融合DTI及BOLD成像在脑功能区肿瘤神经导航术中的应用

叶新运 蒋秋华 冯秋女 杨瑞金 张震宇 冯开明 唐知己 宋海民 胡 坤 张珍华 张金石

融合DTI及BOLD成像在脑功能区肿瘤神经导航术中的应用

叶新运 蒋秋华 冯秋女 杨瑞金 张震宇 冯开明 唐知己 宋海民 胡 坤 张珍华 张金石

目的探讨弥散张量成像技术(DTI)融合血氧水平依赖成像技术(BOLD)指导脑功能区肿瘤神经导航手术的临床应用价值。方法我院在2011年12月－2015年12月收治37例涉及运动区的脑肿瘤患者，按随机数字表法将其分为试验组(DTI融合BOLD影像导航)19例及对照组(仅DTI影像导航)18例，两组患者均行脑功能区肿瘤神经导航术，利用SPSS 19．0统计两组患者手术效果及预后情况。结果对照组肿瘤全切率50%低于试验组肿瘤全切率73．68%(P＜0．05);对照组术后致残率61．11%高于试验组术后致残率36．84%(P＜0．05);预后评估:对照组KPS评分(79．11±13．14)分低于试验组KPS评分(90．00±4．88)分，对照组优良率38．90%低于试验组优良率63．20%(P＜0．05)。结论DTI联合BOLD技术应用于功能区脑肿瘤的导航手术，能更清晰地显示脑功能区的解剖学信息，有利于最佳手术入路及手术方案的设计，对提高肿瘤的全切率及最大限度地保留运动功能具有重要的价值。

弥散张量成像;脑肿瘤;功能区;神经导航

颅脑肿瘤手术的目的是最大限度地切除肿瘤并尽可能保留脑的重要功能区及结构的完整性，从而提高患者的术后生存质量［1］。手术导航技术的出现为大幅提高手术质量提供了可能，是近年来精准神经外科手术技术发展的一项重大突破。本研究将利用神经外科手术导航系统结合弥散张量成像技术(Diffusion Tensor Imaging，DTI)和血氧水平依赖功能磁共振成像技术(Blood Oxygenation Level Dependent－functional Magnetic Resonance Imaging，BOLD－fMRI)，探讨其在脑功能区肿瘤切除手术的疗效，了解其临床应用及推广价值。

1 资料与方法

1．1 一般资料 2011年12月－2015年12月，37例涉及运动区的脑肿瘤患者，男性16例，女性21例，年龄16～65岁，平均年龄(43．20±12．36)岁;肿瘤部位:左侧22例，右侧15例;额叶4例，额顶叶14例，岛叶、基底节区8例，颞叶3例，颞顶叶6例，顶枕叶2例。所有患者均被告知详细的治疗计划，并自愿参加试验。将37例患者按照随机数字表法分为试验组(n=19)与对照组(n=18)，分别实施DTI融合BOLD影像导航与仅DTI影像导航。试验组与对照组一般资料对比，P＞0．05，可对比。本研究经医院伦理委员会通过。

1．2 影像扫描 试验组实施DTI融合BOLD影像导航，对照组仅DTI影像导航。应用西门子3．0 T MAGNETOM Avanto磁共振扫描仪 (SIEMENS MAGNETOM Avanto)，标准头部线圈。T1扫描参数:TR/TE为9/2 ms;以2 mm为层厚，以256×256像素为矩阵，以220 mm×220 mm为视野，实施水平位扫描。DTI扫描参数:单次激发自旋回波平面回波脉冲序列;以10 000/112 ms为TR/TE，以5 mm为层厚，以128×128像素为矩阵，以220 mm×220 mm为视野，且确保b值为600 s/mm2;保证每个层面均在22个方向上施加弥散梯度，总计扫描618次。BOLD检查方法:采用Gradient Echo EPI，检查方法为交替对掌运动，模式采用组块设计法。忽略的循环数(base)=8 cycle，Active Phase=10，Base Phase=10，重复次数=5。

1．3 图像处理 本研究利用导航系统自身的DTI、BOLD图像处理系统对病例图像进行处理。

1．4 影像融合 分别将DTI和BOLD导航序列图像传输至神经外科手术导航系统工作站。软件模块采用导航进行融合，基本序列为导航序列图像，参考序列为DTI、BOLD序列图像，实施自动融合。完成融合后，对其窗位、窗宽等进行调整，确保达到最佳视觉效果。对肿瘤、头皮三维图像进行重建，并按照成像结果，对手术方案进行设定。

1．5 术中导航 在患者头部以红外光学注册法进行注册，针对病灶于体表的投影，采用导航探针进行定位，并按照具体投影结果，对手术切口进行选择。手术过程中，在导航指导下，对肿瘤边界、皮层运动等进行定位，确保在对肿瘤进行彻底切除的同时，最大限度保证皮层运动区及锥体束结构的完整性［2］。

