磁共振彌散張量成像與腦膠質瘤

張倩 夏永華

磁共振彌散張量成像與腦膠質瘤

張倩①夏永華②

磁共振； 彌散張量成像； 腦膠質瘤

彌散張量成像（DTI）是在彌散加權成像（DWI）基礎上發展起來的一項磁共振功能成像新技術。DTI利用水分子擴散原理，通過評估水分子在體內的三維彌散狀態，顯示纖維束在腦實質內的走行，并通過對比纖維束走行的改變反映顱內腫瘤的范圍及對正常白質纖維束的影響，實現了無創及活體研究顱內腫瘤的方法，為確定治療方案及手術方式提供了重要的影像學依據。自1994年Basser等[1]提出了彌散張量成像的技術，DTI已經越來越廣泛地用于中樞神經系統疾病的研究，并在計算機重建技術的輔助下，發展為彌散張量纖維束成像（diffusion tensor tracking，DTT）。

1 彌散張量成像基本原理及基本參數

同DWI一樣，DTI也是水分子的彌散運動為成像基礎。在人體組織中，存在兩種彌散方式，即各向同性彌散（isotropic diffusion）和各項異性彌散（anisotropic diffusion）。在顱內腦脊液、大腦灰質，水分子向各個方向運動的幾率相當，接近于在純水中的彌散軌跡，稱為各向同性彌散；但是在大腦內水分子的運動是優先沿著白質纖維束彌散的，這歸結于細胞內的屏障如神經絲和細胞器，和細胞外的屏障如磷脂膜和膠質細胞。表現為其運動軌跡為橢圓，稱為各項異性彌散（anisotropic diffusion）。DTI是利用組織中水分子彌散的各向異性來探測組織微觀結構，能精確描述水分子在三維空間中的擴散軌跡， 并能對這種擴散作定量評價[2]。

目前DTI研究分為兩大方向：一是定量研究，主要參數有：表觀彌散系數（ADC），各向異性分數（FA）。這些參數可以幫助了解腦組織的解剖結構之外的生物學特性[3]，ADC值可用于預測膠質瘤術后放療的療效及無進展生存（TPP）等[4]；二是彌散張量纖維束成像（DTT），是以FA值為基礎合成的彩色圖像，通過計算機重建軟件，可以得到同腦內纖維走行一致的三維纖維束信號。隨著計算機軟件的不斷升級，得到的DTT圖像不斷優化和改進，甚至可以描繪出人腦完整的三維立體神經圖像。

2 DTI在膠質瘤的應用

膠質瘤（glioma）是發生在腦組織的最常見腫瘤，腦膠質瘤的病理類型主要有星形細胞起源腫瘤、少突膠質細胞起源的腫瘤、室管膜細胞起源的腫瘤、星形細胞-少突膠質細胞混合性起源的腫瘤。依據WHO標準可分四級：Ⅰ、Ⅱ級偏良性；Ⅲ、Ⅳ級偏惡性，占所有膠質瘤的77.5%，而且級別越高，惡性程度越高，特別是高級別膠質瘤，呈侵襲性浸潤生長，致殘率和致死率高，預后差。其主要的治療手段是手術和術后放療。目前膠質瘤手術切除主要依靠術者經驗行肉眼下全切除，術后易復發。DTI和DTT檢查可以用于顯示膠質瘤與周圍白質纖維的三維空間關系[5-6]，在指導手術入路、確定術中病灶切除范圍以及評估預后方面都非常重要。特別是用于運動區和視覺皮質區膠質瘤的手術計劃與導航，已作為2012年中國中樞神經系統惡性膠質瘤診斷和治療指南的強烈推薦方案。

