磁共振弥散张量成像及纤维束成像在脑胶质瘤诊治中的初步应用①

孙立智，张 健

(佳木斯大学附属第一医院，黑龙江 佳木斯 154003)



磁共振弥散张量成像及纤维束成像在脑胶质瘤诊治中的初步应用①

孙立智，张 健

(佳木斯大学附属第一医院，黑龙江 佳木斯 154003)

目的：探讨磁共振弥散张量成像及纤维束成像在脑胶质瘤分级中的意义及对于临床术前制定手术方案的应用价值。方法：搜集2014-05～2015-06在佳木斯大学附属第一医院诊断并得到病理证实的脑胶质瘤患者资料共42例，按高低不同级别分为两组，分别进行常规MRI检查及DTI检查，经后处理后得到FA值及相应DTT图。采用t检验对数据进行统计学分析，P<0.05为有统计学意义。结果：①高级别胶质瘤肿瘤实体区比低级别胶质瘤肿瘤实体区的FA值小(P<0.05)；②高级别胶质瘤瘤周水肿区比低级别胶质瘤瘤周水肿区的FA值小(P<0.05)；③同一肿瘤的肿瘤实体区比瘤周水肿区的FA值小(P<0.05)。④低级别胶质瘤周围白质纤维束主要表现为正常或移位，高级别胶质瘤周围白质纤维束主要表现为稀疏或中断。结论：FA值能够用来区分高低级别胶质瘤，而DTT图则能够为临床术前手术区域的划分提供帮助。

弥散张量成像；弥散张量纤维束成像；高级别胶质瘤；低级别胶质瘤

起源于神经胶质细胞的肿瘤是中枢神经系统中最常见的原发性肿瘤[1]。该肿瘤是发生于神经外胚叶的一种胶质细胞瘤，是目前最顽固的肿瘤之一[2]。目前胶质瘤的治疗以手术治疗为主，术后给予放疗和化疗，以及其它方面的治疗，包括基因治疗、免疫治疗等[3]。在术前对肿瘤的级别进行区分对于外科制定手术计划以及对于放射治疗及化疗后的预后评估都是至关重要的[4]。一些特殊的核磁共振图像表现可以用来区分高级别胶质瘤及低级别胶质瘤，例如：坏死、肿瘤内出血及肿瘤周围的大片状水肿影都提示肿瘤的恶性性质。但是常规的磁共振检查并不能总是清晰的显示并区分出不同级别的胶质瘤。磁共振弥散加权成像反映了水分子的随机运动，这种运动是由分子自身的热能产生的，它受周围环境变化的影响。弥散张量成像(DTI)是通过张量数学模型来描述三维的分子运动的特性[5]。DTI目前还没有广泛的应用于临床，我们研究的目的就是通过弥散张量成像的指标来鉴别高低级别胶质瘤。

1 资料与方法

1.1 一般资料

搜集2014-05～2015-06在佳木斯大学附属第一医院诊断并得到病理证实的脑胶质瘤患者资料共42例。根据国际病理组织分型胶质瘤可分为Ⅳ级，其中Ⅰ～Ⅱ级为分化较好的肿瘤，性质偏良性，称为低级别胶质瘤；Ⅲ～Ⅳ级分化较差，为恶性肿瘤，称为高级别胶质瘤。42例患者按级别分组，结果如下：高级别胶质瘤24例，低级别胶质瘤18例。年龄35～72岁，平均53岁。高级别胶质瘤中，男14例、女10例；低级别胶质瘤中，男12例、女6例。上述病例均为首次发现病灶，没有采取任何手段进行治疗。对所有病例均先行常规MRI检查及增强检查，后做DTI扫描。

1.2 研究方法及后处理

美国GE公司生产的Signa HDX3.0T扫描仪，采用8通道头正交标准线圈，DTI自带图像后处理软件。

患者MRI常规检查，包括T1WI、T2WI、DWI及FLAIR序列横轴位、T2WI矢状位以及T1WI基础上的增强扫描。增强造影剂选择为钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)，经肘静脉快速注入，剂量为0.1mmol/kg。扫描参数分别为：T1WI：TR600ms，TE30ms，层厚6mm，间距1mm，激励次数1；T2WI：TR3800ms，TE5800ms，层厚6mm，间距1mm，激励次数1。以上采集16层全脑覆盖。DTI采用EPI横轴位扫描，参数为TR7400ms，TE87ms，层厚6mm，间距1mm，FOV230×230mm2，矩阵300×200，弥散敏感梯度方向为16，弥散敏感系数b值取0和1000s/mm2。共采集16层图像，每层可获得16帧图像，共获得256幅图像。

