孫立智，張 健

(佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)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(zhì)瘤診治中的初步應(yīng)用①

孫立智，張 健

(佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)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(zhì)瘤分級(jí)中的意義及對(duì)于臨床術(shù)前制定手術(shù)方案的應(yīng)用價(jià)值。方法：搜集2014-05～2015-06在佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院診斷并得到病理證實(shí)的腦膠質(zhì)瘤患者資料共42例，按高低不同級(jí)別分為兩組，分別進(jìn)行常規(guī)MRI檢查及DTI檢查，經(jīng)后處理后得到FA值及相應(yīng)DTT圖。采用t檢驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，P<0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果：①高級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤實(shí)體區(qū)比低級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤實(shí)體區(qū)的FA值小(P<0.05)；②高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤周水腫區(qū)比低級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤周水腫區(qū)的FA值小(P<0.05)；③同一腫瘤的腫瘤實(shí)體區(qū)比瘤周水腫區(qū)的FA值小(P<0.05)。④低級(jí)別膠質(zhì)瘤周?chē)踪|(zhì)纖維束主要表現(xiàn)為正?；蛞莆唬呒?jí)別膠質(zhì)瘤周?chē)踪|(zhì)纖維束主要表現(xiàn)為稀疏或中斷。結(jié)論：FA值能夠用來(lái)區(qū)分高低級(jí)別膠質(zhì)瘤，而DTT圖則能夠?yàn)榕R床術(shù)前手術(shù)區(qū)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(jí)別膠質(zhì)瘤；低級(jí)別膠質(zhì)瘤

起源于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的腫瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的原發(fā)性腫瘤[1]。該腫瘤是發(fā)生于神經(jīng)外胚葉的一種膠質(zhì)細(xì)胞瘤，是目前最頑固的腫瘤之一[2]。目前膠質(zhì)瘤的治療以手術(shù)治療為主，術(shù)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(shù)前對(duì)腫瘤的級(jí)別進(jìn)行區(qū)分對(duì)于外科制定手術(shù)計(jì)劃以及對(duì)于放射治療及化療后的預(yù)后評(píng)估都是至關(guān)重要的[4]。一些特殊的核磁共振圖像表現(xiàn)可以用來(lái)區(qū)分高級(jí)別膠質(zhì)瘤及低級(jí)別膠質(zhì)瘤，例如：壞死、腫瘤內(nèi)出血及腫瘤周?chē)拇笃瑺钏[影都提示腫瘤的惡性性質(zhì)。但是常規(guī)的磁共振檢查并不能總是清晰的顯示并區(qū)分出不同級(jí)別的膠質(zhì)瘤。磁共振彌散加權(quán)成像反映了水分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)是由分子自身的熱能產(chǎn)生的，它受周?chē)h(huán)境變化的影響。彌散張量成像(DTI)是通過(guò)張量數(shù)學(xué)模型來(lái)描述三維的分子運(yùn)動(dòng)的特性[5]。DTI目前還沒(méi)有廣泛的應(yīng)用于臨床，我們研究的目的就是通過(guò)彌散張量成像的指標(biāo)來(lái)鑒別高低級(jí)別膠質(zhì)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(xué)附屬第一醫(yī)院診斷并得到病理證實(shí)的腦膠質(zhì)瘤患者資料共42例。根據(jù)國(guó)際病理組織分型膠質(zhì)瘤可分為Ⅳ級(jí)，其中Ⅰ～Ⅱ級(jí)為分化較好的腫瘤，性質(zhì)偏良性，稱(chēng)為低級(jí)別膠質(zhì)瘤；Ⅲ～Ⅳ級(jí)分化較差，為惡性腫瘤，稱(chēng)為高級(jí)別膠質(zhì)瘤。42例患者按級(jí)別分組，結(jié)果如下：高級(jí)別膠質(zhì)瘤24例，低級(jí)別膠質(zhì)瘤18例。年齡35～72歲，平均53歲。高級(jí)別膠質(zhì)瘤中，男14例、女10例；低級(jí)別膠質(zhì)瘤中，男12例、女6例。上述病例均為首次發(fā)現(xiàn)病灶，沒(méi)有采取任何手段進(jìn)行治療。對(duì)所有病例均先行常規(guī)MRI檢查及增強(qiáng)檢查，后做DTI掃描。

