磁共振弥散张量成像及纤维束成像对脑胶质瘤分级的诊断价值.pdf

118磁共振成像2011年第2卷第2期ChinJMagnResonImaging,2011,Vol2,No2临床研究|ClinicalArticles摘要目的联合应用弥散张量成像(diffusiontensorimaging，DTI)与弥散张量纤维束成像(diffusiontensortractography，DTT)，探讨其在胶质瘤分级诊断中的应用价值。方法25例脑胶质瘤患者进行常规MR及弥散张量成像，经组织病理学证实其中9例低级别(级)胶质瘤，16例高级别(级)胶质瘤，分别测量肿瘤中心的FA值、MD值，并利用纤维束成像技术（DTT）观察、评价胶质瘤周围白质纤维束改变。结果测量、统计低级别胶质瘤组与高级别胶质瘤组瘤体实质的FA值、MD值,其中肿瘤中心的FA值两组间具有统计学差异(P0.05)，而MD值两组间差别不具有统计学意义(P0.05)。DTT显示9例低级别胶质瘤中白质纤维束的整体形态多基本完整,白质纤维束受压、偏移者7例，部分中断者2例。15例高级别胶质瘤中白质纤维束明显变形移位,14例病变区白质纤维束明显破坏，另有1例级胶质瘤患者的白质纤维束主要表现为受压移位。结论弥散张量成像与弥散张量纤维束成像联合应用，有助于胶质瘤的分级诊断，并能够显示肿瘤与周围脑白质神经纤维的位置关系，指导临床制定手术计划。关键词弥散张量成像；弥散张量纤维束成像；胶质瘤ApplicationofmagneticresonancediffusiontensorimagingandfibertractographytoevaluatethevalueofdiagnosticclassificationofcerebralgliomasHUHong-bo,LIUPeng-fei*DepartmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China*Correspondenceto:LiuPF,E-mail:Received1Apr2010；Accepted28Dec2010AbstractObjective:Toevaluatethebraingliomasbythecombinationofdiffusiontensorimaging(DTI)anddiffusiontensortractography(DTT),andtodiscussitsvalueincerebralgliomasdiagnosticclassification.MaterialsandMethods:ConventionalMRIandDTIwereperformedin25patientswithhistologicalconfirmedasgliomaswhichconclude9low-gradegliomas(WHOgradeI-II),16high-gradegliomas(WHOgrade-).ThevaluesofFAandMDwerecalculatedinthepatientstumorcenter.TheclinicalbenefitofDTTindisplaythebrainwhitematterfiberwasevaluated.Results:TherewassignificantdifferenceofFAvaluesinthesolidpartoftumorsbetweenlow-gradgliomasandhigh-gradegliomas(P0.05).OntheDTTmap,7of9lowgradegliomasshowedfiberbundledeviation,2of9lowgradegliomasshowpartlyinterruption；15highgradegliomaspatientsfiberbundleweredeviated,14of15highgradegliomaspatientsfiberwereobviouslydestructed.Butmainlyappearasfiberdeviationin1gliomaspatient.Conclusion:CombinationofDTIandDTTcouldbehelpfulinjudgingthedegreeofthetumorandaccuratelyshowtherelationshipoftumorandsurroundingwhitematterfiberclearly,andprovidemoreinformationofdifferentialdiagnosis.Itisgreatvalueinsurgicalplanforpatientswithcerebralgliomas.KeywordsDiffusiontensorimaging；Diffusiontensortractography；Gliomas作者单位：哈尔滨医科大学附属第一临床医学院磁共振诊断中心，哈尔滨150001第一作者简介：胡鸿博(1983)，男，硕士，医师，现工作于哈尔滨医科大学附属第二临床医学院磁共振诊断室。研究方向：中枢神经系统磁共振功能成像。E-mai:通讯作者：刘鹏飞，E-mail:收稿日期：2010-04-01接受日期：2010-12-28中图分类号：R730.264；R445.2文献标识码：ADOI:10.3969/j.issn.1674-8034.2011.02.009胡鸿博，刘鹏飞.磁共振弥散张量成像及纤维束成像对脑胶质瘤分级的诊断价值.磁共振成像,2011,2(2):118-122.磁共振弥散张量成像及纤维束成像对脑胶质瘤分级的诊断价值胡鸿博，刘鹏飞*脑胶质瘤(glioma)又叫神经胶质瘤(neuroglialtumors)，起源于神经胶质细胞，是最常见的原发性脑肿瘤,侵袭性生长是其最主要的特征,手术治疗仍是当前临床上最基本和最主要的治疗方法。