将所有数据传入ADW4.4工作站，利用Functool2.0软件对所得DTI图像进行处理，经过校对及核算得出FA图。在三名有经验的影像科医生的帮助下，根据常规检查所得图像确定出肿瘤的具体位置及瘤周水肿区。在肿瘤实体区、周围水肿区及健侧正常的脑白质区选定感兴趣区(region of interest，ROI)，ROI面积选定为20mm2左右。测量出对应的FA值。选择所测区域的不同部位以同种方法测量三次取平均值。在测量时应尽量避开脑沟、裂、池等部位，以免产生过多的伪影及部分容积效应。在FA图上选择感兴趣的部位，通过重建得出DTT图。

1.3 统计学方法

采用SPSS20.0统计学软件对所得数据进行分析，根据病理结果将病灶分成低级别胶质瘤和高级别胶质瘤组。应用t检验对两样本在肿瘤实体区、瘤周水肿区所得的FA值进行两两比较，经过统计学差异分析得出结果，以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

对比常规磁共振扫描所得图像，观察FA图可见：肿瘤实体区呈低信号，信号混杂不均。部分患者瘤周水肿区呈稍低信号，部分患者呈稍高信号。健侧对应脑白质呈高信号。测量各组FA值见表1。根据病理结果分组后，观察DTT图可见：在18例低级别胶质瘤中，有8例表现为病灶周围脑白质纤维束空间结构如常，7例表现为稍移位，3例表现为纤维束稀疏，所有纤维束均走行连续。在24例高级别胶质瘤中，其中9例表现出病灶周围纤维束移位，并伴有局部纤维束的变细，缺失。其余15例表现为纤维束稀疏、残缺及中断。见表2。

表1 高低级别胶质瘤不同区域FA值对照±s，n=42)

表2 高低级别胶质瘤周围白质纤维束空间结构对照(n=42，例)

3 讨论

弥散加权的概念在20世纪60年代首次被提出，直到90年代，伴随着磁共振成像设备和计算机技术的发展，以分子扩散运动为成像基础的磁共振弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)才开始比较广泛的应用于临床。弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是在弥散加权成像基础上发展起来的一种磁共振弥散成像新技术，因为它基于各向异性与组织的不均匀性扩散而成像[6]，所以弥散张量成像不仅能提供分子扩散幅度的信息，还能反映扩散方向的信息，因此能够很好的体现出人体生理以及病理组织中体素内的水分子扩散的三维结构信息，还能反映活体组织的空间三维结构及细胞内外微环境中水分子转运的情况，故现在广泛用于临床疾病的诊断与治疗。弥散张量就是指水分子的各向异性特征。弥散张量可以被看作是一个椭球体，张量作为被引入的一个概念用来表示三维张量球体的张力，三维张量椭球体的长轴表示最大的扩散值与扩散方向，短轴则代表最小的扩散值与扩散方向。弥散张量可以较好的反映出在各向异性介质中的扩散运输。通过弥散张量能够计算出一系列矩形向量，例如反映扩散椭球体主向量轴的方向及矢量的大小的本征矢量(eigenvectors)以及本征值λ1、λ2、λ3。λ1、λ2、λ3是弥散张量椭圆形球体的三个主轴半径，一般选择λ1>λ2>λ3，分别使其对应弥散张量的三个本征值。其中最大本征值对应的方向为局部纤维的主方向。e1、e2、e3分别代表λ1、λ2、λ3所对应的本征向量，为三个椭圆轴的方向矢量。而其他参数都是通过这三个本征向量得出的，如部分各向异性指数(fraction anisotropy，FA)、表观扩散系数(ADC)、体积比(volume ratio，VR)等[7]。

本文中的所有资料我们均采用DTI序列在多个不同方向上施加弥散梯度磁场，经过计算机处理获得部分各向异性指数即FA值。通过研究表明，在高级别胶质瘤和低级别胶质瘤中，分别在两组肿瘤实体区及瘤周水肿区测得的FA值经比较均有统计学意义(P<0.05)。同一肿瘤中肿瘤实体区与瘤周水肿区FA值差异有统计学意义(P<0.05)。我们认为由于高级别胶质瘤与低级别胶质瘤相比它的增殖能力更强，肿瘤细胞排列更加紧密，异型性更高，并且较后者更容易损伤白质纤维，因此FA值更低。而两种肿瘤自实质区至周围水肿区，FA值都逐渐增高的结果与晏怡[8]等的研究结果相仿。通过分析DTT图我们得出：低级别胶质瘤周围的白质纤维束主要表现为变形、移位，而粗细变化不大；高级别胶质瘤瘤周纤维束则大多出现稀疏、残缺以及连续性中断，粗细变化明显。部分学者测得的FA值在区分高低级别胶质瘤时无显著意义，我们认为这可能与采用的平面回波序列信噪比、运动伪影、感兴趣区选择的不同及样本数目有关。

