彌散張量成像應用于聽神經(jīng)瘤患者術前面神經(jīng)定位可行性的初步研究

蔡林彬 楊軍

聽神經(jīng)瘤(acoustic neuroma，AN)為橋小腦角最常見的良性腫瘤，生長速度緩慢，但腫瘤位于橋小腦角、內(nèi)聽道，空間有限，周圍分布有神經(jīng)、腦干，故一旦腫瘤壓迫周圍組織可引起患者出現(xiàn)耳鳴、聽力下降、眩暈、平衡障礙等臨床癥狀，甚至危及生命。外科手術作為其唯一根治手段，除了一般手術風險外，還可能有面神經(jīng)功能受損、聽力下降、腦脊液漏等并發(fā)癥，早期主要以保障患者生命安全、瘤體徹底切除為手術目標，目前則更強調以保留面神經(jīng)功能、預防術后周圍性面癱[1]、保存殘余聽力為目標，避免患者術后生活質量下降。

磁共振成像(MRI)的一些序列能顯影健康人的顱神經(jīng)[2,3]，甚至在小型聽神經(jīng)瘤患者的影像中可定位面神經(jīng)[4]。術者術前借助MRI可評估瘤體大小、位置，擬定最佳手術方案、手術徑路[5]；但是，大型聽神經(jīng)瘤的壓迫增加了區(qū)分面神經(jīng)的難度，頭顱MRI難以區(qū)分周圍組織與神經(jīng)信號。近年來，臨床影像科開始應用以水分子彌散特性為信號的新序列——彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)，DTI可非侵入性地展示體內(nèi)腦白質的微觀結構及功能狀態(tài)，彌散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography，DTT)使用DTI數(shù)據(jù)三維重建腦白質通路?；铙w組織中的結構不同影響水分子自由彌散的方向和速率[7]，在神經(jīng)纖維組織，水分子因受髓鞘、軸索排列方式等影響，表現(xiàn)為沿纖維走行方向的彌散，比與其垂直的方向更容易，在腦內(nèi)不同結構的水分子其各向異性不同。DTI是目前唯一能在活體中顯示神經(jīng)纖維束的走行、方向、排列、髓鞘等信息的技術，能發(fā)現(xiàn)白質早期損傷的病理改變，已有報道DTI可重建三叉神經(jīng)[8]、耳蝸神經(jīng)[9]及面神經(jīng)[9～16]。本研究探討將彌散張量成像應用于聽神經(jīng)瘤患者術前面神經(jīng)定位的可行性及臨床意義，為聽神經(jīng)疾病患者更好地保留面神經(jīng)功能提供參考。

1 資料與方法

1.1研究對象 本研究對象為2015年11月至2016年4月經(jīng)上海交通大學附屬新華醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科確診并進行手術治療的6例聽神經(jīng)瘤患者，所有參與者均簽署了知情同意書；其中，男2例，女4例，年齡29～58歲，左側4例，右側2例；病程4月～10年，臨床癥狀包括耳鳴、聽力下降、頭痛、陣發(fā)性眩暈。6例患者聽神經(jīng)瘤的大小為1.2～3.9 cm，其中囊性變2例。

1.2DTI檢查方法 使用PHILPSPS ACHIEVA3．0T超導型磁共振儀，同時掃描DTI序列(TR=6 500 ms，TE=95 ms，矩陣=320×320，b值=1 000 s/ram2，F(xiàn)OV=230 mm×230 mm；層距=1.0 mm，層間距=0)及FEASTA序列(TR=5.2 ms，TE=2 ms，矩陣=320×320，翻轉角度=70°，F(xiàn)OV=160 mm×160 mm；層距=0.8 mm，層間距=0激發(fā)次數(shù)=1次，掃描時間=5 min)，在影像分析軟件(iPlan)上對影像進行疊加，以FEASTA為背景選擇感興趣區(qū)并對重建出的神經(jīng)束進行位置分析。感興趣區(qū)設置為內(nèi)聽道矢狀面，部分各項異性(FA值)閾值范圍在0.2～0.1。

1.3DTI面神經(jīng)突位與術中所見面神經(jīng)位置比較 手術中外科醫(yī)師依靠面神經(jīng)刺激儀定位面神經(jīng)與腫瘤相對位置，面神經(jīng)位置被分為四型：上極、前方、下極、后方;以腫瘤中心至內(nèi)聽道連線為中軸，上極對應頭位，下極對應腳位，后方為背側，前方為腹側。術后將DTI面神經(jīng)突位圖像結果與術中所見面神經(jīng)位置進行對比。

