高 菲 牛光明 陶勝忠 劉 展 婁金峰 王在斌

腦功能區(qū)腫瘤與周圍白質(zhì)具有復(fù)雜的解剖關(guān)系,通過壓迫推擠、浸潤破壞等方式損害臨近纖維束,其中皮質(zhì)脊髓束(corticospinal tract,CST)是控制人體自主運(yùn)動(dòng)的重要纖維束[1]。彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一種無創(chuàng)性的磁共振成像技術(shù),通過測定腦白質(zhì)中水分子擴(kuò)散方式檢查纖維束的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài),可用于提示某些特定類型的神經(jīng)元損傷,如脫髓鞘、炎癥或壞死[2, 3]。研究表明,腦卒中患者CST投射區(qū)域的DTI參數(shù)與運(yùn)動(dòng)功能的預(yù)后密切相關(guān),通過評估CST的完整性可預(yù)測患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的情況[4, 5]。部分累及CST的腦腫瘤患者,腫瘤切除后術(shù)前運(yùn)動(dòng)功能障礙并未得到明顯改善,有報(bào)道表明DTI參數(shù)與腦功能區(qū)腫瘤患者CST損傷程度和運(yùn)動(dòng)功能障礙具有一定相關(guān)性,但少有研究評估DTI參數(shù)作為術(shù)后運(yùn)動(dòng)功能預(yù)測指標(biāo)的潛在意義[6,7]。本研究旨在分析DTI參數(shù)與肌力評分及CST分級(jí)對腦功能區(qū)腫瘤患者術(shù)后運(yùn)動(dòng)功能的評估價(jià)值,并應(yīng)用DSI Studio軟件實(shí)現(xiàn)DTI數(shù)據(jù)精確后處理,完成CST重建,為切除腫瘤的同時(shí)保留患者功能,改善預(yù)后提供依據(jù)。

資料與方法

1.臨床資料:選擇2018年1月～2022年8月于鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院行手術(shù)治療且病理確診的腦功能區(qū)腫瘤患者41例,其中男性24例,女性17例;患者年齡53.8±13.58歲(18～76歲)。所有患者術(shù)前3天完善肌力評分及3.0T MRI常規(guī)序列及DTI檢查,術(shù)后1個(gè)月復(fù)測肌力評分,用Fugl-Meyer(FMA)運(yùn)動(dòng)功能評分量表評定患者的運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后狀況,依據(jù)FMA評分將納入研究患者分為預(yù)后良好組和預(yù)后不良組。本研究已獲得鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理學(xué)委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理學(xué)審批號(hào):2022029);所有患者或家屬均簽署知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn):①術(shù)前臨床癥狀和磁共振成橡(magnetic resonance imaging,MRI)檢查提示累及CST的腦腫瘤患者;②首次發(fā)病患者;③無MRI掃描禁忌證;④臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn):①患者無法正常溝通并配合治療;②圖像質(zhì)量差;③患者接受了未經(jīng)手術(shù)的放療和(或)化療;④顱內(nèi)多發(fā)病變;⑤病變累及相應(yīng)功能區(qū)皮質(zhì);⑥術(shù)前有顱腦損傷病史、腦血管相關(guān)病史、精神疾患。

2.一般資料:依據(jù)重建CST圖像將CST受累程度分為4級(jí):0級(jí)無損害;1級(jí)CST完整,受壓迫移位;2級(jí)CST受浸潤稀疏;3級(jí)CST破壞中斷。FMA運(yùn)動(dòng)功能評定,運(yùn)動(dòng)功能障礙程度:嚴(yán)重<50分;明顯50～84分;中度85～95分;輕度96～100分。根據(jù)FMA評分(FMA評分≥96分)為預(yù)后良好;(FMA評分<96分)為預(yù)后不良。

