王 潔 朱寶林 林志艷

1）甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000 2）興化市人民醫(yī)院，江蘇 興化 225700

2021 年第五版世界衛(wèi)生組織（World Health Or?ganization，WHO）中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類(lèi)將中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分為12類(lèi)，其中有一類(lèi)為膠質(zhì)瘤、膠質(zhì)神經(jīng)元腫瘤和神經(jīng)元腫瘤［1］。膠質(zhì)瘤的概念由VIR?CHOW 在1846 年首先提出，是一種起源于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的顱內(nèi)原發(fā)性腫瘤，年發(fā)病率全球范圍內(nèi)都很高［2］。膠質(zhì)瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)可沿血管間隙及神經(jīng)纖維束進(jìn)行，具有極強(qiáng)的浸潤(rùn)能力。WHO將膠質(zhì)瘤分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)，其中Ⅰ、Ⅱ級(jí)為低級(jí)別膠質(zhì)瘤（low grade glioma，LGG），Ⅲ、Ⅳ級(jí)為高級(jí)別膠質(zhì)瘤（high grade glioma，HGG）。1994 年BASSER 等［3］首次提出了彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）的概念，其是在擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighting imaging，DWI）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種功能性磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）技術(shù)。以水分子彌散的各向異性為生理基礎(chǔ)的DTI技術(shù)通過(guò)施加多個(gè)梯度磁場(chǎng)獲得組織內(nèi)多個(gè)方向的水分子彌散強(qiáng)度信息從而定量分析水分子的彌散運(yùn)動(dòng)，無(wú)創(chuàng)性檢測(cè)腦白質(zhì)纖維束的完整性，推斷腦腫瘤對(duì)白質(zhì)纖維束的破壞程度、顯示腦腫瘤的侵襲范圍及其與腦白質(zhì)纖維束的關(guān)系［4-5］。彌散張量纖維束成像（diffusion tensor tractography，DTT）技術(shù)是DTI 技術(shù)在腦白質(zhì)纖維束研究方面的深化，可通過(guò)進(jìn)行神經(jīng)纖維束的三維重建直觀顯示腦腫瘤與纖維束的解剖位置關(guān)系［6］?；谀X膠質(zhì)瘤侵襲性強(qiáng)、與瘤周正常白質(zhì)纖維束界限不清的特點(diǎn)，DTI定量分析水分子彌散運(yùn)動(dòng)、直觀顯示腦白質(zhì)纖維束等優(yōu)勢(shì)在腦膠質(zhì)瘤診斷分級(jí)中具有重要價(jià)值。

1 DTI基本原理及其參數(shù)

1.1 DTI基本原理懸浮于液體或氣體中的微粒永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為布朗運(yùn)動(dòng)。水分子在均一介質(zhì)中各個(gè)方向上的擴(kuò)散程度相同，稱(chēng)之為各向同性擴(kuò)散。而在人體組織中，水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受組織溫度、細(xì)胞間隙、細(xì)胞膜生理屏障等多方面因素的影響，使其各個(gè)方向上的擴(kuò)散程度存在差異，稱(chēng)為各向異性擴(kuò)散。在大腦白質(zhì)中，神經(jīng)纖維密度及其排列走向、髓鞘完整性等細(xì)微結(jié)構(gòu)是水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的主要影響因素，且水分子沿平行于白質(zhì)纖維束方向擴(kuò)散時(shí)所受阻力遠(yuǎn)小于其沿垂直于白質(zhì)纖維束方向擴(kuò)散時(shí)所受阻力。DTI 就是利用水分子的此種特性，通過(guò)在至少6個(gè)不同的線(xiàn)性方向上施加梯度磁場(chǎng)獲得水分子各方向的擴(kuò)散程度信息并對(duì)其進(jìn)行定量分析，以定量分析參數(shù)為基礎(chǔ)再利用計(jì)算機(jī)重建技術(shù)還可以進(jìn)行白質(zhì)纖維束成像，此即DTT。

