DTI和BOLD-fMRI在運(yùn)動(dòng)功能區(qū)附近腫瘤切除術(shù)中的臨床應(yīng)用進(jìn)展

柳永達(dá)，劉 明，喬建新，曹 兵，張秀峰，石代樂(lè)

(1.河北北方學(xué)院研究生院，河北 張家口 075000;2.河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院，河北 張家口 075000)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)是神經(jīng)系統(tǒng)的主體部分，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)、語(yǔ)言等功能，皮質(zhì)脊髓束和大腦皮層也是其一部分，白質(zhì)纖維束和大腦皮層受損會(huì)影響患者的生活質(zhì)量，導(dǎo)致偏癱、失語(yǔ)、認(rèn)知障礙等[1]。腦腫瘤是神經(jīng)外科常見(jiàn)疾病，手術(shù)切除是主要的治療手段，原則上要求在保護(hù)腦功能區(qū)和白質(zhì)纖維束的同時(shí)最大程度切除腫瘤組織，因?yàn)槎吲c患者術(shù)后生存質(zhì)量和存活時(shí)間直接相關(guān)，而手術(shù)效果也是患者最關(guān)心的問(wèn)題[2]。如何在既不損傷腦功能區(qū)，又能保護(hù)神經(jīng)纖維束和重要血管的情況下，最大程度切除運(yùn)動(dòng)功能區(qū)附近腫瘤一直是神經(jīng)外科的難題。傳統(tǒng)的手術(shù)治療方法中，術(shù)者主要依靠多年經(jīng)驗(yàn)定位腫瘤并判斷腫瘤的切除程度，這種做法是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，術(shù)后患者可能出現(xiàn)嚴(yán)重的功能障礙，甚至危及生命。侵襲性腫瘤周?chē)ＤX組織可能被浸潤(rùn)、破壞，缺乏明顯的解剖界限，術(shù)者通過(guò)肉眼或顯微鏡難以?xún)H憑以往經(jīng)驗(yàn)判斷腫瘤與正常腦組織分界，更無(wú)法做到對(duì)運(yùn)動(dòng)功能區(qū)及白質(zhì)纖維束等結(jié)構(gòu)的辨認(rèn)，因此不能在保護(hù)運(yùn)動(dòng)功能結(jié)構(gòu)的同時(shí)最大程度地切除腫瘤組織[3]。研究[4]發(fā)現(xiàn)浸潤(rùn)性腫瘤手術(shù)切除過(guò)程中，依靠過(guò)往經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為腫瘤完全切除者術(shù)后行影像學(xué)檢查仍有大部分患者存在腫瘤組織，提示僅憑借術(shù)者經(jīng)驗(yàn)行腫瘤全切并不可靠。1990年Ogawa等[5]提出了血氧水平依賴(lài)功能磁共振成像概念，即BOLD-fMRI技術(shù)，可以顯示腦功能區(qū)范圍并形成清晰影像，對(duì)解決人類(lèi)腦功能區(qū)病變難題大有裨益。Pierpaoli等[6]于1996年在放射學(xué)雜志上發(fā)表了關(guān)于彌散張量成像(DTI)的研究論文，指出DTI可以清晰顯示皮質(zhì)下纖維束走向，聯(lián)合常規(guī)MRI可明確顱內(nèi)病變與纖維束的相對(duì)位置關(guān)系。由于DTI和BOLD-fMRI能夠清晰顯示大腦皮質(zhì)功能區(qū)和皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)，故可將其應(yīng)用于腦腫瘤的切除，設(shè)計(jì)最佳手術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮質(zhì)脊髓束及運(yùn)動(dòng)功能區(qū)(如原始運(yùn)動(dòng)區(qū)及鄰近的運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì))的保護(hù)。

