弥散张量成像技术在脑肿瘤手术中的应用 （附78例分析）

    作者：邹元杰    作者单位：南京医科大学附属脑科医院     【摘要】  目的 评估磁共振弥散张量成像 （DTI） 技术在脑肿瘤微侵袭手术治疗中的应用价值。 方法 对78例脑肿瘤采用DTI成像技术，在手术前获得脑白质纤维束图像，了解脑肿瘤与白质纤维束的关系，制定手术计划。其中脑胶质瘤56例，脑膜瘤15例，脑转移瘤5例，恶性淋巴瘤2例。均行显微外科手术，53例实施术中神经导航，其中13例行MR + DTI影像融合导航。 结果 DTI显示脑白质纤维束受脑肿瘤占位效应、浸润和瘤周水肿等影响，而表现为移位、融合和破坏三种形式，可合并两种或三种形式存在。本组脑肿瘤累及白质纤维束受累区域为胼胝体区42例 （单纯移位16例，融合15例，破坏11例）；锥体束27例 （单纯移位14例，融合8例，破坏5例）；视放射9例 （均为单纯移位）。脑白质纤维束受累体征术后改善或转阴性31例，无改变28例，新增或加重19例 （其中脑肿瘤大部切除后伴发瘤周显著水肿12例，瘤床渗血7例）。无死亡病例。 结论 评定脑肿瘤与DTI之间关系对术前设计手术入路，术中决定切除范围和指导手术操作具有指导意义。神经导航为脑肿瘤手术中保护脑白质纤维束提供了可靠保证。

    【关键词】  磁共振成像 弥散 脑白质纤维束 脑肿瘤 神经导航 显微外科手术

    Application of diffusion tensor imaging technique in minimally invasive neurosurgery

    for brain tumors: analysis of 78 cases

    ZOU Yuanjie, LIU Hongyi, CHANG Yi, et al.

    Department of Neurosurgery, Nanjing Brain Hospital Affiliated to Nanjing Medical University, Nanjing 210029, China

    Abstract:  Objective  To evaluate the applied value of diffusion tensor imaging (DTI) technique in neurosurgical treatment for brain tumors.  Methods  Seventy-eight patients with brain tumors underwent white matter fiber tractography by using DTI technique before the operation. The imaging features were observed, and the relationship between the brain tumor and white matter fiber were analyzed. Then the reasonable surgical plan was established. In this group, 56 cases were gliomas, 15 were meningiomas, and 7 were other cerebral tumors (5 metastatic brain tumors and 2 malignant lymphomas). All the patients received microsurgery, 53 of whom underwent MRI-based neuronavigation during operation, including MRI+DTI neuronavigation in 13.  Results  DTI demonstrated that the influences of space-occupying effect and infiltrating invasion of brain tumor and peritumoral edema on white matter fiber tracts could be divided into three types: displacement, syzygium and destruction. In this group, brain tumor involving white matter fiber tracts of the corpus callosum was found in 42 cases, including 16 displacement, 15 syzygium, and 11 destruction of the tracts. The pyramidal tract was involved in 27 cases, including simple displacement in 14 cases, syzygium in 8, and destruction in 5. The optic radiation was involved in 9 cases, being presented as simple displacement. The signs involved in damage to the white matter fiber tracts were improved after operation in 31 cases, no change in 28, and aggravation or occurrence of new neural signs in 19 (significant peritumoral edema 12, and tumor bed capillary hemorrhage 7). There was no death in the group.  Conclusion  Evaluating the relationship between brain tumor and white matter fiber tracts by DTI is helpful to design surgical approach, determine resectable scope and guide the specific procedure. Application of neuronavigation during the operation can provide safe support for protecting cerebral white matter fiber tracts.

    Key words:  diffusion magnetic resonance imaging;  white matter fiber tracts;  brain neoplasms;  neuronavigation; microsurgery

    磁共振弥散张量成像 （diffusion tensor imaging， DTI） 技术能够显示脑白质纤维束的形态、走形，并建立三维空间影像，从而可为脑肿瘤病人术前手术计划的设计及术后脑功能的评估提供重要信息。我院于2002年11月~2007年8月，将DTI技术应用于78例脑肿瘤手术，现就相关应用经验报告如下。

