(zhì)區(qū)出現(xiàn)明顯的腦白質(zhì)纖維束缺失，腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的ACD值低于良性腦膜腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)。

3 討 論

研究表明擴(kuò)散張量成像技術(shù)(DTI)的ADC值和FA值圖在鑒別高級(jí)別和低級(jí)別腦 膠質(zhì)瘤中有重要意義，同時(shí)也有助于腦轉(zhuǎn)移瘤、良惡性腦膜瘤的鑒別[1]。在重建的擴(kuò)散張量(DTI)圖像中，惡性腦膜瘤腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的ACD 值明顯低于良性腦膜瘤的實(shí)質(zhì)區(qū)，惡性腦膜瘤瘤周白質(zhì)的FA值低于或輕度低于良性腦膜瘤瘤周白質(zhì)，良性腦膜瘤瘤周白質(zhì)的纖維束則表現(xiàn)為受壓移位或無(wú)明顯變化，惡性腦膜瘤瘤周水腫區(qū)、瘤周白質(zhì)均出現(xiàn)較明顯的腦白質(zhì)纖維束缺失、中斷[2]。因此利用擴(kuò)散張量成像技術(shù)(DTI)的FA值圖可以清晰觀察到正常的腦白質(zhì)纖維束走向，也可以了解被病灶破壞、中斷的腦白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)腦白質(zhì)纖維束與腦腫瘤的空間關(guān)系，有助于指導(dǎo)臨床制定合理的手術(shù)方案，對(duì)患者預(yù)后有重要的指導(dǎo)作用[3]。

擴(kuò)散張量成像(DTI)是基于水份子布朗運(yùn)動(dòng)的原理，通過(guò)觀察彌散梯度脈沖方向改變而發(fā)生波動(dòng)的彌散值大小來(lái)描述分子的彌散各向異性(FA)，利用組織彌散運(yùn)動(dòng)存在的各向異性來(lái)探測(cè)組織微觀結(jié)構(gòu)的成像方法[4]。擴(kuò)散張量成像(DTI)從6-55個(gè)線性方向上施加射頻脈沖，采用單次激發(fā)SE-EPI序列掃描，每個(gè)方向均使用相同的較大b值，采用彌散敏感梯度的方向數(shù)越多，重建的腦白質(zhì)邊界圖像越清楚，但掃描時(shí)間較長(zhǎng)。擴(kuò)散張量成像(DTI)常利用兩個(gè)標(biāo)量參數(shù)即平均值(MD)和各向異性指數(shù)(FA)進(jìn)行計(jì)算及重建[5]。用于衡量水分子彌散方向的指標(biāo)叫部分各向異性(FA)，其對(duì)白質(zhì)纖維束損傷較為敏感，臨床較多運(yùn)用其進(jìn)行重建，并利用偽彩技術(shù)對(duì)FA圖的腦白質(zhì)纖維束進(jìn)行方向標(biāo)示，前后方向?yàn)榫G色，左右方向?yàn)榧t色，上下方向?yàn)樗{(lán)色[6]。

腦白質(zhì)纖維束追蹤分為兩類(lèi)：一類(lèi)是線性追蹤模型，另一類(lèi)是概率模型。線性追蹤模型可直觀表現(xiàn)腦白質(zhì)的纖維束，應(yīng)用較廣[7]。使用線性追蹤腦白質(zhì)纖維束時(shí)，先設(shè)置興趣區(qū)，從正反兩個(gè)方向進(jìn)行腦白質(zhì)纖維束追蹤，通過(guò)迭代技術(shù)連接構(gòu)成空間纖維束走向，充分顯示腦白質(zhì)纖維束的空間方向、FA閾值、背景閾值。通常在擴(kuò)散張量成像中應(yīng)用的梯度場(chǎng)方向越多，橢球體表面選取的點(diǎn)就越多，采樣誤差越小，各向異性測(cè)量越精確，水分子擴(kuò)散各向異性在腦白質(zhì)纖維束表現(xiàn)最明顯[8]，垂直于腦白質(zhì)纖維束方向的水分子擴(kuò)散受限運(yùn)動(dòng)最弱，而平行于腦白質(zhì)纖維束方向的水分子擴(kuò)散不受限運(yùn)動(dòng)更快，有利于重建后區(qū)分不同走向的腦白質(zhì)纖維束。