1.2 DTI常用參數(shù)DTI定量研究參數(shù)是在λ1、λ2、λ3三個(gè)本征值的基礎(chǔ)上計(jì)算而來(lái)的。若將彌散張量看作一個(gè)橢球體，三個(gè)本征值即該橢球體三個(gè)互相垂直的主坐標(biāo)軸方向上的彌散系數(shù)。其中，λ1 為平行于白質(zhì)纖維束方向的彌散系數(shù)，也即最大彌散系數(shù)；λ2 和λ3 都為橫向彌散系數(shù)，又分別被稱(chēng)為中級(jí)彌散系數(shù)、最低彌散系數(shù)。λ1 也被稱(chēng)為軸向彌散系數(shù)（axial diffusivity，AD/DA），λ2 和λ3 的平均值代表徑向彌散系數(shù)（radial diffusivity，RD/DR）。

1.2.1 表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）和平均擴(kuò)散率（mean diffusivity，MD）：ADC 值是DWI 最基礎(chǔ)的量化指標(biāo)，可以反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散情況，與水分子擴(kuò)散能力成正比，ADC值的局限性在于其只可以反映梯度磁場(chǎng)施加方向上水分子的擴(kuò)散特點(diǎn)。而MD值是三個(gè)本征值的平均值，也即各個(gè)方向上彌散張量的平均值，MD=（λ1＋λ2＋λ3）/3=averageADC，可以從整體上反映水分子的擴(kuò)散情況，相比ADC 更加全面。ADC 值和MD 值只與水分子擴(kuò)散的大小相關(guān)，而與方向無(wú)關(guān)。

1.2.2 各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）：FA值是彌散各向異性與整個(gè)彌散的比值，其數(shù)值范圍為0～1，該數(shù)值越趨向于1，說(shuō)明組織內(nèi)水分子的彌散運(yùn)動(dòng)越趨向于各向異性；該數(shù)值越趨向于0，則彌散運(yùn)動(dòng)越趨向于各向同性。利用FA值可以得到FA灰度及彩色編碼圖，在此基礎(chǔ)上再利用示蹤技術(shù)即可三維顯示相鄰體素在纖維束方向上的連接性，得到白質(zhì)纖維束的三維圖像［7-8］。

2 DTI在腦膠質(zhì)瘤診斷分級(jí)中的應(yīng)用

2.1 DTI 定量研究參數(shù)在腦膠質(zhì)瘤診斷分級(jí)中的應(yīng)用

2.1.1 利用DTI定量研究參數(shù)進(jìn)行腦膠質(zhì)瘤診斷：多項(xiàng)研究結(jié)果顯示膠質(zhì)瘤的ADC值大于正常腦組織而FA值小于正常腦組織。DUY等［9］發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤瘤體和瘤周水腫帶rADC 值大于健康對(duì)照而rFA 值小于健康對(duì)照。BRAHIMAJ 等［10］研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤強(qiáng)化區(qū)ADC 值大于對(duì)側(cè)正常白質(zhì)區(qū)而FA 值小于對(duì)側(cè)正常白質(zhì)區(qū)。EL OUADIH 等［11］發(fā)現(xiàn)，ADC 值：膠質(zhì)瘤瘤體＞瘤周＞對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)，F(xiàn)A 值：膠質(zhì)瘤瘤體＜瘤周＜對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)。也有一些研究直接引入了本征值，如KUMAR 等［12］發(fā)現(xiàn)，λ2 值、λ3 值、MD 值、AD值、RD值：健側(cè)腦組織區(qū)＜膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)區(qū)＜瘤周水腫區(qū)，F(xiàn)A值膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)區(qū)＜瘤周水腫區(qū)＜健側(cè)腦組織區(qū)。PAPAGEORGIOU等［13］選定膠質(zhì)瘤病灶區(qū)、瘤周水腫區(qū)及對(duì)側(cè)正常腦組織區(qū)，發(fā)現(xiàn)LGG、HGG的FA值：對(duì)側(cè)正常腦組織區(qū)＞瘤周水腫區(qū)＞膠質(zhì)瘤病灶區(qū)，LGG 的MD 值、DR 值：對(duì)側(cè)正常腦組織區(qū)＜瘤周水腫區(qū)＜膠質(zhì)瘤病灶區(qū)，HGG的MD值、DA值、DR值和LGG的DA值：膠質(zhì)瘤病灶區(qū)和瘤周水腫區(qū)＞對(duì)側(cè)正常腦組織區(qū)。還有研究揭示了ADC值、FA值與膠質(zhì)瘤病理分型之間的聯(lián)系，如TIMOCIN 等［14］發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤患者ADC 值大于健康對(duì)照組而FA 值小于健康對(duì)照組，且ADC值：擠壓型腦膠質(zhì)瘤＜浸潤(rùn)型腦膠質(zhì)瘤＜破壞型腦膠質(zhì)瘤，F(xiàn)A 值：擠壓型腦膠質(zhì)瘤＞浸潤(rùn)型腦膠質(zhì)瘤＞破壞型腦膠質(zhì)瘤。