2 結果

本組6例患者完成DTI檢測時間均達40分鐘或更長。6例聽神經(jīng)瘤患者中有2例采用0.2的FA值重建出面神經(jīng)，4例將FA值調整至0.1重建出面神經(jīng)束。由表1可見，6例患者均通過分析DTI掃描數(shù)據(jù)重建出符合面神經(jīng)解剖位置的神經(jīng)束。

表1 6例患者術前腫瘤分級、DTI示和術中所見FN位置功能及術前、術后FN功能和FA值

注：FN：面神經(jīng)；FA：部分各項異性

5例DTI重建結果與術中所見一致，DTI及術中所見均顯示面神經(jīng)位于腫瘤前方(圖1、2)，術前DTI定位面神經(jīng)的準確性為83.3%(5/6)，5例患者術中面神經(jīng)保留完好；1例患者(病例4，腫瘤直徑3.9 cm)術前DTI面神經(jīng)定位結果與術中定位的面神經(jīng)位置不相符，DTI顯示為前位，術中見腫瘤壓迫神經(jīng)致面神經(jīng)移位變形至腫瘤上級，從束狀變?yōu)楸馄綘?，該患者術中面神經(jīng)有所損傷(圖3、4)。

3 討論

2006年有文獻首次報道使用彌散張量纖維束成像跟蹤聽神經(jīng)瘤患者的面神經(jīng)，之后陸續(xù)有一些研究應用這種影像技術重建聽神經(jīng)瘤患者的面神經(jīng)。Hodaie等[17]應用DTI對4例健康受試者顱內(nèi)神經(jīng)進行評估，第一次顯示了面聽神經(jīng)的腦池段，然而面神經(jīng)、前庭神經(jīng)、蝸神經(jīng)在該區(qū)的解剖位置相近，研究者無法將其區(qū)分。Taoka等[12]將掃描層間距設置為3 mm，Gerganov等[11]使用1.6 mm的掃描層間距，不過這兩篇文獻的研究者都無法判斷面神經(jīng)的形狀，無法看出神經(jīng)是否被腫瘤壓迫至平坦。Wei等[13]的研究包括23例聽神經(jīng)瘤患者，應用DTI和常規(guī)腫瘤掃描序列評估DTI鑒別面神經(jīng)、耳蝸神經(jīng)和三叉神經(jīng)的可靠性，其提出運用“超選擇跟蹤”來區(qū)分神經(jīng)束，同時通過較小范圍的感興趣區(qū)域來確定從腦干到內(nèi)聽道的所有單個神經(jīng)束，從而有助于識別不同的神經(jīng)纖維，結果顯示DTI未能識別腫瘤與腦干之間被極度壓迫的面神經(jīng)節(jié)段。Yoshino等[18]研究了22例聽神經(jīng)瘤患者，應用穩(wěn)態(tài)采集快速成像序列(FIESTA)結合DTI，將重建出的神經(jīng)纖維以3D -FIESTA掃描出的影像為背景從各個角度同時顯示；FIESTA序列能夠顯影精細的解剖結構，當DTI重建的神經(jīng)纖維放在清晰的背景上時，通過對解剖位置的判斷能更加精準地辨別顱神經(jīng)。Zhang等[16]應用DTI和3D FIESTA時，將神經(jīng)纖維通過小范圍感興趣區(qū)域一一區(qū)別，能識別單個神經(jīng)束并將其與違背解剖學的偽影區(qū)分開。

圖1 患者1的術前面神經(jīng)顯影(水平位) 示面神經(jīng)位于腫瘤前方

圖2 患者1,腫瘤已被完全摘除 術中發(fā)現(xiàn)在內(nèi)聽道底面神經(jīng)位于腫瘤前上方,被腫瘤向下方推移直至腦干

圖3 患者4的術前面神經(jīng)顯影(水平位) 面神經(jīng)位于腫瘤前方

圖4 患者4,腫瘤部分切除 術中發(fā)現(xiàn)面神經(jīng)迷路段被腫瘤包繞,面神經(jīng)與腫瘤粘連緊密。面神經(jīng)自內(nèi)聽道上方繞至腫瘤上極后向下方走行至腦干