1 BOLD-fMRI技術(shù)

BOLD-fMRI技術(shù)目前普遍用于顯示大腦皮層功能區(qū)，基本原理是通過(guò)特定的刺激引起相應(yīng)大腦皮層的激活，靜脈的脫氧血紅蛋白相對(duì)減少、氧合血紅蛋白增加，間接性神經(jīng)元興奮性增強(qiáng)。脫氧血紅蛋白有很強(qiáng)順磁性效應(yīng)，而含氧血紅蛋白則具有抗磁性[7]。主要激活區(qū)域涉及手、腳、面部、舌等大腦皮層功能區(qū)域，特定刺激任務(wù)包括復(fù)雜對(duì)指運(yùn)動(dòng)、口唇運(yùn)動(dòng)以及腳趾屈伸運(yùn)動(dòng)、握拳運(yùn)動(dòng)等[8]。研究人員采用特定的任務(wù)模式進(jìn)行腦皮質(zhì)功能區(qū)的激活，被激活區(qū)附近血管的血流量和血容量顯著增加，但耗氧量增加并不明顯，導(dǎo)致含氧血紅蛋白增加，脫氧血紅蛋白減少[9]。BOLD-fMRI技術(shù)擁有常規(guī)MRI所不具備的優(yōu)勢(shì)，如安全(無(wú)放射性)、無(wú)創(chuàng)、重復(fù)使用、成像清晰、對(duì)功能區(qū)定位準(zhǔn)確等，因此是目前最適合用于腦腫瘤功能區(qū)定位的影像學(xué)技術(shù)[10]。BOLD-fMRI成像技術(shù)已經(jīng)在神經(jīng)外科中得到廣泛應(yīng)用，并可在術(shù)中采用皮層直接電刺激降低對(duì)功能區(qū)的損傷[11-12]，BOLD-fMRI可無(wú)創(chuàng)、連續(xù)、活體檢測(cè)參與管理運(yùn)動(dòng)的主運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)等腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的信息及其與腦腫瘤的位置關(guān)系[13]，術(shù)中注意避開(kāi)對(duì)運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的損害，以免出現(xiàn)嚴(yán)重的神經(jīng)功能障礙，影響患者的預(yù)后及生活質(zhì)量。BOLD-fMRI技術(shù)可對(duì)腦組織功能區(qū)進(jìn)行精確定位，但不能清晰顯示纖維束走形及解剖結(jié)構(gòu)等信息，纖維束與功能區(qū)同等重要，纖維束損傷也會(huì)造成嚴(yán)重的功能障礙，為彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，可考慮DTI和BOLD聯(lián)合應(yīng)用[14]。

2 DTI技術(shù)

DTI是目前僅有的可以在活體顯示神經(jīng)纖維束位置及走形的影像學(xué)技術(shù)[15]，依據(jù)組織中水分子向各個(gè)方向彌散距離不等的特性(各項(xiàng)異性：水分子在腦白質(zhì)內(nèi)向各個(gè)方向的彌散程度是不同的，具有方向依賴(lài)性[16])對(duì)白質(zhì)纖維束進(jìn)行成像，由于腦白質(zhì)內(nèi)髓鞘的阻擋，水分子的彌散被限制在與纖維走形一致的方向上，因此可對(duì)白質(zhì)纖維束成像。以各項(xiàng)異性為基礎(chǔ)作出的分?jǐn)?shù)圖能夠明確顯示白質(zhì)內(nèi)纖維束的分布，在手術(shù)過(guò)程中避開(kāi)這些纖維束，以免造成功能障礙[17]。FA值(部分各項(xiàng)異性)、ADC值(擴(kuò)散系數(shù)值)是DTI最常用的參數(shù)。依據(jù)水分子平行于神經(jīng)纖維走向的彌散運(yùn)動(dòng)容易，垂直于神經(jīng)纖維走向的彌散運(yùn)動(dòng)困難的性質(zhì)，利用FA值、ADC值可以分別制作出各自的圖像，進(jìn)而了解腦組織中水分子彌散速度。Li[18]發(fā)現(xiàn)與相應(yīng)部位的正常腦組織相比，星形細(xì)胞瘤實(shí)質(zhì)區(qū)、壞死區(qū)和瘤周水腫區(qū)FA值、ADC值呈完全相反的態(tài)勢(shì)，F(xiàn)A值顯著降低，ADC值顯著升高。FA值與髓鞘的完整性、纖維的致密性及平行性呈正相關(guān)。孫立智等[19]研究膠質(zhì)瘤發(fā)現(xiàn)正常白質(zhì)、腦水腫區(qū)和強(qiáng)化的腫瘤邊緣區(qū)的ADC值不同，并由此判斷腫瘤的惡性程度及侵襲性的強(qiáng)弱。當(dāng)顱內(nèi)出現(xiàn)腫瘤時(shí)，DTI可清晰顯示皮質(zhì)下白質(zhì)纖維束走向，切除腫瘤時(shí)選擇個(gè)體化手術(shù)方案，避開(kāi)重要的纖維束，防止纖維束損傷導(dǎo)致新發(fā)的神經(jīng)功能障礙。但若腫瘤浸潤(rùn)運(yùn)動(dòng)功能區(qū)，DTI則不能對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域顯像，切除腫瘤時(shí)可能損傷功能區(qū)域。