2.1.2 利用DTI定量研究參數(shù)進(jìn)行腦膠質(zhì)瘤分級(jí)：近年來(lái)多項(xiàng)研究也利用ADC 值、FA 值進(jìn)行膠質(zhì)瘤分級(jí)，但不同的研究對(duì)于該兩種定量參數(shù)與膠質(zhì)瘤級(jí)別的關(guān)系得出了不同的結(jié)論。其中部分研究結(jié)論可以概括為ADC值隨膠質(zhì)瘤級(jí)別的升高而降低，而FA值相反。ZHANG 等［15］發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤ADC 值：Ⅱ級(jí)＞Ⅲ級(jí)＞Ⅳ級(jí)，F(xiàn)A 值：Ⅱ級(jí)＜Ⅳ級(jí)。STOPA、VAM?VAKAS、TAKAHASHI 等研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤ADC 值：LGG＞HGG［16-18］，F(xiàn)A 值：LGG＜HGG。部分研究結(jié)果顯示ADC值與膠質(zhì)瘤級(jí)別也呈負(fù)相關(guān)，但FA值與膠質(zhì)瘤級(jí)別間無(wú)明確聯(lián)系。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤瘤體、瘤周水腫區(qū)的相對(duì)表觀彌散系數(shù)（relative appar?ent diffusion coefficient，rADC）LGG＞HGG，但兩個(gè)區(qū)域的相對(duì)各向異性分?jǐn)?shù)（relative fractional anisotropy，rFA）在高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［19］。LIN 等［20］發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤瘤體、瘤周水腫區(qū)的ADC 值LGG＞HGG，但兩個(gè)區(qū)域的FA 值在高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。也有研究對(duì)于FA 值與膠質(zhì)瘤級(jí)別間關(guān)系的描述不同于上述研究，如RAJA、LI 等發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤FA 值LGG>HGG［21-22］。另研究發(fā)現(xiàn)ADC值、FA值與膠質(zhì)瘤級(jí)別的關(guān)系受所選感興趣區(qū)的影響較大，如JIANG 等［23］發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)區(qū)及瘤體邊緣的rADC值隨腫瘤惡性程度的增加而下降，而瘤周水腫區(qū)rADC 值LGG＜HGG，膠質(zhì)瘤瘤體邊緣rFA 值LGG＜HGG，瘤周水腫區(qū)rFA 值LGG＞HGG，而膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)區(qū)rFA值在高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。SHAN等［24］研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤瘤體ADC值、MD 值LGG＞HGG，而瘤周ADC 值、MD 值及膠質(zhì)瘤瘤體FA值、瘤周FA值在高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。除上述研究中提到的定量參數(shù)，一些研究還直接利用本征值進(jìn)行膠質(zhì)瘤分級(jí)，如KU?MAR等［12］發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的相對(duì)平均擴(kuò)散率（rel?ative mean diffusivity，rMD）、λ 1、λ 2、λ 3 值LGG＞HGG，瘤周水腫區(qū)λ1值LGG＜HGG，而膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)區(qū)rFA值、瘤周水腫區(qū)rFA值、瘤周水腫區(qū)rMD值在高、低級(jí)別膠質(zhì)瘤間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。PAPA?GEORGIOU等［13］研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤病灶DA值和瘤周水腫區(qū)的MD值、DA值、DR值LGG＜HGG。