1．6 病例随访 完成手术后2 d，所有患者均实施MRI复查。给予增强扫描，对肿瘤切除程度、锥体束完整性等进行观察。除此之外，给予试验组患者DTI复查，对肿瘤切除程度、锥体束完整性等进行观察。复查时对患者肢体运动功能进行评估。完成手术后3～6个月，以电话、门诊随访等方式进行跟踪随访。以Karnofsky预后评分表(KPS)全面评估两组患者的预后情况。

1．7 观察指标 ①详细统计两组患者肿瘤切除情况，计算肿瘤全切除率，并记录两组患者术后肢体运动功能;②统计两组患者术后致残率(术后新发现肢体功能障碍或肌力较前下降)，并利用KPS评分评估患者预后。③综合效益比较:影像扫描时间、导航术前准备时间、导航手术总耗时、住院时间、医疗费用等。

1．8 统计学处理 定性资料均衡性检验采用卡方检验;分组疗效比较采用卡方检验和秩和检验;定量资料的差异性检验采用独立样本t检验。统计软件采用SPSS 19.0统计软件包。

2 结果

2．1 手术疗效分析 试验组与对照组患者的图像融合均顺利完成，融合误差均控制在3 mm以下，并在手术导航中进行营养。对照组肿瘤全切除率50%，试验组肿瘤全切除率73.68%，两组比较差异有统计学意义(P＜0.05);同时，两组患者术后肢体运动功能状况组间对比差异有统计学意义(P＜0.05)，见表1。

表1 2组患者肿瘤切除率及术后肢体运动功能状况比较 (n)

2．2 术后致残率及预后情况对比 对照组致残率为61.11%(11/18)，试验组致残率为36.84%(7/ 19)，两组比较差异有统计学意义(P＜0.05)。对照组KPS为(79.11±13.14)分，试验组KPS为(90.00± 4.88)分，两组比较差异有统计学意义(P＜0.05);对照组患者KPS评分为90～100分者7例，优良率38.90%，试验组KPS患者KPS评分为90～100分者12例，优良率63.20%，两组比较差异有统计学意义(P＜0.05)。见表2。

表2 2组患者术后KPS预后评分比较 ［n，(±s)］

表2 2组患者术后KPS预后评分比较 ［n，(±s)］

组别 例数 KPS KPS(90～100分)优良率(%)对照组18 79．11±13．14 7 38．90试验组 19 90．00±4．88 12 63．20 t/2 3．377 16．524 P ＜0．05 ＜0．05

2．3 综合效益评价分析 ①MRI扫描时间:对照组(32.00±4.91)min，试验组(42.89±2.41)min，两组比较差异有统计学意义(P＜0.05);所有患者均能配合完成MRI导航及DTI、BOLD数据扫描并刻盘;②手术导航总耗时:包括导航注册、麻醉、术中实时导航及手术耗时，对照组(6.39±0.72)h，试验组(6.74±0.61)h，两组比较差异有统计学意义(P＜0.05);③住院时间:对照组(19.88±2.08)d，试验组(15.10±1.28)d，两组比较差异有统计学意义(P＜0.05);④住院总费用:对照组(56 747.83± 2 121.36)元，试验组(57 538.89±2 544.08)元，两组比较差异无统计学意义(P＞0.05)，见表3。

表3 2组患者综合效益比较 (±s)

表3 2组患者综合效益比较 (±s)

MRI扫描时间(min)手术导航耗时(h)住院时间(d)住院费用(元)对照组32．00±4．91 6．39±0．72 19．88±2．08 56 747．83±2121．36试验组42．89±2．41 6．74±0．61 15．10±1．28 57 538．89±2 544．08 t 8．645 0．151 4．922 1．024 P ＜0．05 ＞0．05 ＜0．05 ＞0．05

3 讨论

脑功能区肿瘤可以造成邻近皮质沟回的形态结构出现变形或移位［3］，有时很难依据传统的解剖学标志准确定位皮质运动区。同时受病变的影响，脑皮质运动区还可能发生功能域的重塑［4］。此时，传统的解剖学经验反而可能对功能定位产生误导。尤其是部分脑功能区肿瘤既涉及锥体束，又涉及皮质运动区，术后极易出现不同程度肢体运动功能障碍［5］。笔者认为，这可能是因术中操作不当，或手术不规范，对患者锥体束纤维及大脑皮质造成损伤而引发的［6］。以往，临床上多采用传统MRI成像序列进行诊断，但该技术只能对患者肿瘤的影像学边界进行显示，不能对锥体束、功能区皮层等结构进行准确分辨。因此，一旦手术过程中，手术操作接近锥体束或大脑皮质，不能及时发现，增加损伤结构功能的概率［7］。

