1.5TMRI BOLD－fMRI與DTI在顱內(nèi)腫瘤聯(lián)合應(yīng)用的價值

李德炯 鐘平 張國平 賈曉峰 劉路

（貴陽金陽醫(yī)院影像科，貴州 貴陽550081）

腦腫瘤手術(shù)中正確辨認(rèn)功能區(qū)至關(guān)重要。我科聯(lián)合應(yīng)用血氧水平依賴磁共振成像 （blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD－fMRI）與彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）對腦內(nèi)皮層腫瘤的術(shù)前進(jìn)行評估、指導(dǎo)，現(xiàn)報道如下。

1 材料與方法

1.1 收集2010年4月至2012年12月我院收治的運(yùn)動區(qū)及附近腦腫瘤患者38例，男15例，女23例，年齡21～77歲，平均44.3歲。38例均經(jīng)病理或手術(shù)證實(shí)，腦膜瘤22例、膠質(zhì)瘤7例、轉(zhuǎn)移瘤4例、海綿狀血管瘤5例。同時行10例20～50歲正常成人BOLD－fMRI與DTI成像掃描，作為對照。

1.2 成像設(shè)備 SIMENS公司生產(chǎn) Avanto 1.5T MRI掃描儀，應(yīng)用12通道頭頸聯(lián)合線圈。

1.3 檢查方法 采用組塊設(shè)計(jì)（Blocked design）方案，即靜止－運(yùn)動－靜止－運(yùn)動－靜止－運(yùn)動，共6次運(yùn)動，并囑患者閉上眼睛、集中精力、均勻呼吸、盡量少做吞咽動作；保持頭部靜止。部分患者由檢查者幫助患者被動完成。BOLD－fMRI及DTI掃描均在增強(qiáng)掃描前進(jìn)行檢查。患者仰臥位，掃描基線取胼胝體嘴部與壓部的連線。先行軸位T1WI掃描，獲得高分辯解剖像，后行腦功能成像掃描，再行彌散張量掃描，最后行MRI常規(guī)平掃加增強(qiáng)掃描。

1.4 掃描參數(shù) BOLD－fMRI掃描參數(shù)：應(yīng)用平面回波2維－血氧水平依賴腦功能成像系列TR＝3 650ms TE＝50ms，F(xiàn)OV230mm×230mm，矩陣128×128 ，read 200mm，phase100mm，3D－KSpace，Bandwidth 2004，EPI factor 64，層厚5mm，層間距1mm，掃描層數(shù)36，掃描定位層面與T1WI完全一致，掃描3∶44分。DTI掃描參數(shù)：應(yīng)用運(yùn)動矯正平面回波2維彌散多方向彌散權(quán)重系列，TR＝2 700ms，TE＝88ms，層厚5mm，，F(xiàn)OV230mm×230mm，phase 100ms，在64個方向施加梯度脈沖，掃描19～25層，掃描11～14min。3D高分辨全腦結(jié)構(gòu)圖：應(yīng)用快速擾相位梯度回波系列，TR＝260ms，TE＝14ms，層厚1.5mm，翻轉(zhuǎn)角25°，失狀定位，冠軸位重建。

1.4 數(shù)據(jù)處理 BOLD－fMRI，DTI及3D高分辨全腦結(jié)構(gòu)圖掃描完以后數(shù)據(jù)均傳至Leonardo工作站重建處理，軟件版本B15。BOLD－fMRI將原始數(shù)據(jù)計(jì)算出的參數(shù)圖像疊加至T1WI圖像上，形成覆蓋圖并同時獲取激活圖的相關(guān)信息。DTI通過工作站所配套軟件包顯示FA圖及彩色編碼方向圖（directionally encoded color map，DEC），F(xiàn)A 圖，DEC圖為參考，在大腦腳、內(nèi)囊、胼胝體膝部壓部放置ROI，進(jìn)行白質(zhì)纖維束的三維重建。根據(jù)FA圖，DEC圖及3D纖維束圖綜合評價腫瘤對纖維束損害及影響，特別是皮質(zhì)脊髓束的損害及影響。腦腫瘤與相鄰腦白質(zhì)纖維束的解剖關(guān)系評判標(biāo)準(zhǔn)分為四種：1）破壞，纖維束完全中斷，失去方向性及完整性。2）侵潤，纖維束部分中斷，位置形態(tài)異常，F(xiàn)A信號減低，DEC圖方向可以辨認(rèn)。3）移位，纖維束完整，僅位置和形態(tài)發(fā)生改變FA信號正常。4）完整，纖維束保持其方向性及完整性。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；測量腫瘤組患側(cè)功能區(qū)激活范圍（V）值，取平均值的比值作為rV值。分別測量正常組雙側(cè)功能區(qū)的激活范圍（V）值，其平均值作為rV值。分析腫瘤組與正常組間rV值的差異，兩兩比較采用t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分析兩組間BOLD信號rV值的影響差異。

