王 樂(lè)，趙凌倩

手術(shù)切除是目前腦腫瘤的首選治療方法，對(duì)于發(fā)生在腦功能區(qū)附近或直接侵犯到腦功能區(qū)的腫瘤，外科治療目標(biāo)是最大限度地切除腫瘤并保護(hù)神經(jīng)功能，以提高病人術(shù)后的生存質(zhì)量[1]。因此，術(shù)前能準(zhǔn)確地判斷腦腫瘤與重要功能區(qū)的關(guān)系在腦腫瘤的外科治療中至關(guān)重要。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有高空間分辨率和高組織分辨率特點(diǎn)，已經(jīng)成為腦腫瘤的主要診斷手段，其中血氧水平依賴(lài)功能磁共振成像(blood oxygenation level dependent-functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI) 通過(guò)血氧飽和度的對(duì)比變化來(lái)反映腦神經(jīng)功能活動(dòng)情況，因此，可無(wú)創(chuàng)地對(duì)腦功能區(qū)進(jìn)行定位，除準(zhǔn)確定位大腦皮層腦功能區(qū)外，皮層下纖維束保護(hù)對(duì)神經(jīng)功能保存也同樣起著非常重要的作用。擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是目前唯一能活體顯示腦白質(zhì)纖維束(corticospinal tract，CST)的方法，可以清晰顯示纖維束的形態(tài)、走行及方向。Pillai等[1]應(yīng)用BOLD- fMRI、DTI技術(shù)及術(shù)中超聲輔助神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合神經(jīng)電生理監(jiān)測(cè)幫助術(shù)前正確評(píng)估腫瘤、錐體束和皮層激活區(qū)之間關(guān)系，從而制訂合理手術(shù)方案，并在術(shù)中直觀指導(dǎo)。本研究分析2018年1月—2020年3月山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)外科收治的病灶累及M1區(qū)的腦腫瘤病人25例臨床資料，旨在探索BOLD-fMRI與DTI技術(shù)在腦腫瘤外科治療中的聯(lián)合應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2018年1月—2020年3月在山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)外科收治的腦腫瘤病人25例(腦腫瘤組)，其中男11例，女14例；年齡40～73歲，平均61歲。按照腫瘤種類(lèi)分為3組，星形細(xì)胞瘤組(11例)，轉(zhuǎn)移瘤組(6例)，腦膜瘤組(8例)。入組標(biāo)準(zhǔn)：常規(guī)MRI檢查證實(shí)腫瘤位于幕上中央溝附近，并累及相鄰手運(yùn)動(dòng)皮層功能區(qū)；所有病人均經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)；病人意識(shí)清醒，有一定自控能力和交流能力，能配合MRI掃描；患肢肌力為Ⅱ級(jí)以上，能進(jìn)行雙手簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)；無(wú)持續(xù)性癲癇發(fā)作史；為了排除利手因素的影響，所有病人均為右利手。

選取與病人年齡、性別相匹配的10名正常人作為對(duì)照組，其中男5名，女5名，年齡25～70歲，平均52歲。正常對(duì)照組選擇標(biāo)準(zhǔn)：意識(shí)清楚，無(wú)任何腦部疾病和手術(shù)史，無(wú)四肢運(yùn)動(dòng)障礙史，均為右利手。

1.2 儀器與方法

1.2.1 BOLD-fMRI任務(wù)模式 采用組塊(BLOCK)設(shè)計(jì)，以拇指與其余四指的對(duì)指運(yùn)動(dòng)為刺激任務(wù)，刺激和休息的呈現(xiàn)時(shí)間為30 s，運(yùn)動(dòng)頻率均為2 Hz，各重復(fù)3次，呈現(xiàn)順序?yàn)锳RARARARARAR (rest，R；active，A)。詳見(jiàn)圖1。健側(cè)手的運(yùn)動(dòng)作為對(duì)照，采用任務(wù)模式與患側(cè)手相一致。

圖1 Block運(yùn)動(dòng)模式圖

檢查前對(duì)病人及健康者進(jìn)行充分交流及適應(yīng)性訓(xùn)練，爭(zhēng)取受檢者最大程度配合。在檢查前，告知病人及健康者對(duì)指運(yùn)動(dòng)的節(jié)奏、頻率及周期，進(jìn)行訓(xùn)練以確保觀察者熟悉任務(wù)；并告知其在檢查過(guò)程中需集中注意力，盡可能排除其余雜念；同時(shí)，注意保持頭部的絕對(duì)靜止，盡量減少吞咽運(yùn)動(dòng)，除了手的運(yùn)動(dòng)外，軀體其余部位盡可能放松保持不動(dòng)。檢查過(guò)程中，用海綿襯墊填塞受檢者頭部與線圈間隙，并用繃帶固定頭部，身下墊泡沫軟墊。