1.2 研究方法及后處理

美國(guó)GE公司生產(chǎn)的Signa HDX3.0T掃描儀，采用8通道頭正交標(biāo)準(zhǔn)線圈，DTI自帶圖像后處理軟件。

患者M(jìn)RI常規(guī)檢查，包括T1WI、T2WI、DWI及FLAIR序列橫軸位、T2WI矢狀位以及T1WI基礎(chǔ)上的增強(qiáng)掃描。增強(qiáng)造影劑選擇為釓噴酸葡胺(Gd-DTPA)，經(jīng)肘靜脈快速注入，劑量為0.1mmol/kg。掃描參數(shù)分別為：T1WI：TR600ms，TE30ms，層厚6mm，間距1mm，激勵(lì)次數(shù)1；T2WI：TR3800ms，TE5800ms，層厚6mm，間距1mm，激勵(lì)次數(shù)1。以上采集16層全腦覆蓋。DTI采用EPI橫軸位掃描，參數(shù)為T(mén)R7400ms，TE87ms，層厚6mm，間距1mm，F(xiàn)OV230×230mm2，矩陣300×200，彌散敏感梯度方向?yàn)?6，彌散敏感系數(shù)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(shù)據(jù)傳入ADW4.4工作站，利用Functool2.0軟件對(duì)所得DTI圖像進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)校對(duì)及核算得出FA圖。在三名有經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)生的幫助下，根據(jù)常規(guī)檢查所得圖像確定出腫瘤的具體位置及瘤周水腫區(qū)。在腫瘤實(shí)體區(qū)、周?chē)[區(qū)及健側(cè)正常的腦白質(zhì)區(qū)選定感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，ROI面積選定為20mm2左右。測(cè)量出對(duì)應(yīng)的FA值。選擇所測(cè)區(qū)域的不同部位以同種方法測(cè)量三次取平均值。在測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)腦溝、裂、池等部位，以免產(chǎn)生過(guò)多的偽影及部分容積效應(yīng)。在FA圖上選擇感興趣的部位，通過(guò)重建得出DTT圖。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)病理結(jié)果將病灶分成低級(jí)別膠質(zhì)瘤和高級(jí)別膠質(zhì)瘤組。應(yīng)用t檢驗(yàn)對(duì)兩樣本在腫瘤實(shí)體區(qū)、瘤周水腫區(qū)所得的FA值進(jìn)行兩兩比較，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異分析得出結(jié)果，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

對(duì)比常規(guī)磁共振掃描所得圖像，觀察FA圖可見(jiàn)：腫瘤實(shí)體區(qū)呈低信號(hào)，信號(hào)混雜不均。部分患者瘤周水腫區(qū)呈稍低信號(hào)，部分患者呈稍高信號(hào)。健側(cè)對(duì)應(yīng)腦白質(zhì)呈高信號(hào)。測(cè)量各組FA值見(jiàn)表1。根據(jù)病理結(jié)果分組后，觀察DTT圖可見(jiàn)：在18例低級(jí)別膠質(zhì)瘤中，有8例表現(xiàn)為病灶周?chē)X白質(zhì)纖維束空間結(jié)構(gòu)如常，7例表現(xiàn)為稍移位，3例表現(xiàn)為纖維束稀疏，所有纖維束均走行連續(xù)。在24例高級(jí)別膠質(zhì)瘤中，其中9例表現(xiàn)出病灶周?chē)w維束移位，并伴有局部纖維束的變細(xì)，缺失。其余15例表現(xiàn)為纖維束稀疏、殘缺及中斷。見(jiàn)表2。

表1 高低級(jí)別膠質(zhì)瘤不同區(qū)域FA值對(duì)照±s，n=42)

表2 高低級(jí)別膠質(zhì)瘤周?chē)踪|(zhì)纖維束空間結(jié)構(gòu)對(duì)照(n=42，例)

