磁共振彌散張量成像及纖維束成像在腦膠質瘤診治中的初步應用①

孫立智，張 健

(佳木斯大學附屬第一醫院，黑龍江 佳木斯 154003)

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磁共振彌散張量成像及纖維束成像在腦膠質瘤診治中的初步應用①

孫立智，張 健

(佳木斯大學附屬第一醫院，黑龍江 佳木斯 154003)

目的：探討磁共振彌散張量成像及纖維束成像在腦膠質瘤分級中的意義及對于臨床術前制定手術方案的應用價值。方法：搜集2014-05～2015-06在佳木斯大學附屬第一醫院診斷并得到病理證實的腦膠質瘤患者資料共42例，按高低不同級別分為兩組，分別進行常規MRI檢查及DTI檢查，經后處理后得到FA值及相應DTT圖。采用t檢驗對數據進行統計學分析，P<0.05為有統計學意義。結果：①高級別膠質瘤腫瘤實體區比低級別膠質瘤腫瘤實體區的FA值小(P<0.05)；②高級別膠質瘤瘤周水腫區比低級別膠質瘤瘤周水腫區的FA值小(P<0.05)；③同一腫瘤的腫瘤實體區比瘤周水腫區的FA值小(P<0.05)。④低級別膠質瘤周圍白質纖維束主要表現為正常或移位，高級別膠質瘤周圍白質纖維束主要表現為稀疏或中斷。結論：FA值能夠用來區分高低級別膠質瘤，而DTT圖則能夠為臨床術前手術區域的劃分提供幫助。

彌散張量成像；彌散張量纖維束成像；高級別膠質瘤；低級別膠質瘤

起源于神經膠質細胞的腫瘤是中樞神經系統中最常見的原發性腫瘤[1]。該腫瘤是發生于神經外胚葉的一種膠質細胞瘤，是目前最頑固的腫瘤之一[2]。目前膠質瘤的治療以手術治療為主，術后給予放療和化療，以及其它方面的治療，包括基因治療、免疫治療等[3]。在術前對腫瘤的級別進行區分對于外科制定手術計劃以及對于放射治療及化療后的預后評估都是至關重要的[4]。一些特殊的核磁共振圖像表現可以用來區分高級別膠質瘤及低級別膠質瘤，例如：壞死、腫瘤內出血及腫瘤周圍的大片狀水腫影都提示腫瘤的惡性性質。但是常規的磁共振檢查并不能總是清晰的顯示并區分出不同級別的膠質瘤。磁共振彌散加權成像反映了水分子的隨機運動，這種運動是由分子自身的熱能產生的，它受周圍環境變化的影響。彌散張量成像(DTI)是通過張量數學模型來描述三維的分子運動的特性[5]。DTI目前還沒有廣泛的應用于臨床，我們研究的目的就是通過彌散張量成像的指標來鑒別高低級別膠質瘤。

1 資料與方法

1.1 一般資料

搜集2014-05～2015-06在佳木斯大學附屬第一醫院診斷并得到病理證實的腦膠質瘤患者資料共42例。根據國際病理組織分型膠質瘤可分為Ⅳ級，其中Ⅰ～Ⅱ級為分化較好的腫瘤，性質偏良性，稱為低級別膠質瘤；Ⅲ～Ⅳ級分化較差，為惡性腫瘤，稱為高級別膠質瘤。42例患者按級別分組，結果如下：高級別膠質瘤24例，低級別膠質瘤18例。年齡35～72歲，平均53歲。高級別膠質瘤中，男14例、女10例；低級別膠質瘤中，男12例、女6例。上述病例均為首次發現病灶，沒有采取任何手段進行治療。對所有病例均先行常規MRI檢查及增強檢查，后做DTI掃描。

1.2 研究方法及后處理

美國GE公司生產的Signa HDX3.0T掃描儀，采用8通道頭正交標準線圈，DTI自帶圖像后處理軟件。

患者MRI常規檢查，包括T1WI、T2WI、DWI及FLAIR序列橫軸位、T2WI矢狀位以及T1WI基礎上的增強掃描。增強造影劑選擇為釓噴酸葡胺(Gd-DTPA)，經肘靜脈快速注入，劑量為0.1mmol/kg。掃描參數分別為：T1WI：TR600ms，TE30ms，層厚6mm，間距1mm，激勵次數1；T2WI：TR3800ms，TE5800ms，層厚6mm，間距1mm，激勵次數1。以上采集16層全腦覆蓋。DTI采用EPI橫軸位掃描，參數為TR7400ms，TE87ms，層厚6mm，間距1mm，FOV230×230mm2，矩陣300×200，彌散敏感梯度方向為16，彌散敏感系數b值取0和1000s/mm2。共采集16層圖像，每層可獲得16幀圖像，共獲得256幅圖像。