1.2.2 成像設(shè)備及參數(shù) 使用美國(guó)GE公司HDxt 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀，頭頸聯(lián)合線圈(8通道)，病人仰臥位，所有BOLD及DTI掃描均在增強(qiáng)掃描前進(jìn)行。常規(guī)T1WI掃描參數(shù)：掃描基線與前后聯(lián)合的連線平行，范圍從顱底至顱頂，共20層。層厚 3 mm，F(xiàn)OV 240 mm，TR/TE=3 000/40 ms。BOLD-fMRI掃描參數(shù)：采用梯度回波-回波平面成像(GRE-EPI)序列，基線及層厚與T1WI參數(shù)相同，翻轉(zhuǎn)角90°，矩陣96 cm×96 cm， FOV=240 mm，NEX=1?？倰呙钑r(shí)間384 s，其中，預(yù)掃描24 s；運(yùn)動(dòng)、靜止交替6次，共360 s。DTI掃描參數(shù)：使用擴(kuò)散敏感單次激發(fā)平面回波序列行軸位掃描，覆蓋整個(gè)大腦半球和腦干，TR/TE=12 000/ Minimum ms，F(xiàn)OV=240 mm 掃描層數(shù)36層，層厚3 mm，無(wú)間隔，b值分別取0、1 000 mm2/s，在15個(gè)方向施加梯度脈沖，得到原始圖像后傳至工作站進(jìn)行處理。高分辨率全腦結(jié)構(gòu)圖像：采用FSPGR序列， TE： Minimum？翻轉(zhuǎn)角：25 層厚2.0 mm，矩陣256×256，NEX=1.0，F(xiàn)OV=240 mm。掃描范圍從延髓下部到大腦半球頂部顱板下全腦范圍。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

1.2.3.1 BOLD-fMRI圖像后處理及分析 將BOLD-fMRI原始圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫x線工作站，使用基于Matlab平臺(tái)的SPM軟件進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理過(guò)程包括：①頭動(dòng)校正(realign)，目的是檢測(cè)受試者頭部在三維平移和三維旋轉(zhuǎn)上的空間變化，并對(duì)其進(jìn)行校正，本研究剔除超出運(yùn)動(dòng)校正標(biāo)準(zhǔn)(頭部三維平移<1.5 mm和三維旋轉(zhuǎn)<1.5°)的數(shù)據(jù)，以克服頭部運(yùn)動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響(見(jiàn)圖2)；②配準(zhǔn)(coregister)，將BOLD圖像與高分辨T1WI全腦結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行配準(zhǔn)，保證功能像與解剖像的準(zhǔn)確吻合(見(jiàn)圖3)；③平滑(smooth)，采用統(tǒng)一的三維高斯過(guò)濾對(duì)圖像進(jìn)行空間平滑處理，平滑核的半高寬設(shè)為6 mm，以降低空間噪聲。

經(jīng)過(guò)處理獲得激活圖，在激活圖內(nèi)測(cè)量感興趣區(qū)的總激活像素?cái)?shù)，并將激活圖與解剖圖相疊加。數(shù)據(jù)測(cè)量指標(biāo)包括腦瘤側(cè)和非腦瘤側(cè)M1區(qū)BOLD信號(hào)范圍、強(qiáng)度。首先，為了避免由于個(gè)體差異導(dǎo)致的M1區(qū)(也稱(chēng)初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)，the primary motor cortex，PMA)的

BOLD信號(hào)激活強(qiáng)度(T值)和范圍(V值)的差距較大，將測(cè)定的每個(gè)人左右兩側(cè)大腦半球Ml區(qū)BOLD信號(hào)的T值和V值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得出相對(duì)激活強(qiáng)度值(relative activation T value，rT)和相對(duì)激活范圍值(relative activation V value，rV)。之后，分別對(duì)正常組和腦腫瘤組進(jìn)行處理。對(duì)于正常組，采用左右兩側(cè)大腦半球M1區(qū)BOLD信號(hào)T值和V值比值的均值，得出正常人的rT值和rV值；對(duì)于腦腫瘤病人，假設(shè)由于腦腫瘤對(duì)手運(yùn)動(dòng)區(qū)的影響，腫瘤側(cè)的激活強(qiáng)度和范圍同非腫瘤側(cè)存在差異，因此，采用腫瘤側(cè)M1區(qū)BOLD信號(hào)的T值和V值和非腫瘤側(cè)相比，得出rT值和rV值。即rT=腫瘤側(cè)T值/非腫瘤側(cè)T值；rV=腫瘤側(cè)V值/非腫瘤側(cè)V值。最后，當(dāng)腦區(qū)活動(dòng)水平在體素水平滿(mǎn)足閾限P<0.1且k>5個(gè)體素時(shí)，不同組間該區(qū)域的激活值比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 運(yùn)動(dòng)校正