现阶段，随着医学技术的快速发展，DTI在临床上得到广泛应用，受到临床医师和患者的高度肯定［8－12］。DTI能经由对脑白质纤维内水分子弥散运动的各向异性进行掌握，从而对脑白质结构进行显示。BOLD技术是一项较成熟的脑功能成像方法，它所获得的信号改变是依据功能活动区局部大脑血氧依赖水平的变化。功能磁共振成像具有直观的特点，正常人对指运动时脑功能激活区改变主要位于两侧中央前、后回的第一运动感觉区、及中央旁小叶的辅助运动区，均以对侧明显。通过DTI和BOLD、导航序列影像的融合、三维重建及各向分割，在矢状位、冠状位和水平位均可表现出特征性的高信号的束状结构和皮质信号，从而能准确判定皮质运动区信号及锥体束的结构、走行、移位以及与邻近肿瘤的空间毗邻。

目前神经导航技术由采用单纯的解剖学影像向应用多种影像融合技术的方向发展，尤其是各类功能性结构的定位影像与传统显示解剖结构的影像融合后，便于术者判断肿瘤、周围脑解剖结构及脑功能结构之间的空间关系，大大扩展了神经导航影像的信息量，有助于术前计划的完善［13］。本组病例在BOLD－fMRI皮层功能成像的基础上，结合DTI成像对大脑皮层运动区附近病变进行了神经导航辅助下的显微手术切除，以评价其应用价值。本研究发现两组数据术前均衡性一致;对照组肿瘤全切率50%，低于试验组肿瘤全切率73.68%(P＜0.05);对照组致残率61.11%，明显高于试验组致残率36.84%(P＜0.05);对照组MRI扫描时间在明显低于试验组，可能与试验组对BOLD图像采集需要配合时间较长有关;两组病例手术导航时间无明显差异性;对照组平均住院时间(19.88±2.08)d，较试验组平均住院时间(15.10±1.28)长，考虑与对照组术前并发症增多，恢复时间较长有关;对照组KPS评分(79.11±13.14)，较试验组KPS评分(90.00± 4.88)低，且对照组优良率38.90%低于试验组优良率63.20%(P＜0.05)，两组患者医疗费用未见明显增加。所以，通过本研究发现，DTI及BOLD成像融合神经导航技术与常规DTI影像导航相比，能更清晰地显示侵入运动区肿瘤患者的皮层功能区及皮层下锥体束的解剖学信息，从而能使术者设计出最佳的手术入路及手术方案，并计划出最佳的切除范围，对提高肿瘤的全切率及最大限度地保留运动功能具有重要的价值。所以，该技术在有条件的单位值得大力推广及应用。同时本研究也存在一定不足，主要表现在研究所选取的样本量较少，后续研究可邀请更多自愿参与临床试验的患者展开进一步研究，从而为临床治疗提供更为确切的实践支持。

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Clinical Application of DTI Combined with BOLD－fMRI in Neuronavigation Surgery of Brain Functional Tumors

YE Xinyun，JIANG Qiuhua，FENG Qiunv，et al

Objective To explore the clinical application value of diffusion tensor imaging(DTI)fusion blood oxygen level dependent imaging(BOLD)to guide the surgical treatment of brain functional areas．Methods37 cases involving motor areas of the brain tumor patients in our hospital from December 2011 to 2015 December were assigned into for test group by DTI fusion BOLD imaging navigation(n=19)and control group by only DTI navigation(n=18)by the random digital number table．The patients in the two groups underwent brain tumor neuronavigation surgery．SPSS－aided statistical treatment was performed．ResultsThe tumor complete resection rates in the control group and the trial group was 50%and 73.68%(P＜0.05)．The postoperative morbidities of the control group and the trial group were 61.11%and 36.84%，respectively(P＜0.05)．For prognosis assessment，KPS score of the control group and the trial group KPS score was (79.11±13.14)and(90.00±4.88)，respectively．The excellent outcome rates in the control group and the trail group were 38.90%and 63.20%，respectively(P＜0.05)．ConclusionDTI and BOLD fMRI technology application in the functional area of the brain tumor surgery navigation，can more clearly show the brain functional area，conducive to the best surgical approach and operative scheme design．It is of value for the improvement of total tumor resection rate and the maximum retention of motor function．

Diffusion Tensor Imaging;Brain Tumors;Functional Areas;Neuronavigation【Author's address】Ganzhou People’s Hospital，Ganzhou 341000，China

R651.1+1

A

10．3969/j．issn．1671－332X．2016．09．003

江西省卫生计生委科技计划项目(项目编号:20164054)叶新运 蒋秋华 冯秋女 杨瑞金 张震宇 冯开明 唐知己

宋海民 胡 坤 张珍华 张金石:赣州市人民医院 江西赣州341000

蒋秋华