將所有數據傳入ADW4.4工作站，利用Functool2.0軟件對所得DTI圖像進行處理，經過校對及核算得出FA圖。在三名有經驗的影像科醫生的幫助下，根據常規檢查所得圖像確定出腫瘤的具體位置及瘤周水腫區。在腫瘤實體區、周圍水腫區及健側正常的腦白質區選定感興趣區(region of interest，ROI)，ROI面積選定為20mm2左右。測量出對應的FA值。選擇所測區域的不同部位以同種方法測量三次取平均值。在測量時應盡量避開腦溝、裂、池等部位，以免產生過多的偽影及部分容積效應。在FA圖上選擇感興趣的部位，通過重建得出DTT圖。

1.3 統計學方法

采用SPSS20.0統計學軟件對所得數據進行分析，根據病理結果將病灶分成低級別膠質瘤和高級別膠質瘤組。應用t檢驗對兩樣本在腫瘤實體區、瘤周水腫區所得的FA值進行兩兩比較，經過統計學差異分析得出結果，以P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

對比常規磁共振掃描所得圖像，觀察FA圖可見：腫瘤實體區呈低信號，信號混雜不均。部分患者瘤周水腫區呈稍低信號，部分患者呈稍高信號。健側對應腦白質呈高信號。測量各組FA值見表1。根據病理結果分組后，觀察DTT圖可見：在18例低級別膠質瘤中，有8例表現為病灶周圍腦白質纖維束空間結構如常，7例表現為稍移位，3例表現為纖維束稀疏，所有纖維束均走行連續。在24例高級別膠質瘤中，其中9例表現出病灶周圍纖維束移位，并伴有局部纖維束的變細，缺失。其余15例表現為纖維束稀疏、殘缺及中斷。見表2。

表1 高低級別膠質瘤不同區域FA值對照±s，n=42)

表2 高低級別膠質瘤周圍白質纖維束空間結構對照(n=42，例)

3 討論

彌散加權的概念在20世紀60年代首次被提出，直到90年代，伴隨著磁共振成像設備和計算機技術的發展，以分子擴散運動為成像基礎的磁共振彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)才開始比較廣泛的應用于臨床。彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是在彌散加權成像基礎上發展起來的一種磁共振彌散成像新技術，因為它基于各向異性與組織的不均勻性擴散而成像[6]，所以彌散張量成像不僅能提供分子擴散幅度的信息，還能反映擴散方向的信息，因此能夠很好的體現出人體生理以及病理組織中體素內的水分子擴散的三維結構信息，還能反映活體組織的空間三維結構及細胞內外微環境中水分子轉運的情況，故現在廣泛用于臨床疾病的診斷與治療。彌散張量就是指水分子的各向異性特征。彌散張量可以被看作是一個橢球體，張量作為被引入的一個概念用來表示三維張量球體的張力，三維張量橢球體的長軸表示最大的擴散值與擴散方向，短軸則代表最小的擴散值與擴散方向。彌散張量可以較好的反映出在各向異性介質中的擴散運輸。通過彌散張量能夠計算出一系列矩形向量，例如反映擴散橢球體主向量軸的方向及矢量的大小的本征矢量(eigenvectors)以及本征值λ1、λ2、λ3。λ1、λ2、λ3是彌散張量橢圓形球體的三個主軸半徑，一般選擇λ1>λ2>λ3，分別使其對應彌散張量的三個本征值。其中最大本征值對應的方向為局部纖維的主方向。e1、e2、e3分別代表λ1、λ2、λ3所對應的本征向量，為三個橢圓軸的方向矢量。而其他參數都是通過這三個本征向量得出的，如部分各向異性指數(fraction anisotropy，FA)、表觀擴散系數(ADC)、體積比(volume ratio，VR)等[7]。