圖3 圖像配準(zhǔn)

1.2.3.2 DTI數(shù)據(jù)處理及分析 將DTI原始圖像數(shù)據(jù)傳輸至PC機(jī)，應(yīng)用GE ADW4.4工作站及配套DTI處理軟件，顯示FA圖及彩色編碼方向(directionally encoded color map， DEC)圖。并由兩位醫(yī)生在DEC圖或FA圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行CST的3D纖維束成像。在腦橋基底部設(shè)置ROI，重建雙側(cè)CST。根據(jù)FA圖、DEC圖及3D纖維束圖綜合評(píng)價(jià)觀察CST的移位及破壞情況。皮質(zhì)脊髓束(CST)改變分為4種基本形式，破壞：CST纖維中斷消失，失去其方向性及完整性；浸潤(rùn)：與健側(cè)對(duì)照，纖維部分中斷，位置和形態(tài)異常，F(xiàn)A信號(hào)降低，但DEC圖方向可以辨認(rèn)；移位：與健側(cè)對(duì)照，纖維位置和形態(tài)發(fā)生改變，但FA信號(hào)正常；完整：CST保持其方向性及完整性。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 16.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行檢驗(yàn)。多組間采用單因素方差分析，分析不同類(lèi)型的腦腫瘤組與正常組間M1區(qū)BOLD信號(hào)rT和rV差異。當(dāng)組間存在差異時(shí)，兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 正常人手運(yùn)動(dòng)功能區(qū)(hand representation area， HRA)位置和形態(tài) 中央溝呈延長(zhǎng)的斜行S狀，分為內(nèi)側(cè)部、膝部和外側(cè)部，膝部又分為3個(gè)曲度，兩個(gè)凸向前，1個(gè)凸向后，在軸位上呈倒Ω形，其前方與之對(duì)應(yīng)的即是HRA，HRA位于中央前回呈一柄形或鉤狀結(jié)構(gòu)，在軸位上呈ω或倒Ω形。詳見(jiàn)圖4。

圖4 HRA在軸位上呈ω或倒Ω形(箭頭)

2.2 BOLD-fMRI結(jié)果分析腦腫瘤對(duì)鄰近手運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的影響 所有病人患側(cè)和健側(cè)的M1區(qū)均有激活，健側(cè)M1區(qū)呈曲柄狀、條狀及不規(guī)則形等表現(xiàn)，位于中央溝附近，與腦回走行大體一致?；紓?cè)M1區(qū)形態(tài)變化較大，主要表現(xiàn)為：呈散在的斑點(diǎn)狀；體積稍縮小或無(wú)明顯改變，或被推擠移位；形態(tài)位置正常呈曲柄狀、線條狀。

2.2.1 不同腫瘤組間rV比較(見(jiàn)表1) 各組間rV比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩兩比較結(jié)果顯示：正常組與星形細(xì)胞瘤組、正常組與轉(zhuǎn)移瘤組、星形細(xì)胞瘤組和轉(zhuǎn)移瘤組、腦膜瘤組與轉(zhuǎn)移瘤組之間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 各組間rV比較(±s)

P<0.05；與轉(zhuǎn)移瘤組比較，③P<0.05。

2.2.2 不同腫瘤組間rT比較(見(jiàn)表2) 各組之間rT比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，不同腫瘤激活強(qiáng)度一樣。

表2 各組間rT比較(±s)

2.3 DTI結(jié)果分析腦腫瘤對(duì)鄰近皮質(zhì)脊髓束的影響 皮質(zhì)脊髓束受壓、移位，在各組腦腫瘤中表現(xiàn)一致，部分病例皮質(zhì)脊髓束受到破壞，失去正常形態(tài)。詳見(jiàn)表3。

表3 各組腦腫瘤對(duì)鄰近皮質(zhì)脊髓束的影響 單位：例

2.4 典型病例影像資料分析 病例[1]，男，46歲，左側(cè)肢體活動(dòng)不利6個(gè)月，右頂部鐮旁腦膜瘤。詳見(jiàn)圖5、圖6。病例[2]，男，左上肢麻木半月，右顳葉星形細(xì)胞瘤Ⅲ級(jí)。詳見(jiàn)圖7、圖8。