2.1.3 利用DTI 定量研究參數(shù)進(jìn)行腦膠質(zhì)瘤鑒別診斷：DTI定量研究參數(shù)可用于鑒別HGG和腦轉(zhuǎn)移瘤：MAO等［25］研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤周?chē)[區(qū)ADC值及腫瘤邊緣區(qū)FA 值：HGG＜腦轉(zhuǎn)移瘤，腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)FA 值：HGG＞腦轉(zhuǎn)移瘤。NGUYEN 等［26］發(fā)現(xiàn)近瘤周區(qū)FA值、MD 值、DA 值和DR 值均為HGG＜腦轉(zhuǎn)移瘤。SHUKLA、CHO等發(fā)現(xiàn)，瘤周區(qū)最小MD值及平均MD值為HGG＜腦轉(zhuǎn)移瘤，瘤周區(qū)平均FA 值為HGG＞腦轉(zhuǎn)移瘤，其中最小MD 值鑒別效果最好［27-28］。DTI定量研究參數(shù)也可用于鑒別HGG、腦轉(zhuǎn)移瘤及結(jié)核瘤：SONI等［29］研究發(fā)現(xiàn)，與腦轉(zhuǎn)移瘤和結(jié)核瘤相比，HGG 的腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)周?chē)鶩A 值更高。DTI 定量研究參數(shù)還可用于鑒別膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、淋巴瘤、轉(zhuǎn)移瘤，如ZHANG等［30］發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)的FA值在三者中最高。DTI 定量研究參數(shù)還可用于鑒別HGG 復(fù)發(fā)與假性進(jìn)展，如WU 等［31］發(fā)現(xiàn)與假性進(jìn)展相比，HGG 復(fù)發(fā)時(shí)病灶周?chē)[區(qū)的rMD 值顯著降低。

2.2 DTI聯(lián)合其他技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤診斷分級(jí)中的應(yīng)用MARTíN-NOGUEROL 等［32］聯(lián)合DTI、灌注加權(quán)成像（perfusion weighted imaging，PWI）、氫質(zhì)子磁共振波譜成像（hydrogen proton magnetic resonance spectroscopy，H-MRS）對(duì)腦膠質(zhì)瘤診斷的正確率為93.75%，其研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A值：膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)區(qū)＜瘤周水腫區(qū)＜健側(cè)白質(zhì)區(qū)，腦血容量（cerebral blood vol?ume，CBV）、腦血流量（cerebral blood flow，CBF）：膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)區(qū)＞瘤周水腫區(qū)＞健側(cè)白質(zhì)區(qū)，患側(cè)膽堿（choline，Cho）/N-乙酰天門(mén)冬氨酸（N-acetyl aspar?tate，NAA）、Cho/肌 酸（creatine，Cr）：LGG＜HGG，NAA/Cr 值：LGG＞HGG。LIN 等［33］發(fā) 現(xiàn)ADC 值、rADC 值：LGG＞HGG，F(xiàn)A 值、rFA 值：LGG＜HGG，Cho/NAA、Cho/Cr 值：LGG＜HGG，NAA/Cr 值：LGG＞HGG，CBF 值：LGG＜HGG。ALKANHAL等［34］聯(lián)合DTI、PWI，發(fā)現(xiàn)ADC 值：LGG＞HGG，CBF、CBV值：LGG＜HGG。還有研究發(fā)現(xiàn)了DTI 定量參數(shù)與某些指數(shù)表達(dá)的相關(guān)性，如Ki-67指數(shù)與ADC值負(fù)相關(guān)［35］，而CEPEDA、LIU 等發(fā)現(xiàn)Ki-67 指數(shù)與FA 值正相關(guān)［36-37］。PARK等［38-39］發(fā)現(xiàn)表皮生長(zhǎng)因子受體（epi?dermal growth factor receptor，EGFR）的表達(dá)水平與ADC值呈負(fù)相關(guān)。

