磁共振灌注成像技术在运动性失语中的价值探讨

刘树永 李 敏 吴 珂 张有军 耿道颖

(1.泰山医学院附属泰山医院，山东 泰安 217000； 2.复旦大学附属华山医院放射科，上海 200040)

语言是人脑特有的重要功能，是人与人交往的重要方式。任何认知任务，包括语言在内，都必须由分散在整个大脑内的许多脑区所构成的神经网络相互协作来完成。研究语言的脑机制，即研究语言在大脑内的功能组织情况，有着重要的理论和现实意义。

当脑肿瘤发生在左侧额下回区域，即运动性语言区，多数病人表现出运动性失语表现(Broca失语)，最突出的临床特点是言语不流利，常表现为电报式言语；复述较差，语法结构简单，听理解相对较好，能够理解一般对话。临床中，部分肿瘤患者，在尽量保护邻近语言区的前提下切除肿瘤后仍出现失语表现，排除术后瘤周出血和水肿对邻近功能皮层的压迫等因素外，肿瘤内是否仍残留部分语言区是一个有待回答的问题。在以往的研究中，我们也发现部分脑肿瘤内及肿瘤边缘出现BOLD激活区，这些激活区是与语言相关的脑区还是肿瘤所致的异常扩张的血管造成的假阳性结果？国内外文献未见系统报道。因此本研究的重点就是应用PWI技术对肿瘤内部及周边血管的分布情况加以显示，继而提高BOLD-fMRI在肿瘤周边激活区显示的准确率及对肿瘤内激活区是否残留部分语言功能做一探讨。

1 材料与方法

1.1语言BOLD-fMRI 实验步骤及图像数据处理

17例脑肿瘤所致运动性失语患者。

1.1.1入选标准 病灶部位:左侧Broca区，岛叶，左侧额中回及邻近白质，病灶单发；北京医科大学第一医院的汉语失语成套测验中的利手评定标准进行利手判定及运动性失语判定。

1.1.2实验任务 均采用图片命名任务。图片来源于Snodgrass and Vanderwart 标准图谱；图片呈现时，用唇读方式将图片名称讲出；实验采用组块设计，总时间3分12秒,前12秒处于匀场状态，每个Block为30秒，每个任务有6个Block，组块间以“+”呈现30秒，作为静息状态以对照。每张图片呈现3秒；刺激任务用eprime软件编写，通过射频脉冲的方式激发，实验者通过其眼睛上方磁共振线圈上配置的反光镜即可看到任务并配合完成任务。

1.1.3仪器设备 采用3.0T GE Signa VH/iMRI MRI扫描仪进行检查,利用8通道线圈, 所选用的扫描序列和参数:①结构像扫描：用SE序列采集横轴位T1WI结构像,全脑扫描,水平位,TR/TE=500 ms/minfull,层厚5 mm,间隔0 mm,分辨率256*256,FOV=240×240 mm,NEX=1, 获取25层高分辨率解剖图像,作为功能扫描的参照图。②功能成像程序 (brain wave),采用单次激发平面回波成像的梯度回波GRE-EPI序列,复制T1WI图像设置,层厚5 mm,间隔0,TR=3000 ms,TE=35 ms,分辨率64*64,FOV=240×240 mm,进行BOLD-fMRI扫描；③最后采用快速扰相位梯度回波翻转恢复(FSPGRIR)脉冲序列(T1加权)扫描,层厚1 mm,间隔0, TR 6.4 ms ,TE 1.6 ms , TI=40 ms，带宽=31.25，分辨率256*256,FOV=240×240mm,Nex=1，获取146层高分辨率解剖图像，包括全脑范围,用以三维重建。

1.1.4数据处理 选用AFNI软件处理图像数据，步骤如下：①功能扫描图像,进行去基线漂移,头动调整对齐,归一化(将信号强度调整成信号变化百分比)等预处理。②通过反卷积方法找到每个任务的激活区域(p=0.01的相邻四个或四个以上体素作为是一个激活簇,在激活图谱中保留,激活簇中的体素赋值为1,其他体素为0)。③SE序列扫描得到的T1WI结构像和FSPGR序列扫描得到的3D结构象,将激活区图谱进行三维重建。④各个任务激活图谱取逻辑“或”运算,之后在该图上画出若干感兴趣区域(ROI)。⑤在每个被试的原始坐标系下,计算各感兴奋区的激活强度和体素。

