弥散张量成像应用于听神经瘤患者术前面神经定位可行性的初步研究

蔡林彬 杨军

听神经瘤(acoustic neuroma，AN)为桥小脑角最常见的良性肿瘤，生长速度缓慢，但肿瘤位于桥小脑角、内听道，空间有限，周围分布有神经、脑干，故一旦肿瘤压迫周围组织可引起患者出现耳鸣、听力下降、眩晕、平衡障碍等临床症状，甚至危及生命。外科手术作为其唯一根治手段，除了一般手术风险外，还可能有面神经功能受损、听力下降、脑脊液漏等并发症，早期主要以保障患者生命安全、瘤体彻底切除为手术目标，目前则更强调以保留面神经功能、预防术后周围性面瘫[1]、保存残余听力为目标，避免患者术后生活质量下降。

磁共振成像(MRI)的一些序列能显影健康人的颅神经[2,3]，甚至在小型听神经瘤患者的影像中可定位面神经[4]。术者术前借助MRI可评估瘤体大小、位置，拟定最佳手术方案、手术径路[5]；但是，大型听神经瘤的压迫增加了区分面神经的难度，头颅MRI难以区分周围组织与神经信号。近年来，临床影像科开始应用以水分子弥散特性为信号的新序列——弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)，DTI可非侵入性地展示体内脑白质的微观结构及功能状态，弥散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography，DTT)使用DTI数据三维重建脑白质通路。活体组织中的结构不同影响水分子自由弥散的方向和速率[7]，在神经纤维组织，水分子因受髓鞘、轴索排列方式等影响，表现为沿纤维走行方向的弥散，比与其垂直的方向更容易，在脑内不同结构的水分子其各向异性不同。DTI是目前唯一能在活体中显示神经纤维束的走行、方向、排列、髓鞘等信息的技术，能发现白质早期损伤的病理改变，已有报道DTI可重建三叉神经[8]、耳蜗神经[9]及面神经[9～16]。本研究探讨将弥散张量成像应用于听神经瘤患者术前面神经定位的可行性及临床意义，为听神经疾病患者更好地保留面神经功能提供参考。

1 资料与方法

1.1研究对象 本研究对象为2015年11月至2016年4月经上海交通大学附属新华医院耳鼻咽喉头颈外科确诊并进行手术治疗的6例听神经瘤患者，所有参与者均签署了知情同意书；其中，男2例，女4例，年龄29～58岁，左侧4例，右侧2例；病程4月～10年，临床症状包括耳鸣、听力下降、头痛、阵发性眩晕。6例患者听神经瘤的大小为1.2～3.9 cm，其中囊性变2例。

1.2DTI检查方法 使用PHILPSPS ACHIEVA3．0T超导型磁共振仪，同时扫描DTI序列(TR=6 500 ms，TE=95 ms，矩阵=320×320，b值=1 000 s/ram2，FOV=230 mm×230 mm；层距=1.0 mm，层间距=0)及FEASTA序列(TR=5.2 ms，TE=2 ms，矩阵=320×320，翻转角度=70°，FOV=160 mm×160 mm；层距=0.8 mm，层间距=0激发次数=1次，扫描时间=5 min)，在影像分析软件(iPlan)上对影像进行叠加，以FEASTA为背景选择感兴趣区并对重建出的神经束进行位置分析。感兴趣区设置为内听道矢状面，部分各项异性(FA值)阈值范围在0.2～0.1。

1.3DTI面神经突位与术中所见面神经位置比较 手术中外科医师依靠面神经刺激仪定位面神经与肿瘤相对位置，面神经位置被分为四型：上极、前方、下极、后方;以肿瘤中心至内听道连线为中轴，上极对应头位，下极对应脚位，后方为背侧，前方为腹侧。术后将DTI面神经突位图像结果与术中所见面神经位置进行对比。

2 结果

本组6例患者完成DTI检测时间均达40分钟或更长。6例听神经瘤患者中有2例采用0.2的FA值重建出面神经，4例将FA值调整至0.1重建出面神经束。由表1可见，6例患者均通过分析DTI扫描数据重建出符合面神经解剖位置的神经束。

表1 6例患者术前肿瘤分级、DTI示和术中所见FN位置功能及术前、术后FN功能和FA值

注：FN：面神经；FA：部分各项异性

5例DTI重建结果与术中所见一致，DTI及术中所见均显示面神经位于肿瘤前方(图1、2)，术前DTI定位面神经的准确性为83.3%(5/6)，5例患者术中面神经保留完好；1例患者(病例4，肿瘤直径3.9 cm)术前DTI面神经定位结果与术中定位的面神经位置不相符，DTI显示为前位，术中见肿瘤压迫神经致面神经移位变形至肿瘤上级，从束状变为扁平状，该患者术中面神经有所损伤(图3、4)。