圖1-2 平掃。圖1橫斷 T2WI、圖2橫斷T1WI平掃示右顳葉、島葉混雜異常占位性信號(hào)，大小5.5×7.5×5.5cm,右腦室受壓變形。圖3-4 增強(qiáng)。圖3橫斷位TIWI增強(qiáng)及圖4冠狀位TIWI增強(qiáng)示片狀明顯強(qiáng)化及多個(gè)環(huán)形不強(qiáng)化灶。圖5-6 彌散張量（DTI）。圖5彌散張量FA值圖可見(jiàn)低信號(hào)改變。圖6增強(qiáng)后彌散張量（DTI）冠狀位重建FA值圖可見(jiàn)右側(cè)顳葉腦白質(zhì)纖維束有推壓移位及破壞改變，為III-IV級(jí)星型細(xì)胞瘤（經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)）。圖7-8 平掃。圖7橫斷 T2WI及圖8橫斷T1WI平掃示左頂葉及雙側(cè)額頂葉大片不規(guī)則水腫信號(hào)，水腫區(qū)內(nèi)見(jiàn)多個(gè)環(huán)形結(jié)節(jié)狀信號(hào)灶。圖9-10 彌散張量成像（DTI）。圖9彌散張量成像ADC圖可見(jiàn)大片低信號(hào)區(qū)。圖10彌散張量成像（DTI）可見(jiàn)病灶區(qū)白質(zhì)纖維束斷裂及破壞，提示為轉(zhuǎn)移瘤（經(jīng)胸部CT穿刺證實(shí)）。圖11-12 平掃。圖11橫斷T2WI平掃示右小腦異樣高信號(hào)影大小為39×45mm，圖12橫斷T1WI平掃顯示為稍低信號(hào)影，第四腦室受壓變形。圖13-14 增強(qiáng)。圖13橫斷位TIWI增強(qiáng)及圖14冠狀位TIWI增強(qiáng)示右小腦病灶環(huán)形強(qiáng)化，其內(nèi)無(wú)明顯強(qiáng)化，提示為囊性轉(zhuǎn)移瘤（經(jīng)胸部CT穿刺證實(shí)）。圖15-16 彌散張量成像（DTI）。圖15彌散張量FA值圖示右小腦低信號(hào)改變，圖16三維彌散張量成像（DTI）可見(jiàn)病灶區(qū)白質(zhì)纖維束受壓變形，提示為轉(zhuǎn)移瘤。

擴(kuò)散張量成像技術(shù)(DTI)較常規(guī)MRI最大的優(yōu)勢(shì)是可以清楚的顯示腦白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，并可通過(guò)彩色張量圖、纖維示蹤圖顯示白質(zhì)纖維的走行方向，在顱內(nèi)發(fā)生病變時(shí)即可顯示白質(zhì)纖維與病變的關(guān)系[9]。DTI還能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)腦腫瘤生長(zhǎng)與周?chē)踪|(zhì)纖維束間的立體解剖關(guān)系，對(duì)術(shù)后患者通過(guò)3D DTI掃描可進(jìn)一步判斷腫瘤切除術(shù)后腦組織的逐步恢復(fù)情況。對(duì)于惡性腦腫瘤患者的白質(zhì)纖維束最佳的方法是在增強(qiáng)后進(jìn)行DTI掃描，經(jīng)過(guò)后處理重建，可清晰區(qū)分腫瘤與腦白質(zhì)纖維束的分布及部分被腫瘤遮蓋的腦白質(zhì)纖維束[10]；臨床醫(yī)生可以通過(guò)張量成像技術(shù)(DTI)在術(shù)前對(duì)膠質(zhì)瘤的惡性程度及瘤細(xì)胞侵襲性方面進(jìn)行全面的觀察，為腦瘤手術(shù)方案的制定、判斷手術(shù)效果及觀察預(yù)后提供可靠的影像學(xué)依據(jù)。

腦腫瘤是DTI的研究熱點(diǎn)之一，目前腦部擴(kuò)散張量成像技術(shù)(DTI)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用得到更多的關(guān)注[11]DTI通過(guò)測(cè)定腫瘤不同部位的參數(shù)變化有助于鑒別不同類(lèi)型級(jí)別的腫瘤，還可應(yīng)用于大腦發(fā)育及衰老、腦腫瘤、腦梗塞、腦白質(zhì)變性疾病等的研究。但DTI也有其局限及不足之處，主要表現(xiàn)為以下方面：①?gòu)浬⑻荻纫饻u流，使纖維束方向確定不可靠；②磁場(chǎng)不均勻性使圖像扭曲變形，影響DTI定量分析；③較小纖維束顯示不佳或不能顯示；④受水腫等因素影響，不確切；⑤只能作為病變?cè)\斷與鑒別診斷補(bǔ)充信息。隨著影像成像技術(shù)的提高及后處理軟件的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)[12]，擴(kuò)散張量成像技術(shù)(DTI)必將在科研和臨床中展示更多應(yīng)用，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更為廣闊。