圖5 病例[1]手運(yùn)動(dòng)腦皮層激活圖

圖6 病例[1]皮質(zhì)脊髓束顯示圖

圖7 病例[2]手運(yùn)動(dòng)腦皮層激活圖

圖8 病例[2]皮質(zhì)脊髓束顯示圖

2.5 手術(shù)切除情況及術(shù)后致殘率比較 腫瘤組25例中，腫瘤全切23例，次全切2例，完整切除率為92.00%。術(shù)中均成功避開(kāi)手運(yùn)動(dòng)皮層激活區(qū)及周?chē)べ|(zhì)脊髓束進(jìn)行手術(shù)入路設(shè)計(jì)及腫瘤切除。術(shù)后手運(yùn)動(dòng)障礙1例，其余24例病人手肌力仍為Ⅱ級(jí)以上，致殘率為4.00%。

3 討 論

為了避免生長(zhǎng)在腦功能區(qū)附近或直接侵犯到腦功能區(qū)的腫瘤病人術(shù)后發(fā)生偏癱的風(fēng)險(xiǎn)，術(shù)前一方面需要識(shí)別病人的大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)，并判斷與腫瘤的位置關(guān)系，從而輔助確定開(kāi)顱的位置；另一方面需要了解病人的皮質(zhì)脊髓束走行和形態(tài)，明確冠輻射的哪一部分實(shí)際上攜帶著運(yùn)動(dòng)束及其與腫瘤的關(guān)系，進(jìn)一步規(guī)劃腫瘤切除范圍[2]。這些腦重要功能區(qū)以及白質(zhì)纖維束的術(shù)前準(zhǔn)確識(shí)別可有效指導(dǎo)手術(shù)方案的制定，輔助實(shí)現(xiàn)腫瘤最大風(fēng)范圍安全切除。

目前，術(shù)中皮層電刺激(electrical cortexes stimulation，ECS)被認(rèn)為是對(duì)于腦功能區(qū)定位的金標(biāo)準(zhǔn)[3]，但這種方法具有創(chuàng)傷性，且手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)麻醉的要求較高，大大限制了其在臨床中的應(yīng)用；大部分情況下依靠外科醫(yī)生術(shù)中根據(jù)解剖學(xué)標(biāo)志來(lái)判斷，但由于個(gè)體間存在差異及病變可導(dǎo)致鄰近腦功能區(qū)移位、變形或顯示不清，使得傳統(tǒng)依賴(lài)解剖學(xué)經(jīng)驗(yàn)定位大腦皮層功能區(qū)方法不可靠[4]。

BOLD-fMRI作為一種新的技術(shù)手段，可以通過(guò)腦功能區(qū)血氧飽和度的對(duì)比變化來(lái)反映腦神經(jīng)功能活動(dòng)情況，可無(wú)創(chuàng)地定位腦功能區(qū)，這也引起了研究者的關(guān)注，進(jìn)行了大量研究比較了術(shù)前 BOLD-fMRI和ECS在定位腦功能區(qū)方面的效果，結(jié)果提示兩者間有著較高的一致性，認(rèn)為 BOLD-fMRI可以替代ECS對(duì)皮層功能區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確定位[5-10]。本研究主要關(guān)注病人的手運(yùn)動(dòng)功能，通過(guò)任務(wù)態(tài)fMRI進(jìn)行顯示，結(jié)果所有病人手運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)(M1區(qū))顯示良好，并且呈不同激活形態(tài)和范圍：高級(jí)別膠質(zhì)瘤病人患側(cè)激活區(qū)呈彌散分布，可能與腫瘤的占位效應(yīng)使大腦皮層功能發(fā)生重組有關(guān)[11]，而腦膜瘤病人的運(yùn)動(dòng)皮層內(nèi)激活區(qū)呈明顯受壓縮小改變。本研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致：Roux等[12]對(duì)17例腫瘤位于運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)的病人進(jìn)行BOLD-fMRI檢查，發(fā)現(xiàn)病人腫瘤呈浸潤(rùn)性生長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)皮層激活區(qū)明顯移位，其移位程度與腫瘤浸潤(rùn)程度有關(guān)；金曉等[13]對(duì)發(fā)生于額頂葉的膠質(zhì)瘤病人進(jìn)行術(shù)前BOLD-fMRI評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤可引起中央溝及附近功能區(qū)面積及位置的變化，并認(rèn)為這種因膠質(zhì)瘤引起的功能區(qū)面積減小及移位，是主要運(yùn)動(dòng)功能區(qū)損傷后的適應(yīng)性反應(yīng)。至于激活程度，本研究結(jié)果顯示，病人與正常者比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而高萬(wàn)軍等[14]研究結(jié)果則認(rèn)為腦腫瘤的級(jí)別是影響M1區(qū)激活強(qiáng)度的主要因素，因此，后續(xù)將擴(kuò)大樣本量進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