1.2磁共振灌注方法及实验参数

对比剂首过增强T2*、单次激发梯度回波平面(GE-EPI)灌注成像。成像参数为TR/TE 1900/60 ms，翻转角60度，带宽62.5 Hz，FOV 240×240 mm，层厚5 mm，层间距0 mm，采集时间92 s。在FLAIR或T2WI上观察，所有切层的位置、层厚在拷贝横轴位T1WI结构像25层的基础上再上下共删除5层，即全脑共采集20层(以方便与BOLD激活图对照)。在团注对比剂之前2秒、团注中及团注后连续采集系列图像(50幅/层)。在头10秒之内，采集注射对比剂之前的5幅图像作为基线图。之后，以19号静脉导管经肘静脉在4～5秒内快速手推15 ml钆双胺(Omniscan)，商品名欧乃影(分子量573.66,在37℃时的粘度为1.9 mPa·s),流速为3～4 ml/s(图2)。

1.3磁共振灌注图与BOLD激活信号的融合

磁共振灌注图像用Unix 4.0工作站上的FUNC2软件处理后得到CBV图。在LINUX系统下，运用to3d *命令将CBV图转化为AFNI软件可识别的.BRIK及.HEAD文件。在Switch underlay 中选择CBV图，在Switch overlay中选择不同任务下的map图进行叠加，即可把Bold激活图叠加到CBV图上面。信号判断方法：如果红色的BOLD激活信号与CBV图中的白色粗大血管影重叠，则认为是异常肿瘤血管影造成的假阳性；若两者不重叠，考虑为与语言相关的激活区。

2 结 果

17例病人中，Ⅱ级星形胶质细胞瘤7例，Ⅲ级星形胶质细胞瘤5例，胶母细胞瘤5例。在7例Ⅱ级星形胶质细胞瘤患者的图片命名任务激活图中，位于肿瘤内及肿瘤周边的激活区共计11处，其中BOLD激活信号与CBV图中的血管影重叠的共计3处，两者不重叠的共计8处，即假阳性率26%，阳性率74%；在5例Ⅲ级星形胶质细胞瘤患者中，位于肿瘤内及肿瘤周边的激活区共计14处，其中BOLD激活信号与CBV图中的血管影重叠的共计4处，两者不重叠的共计10处，即假阳性率31%，阳性率69%；在5例胶母细胞瘤的图片命名任务激活图中，位于肿瘤内及肿瘤周边的激活区共计18处，其中BOLD激活信号与CBV图中的血管影重叠的共计7处，两者不重叠的共计11处，即假阳性率39%，阳性率61%(表1，图1～4)。

表1 肿瘤级别与BOLD阳性率对照表格

图1

图2

图1示肿瘤前方BOLD激活区重叠在图2显示的肿瘤周边血管上，提示此BOLD区域为假阳性结果。

图3

图4

图3示肿瘤内BOLD激活区未与图4灌注图上的血管影重叠，提示此BOLD区域为语言相关脑区。

3 讨 论

3.1动态磁共振灌注成像(MRP)原理及其优缺点

目前MR灌注成像采用的技术主要有三种，即T2或T2*动态敏感成像、动脉血质子自旋标记(ASL)和T1动态灌注技术。ASL由于空间分辩率和信噪比(SNR)低、成像时间相对长而应用受到限制。T1和T2动态对比增强灌注成像均可以得到CBV和PS图，但前者主要应用于通透性测量，所用对比剂的剂量相对低、注射速率低、成像时间和重复扫描时间间隔较长(10～15分钟)[1-2]。T2*动态敏感成像是首过技术，在对比剂团注后采集系列图像。本研究中MR灌注成像采用的Gd-DTPA剂量为0.1 mmol/kg。团注对比剂导致信号强度下降，将信号强度变化与时间相关联产生浓度-时间曲线，得到CBV，CBF及MTT等参数。该技术在MR灌注研究中应用最为广泛，其中CBV是最常见的参数。

动态CT灌注成像技术由于空间分辩率高，信号强度与对比剂浓度之间存在线性关系，无磁敏感性伪影以及对肿瘤微血管定量更准确，因此在临床中应用广泛。但CT灌注存在空间覆盖范围有限，有电离辐射和注射对比剂的危险等缺陷[3]。我院16排CT动态扫描的最大覆盖范围仅为2 cm，时间分辩率低于MR灌注成像。尽管有作者[3]推荐能覆盖两个不同床位、得到更多扫描平面的床面触发技术，但这同时也降低了时间分辨率(约5秒) 。