3.研究方法:(1)MRI檢查方法:采用德國Siemens Skyra 3.0T 磁共振機(jī)器為所有患者進(jìn)行腦部掃描,包含掃描序列:T1WI序列:TR為2000ms,TE為11ms,TI為900ms;T2WI序列:TR為6000ms,TE為125ms。DTI成像采用單次激發(fā)性自旋回波序列進(jìn)行掃描,參數(shù)設(shè)置如下:TR為3500ms,TE為95ms,反轉(zhuǎn)角度為90°,FOV 220×220×129mm,矩陣128×128,層厚4mm,無間距,擴(kuò)散敏感梯度方向?yàn)?0,激勵(lì)次數(shù)為2次,b值1000s/mm2,成像時(shí)間4min24s,掃描范圍包括枕骨大孔至顱頂。(2)數(shù)據(jù)處理:MRI原始數(shù)據(jù)應(yīng)用DSI Studio軟件對圖像矯正匹配,并進(jìn)行對齊處理,形成以FA圖、ADC圖、DTI彩圖和T1WI圖為基礎(chǔ)的共同配準(zhǔn)結(jié)構(gòu)圖像。參考T1序列圖像確定患側(cè)和對側(cè)內(nèi)囊后肢(圖1),描繪相應(yīng)感興趣區(qū)(regions of interest,ROI)并測出患側(cè)和對側(cè)的FA值與ADC值,計(jì)算出患側(cè)與對側(cè)內(nèi)囊后肢FA比值(rFA)和ADC比值(rADC)。纖維束追蹤應(yīng)用DSI Studio確定性追蹤方法進(jìn)行[8]。DTI纖維追蹤終止條件為軌道角>45°,FA值<0.2,纖維長度<10mm,并依據(jù)重建CST模型按解剖走行、分布和結(jié)構(gòu)變化等進(jìn)行分級(jí)(圖2)。(3)手術(shù)方式:依據(jù)繪制CST模型與腫瘤解剖關(guān)系判斷纖維束擠壓方向,術(shù)中MRI導(dǎo)航結(jié)合增強(qiáng)MRI序列,擬定最佳手術(shù)入路及切除范圍。(4)觀察指標(biāo):研究患者內(nèi)囊后肢CST投射區(qū)DTI參數(shù),對比腫瘤側(cè)及對側(cè)內(nèi)囊后肢FA值、rFA值、ADC值和rADC值。依據(jù)重建CST模型進(jìn)行CST分級(jí),分析

圖1 配準(zhǔn)結(jié)構(gòu)圖像

圖2 纖維束追蹤繪制CST模型

DTI參數(shù)與患者運(yùn)動(dòng)功能之間的關(guān)系。采用MRC肌力評分量表評估患者運(yùn)動(dòng)功能,上下肢肌力評分越低,患者運(yùn)動(dòng)功能受損越嚴(yán)重。

結(jié) 果

1.患者患側(cè)、健側(cè)內(nèi)囊后肢CST投射區(qū)DTI參數(shù)比較:通過測量患者內(nèi)囊后肢ROI區(qū)DTI參數(shù)值發(fā)現(xiàn):腫瘤對側(cè)內(nèi)囊后肢FA值0.690 (0.652,0.715),高于腫瘤同側(cè)內(nèi)囊后肢FA值0.575(0.506,0.632),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001);腫瘤對側(cè)內(nèi)囊后肢ADC值0.726(0.704,0.757)10-3mm2/s,低于腫瘤同側(cè)內(nèi)囊后肢ADC值0.820(0.753,0.947)10-3mm2/s,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。

2.患側(cè)FA值、偏側(cè)rFA值、ADC值和rADC值與CST分級(jí)的相關(guān)性:Spearman等級(jí)相關(guān)性分析提示患側(cè)FA值、rFA值與CST分級(jí)呈負(fù)相關(guān)(r=-0.515,P<0.01;r=-0.521,P<0.01),而ADC值、rADC值與CST分級(jí)呈正相關(guān)(r=0.48,P<0.01;r=0.452,P<0.01)。