    1    对象与方法

    1.1    一般资料    男42例，女36例；年龄21～72岁，平均42.2岁。胶质瘤56例 （其中WHOⅡ~Ⅲ级38例，Ⅲ~Ⅳ级18例），脑膜瘤15例，脑转移瘤5例，恶性淋巴瘤2例。病变累及部位：额叶20例，颞叶14例，额叶-胼胝体区9例，额颞叶15例，颞叶深部-基底核区10例，颞枕叶9例，小脑半球1例。病变1.5 cm × 3.0 cm～4.5 cm × 6.0 cm。

    1.2    DTI影像资料的获取方法    行1.5 mm层厚T1WI容积成像扫描，无间隙、无重叠、连续，扫描参数：重复时间/回波时间 （TR/TE） 450 ms/8 ms，扫描范围 （FOV） 240 mm，矩阵256 × 192，层面激励次数 （NEX） 为1。上述定位成像后行3D-SPGR Navigator 扫描序列，为连续矢状位T1三位快速梯度回波序列，扫描参数：TR/TE为9 ms/2 ms，反转角250°，无重叠及间隔，层厚1.5 mm，矩阵256 × 256，NEX为1，FOV为240 mm。在上述成像扫描的同时采集弥散张量数据。采用单次激发自旋回波平面回波 （single shot spin-echo EPI，SE-EPI） 脉冲序列，TR/TE为10 000 ms/78 ms，层厚5 mm，无间隔，矩阵为128 × 128，FOV为260 mm，NEX为1；每层面均在25个方向施加弥散梯度，共29个层面；扫描持续时间4 min。采集信号后于Sun Adw 2.0工作站平台上，应用Func Tool 2.0 软件中的Diffusion Tensor模块处理后生成二维及三维DTI图像，在重建的脑白质纤维束T2WI影像上加以不同的伪彩，使之更为形象、直观。该方法对锥体束、内囊、胼胝体、视放射有较满意的显示，由此可观察神经传导束的移位及损伤情况。在磁共振工作站将上述三维弥散张量影像与导航序列影像进行融合。

    1.3    DTI影像资料的分析及术前评估    手术前，除了常规评价脑肿瘤的位置、血供、性质和毗邻关系之外，术者可进一步根据DTI二维及三维图像了解脑肿瘤对脑白质纤维束的影响程度，设计手术入路。手术入路选择的原则是在注意脑功能区、重要神经血管的保护之外，结合脑白质纤维束的走形、移位和破坏情况，尽量避开重要的脑白质纤维束。脑白质纤维束受脑肿瘤影响，分为移位、融合和破坏三种形式。

    1.4    神经导航技术与DTI成像技术结合的术中应用    本组采用MR影像神经导航53例，包括胶质瘤40例，转移瘤4例，脑膜瘤7例，淋巴瘤2例。其中13例采用MR + DTI融合影像神经导航下手术，均为胶质瘤病人。神经导航下根据MR-DTI影像选择手术入路，显微镜下分离瘤脑界面 （无包膜肿瘤在镜下多有明确的胶质增生带或水肿带）。肿瘤周边脑白质纤维束若被肿瘤推移，术中应在导航下避开；若被肿瘤侵犯破坏，可进一步切除。更为重要的是，术中注意保护好正常的神经纤维束，减少牵拉和过度电凝。

    2    结    果

    2.1    术前DTI与脑肿瘤之间的关系 （图1A~1F）    本组脑肿瘤累及白质纤维束区域为胼胝体区42例 （单纯移位16例，融合15例，破坏11例）；锥体束27例 （单纯移位14例，融合8例，破坏5例）；视放射9例 （均为单纯移位）。DTI所显示的扩散各向异性可用各向异性分数值 （fractional anisortropy，FA） 进行定量测量，FA值在0~1之间。本组脑白质纤维束受脑肿瘤累及时，FA值均有不同程度的减低。

    2.2    手术结果    脑白质纤维束受累所致神经阳性体征术后改善或转阴性31例，无改变28例，术后新增或加重19例 （其中脑肿瘤大部切除后伴瘤周显著水肿12例，术后瘤床渗血7例）。本组术后无死亡。34例脑胶质瘤获3~18个月DTI随访，显示原脑白质纤维束移位趋于复位14例，原纤维束部分融合改变者随访时纤维束密集度提高、FA值提高9例，相应纤维束不同程度进一步融合或破坏11例 （其中肿瘤原位复发8例，肿瘤术后放疗反应3例）。