3 DTI和BOLD-fMRI的聯(lián)合應(yīng)用

BOLD-fMRI與DTI各有優(yōu)勢(shì)，成像對(duì)象分別是功能區(qū)、纖維束，將二者圖像融合，可避免圖像重疊造成的視覺(jué)錯(cuò)亂，使二者圖像合二為一，實(shí)現(xiàn)了腦纖維結(jié)構(gòu)和腦功能區(qū)的完美結(jié)合，將其應(yīng)用于腦腫瘤切除，在指導(dǎo)腫瘤切除、保護(hù)重要顱內(nèi)結(jié)構(gòu)及功能方面意義重大[20]。Guye等[21]研究發(fā)現(xiàn)大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)與皮質(zhì)下白質(zhì)纖維束存在某種聯(lián)系，即初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)(M1，4區(qū))與皮質(zhì)脊髓束、運(yùn)動(dòng)前區(qū)(6區(qū))、頂葉皮層及丘腦、小腦間都有聯(lián)系。錐體束和腦部功能區(qū)同等重要，錐體束損傷會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，導(dǎo)致神經(jīng)功能障礙、生活質(zhì)量下降，因此，可以將DTI與BOLD-fMRI聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)錐體束和腦部功能區(qū)的聯(lián)合檢測(cè)。劉強(qiáng)等[22]認(rèn)為聯(lián)合應(yīng)用BOLD-fMRI與DTI可有效評(píng)估功能區(qū)附近腫瘤的手術(shù)切除程度、患者預(yù)后、功能障礙恢復(fù)情況、生活質(zhì)量等。將兩種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于指導(dǎo)腫瘤手術(shù)，可以重建錐體束，纖維束定位和成像清晰度更高，對(duì)手術(shù)指導(dǎo)價(jià)值更大，在腫瘤切除及患者預(yù)后方面效果更滿(mǎn)意[23]。DTI和BOLD-fMRI聯(lián)合用于腫瘤切除，可以清晰顯示運(yùn)動(dòng)區(qū)附近腫瘤、白質(zhì)纖維束、大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)三者的位置關(guān)系，有助于判斷良惡性腫瘤對(duì)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)及纖維束是否存在浸潤(rùn)或壓迫，更好地規(guī)劃個(gè)體化手術(shù)路徑[24]。高萬(wàn)軍等[25]聯(lián)合應(yīng)用BOLD-fMRI和DTI技術(shù)對(duì)腦腫瘤、錐體束、運(yùn)動(dòng)功能區(qū)進(jìn)行清晰成像，觀察錐體束、功能區(qū)有無(wú)受累，有利于制定個(gè)體化治療手段；術(shù)后進(jìn)行核磁共振、BOLD-fMRI和DTI檢查，明確腫瘤切除程度及皮質(zhì)脊髓束和運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的完整度和損傷度，可評(píng)估手術(shù)效果，預(yù)測(cè)患者預(yù)后。余龍洋等[26]將DTI和BOLD-fMRI聯(lián)合用于運(yùn)動(dòng)區(qū)腦腫瘤切除，顯微鏡下見(jiàn)腫瘤全切,術(shù)后隨訪6月內(nèi)未見(jiàn)殘疾。由上述研究可知，兩種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用可以彌補(bǔ)各自的不足，最大程度切除腫瘤、減少神經(jīng)損傷，對(duì)改善患者預(yù)后、提高患者生活質(zhì)量具有重要意義。

4 DTI和BOLD-fMRI技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的不足

DTI和BOLD-fMRI聯(lián)合應(yīng)用也存在不足之處：①腦腫瘤可使功能區(qū)及錐體束受壓、變形、移位，使三者的相對(duì)空間位置關(guān)系發(fā)生改變，還可導(dǎo)致鄰近皮質(zhì)溝回形態(tài)結(jié)構(gòu)變形或移位；②術(shù)中由于骨瓣去除、腦脊液流失、使用甘露醇、腦組織重力作用、顱內(nèi)壓變化等造成腦移位，導(dǎo)致腫瘤的定位更加困難；③二者聯(lián)合也不能評(píng)價(jià)腫瘤的切除程度，即不能判定腫瘤是否全切，只能依靠術(shù)者經(jīng)驗(yàn)，存在一定的偏差。因此需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腫瘤殘余程度，MRI、超聲、CT等可用于監(jiān)測(cè)、評(píng)估腫瘤的切除程度。盡管如此，DTI和BOLD-fMRI聯(lián)合應(yīng)用在腦腫瘤切除方面仍具有重要意義，未來(lái)將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。