2.1 判斷膠質瘤的惡性程度，明確腫瘤與周圍纖維的關系

術前通過DTI檢查，顯示腦白質各向異性的改變，再通過定量分析FA值的變化，初步推測腫瘤的良惡性和瘤細胞的侵及范圍。Beppu等[7]通過與病理結果對比發現，FA值可反映膠質母細胞瘤的細胞密度及增殖活性，提出腦膠質瘤級別越低，FA值降低越明顯。Chen等[8]回顧性研究了31例術后病理確診為膠質瘤患者的FA值，認為當FA閾值設置為0.25時，高級別膠質瘤患者與低級別膠質瘤患者的雙側FA比值存在著顯著差別，認為根據FA值在術前區分高低級別膠質瘤，從而指導選擇合適的手術方式，最大范圍地切除病灶。腫瘤與周圍神經纖維的關系也可以通過DTT檢查明確。腫瘤的浸潤性生長，對周圍的白質纖維束產生水腫、壓迫和浸潤。通常描述為以下4種類型：（1）移位，指白質纖維束保持正常的各向異性，位置和走行已發生改變；（2）水腫，在T2WI圖像上顯示為高信號，白質纖維束的各向異性及其位置尚正常；（3）浸潤，在移位或水腫的基礎上，白質纖維束變得稀疏，但尚能辨認；（4）破壞，是指白質纖維束出現斷裂，消失，不能辨認。低級別膠質瘤一般僅表現為移位和（或）水腫，高級別膠質瘤除表現為水腫、移位外，多有浸潤和破壞的征象，由此可初步鑒別腫瘤的級別和浸潤范圍。將FA值和增強MRI聯合應用，則可以提高判斷腫瘤惡性程度的準確性，確定合理手術方式，選擇恰當的切除范圍，最大范圍切除腫瘤并減少對正常纖維束的損害，提高手術的安全性。

2.2 在放療中的作用 放療是腦膠質瘤治療的第二重要手段，因為解剖位置或肉眼觀察有限等原因，手術不能完全切除的腦膠質瘤需要放療進一步根治。通過DTI及DTT檢查，可以明確區分腫瘤殘留灶及術后水腫區，分別勾畫為GTV和CTV，給予不同的治療劑量，達到既消除腫瘤，又避免局部功能損傷的目的。Chang等[9]認為彌散張量成像等磁共振功能成像在確定放療計劃中有助于辨別及區分顱內重要功能區域，從而避免功能損傷。腦腫瘤除了局部復發，還有可能發生對側腦半球轉移，究其原因，可能與腫瘤沿胼胝體纖維束走行方向發生的轉移有關，DTT通過纖維束重建成像，顯示腫瘤周圍纖維束走行，可以對腫瘤高危區域進行預防，避免遺漏。放療后的損傷與復發一直是診斷與鑒別的難點，需要通過多個定量參數及臨床表現進行分析，還有待于進一步的研究。Xu等[10]比較術后復發與放療損傷的區別時認為，ADC值在術后復發組里較放療損傷組明顯降低，而FA值明顯增高。

3 問題與展望

DTI和DTT通過追蹤水分子的彌散速度和方向的定量信息，顯示組織的纖維結構和病理狀態，并結合常規MRI檢查，為腦腫瘤診斷和臨床治療方案的制定提供了有力的影像學依據。目前DTI和DTT技術仍沒有廣泛應用于臨床，考慮原因主要有以下幾個因素：（1）DTI、DTT成像時間較長，而且數據處理也需要大量的人力及物力，絕大多數患者不具備這種經濟實力；（2）DTI、DTT成像數據的采集經常受到噪聲和偽影干擾，計算機重建的纖維束成像與實際纖維走行有一定誤差，需要改進數據采集設備。DTT是現今唯一的能夠在活體研究大腦白質纖維的方法，其應用價值前景是可以預見的，隨著科學的不斷更新發展，此技術也將會有更大的發展。

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10.3969/j.issn.1674-4985.2013.08.077

①江蘇省腫瘤醫院 江蘇 南京 210009

②新鄉醫學院第一附屬醫院

張倩

2012-09-28） （本文編輯：陳丹云）