3.患側(cè)FA值、偏側(cè)rFA值、ADC值和rADC值與手術(shù)前后肌力的相關(guān)性:Spearman等級(jí)相關(guān)性分析患側(cè)FA值、偏側(cè)rFA值與患者手術(shù)前后對側(cè)肌力呈正相關(guān)(r=0.496,P<0.01;r=0.491,P<0.01),而ADC值、rADC值與患者手術(shù)前后肌力呈負(fù)相關(guān)(r=-0.426,P<0.01;r=-0.346P<0.05)。

4.術(shù)前CST分級(jí)與患者肌力的相關(guān)性:Spearman等級(jí)相關(guān)性分析提示患者術(shù)前CST分級(jí)與對側(cè)肌力呈負(fù)相關(guān)(r=-0.501,P<0.01)。

5.患側(cè)FA、rFA、ADC、rADC值和CST分級(jí)應(yīng)用于評估患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后準(zhǔn)確性的價(jià)值:ROC曲線結(jié)果提示,5個(gè)指標(biāo)的AUC大小排序?yàn)镕A值>rFA值>CST分級(jí)>ADC值>rADC值,其中rADC值對運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后評估準(zhǔn)確性比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,圖3,表1)。

表1 患側(cè)FA、rFA值和CST分級(jí)預(yù)測運(yùn)動(dòng)功能準(zhǔn)確性

圖3 患側(cè)FA值,rFA值、ADC值、rADC值和CST分級(jí)預(yù)測運(yùn)動(dòng)功能準(zhǔn)確性的ROC曲線

討 論

DTI是以DWI檢查為基礎(chǔ)的成像技術(shù),基于組織內(nèi)水分子的彌散特征取得各項(xiàng)衍生指標(biāo),可實(shí)現(xiàn)無侵入性觀察纖維束結(jié)構(gòu)的完整性和連續(xù)性[9, 10]。DTI的定量指標(biāo)可用于評估CST受累程度,其中各向異性分?jǐn)?shù)FA值,描述水分子擴(kuò)散各方向異性的程度;表觀擴(kuò)散系數(shù)ADC值,描述白質(zhì)結(jié)構(gòu)中水分子擴(kuò)散速度的快慢。依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行纖維束重建,能更直觀地顯示神經(jīng)纖維束的形態(tài)結(jié)構(gòu),了解神經(jīng)纖維束的受累程度[11, 12]。DSI Studio是用于彌散張量磁共振圖像分析的免費(fèi)開源軟件,所提供的功能包括重建纖維束、確定性纖維跟蹤法和3D可視化[13]。本研究采用DSI Studio重建大腦白質(zhì)纖維束,導(dǎo)入常規(guī)序列和DTI序列后,應(yīng)用軟件進(jìn)行校正匹配,形成解剖結(jié)構(gòu)一致的融合圖像,所得DTI彩圖與融合后的常規(guī)序列進(jìn)行核對后較為準(zhǔn)確地描繪ROI區(qū)。