2 結(jié) 果

正常組激活區(qū)：主要位于中央溝附近，激活信號形態(tài)呈條狀、曲柄狀、小片狀、不規(guī)則狀及點(diǎn)狀，與中央前回的走行基本一致，激活信號強(qiáng)度清晰，邊界清楚。腫瘤組患側(cè)激活區(qū)：信號形態(tài)變化較大，主要呈小片狀或散在斑點(diǎn)狀、弧形條狀，激活信號主要位于腫瘤前方9例、后方10例、外側(cè)10例，后方及腫瘤頂部3例，前方及腫瘤頂部6例，其中6例功能區(qū)激活強(qiáng)度明顯減弱呈小片狀，散在斑點(diǎn)狀。38例DTI成像；纖維束破壞12例；其中膠質(zhì)瘤5例，轉(zhuǎn)移瘤3例，海綿狀血管瘤4例。浸潤4例，膠質(zhì)瘤2例、轉(zhuǎn)移瘤1例、海綿狀血管瘤1例。移位22例，均為腦膜瘤。見圖1－3。

表1 正常組與腫瘤組功能區(qū)rV值比較

3 討 論

3.1 BOLD－fMRI原理 PET 研究表明［1］腦激活期間，神經(jīng)元興奮性增強(qiáng)，局部腦組織血流，血流容積以及血氧消耗均增強(qiáng)。紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白（hemoglobin）是氧氣在血液中運(yùn)載何傳送的主要載體。腦組織內(nèi)的氧分壓要比動脈血中低，所以氧和血紅蛋白此時就分解成游離氧和脫氧血紅蛋白（deoxyhemoglobin），游離氧在此參與能量代謝，而脫氧血紅蛋白則隨靜脈血循環(huán)輸出大腦。應(yīng)注意的是，氧和血紅蛋白是抗磁性物質(zhì)，去氧血紅蛋白則是順磁性物質(zhì)，當(dāng)血液中氧和血紅蛋白和去氧血紅蛋白的相對含量發(fā)生變化時，血管內(nèi)外的局部磁場強(qiáng)度和分布都會相應(yīng)地改變，從而造成血管內(nèi)外水分子中的質(zhì)子的磁共振信號強(qiáng)度的改變。這種現(xiàn)象稱為血氧水平依賴。fMRI進(jìn)行腦功能研究就是依據(jù)這種磁化敏感性對比增強(qiáng)的原理，故稱為血氧水平依賴對比功能磁共振成像（BOLD－fMRI），BOLD－fMRI成像的基本方法是通過外在有規(guī)律的任務(wù)刺激與靜止兩種狀態(tài)交互進(jìn)行，本研究采用組塊（BLOK）設(shè)計(jì)，即靜止－運(yùn)動共6次刺激采集信息，然后將數(shù)據(jù)傳至工作站進(jìn)行處理，得到激活功能圖，將功能圖像疊加在相應(yīng)功能層面的解剖圖像上，使解剖與功能的關(guān)系達(dá)到統(tǒng)一產(chǎn)生fMRI最終結(jié)果的表現(xiàn)形式之一，即腦功能活動定位圖（functional brain mapping FBM）［2］。此研究中38例均獲得了滿意的圖像效果。