3 討論

彌散加權(quán)的概念在20世紀(jì)60年代首次被提出，直到90年代，伴隨著磁共振成像設(shè)備和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)為成像基礎(chǔ)的磁共振彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)才開(kāi)始比較廣泛的應(yīng)用于臨床。彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是在彌散加權(quán)成像基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種磁共振彌散成像新技術(shù)，因?yàn)樗诟飨虍愋耘c組織的不均勻性擴(kuò)散而成像[6]，所以彌散張量成像不僅能提供分子擴(kuò)散幅度的信息，還能反映擴(kuò)散方向的信息，因此能夠很好的體現(xiàn)出人體生理以及病理組織中體素內(nèi)的水分子擴(kuò)散的三維結(jié)構(gòu)信息，還能反映活體組織的空間三維結(jié)構(gòu)及細(xì)胞內(nèi)外微環(huán)境中水分子轉(zhuǎn)運(yùn)的情況，故現(xiàn)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(gè)橢球體，張量作為被引入的一個(gè)概念用來(lái)表示三維張量球體的張力，三維張量橢球體的長(zhǎng)軸表示最大的擴(kuò)散值與擴(kuò)散方向，短軸則代表最小的擴(kuò)散值與擴(kuò)散方向。彌散張量可以較好的反映出在各向異性介質(zhì)中的擴(kuò)散運(yùn)輸。通過(guò)彌散張量能夠計(jì)算出一系列矩形向量，例如反映擴(kuò)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(gè)主軸半徑，一般選擇λ1>λ2>λ3，分別使其對(duì)應(yīng)彌散張量的三個(gè)本征值。其中最大本征值對(duì)應(yīng)的方向?yàn)榫植坷w維的主方向。e1、e2、e3分別代表λ1、λ2、λ3所對(duì)應(yīng)的本征向量，為三個(gè)橢圓軸的方向矢量。而其他參數(shù)都是通過(guò)這三個(gè)本征向量得出的，如部分各向異性指數(shù)(fraction anisotropy，F(xiàn)A)、表觀擴(kuò)散系數(shù)(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(gè)不同方向上施加彌散梯度磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理獲得部分各向異性指數(shù)即FA值。通過(guò)研究表明，在高級(jí)別膠質(zhì)瘤和低級(jí)別膠質(zhì)瘤中，分別在兩組腫瘤實(shí)體區(qū)及瘤周水腫區(qū)測(cè)得的FA值經(jīng)比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。同一腫瘤中腫瘤實(shí)體區(qū)與瘤周水腫區(qū)FA值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。我們認(rèn)為由于高級(jí)別膠質(zhì)瘤與低級(jí)別膠質(zhì)瘤相比它的增殖能力更強(qiáng)，腫瘤細(xì)胞排列更加緊密，異型性更高，并且較后者更容易損傷白質(zhì)纖維，因此FA值更低。而兩種腫瘤自實(shí)質(zhì)區(qū)至周?chē)[區(qū)，F(xiàn)A值都逐漸增高的結(jié)果與晏怡[8]等的研究結(jié)果相仿。通過(guò)分析DTT圖我們得出：低級(jí)別膠質(zhì)瘤周?chē)陌踪|(zhì)纖維束主要表現(xiàn)為變形、移位，而粗細(xì)變化不大；高級(jí)別膠質(zhì)瘤瘤周纖維束則大多出現(xiàn)稀疏、殘缺以及連續(xù)性中斷，粗細(xì)變化明顯。部分學(xué)者測(cè)得的FA值在區(qū)分高低級(jí)別膠質(zhì)瘤時(shí)無(wú)顯著意義，我們認(rèn)為這可能與采用的平面回波序列信噪比、運(yùn)動(dòng)偽影、感興趣區(qū)選擇的不同及樣本數(shù)目有關(guān)。

研究表明將DTI技術(shù)應(yīng)用于臨床，不但能為外科術(shù)前制定手術(shù)計(jì)劃提供幫助，而且能夠幫助醫(yī)生對(duì)患者的預(yù)后及早做出判斷。當(dāng)然，本研究仍然有很多的不足之處。首先，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)考慮到在有限的時(shí)間內(nèi)不能搜集足夠的病例，因此沒(méi)有將病例按年齡及性別進(jìn)行分組，這可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在一定的誤差。其次，不同病例ROI放置位置的差異也會(huì)對(duì)最終結(jié)果造成一定的誤差。這些問(wèn)題我將在今后的學(xué)習(xí)工作中努力解決。

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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(yī)師，碩士研究生導(dǎo)師。E-mail：564466233@qq.com。

R445.2

B

1008-0104(2016)05-0063-02

2015-12-30)