對(duì)于皮質(zhì)脊髓束的顯示，DTI是目前唯一可以無(wú)創(chuàng)性地顯示活體白質(zhì)纖維束的檢查技術(shù)，能夠直觀地顯示白質(zhì)纖維束的形態(tài)和位置，對(duì)術(shù)前評(píng)估纖維束的受累情況起著至關(guān)重要的作用[15]。本研究中，表現(xiàn)為單純受壓、移位者8例，患側(cè)纖維束發(fā)生浸潤(rùn)、破壞者17例；低級(jí)別膠質(zhì)瘤和腦膜瘤主要是直接推移、分離相鄰皮質(zhì)脊髓束，而高級(jí)別膠質(zhì)瘤主要通過(guò)直接浸潤(rùn)、破壞相鄰皮質(zhì)脊髓束。分析其原因可能是低級(jí)別星形細(xì)胞瘤由于生長(zhǎng)速度緩慢且浸潤(rùn)程度較低，對(duì)相鄰腦組織主要為推擠作用，很少破壞相鄰功能區(qū)和白質(zhì)纖維束；而相對(duì)于WHO分級(jí)均在Ⅲ級(jí)以上的高級(jí)別星形細(xì)胞瘤及轉(zhuǎn)移瘤，生長(zhǎng)較快且具有高度侵襲性，從而直接造成相鄰功能區(qū)及白質(zhì)纖維束的破壞。皮質(zhì)脊髓束的完整性與腫瘤的生長(zhǎng)方式及侵襲程度直接相關(guān)，因此，DTI對(duì)腦腫瘤良性惡性診斷提供了有價(jià)值的參考，同時(shí)可以預(yù)測(cè)病人術(shù)后手運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況等。

BOLD-fMRI與DTI具有互補(bǔ)性，單獨(dú)使用其中一種技術(shù)都無(wú)法滿(mǎn)足神經(jīng)外科手術(shù)的需求，只有兩者聯(lián)合應(yīng)用才能將其應(yīng)用價(jià)值最大化[16]。Berntsen等[17]認(rèn)為術(shù)前聯(lián)合應(yīng)用BOLD-fMRI和DTI檢查有助于手術(shù)方式的合理化。在腦腫瘤手術(shù)中聯(lián)合應(yīng)用BOLD-fMRI和DTI技術(shù)進(jìn)行指導(dǎo)，明顯降低了術(shù)后并發(fā)癥[18]。因此，BOLD-fMRI和DTI技術(shù)顯示腦皮層功能區(qū)以及皮質(zhì)脊髓束的可行性后，也進(jìn)一步將術(shù)前獲得的功能區(qū)激活圖以及纖維束示蹤圖加入術(shù)中神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)，輔助神經(jīng)外科醫(yī)生切除腫瘤，結(jié)果術(shù)后除1例高級(jí)別膠質(zhì)瘤外，其余腦腫瘤均實(shí)現(xiàn)完全切除，并且僅有該病人術(shù)后手肌力被評(píng)為1級(jí)，其余均在2級(jí)以上，充分顯示了依據(jù)BOLD-fMRI和DTI技術(shù)制定手術(shù)計(jì)劃具有重要臨床價(jià)值。

盡管BOLD-fMRI 聯(lián)合DTI對(duì)于腦腫瘤最大范圍安全切除優(yōu)勢(shì)明顯，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍面臨一些問(wèn)題，如：①激活圖像閾值的選擇受人為主觀因素的影響；②有時(shí)簡(jiǎn)單的任務(wù)很難一次性地獲取全面、準(zhǔn)確的功能區(qū)定位信息等[19-20]。

綜上所述，BOLD-fMRI及DTI的聯(lián)合應(yīng)用在腦腫瘤形態(tài)學(xué)成像及功能成像之間架起了一座橋梁，為進(jìn)一步闡明功能皮層激活特點(diǎn)與神經(jīng)通路結(jié)構(gòu)特征性的關(guān)系開(kāi)拓了廣闊的空間，為臨床研究腦腫瘤與鄰近功能區(qū)的關(guān)系提供了技術(shù)上的支持，且術(shù)中配合導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了最大程度切除腫瘤的同時(shí)也保護(hù)了運(yùn)動(dòng)功能，充分彰顯了其臨床應(yīng)用價(jià)值，有助于實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)病人生存期及提高病人生存質(zhì)量的目標(biāo)。