3.2 術(shù)前及術(shù)中的應(yīng)用 腦腫瘤手術(shù)切除的目標(biāo)是最大限度地切除腫瘤組織，又能保留重要的腦功能。手術(shù)過程中由于腫瘤占位效應(yīng)使解剖結(jié)構(gòu)變形移位，手術(shù)視野狹小的限制及許多腦功能區(qū)沒有界限清楚的解剖定位，成人皮層具有可塑性和重組性等因數(shù)使正常解剖標(biāo)志難以識別。本資料38例腫瘤患者應(yīng)用BOLD－fMRI清楚地顯示了皮層功能區(qū)與病灶的關(guān)系，為術(shù)前評估，術(shù)中識別腦皮層功能區(qū)提供了可靠的信息。

3.3 DTI在顱內(nèi)腫瘤病變中的應(yīng)用 我們在64個方向施加梯度脈沖，從而對體內(nèi)水分子的彌散運(yùn)動進(jìn)行更加精確地描述而反映該組織內(nèi)的細(xì)微結(jié)構(gòu)，獲得了清晰的纖維束走行的圖像，包括放射冠、扣帶回、弓形束、視輻射、胼胝體和前聯(lián)合等與文獻(xiàn)報道［3］相吻合。另DTI的FA圖可以顯示白質(zhì)纖維束的紊亂及腫瘤對白質(zhì)纖維的影響。這在常規(guī)MR是無法獲得的。DTI不僅能夠更精確地反映水分子的彌散能力，而且還能以三維顯示腦白質(zhì)纖維束的走行方向并可用來顯示腫瘤的完整性和白質(zhì)束得軌線效果。我們利用DTI成像清晰顯示了腫瘤白質(zhì)纖維束的破壞、浸潤及移位情況。并且不同類型的腫瘤對鄰近傳導(dǎo)束有不同的影響，DTI提供的信息對瘤周鄰近的白質(zhì)纖維束的保護(hù)有著重要的臨床價值。

3.4 BOLD－fMRI與 DTI的聯(lián)合應(yīng)用 BOLD－fMRI無創(chuàng)性顯示了任務(wù)或刺激狀態(tài)下腦皮質(zhì)功能區(qū)的激活狀態(tài)，可對功能皮層進(jìn)行定位，而DTI實(shí)現(xiàn)了在活體中無創(chuàng)性顯示腦白質(zhì)纖維束的走向。國內(nèi)學(xué)者劉強(qiáng)、盧光明等［4］將fMRI與DTI重建的纖維束融合，用于腦腫瘤的研究及神經(jīng)導(dǎo)航手術(shù)，成功地指導(dǎo)了對皮層腫瘤的手術(shù)切除。本研究將二者聯(lián)合應(yīng)用清楚地顯示了運(yùn)動區(qū)、白質(zhì)纖維束和腦腫瘤三者的關(guān)系，與文獻(xiàn)報道基本一致。為全面了解腦結(jié)構(gòu)與功能提供了一種新的手段和視角。

［1］ S.C.Feldman，D.Chu，M.Schulder，et al.The Blood Oxygen Level－Dependent Functional MR Imaging signal Can Be Used to Identify Brain Tumors and Distinguish them from Normal Tissue AJNR Am［J］.Neuroradiol，2009，30：386－395.

［2］ E.Pravata，C.Sestieri，D.Mantini，etal.Functional Connectivity MR Imaging of the Language Network in Patients with Drug－Resistant［J］.Neuroradiol，2011，32：532－540.

［3］ Jellison BJ，F(xiàn)ield AS，Medow J，Lazar M，Salamat MS，Alexander AL：Diffusion tensor imaging of cerebral white matter：A pictorial review of physics，fiber tract anatomy，and tumor imaging patterns.AJNR Am［J］.Neuroradiol，2004，25：356－369.

［4］ 劉強(qiáng)，盧光明，張宗軍，等.彌散張量成像與血氧水平依賴功能磁共振成像在腦腫瘤診斷中的聯(lián)合應(yīng)用［J］.醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報，2010，23（5）：500－506.