3 讨论

2006年有文献首次报道使用弥散张量纤维束成像跟踪听神经瘤患者的面神经，之后陆续有一些研究应用这种影像技术重建听神经瘤患者的面神经。Hodaie等[17]应用DTI对4例健康受试者颅内神经进行评估，第一次显示了面听神经的脑池段，然而面神经、前庭神经、蜗神经在该区的解剖位置相近，研究者无法将其区分。Taoka等[12]将扫描层间距设置为3 mm，Gerganov等[11]使用1.6 mm的扫描层间距，不过这两篇文献的研究者都无法判断面神经的形状，无法看出神经是否被肿瘤压迫至平坦。Wei等[13]的研究包括23例听神经瘤患者，应用DTI和常规肿瘤扫描序列评估DTI鉴别面神经、耳蜗神经和三叉神经的可靠性，其提出运用“超选择跟踪”来区分神经束，同时通过较小范围的感兴趣区域来确定从脑干到内听道的所有单个神经束，从而有助于识别不同的神经纤维，结果显示DTI未能识别肿瘤与脑干之间被极度压迫的面神经节段。Yoshino等[18]研究了22例听神经瘤患者，应用稳态采集快速成像序列(FIESTA)结合DTI，将重建出的神经纤维以3D -FIESTA扫描出的影像为背景从各个角度同时显示；FIESTA序列能够显影精细的解剖结构，当DTI重建的神经纤维放在清晰的背景上时，通过对解剖位置的判断能更加精准地辨别颅神经。Zhang等[16]应用DTI和3D FIESTA时，将神经纤维通过小范围感兴趣区域一一区别，能识别单个神经束并将其与违背解剖学的伪影区分开。

图1 患者1的术前面神经显影(水平位) 示面神经位于肿瘤前方

图2 患者1,肿瘤已被完全摘除 术中发现在内听道底面神经位于肿瘤前上方,被肿瘤向下方推移直至脑干

图3 患者4的术前面神经显影(水平位) 面神经位于肿瘤前方

图4 患者4,肿瘤部分切除 术中发现面神经迷路段被肿瘤包绕,面神经与肿瘤粘连紧密。面神经自内听道上方绕至肿瘤上极后向下方走行至脑干

根据扫描的图像进行面神经重建时有两个重要的设定值，即部分各向异性(FA)和感兴趣区(ROI)。在灰质和脑脊液中，各向异性接近于零，因为弥散系数在所有方向上都是相似的；在脑白质中部分各向异性数值与髓鞘的完整性、纤维的致密性及平行性呈正相关，各向异性系数越大，组织的各向异性越强，意味着结构排列越规律紧密；在颅内选择一个ROI，将示踪颅内所有神经纤维变为仅示踪穿过该区域的神经。FA和ROI的设定直接影响DTI图像中神经束的重建率及准确率。根据已有文献，本研究将FA值初步设定为0.2，重建出符合面神经位置的神经束，以0.02为阶梯递减至0.1，结果本研究中2例采用0.2的FA值重建出面神经，4例患者在FA值为0.1时面神经才得以定位，考虑与图像的精度有关。然而减少扫描层厚意味着增加扫描时间，考虑到患者的耐受性，本研究在初步探讨临床可行性时暂未调整扫描层厚。文献中提及的感兴趣区均在水平位影像划定感兴趣区，大致分为两种类型：内听道及肿瘤-脑组织边界的组合，内听道及面神经出脑干处的组合，本文研究者与Philips工程师探讨，以矢状位影像中的内听道截面为感兴趣区进行重建，结果重建率为100%(6/6)，相较于大部分文献的重建率有所提高，值得进一步研究。

Taoka等[12]对8例听神经瘤患者的面神经进行DTI重建，并首次在手术中验证影像结果，最终7例患者DTI可重建出符合面神经解剖的神经纤维，其中5例患者与手术中所见一致。Gerganov等[11]用DTI对22例大型听神经瘤患者术前进行面神经定位，术中发现面神经位置与DTI重建结果的一致性为90.9%(20/22)。Li等[19]报道使用神经导航技术验证术前DTI的准确性，首先将面神经的DTI图像整合进术中神经导航，术中依靠解剖位置和神经刺激仪由神经外科医生进行定位，与导航位置比较；19例患者中有18例在术前进行DTI定位，其中17例的结果与术中定位一致，DTI定位的精确度为94.4%(17/18)。本研究中6例患者中5例重建结果与术中所见一致，DTI的准确率为83.3%(5/6)；可见，听神经瘤患者术前应用DTI定位面神经的准确性较好。大型听神经瘤常压迫面神经及脑干[12]，为了保护后两者，术者会选择留下部分粘连神经或脑干的肿瘤，应用DTI技术在术前定位面神经有利于更好地规划手术方案，缩短术中寻找面神经的时间，降低面神经损伤概率，在肿瘤粘连压迫严重时，提高肿瘤的全切除率，降低肿瘤复发风险。

现已应用的显影技术中，DTI是为数不多能进行神经重建的序列，然而该检查距临床应用还有一定距离，最重要的原因为扫描耗时过长、对医师专业知识要求较高，本研究中每例患者的扫描时间达四十分钟或更长，患者在MRI扫描仪内保持不动较困难，甚至有患者无法耐受而退出；每例患者的DTI数据分析由耳鼻咽喉头颈外科医师完成，影像科医师虽对面神经正常解剖位置较熟悉，但对肿瘤压迫移位的面神经位置判断则经验不足。希望今后能缩短DTI扫描时长，并自动化分析神经显像；未来随着技术成熟DTI应该能在颅脑神经相关手术的术前神经定位中发挥重要作用，但其准确率还需进一步提高。