本文中的所有資料我們均采用DTI序列在多個不同方向上施加彌散梯度磁場，經過計算機處理獲得部分各向異性指數即FA值。通過研究表明，在高級別膠質瘤和低級別膠質瘤中，分別在兩組腫瘤實體區及瘤周水腫區測得的FA值經比較均有統計學意義(P<0.05)。同一腫瘤中腫瘤實體區與瘤周水腫區FA值差異有統計學意義(P<0.05)。我們認為由于高級別膠質瘤與低級別膠質瘤相比它的增殖能力更強，腫瘤細胞排列更加緊密，異型性更高，并且較后者更容易損傷白質纖維，因此FA值更低。而兩種腫瘤自實質區至周圍水腫區，FA值都逐漸增高的結果與晏怡[8]等的研究結果相仿。通過分析DTT圖我們得出：低級別膠質瘤周圍的白質纖維束主要表現為變形、移位，而粗細變化不大；高級別膠質瘤瘤周纖維束則大多出現稀疏、殘缺以及連續性中斷，粗細變化明顯。部分學者測得的FA值在區分高低級別膠質瘤時無顯著意義，我們認為這可能與采用的平面回波序列信噪比、運動偽影、感興趣區選擇的不同及樣本數目有關。

研究表明將DTI技術應用于臨床，不但能為外科術前制定手術計劃提供幫助，而且能夠幫助醫生對患者的預后及早做出判斷。當然，本研究仍然有很多的不足之處。首先，在設計實驗時考慮到在有限的時間內不能搜集足夠的病例，因此沒有將病例按年齡及性別進行分組，這可能會導致數據存在一定的誤差。其次，不同病例ROI放置位置的差異也會對最終結果造成一定的誤差。這些問題我將在今后的學習工作中努力解決。

[1]Crocetti E,Trama A,Stiller C,et al.Epidemiology of glial and non-glialbrain tumours in Europe[J].Eur J Cancer,2012,48(10):1532-1542

[2]李明軍,李英夫,吳雁，等.氰基丙烯酸正丁酯納米載體促進紫杉醇粒抗腦膠質瘤作用的實驗研究[J].黑龍江醫藥科學,2015,38(2):29-30

[3]李英夫,李明軍,廉曉宇，等.Wistar大鼠SHG-44腦膠質瘤動物模型建立[J].黑龍江醫藥科學,2015,38(2):24

[4]Zinn PO,Colen RR,Kasper EM,er al.Extent of resection and radiotherapyin GBM:A 1973 to 2007 surveillance,epidemiology and end results analysis of 21,783patients[J].Int J Oncol,2013,42(3):929-934

[5]Basser PJ,Mattiello J,LeBihan D.MR diffusion tensor spectroscopy and imaging[J].Biophys J,2010,66(1):259-267

[6]Youngkyoo Jung,Alexey A Samsonov,Walter F Block,et al.3D Diffusion Tensor MRI with Isotropic Resolution Using a Steady-State Radia Acquisition[J].J Magn Reson Imaging,2009,29(5):1175-1184

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[8]晏怡,唐文淵,鄧朝霞,等.彌散張量成像對腫瘤腦浸潤的量化和應用[J].中國神經精神疾病雜志,2008,34(11):666-670

The primary application of magnetic resonance diffusion tensor imaging and fiber tractography in diagnosis and treatment of gliomas

SUNLi-zhi,ZHANGJian

(The First Affiliated Hospital of Jiamusi University,Jiamusi 154003,China)

Objective:To discuss the value of diffusion tensor imaging and diffusion tensor tractography in cerebral gliomas diagnostic classification,and its application value of preoperative formulation for clinical operation.Methods:42 patients with brain glioma who were diagnosed and confirmed pathologically in the First Affiliated Hospital of Jiamusi University from May 2014 to June 2015 were collected.According to different grades,these patients were divided into two groups.The routine MRI examination and DTI examination were performed respectively on them.The values of FA and the corresponding DTT figure after processing were available.The data was statistically analyzed by test.Assuming that P<0.05 was statistically significant.Result:(1)The FA values of the solid area of high grade gliomas is lower than that of the low grade gliomas (P<0.05).(2)The FA values of the peripheral edema area of high grade gliomas is lower than that of the low grade gliomas(P<0.05).(3)The FA values of the solid area in the same tumor is smaller than that of the peripheral edema area(P<0.05).(4) The white matter features around the low grade gliomas are normal or shift.And that which around the high grade gliomas are sparse or interrupted.Conclusion:The values of FA can be used to distinguish between high and low grade gliomas.And the DTT figure can provide help to preoperative division of operation area for clinicians.

diffusion tensor imaging; diffusion tensor tractography; high grade gliomas; low grade gliomas

孫立智(1990～)女，黑龍江哈爾濱人，在讀碩士研究生。

張健(1968～)男，黑龍江佳木斯人，主任醫師，碩士研究生導師。E-mail：564466233@qq.com。

R445.2

B

1008-0104(2016)05-0063-02

2015-12-30)