DTI參數(shù)中FA值反映白質(zhì)纖維束方向的一致性,FA值越高,提示水分子擴(kuò)散的方向性越好,傳導(dǎo)性越佳;ADC值描述水分子向不同方向擴(kuò)散速度的快慢,ADC值越高,水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)[14]?；颊呋紓?cè)纖維束受損時(shí)皮質(zhì)脊髓束的排列方向的一致性和髓鞘的完整性被破壞,導(dǎo)致患側(cè)FA值明顯降低、ADC升高。Jiang等[15]評估了20例鄰近CST通路的膠質(zhì)瘤患者術(shù)前神經(jīng)功能缺損和DTI參數(shù)之間的關(guān)系,分析表明腫瘤側(cè)和健側(cè)DTI參數(shù)比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,本研究結(jié)果示腦功能區(qū)腫瘤患者患側(cè)內(nèi)囊后肢CST投射區(qū)FA值較對側(cè)明顯降低,而ADC值正好相反,且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,與之較一致。為了更好地評估皮質(zhì)脊髓束與患者肌力、DTI參數(shù)的關(guān)系,筆者在Alexopoulos等[16]和Celtikci 等[17]的研究基礎(chǔ)上,依據(jù)纖維束成像將腫瘤對皮質(zhì)脊髓束的損傷進(jìn)行量化,分為4個(gè)等級(jí),經(jīng)Spearman等級(jí)相關(guān)性分析,患側(cè)FA值、偏側(cè)rFA值與CST分級(jí)呈負(fù)相關(guān);ADC值和rADC值與CST分級(jí)呈正相關(guān)。此外,患側(cè)FA值、偏側(cè)rFA值、ADC值、rADC值和術(shù)前CST分級(jí)與手術(shù)前后肌力具有相關(guān)性,可能是因?yàn)槟[瘤侵襲皮質(zhì)脊髓束,導(dǎo)致水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加快,而各項(xiàng)異性程度降低,纖維束重建圖也表明纖維束受侵襲程度越高,患者運(yùn)動(dòng)功能受影響越大,也必然影響患者的生活質(zhì)量。

本研究通過分析患側(cè)FA值、rFA值、ADC值、rADC值和CST分級(jí)與1個(gè)月后患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后的關(guān)系,使用ROC曲線分析5個(gè)指標(biāo)對運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后評估的準(zhǔn)確性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)入院時(shí)FA值、rFA值、ADC值、rADC值和CST分級(jí)的AUC值分別為0.820(P<0.01)、0.796(P<0.01)、0.698(P<0.05)、0.638(P>0.05)、0.708(P<0.05)。Xiao等[18]回顧性分析了54例腦干膠質(zhì)瘤患者,采用多元線性回歸研究DTI定量參數(shù)與術(shù)后肌力評分之間的關(guān)系,結(jié)果表明CST評分與術(shù)后肌力顯著相關(guān)。結(jié)合D′souza 等[19]研究膠質(zhì)瘤誘導(dǎo)臨近白質(zhì)纖維束破壞的形式,發(fā)現(xiàn)腫瘤對白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響局限于腫瘤內(nèi)和臨近腫瘤的區(qū)域。本研究中rADC值對運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后評估比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),ADC值評估患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后價(jià)值較低,可能與部分患者腦腫瘤與周邊正常結(jié)構(gòu)無明顯邊界,繪制患側(cè)ROI區(qū)時(shí)偏離腫瘤邊界有關(guān)。除rADC值外,對評估腦功能區(qū)腫瘤患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)中,在預(yù)測預(yù)后的準(zhǔn)確性方面,FA值>rFA值>CST分級(jí)>ADC值。

DTI技術(shù)能夠很好地分析腫瘤與周邊纖維束的復(fù)雜解剖關(guān)系,但前提是需要高度一致的感興趣區(qū)域選定,受患者行MRI檢查時(shí)的體位、感興趣區(qū)域位置、纖維束追蹤方法等多種因素影響。Christidi等[20]和Suo等[21]研究表明,不同纖維束追蹤軟件在DTI解剖精度及纖維束數(shù)目、長度等資料上存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,目前就DTI纖維束追蹤方法仍無金標(biāo)準(zhǔn)。本研究存在一些局限性:①采集的DTI數(shù)據(jù)部分存在偽影及腫瘤卒中、壞死囊變等使重建纖維束以及相應(yīng)DTI計(jì)量資料分析變得困難;②本研究為單中心研究,所納入患者局限于本院患者;③納入樣本量較小,尚需開展更大樣本量研究作為證據(jù)支持。

綜上所述,FA值、rFA值、ADC值和CST分級(jí)對評估腦功能區(qū)腫瘤患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后有一定價(jià)值,在預(yù)測預(yù)后的準(zhǔn)確性方面,FA值>rFA值>CST分級(jí)>ADC值,rADC值對運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后評估比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。