研究表明将DTI技术应用于临床，不但能为外科术前制定手术计划提供帮助，而且能够帮助医生对患者的预后及早做出判断。当然，本研究仍然有很多的不足之处。首先，在设计实验时考虑到在有限的时间内不能搜集足够的病例，因此没有将病例按年龄及性别进行分组，这可能会导致数据存在一定的误差。其次，不同病例ROI放置位置的差异也会对最终结果造成一定的误差。这些问题我将在今后的学习工作中努力解决。

[1]Crocetti E,Trama A,Stiller C,et al.Epidemiology of glial and non-glialbrain tumours in Europe[J].Eur J Cancer,2012,48(10):1532-1542

[2]李明军,李英夫,吴雁，等.氰基丙烯酸正丁酯纳米载体促进紫杉醇粒抗脑胶质瘤作用的实验研究[J].黑龙江医药科学,2015,38(2):29-30

[3]李英夫,李明军,廉晓宇，等.Wistar大鼠SHG-44脑胶质瘤动物模型建立[J].黑龙江医药科学,2015,38(2):24

[4]Zinn PO,Colen RR,Kasper EM,er al.Extent of resection and radiotherapyin GBM:A 1973 to 2007 surveillance,epidemiology and end results analysis of 21,783patients[J].Int J Oncol,2013,42(3):929-934

[5]Basser PJ,Mattiello J,LeBihan D.MR diffusion tensor spectroscopy and imaging[J].Biophys J,2010,66(1):259-267

[6]Youngkyoo Jung,Alexey A Samsonov,Walter F Block,et al.3D Diffusion Tensor MRI with Isotropic Resolution Using a Steady-State Radia Acquisition[J].J Magn Reson Imaging,2009,29(5):1175-1184

[7]Beppu T,moue T,Shibata Y,et al.Measurement of fractional anisotropy using diuffsion tensor MRI in supratentorial astrocytic tumors[J].J Neuronoeol,2003,63(2):109-116

[8]晏怡,唐文渊,邓朝霞,等.弥散张量成像对肿瘤脑浸润的量化和应用[J].中国神经精神疾病杂志,2008,34(11):666-670

The primary application of magnetic resonance diffusion tensor imaging and fiber tractography in diagnosis and treatment of gliomas

SUNLi-zhi,ZHANGJian

(The First Affiliated Hospital of Jiamusi University,Jiamusi 154003,China)

Objective:To discuss the value of diffusion tensor imaging and diffusion tensor tractography in cerebral gliomas diagnostic classification,and its application value of preoperative formulation for clinical operation.Methods:42 patients with brain glioma who were diagnosed and confirmed pathologically in the First Affiliated Hospital of Jiamusi University from May 2014 to June 2015 were collected.According to different grades,these patients were divided into two groups.The routine MRI examination and DTI examination were performed respectively on them.The values of FA and the corresponding DTT figure after processing were available.The data was statistically analyzed by test.Assuming that P<0.05 was statistically significant.Result:(1)The FA values of the solid area of high grade gliomas is lower than that of the low grade gliomas (P<0.05).(2)The FA values of the peripheral edema area of high grade gliomas is lower than that of the low grade gliomas(P<0.05).(3)The FA values of the solid area in the same tumor is smaller than that of the peripheral edema area(P<0.05).(4) The white matter features around the low grade gliomas are normal or shift.And that which around the high grade gliomas are sparse or interrupted.Conclusion:The values of FA can be used to distinguish between high and low grade gliomas.And the DTT figure can provide help to preoperative division of operation area for clinicians.

diffusion tensor imaging; diffusion tensor tractography; high grade gliomas; low grade gliomas

孙立智(1990～)女，黑龙江哈尔滨人，在读硕士研究生。

张健(1968～)男，黑龙江佳木斯人，主任医师，硕士研究生导师。E-mail：564466233@qq.com。

R445.2

B

1008-0104(2016)05-0063-02

2015-12-30)