2.3 DTT在腦膠質(zhì)瘤診斷分級(jí)中的應(yīng)用

2.3.1 纖維束形態(tài)改變與腦膠質(zhì)瘤分級(jí)：腦膠質(zhì)瘤由于其浸潤(rùn)性生長(zhǎng)的特性，常使其周?chē)踪|(zhì)纖維束形態(tài)產(chǎn)生不同程度的改變，不同研究對(duì)于該種形態(tài)變化的描述存在差異，但多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)腦膠質(zhì)瘤級(jí)別與其周?chē)X白質(zhì)纖維束形態(tài)變化存在聯(lián)系，腫瘤的惡性程度越高，對(duì)纖維束的破壞就越嚴(yán)重，HGG瘤周白質(zhì)纖維束的破壞比例高于LGG［19］。LEROY等［40］發(fā)現(xiàn)，LGG 瘤周白質(zhì)纖維束形態(tài)多表現(xiàn)為正?；蛞莆?，而HGG多為稀疏或中斷。LATINI等［41］也有類(lèi)似描述，認(rèn)為瘤周白質(zhì)纖維束形態(tài)在LGG中多為移位、分離，HGG 中多為缺失、中斷。CAMINS 等［42］發(fā)現(xiàn)，腫瘤病灶區(qū)以及瘤周水腫區(qū)白質(zhì)纖維束形態(tài)在LGG中以浸潤(rùn)為主，在HGG 中以破壞為主。還研究在描述纖維束形態(tài)變化時(shí)提出了神經(jīng)元纏結(jié)的概念，如SEOW、MATO等發(fā)現(xiàn)LGG瘤周神經(jīng)元纖維走行多表現(xiàn)為推移，HGG 多表現(xiàn)為神經(jīng)元纏結(jié)且多出現(xiàn)于顳葉、額葉［43-44］。

2.3.2 利用纖維束形態(tài)變化進(jìn)行腦膠質(zhì)瘤鑒別診斷：腦白質(zhì)纖維束形態(tài)改變不僅可以在一定程度上反映腦膠質(zhì)瘤的級(jí)別信息，也可對(duì)腦膠質(zhì)瘤與其他腦腫瘤的鑒別提供參考。LEROY等［40］發(fā)現(xiàn)，HGG近瘤周區(qū)白質(zhì)纖維束多表現(xiàn)為破壞，腦轉(zhuǎn)移瘤近瘤周區(qū)白質(zhì)纖維束多表現(xiàn)為浸潤(rùn)和移位。CAMINS 等［42］發(fā)現(xiàn)，星形細(xì)胞瘤和轉(zhuǎn)移瘤瘤周白質(zhì)纖維束多表現(xiàn)為部分中斷、受壓、偏移或變形移位，而腦膜瘤多表現(xiàn)為稀疏、移位。

3 總結(jié)與展望

DTI 的主要優(yōu)勢(shì)在于無(wú)創(chuàng)性顯示腦白質(zhì)纖維束以及定量分析水分子彌散運(yùn)動(dòng)，從而建立腦組織細(xì)微結(jié)構(gòu)變化與腦組織病變之間的聯(lián)系以準(zhǔn)確判斷病變性質(zhì)，為手術(shù)方案制定及預(yù)后評(píng)估提供有價(jià)值的參考。但DTI也存在一定的局限性，首先是其定量研究參數(shù)在腦膠質(zhì)瘤診斷分級(jí)中還未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，尤其是FA值在不同研究中差異較大，其原因可能是DTI 技術(shù)采用的平面回波序列對(duì)運(yùn)動(dòng)較敏感且受磁敏感效應(yīng)影響而易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影或變形偽影，從而導(dǎo)致測(cè)量參數(shù)不穩(wěn)定，另外研究所選感興趣區(qū)及樣本數(shù)量也可能與此相關(guān)。此外在纖維束顯示方面，DTI對(duì)相互交叉連接的纖維束分辨力較低，可能導(dǎo)致纖維束方向顯示不準(zhǔn)確［45］。

未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步明確DTI 定量研究參數(shù)在腦膠質(zhì)瘤診斷分級(jí)中標(biāo)準(zhǔn)不一的原因，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改良或引入新參數(shù)以期形成腦膠質(zhì)瘤診斷分級(jí)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。另外也可探究DTI與其他技術(shù)結(jié)合的新模式以充分發(fā)揮DTI 自身優(yōu)勢(shì)并取長(zhǎng)補(bǔ)短提高診斷準(zhǔn)確率。