    3    讨    论

    相对于传统脑肿瘤手术注重于解除脑肿瘤的占位效应，术中强调保护脑皮质、脑神经和重要的颅内血管等而言，随着微侵袭理念的发展和建立，脑肿瘤的微侵袭神经外科手术的发展越来越关注保护病人神经功能和预防肿瘤复发等问题，其最终目的是提高病人的生存质量和生存时间。DTI是近年来MRI技术的一项重大发展，它是目前活体显示脑白质纤维束的唯一方法。但该技术本身形成的电涡流会引起结构的变形、运动伪影和磁敏感性伪影，仍有待进一步完善[1-2]。DTI通过评价微环境中水分子的运动状态，从微观上推断脑肿瘤对白质纤维束浸润和破坏的程度，宏观上显示脑肿瘤的侵袭范围及其与重要脑白质纤维束的关系。在神经系统中，水分子的弥散运动方向受到白质纤维鞘的限制，具有较高的各向异性[3]。DTI可以清晰分辨不同的神经传导束和纤维投射方向，尤其是锥体束、胼胝体纤维束、视放射纤维束等因各向异性明显而呈显著高信号的条状结构。根据FA彩图可准确判定相应白质纤维束的形态结构、走行及其与邻近肿瘤的空间关系，从而有助于脑肿瘤手术的术前评定和手术计划设计；与神经导航结合，可更有效地辅助脑肿瘤手术和保护脑功能；另外，亦有助于对术后病人的疗效和预后进行判定[4-5]。

    我们发现：脑胶质瘤由于其自身的无边界、浸润性和易复发等生物学特性，多表现为脑白质纤维束的移位、融合和破坏这三种形式；而有相对边界或包膜、呈膨胀性生长的脑膜瘤、转移瘤和淋巴瘤则更多的是显示为脑白质纤维束的移位或部分融合形式。本组DTI结果初步提示：脑白质纤维束的移位主要是由于瘤周脑白质水肿带挤压，及平行于纤维束呈膨胀性生长的脑肿瘤占位效应所致；纤维束融合主要来源垂直于纤维束的脑肿瘤压迫，及紧邻纤维束脑肿瘤的病理性血管增生侵犯或部分肿瘤的直接浸润；纤维束破坏主要是由于肿瘤的直接浸润性损害所致。本组术前根据DTI评定的白质纤维束的走形、侵犯范围和程度等，选择优化的手术设计；术中操作时，注意减少对白质纤维束的医源性损害如避免对白质的过度牵拉和电凝，尽量实施脑肿瘤的原位切除等。针对术中剪开硬脑膜后，脑脊液过多流失引起的脑塌陷或脑压高，使脑组织膨出骨窗水平，从而因脑漂移引起术中导航系统误差等问题；本组对部分病例先在硬脑膜间断切开数个小口，导航下植入细硅胶管于瘤脑边界 （所谓的“栅栏法”），以尽可能避免脑漂移问题；此方法与何黎民等[6]的报告相似。术中DTI结合神经导航的应用提高了肿瘤的切除率和定位的准确性[7]。本组对13例无明确边界、呈浸润性生长、白质纤维束有不同程度融合和破坏的脑胶质瘤采用MRI + DTI导航，术后均未加重神经功能损害。本组术后19例神经功能障碍加重的病人中，术后MRI显示术区脑水肿显著12例，瘤床渗血7例。研究表明：缺血所致的脑白质各向异性受损较灰质更为严重[7]。近年来，多位学者发现：手术后脑白质纤维束和相应神经功能之间存在以下关系：移位者可恢复或减轻，神经功能亦相应改善；融合者，部分能可逆性缓解；破坏者，神经功能无改善[8-9]。脑白质纤维束越细，纤维越长，活动度越大，则越易形成移位 （如锥体束）；反之则易形成纤维束的融合、破坏 （如胼胝体）。本组疗效和部分随访结果也支持这一观点。因此，本组在实际手术过程中均根据DTI显示的脑白质纤维束的损伤程度和术后神经功能恢复的可能性，进行相应手术切除范围的判定。

    总之，对脑白质神经纤维束的术中保护和手术前后神经功能的判定丰富了脑肿瘤微侵袭神经外科手术的内涵。DTI直观、无创性地显示了活体中重要的脑白质纤维束，反映了脑肿瘤与纤维束之间的关系，有助于对神经功能进行有效保护，对脑肿瘤的手术治疗具有一定的指导价值。

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