根據(jù)掃描的圖像進行面神經(jīng)重建時有兩個重要的設定值，即部分各向異性(FA)和感興趣區(qū)(ROI)。在灰質和腦脊液中，各向異性接近于零，因為彌散系數(shù)在所有方向上都是相似的；在腦白質中部分各向異性數(shù)值與髓鞘的完整性、纖維的致密性及平行性呈正相關，各向異性系數(shù)越大，組織的各向異性越強，意味著結構排列越規(guī)律緊密；在顱內(nèi)選擇一個ROI，將示蹤顱內(nèi)所有神經(jīng)纖維變?yōu)閮H示蹤穿過該區(qū)域的神經(jīng)。FA和ROI的設定直接影響DTI圖像中神經(jīng)束的重建率及準確率。根據(jù)已有文獻，本研究將FA值初步設定為0.2，重建出符合面神經(jīng)位置的神經(jīng)束，以0.02為階梯遞減至0.1，結果本研究中2例采用0.2的FA值重建出面神經(jīng)，4例患者在FA值為0.1時面神經(jīng)才得以定位，考慮與圖像的精度有關。然而減少掃描層厚意味著增加掃描時間，考慮到患者的耐受性，本研究在初步探討臨床可行性時暫未調整掃描層厚。文獻中提及的感興趣區(qū)均在水平位影像劃定感興趣區(qū)，大致分為兩種類型：內(nèi)聽道及腫瘤-腦組織邊界的組合，內(nèi)聽道及面神經(jīng)出腦干處的組合，本文研究者與Philips工程師探討，以矢狀位影像中的內(nèi)聽道截面為感興趣區(qū)進行重建，結果重建率為100%(6/6)，相較于大部分文獻的重建率有所提高，值得進一步研究。

Taoka等[12]對8例聽神經(jīng)瘤患者的面神經(jīng)進行DTI重建，并首次在手術中驗證影像結果，最終7例患者DTI可重建出符合面神經(jīng)解剖的神經(jīng)纖維，其中5例患者與手術中所見一致。Gerganov等[11]用DTI對22例大型聽神經(jīng)瘤患者術前進行面神經(jīng)定位，術中發(fā)現(xiàn)面神經(jīng)位置與DTI重建結果的一致性為90.9%(20/22)。Li等[19]報道使用神經(jīng)導航技術驗證術前DTI的準確性，首先將面神經(jīng)的DTI圖像整合進術中神經(jīng)導航，術中依靠解剖位置和神經(jīng)刺激儀由神經(jīng)外科醫(yī)生進行定位，與導航位置比較；19例患者中有18例在術前進行DTI定位，其中17例的結果與術中定位一致，DTI定位的精確度為94.4%(17/18)。本研究中6例患者中5例重建結果與術中所見一致，DTI的準確率為83.3%(5/6)；可見，聽神經(jīng)瘤患者術前應用DTI定位面神經(jīng)的準確性較好。大型聽神經(jīng)瘤常壓迫面神經(jīng)及腦干[12]，為了保護后兩者，術者會選擇留下部分粘連神經(jīng)或腦干的腫瘤，應用DTI技術在術前定位面神經(jīng)有利于更好地規(guī)劃手術方案，縮短術中尋找面神經(jīng)的時間，降低面神經(jīng)損傷概率，在腫瘤粘連壓迫嚴重時，提高腫瘤的全切除率，降低腫瘤復發(fā)風險。

現(xiàn)已應用的顯影技術中，DTI是為數(shù)不多能進行神經(jīng)重建的序列，然而該檢查距臨床應用還有一定距離，最重要的原因為掃描耗時過長、對醫(yī)師專業(yè)知識要求較高，本研究中每例患者的掃描時間達四十分鐘或更長，患者在MRI掃描儀內(nèi)保持不動較困難，甚至有患者無法耐受而退出；每例患者的DTI數(shù)據(jù)分析由耳鼻咽喉頭頸外科醫(yī)師完成，影像科醫(yī)師雖對面神經(jīng)正常解剖位置較熟悉，但對腫瘤壓迫移位的面神經(jīng)位置判斷則經(jīng)驗不足。希望今后能縮短DTI掃描時長，并自動化分析神經(jīng)顯像；未來隨著技術成熟DTI應該能在顱腦神經(jīng)相關手術的術前神經(jīng)定位中發(fā)揮重要作用，但其準確率還需進一步提高。