相比CT灌注成像，MR灌注成像扫描范围可覆盖全脑，时间分辨率高，无辐射等优点。但同时受到更多技术因素的制约。其中最为不利的因素是信号强度与对比剂浓度之间不存在线性关系，因此对微血管的定量不够准确。因为存在血脑屏障(BBB)的损害，使得CBV测量非常复杂，本质上MR灌注得到的是相对的定量。T1-rCBV测量是基于首过动态及对比剂外渗的复合效应，在对比剂外渗时会过高估计血容量。相比之下，T2-rCBV测量是根据动态敏感增强图像，由于残留的T1效应(被称为T1亮过效应)[4]会抵消T2*信号的变化，在对比剂外渗时会低估血容量。只有去除了T1亮过效应之后，T2-rCBV的值才可以被视为是真正反映了组织的血容量[5]。

3.2动态磁共振灌注成像技术在运动性失语中的应用价值讨论

动态磁共振灌注成像技术由于可覆盖全脑扫描，时间分辨率高等优点，所以我们将其应用到失语的研究中。有文献[6]报道：脑梗塞引起运动性失语左侧Broca区的对比剂平均通过时间(MTT)较对侧镜像区延长，差异有显著性；而Broca区的局部脑血流量(CBF)、局部脑血容量(CBV)、达峰时间(PPT)与对侧镜像区相比差异无显著性；Cao Y 等[7]随访研究发现，左侧额下回梗塞3个月后，右侧CBF出现增多；5～12个月后，出现左侧颞后-顶下区CBF增加。关于运用磁共振灌注成像技术研究运动性失语的损伤机制作者认为价值不大。原因如下：①大部分的肿瘤位于左侧Broca区，无法测其CBV值，此时虽能测得对侧Broca区值，但因为磁共振灌注成像中CBV的绝对值无意义，所以无法测得其相对比值。②其它与语言相关的脑区如颞上回，额中回，顶叶等脑区，虽然可测得其rCBV值，但因为磁共振灌注成像的后处理方法现在技术尚无法把大血管剔出，所以CBV的相对值受到血管的影响较大，ROI非常难以选定。我们在实验中就碰到了这一困难。所以我们的实验重点放在肿瘤内及其周边激活区的研究上。

3.3磁共振灌注融合BOLD激活图对肿瘤内及周边的激活区准确性的价值探讨

临床工作中，我们发现部分病人的BOLD激活信号位于肿瘤内及其周边脑区，它们是肿瘤血管异常灌注形成的假阳性结果还是肿瘤内尚残留的部分语言功能？不同的学者对此观点不一。在对肿瘤的BOLD研究中，困惑我们的还有一个问题：由于肿瘤周边血管对邻近脑区的影响，如“盗血”现象，肿瘤周边激活的脑区是否可用于临床研究？本实验对这些疑问的处理办法是让患者执行完语言任务后，加做一磁共振灌注成像，并在Linux系统下将两种图像进行融合。如果红色的BOLD激活信号与CBV图中的白色粗大血管影重叠，则认为是异常肿瘤血管影造成的假阳性；若两者不重叠，考虑为与语言相关的激活区。根据实验结果我们发现：肿瘤内及肿瘤周边的激活区中假阳性率随肿瘤级别升高而升高，阳性率随肿瘤升高而降低。提示BOLD激活信号阳性率与肿瘤级别呈负相关。若肿瘤内有BOLD信号的激活，提示肿瘤内可能残留部分未破坏的语言区[8-11]，这可能也是肿瘤病人临床中失语症状明显较梗塞病人轻的一个原因解释。有作者认为，肿瘤内尚存在正常的神经网络连接，当肿瘤切除后，神经网络中断，病人出现部分失语表现，需1～3个月后，新的突触形成后，语言功能才可恢复[12-13]。肿瘤周边区，由于存在部分肿瘤血管造成的假阳性现象，所以在临床中可能会造成对部分激活区的错误解释。从另外一个角度考虑，由于部分肿瘤周边血管的影响，也会使肿瘤周边实际存在的语言区的激活率降低，而出现假阴性的结果。所以，有文献[8]报道，肿瘤周边无激活区出现，并不意味着真正没有语言区的存在，所以切除肿瘤周边脑组织时应谨慎。我们的这一方法，即利用磁共振灌注图像和BOLD图像的融合来判断语言区的方法，简单实用，相信会在今后的临床工作中对提高语言激活区的判断分析能力起到较大帮助作用。

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