但是临床上单纯依靠常规影像学检查对胶质瘤的分级及其边界的确定存在一定局限性，这给临床手术方案的制定带来了困难。磁共振弥散张量成像(diffusiontensorimaging,119临床研究|ClinicalArticles磁共振成像2011年第2卷第2期ChinJMagnResonImaging,2011,Vol2,No2DTI)及弥散张量纤维束成像(diffusiontensortractography,DTT)是近年来发展起来的较新的磁共振检查技术。磁共振弥散张量成像是通过检测水分子弥散运动的各向异性，可以分析正常组织和病变组织水分子各向异性扩散程度，现在已开始应用于对颅内肿瘤的评价1。弥散张量纤维束成像是目前唯一可在活体上显示脑白质纤维束的无创性成像方法，使术前较准确界定肿瘤范围、明确肿瘤对白质的损伤情况成为可能2。DTI与DTT结合能用于监测脑白质内水扩散的各向异性以及扩散程度，评价胶质瘤级别，反映白质纤维束的病理状态，清晰直观地显示脑内白质纤维束走行及重要脑白质纤维束与邻近病变的解剖关系。在手术方案的制定、减少术后致残率以及提高患者生存质量等方面都具有极其重要的意义。1资料与方法1.1临床资料搜集2008年6月至2009年12月哈尔滨医科大学附属第一医院经手术及病理证实的胶质瘤患者共25例，男15例，女10例，年龄1964岁，平均41岁。其中良性星形细胞瘤8例，毛细胞性星形细胞瘤1例；间变性型星形细胞瘤6例，胶质母细胞瘤10例；按世界卫生组织(WHO)2007年分级，级9例，级16例。1.2常规磁共振检查图1A左侧颞叶星形细胞瘤II级患者的磁共振弥散张量成像FA图，显示病变中心信号强度减低；图1B同一患者磁共振弥散张量成像FA彩图；图1该患者磁共振弥散张量纤维束成像纤维束示踪图，显示病灶周围白质纤维束主要表现为移位改变图2A右侧额叶胶质母细胞瘤磁共振弥散张量成像FA图，显示病变中心信号强度较图1a明显减低；图2B同一患者磁共振弥散张量成像FA彩图；图2C该患者磁共振弥散张量纤维束成像纤维束示踪图，显示病灶周围白质纤维束明显破坏，周围可见少数移位白质纤维束Figure1AThelefttemporallobegradeIIgliomasinpatientswithmagneticresonancediffusiontensorimagingFAmapshowingthelesioncenterwassignificantlylowerFAvalues；Figure1BThesamepatientnullscolorFAmapofmagneticresonancediffusiontensorimaging；Figure1CThepatientmagneticresonancediffusiontensorimagingfibertractographyshowingthesurroundingwhitematterlesionsmainlywasashiftfiberchanging.Figure2AThemagneticresonancediffusiontensorimagingFAmapshowrightfrontallobeglioblastoma；Figure2BThesamepatientnullscolorFAmapofmagneticresonancediffusiontensorimaging；Figure2CThepatientmagneticresonancediffusiontensorimagingfibertractographyshowingthesurroundingwhitematterlesionsmainlywassignificantdisrupted,surroundedbyasmallnumberofvisiblewhitematterfiberbundleshift.1A1B1C2A2B2C120磁共振成像2011年第2卷第2期ChinJMagnResonImaging,2011,Vol2,No2临床研究|ClinicalArticlesPhilipsAchieva3.0T超导型MR成像系统，先行常规MRI扫描，包括横断面T1WI-FSE，TR/TE=360ms/10ms，矩阵256null256，FOV24cmnull24cm，层厚5mm，间隔1mm，激励次数（NEX）=2；矢状面T2WI-SE，TR/TE=4600ms/96ms，矩阵256null256，FOV24cmnull24cm，层厚5mm，间隔1mm，激励次数（NEX）=2；冠状位液体反转恢复序列(FLAIR序列),TR/TE=6000/100ms,256null256，FOV24cmnull24cm，层厚5mm，间隔1mm，激励次数（NEX）=1，常规MRI扫描主要有利于显示肿瘤位置，便于DTI扫描的定位及DTT后处理。1.3DTI、DTT检查及分析使用PhilipsAchieva3.0T超导型MR成像系统，采用标准8通道头部线圈。DTI扫描采用单次激发平面自旋回波序列(SS-EPI)。TR/TE=5000/60ms,层厚2mm，间隔0mm，激励次数为2，层数60层，视野（FOV）：230null230，b值为0、800s/mm2。在16个各向同性方向上分别施加扩散敏感梯度,扫描时间4分38秒。将原始数据经随机附带的DTI后处理软件进行处理生成FA图及本征值（1、2、3）图，并从这些图像中测量及计算感兴趣区的FA及MD值。其中，MD=（1+2+3）/3。所有计量资料均以xnulls表示。DTT白质纤维束重建，利用DTI扫描获得的原始图像，导入到工作站随机附带的Fibertract软件中，自动生成DTT白质纤维束的三维重建图像。1.4感兴趣区(ROIs)选择进行增强，通过肘静脉注射钆喷替酸葡甲胺15ml,（Gd-DTPA）检查。增强扫描均行横轴面、矢状面及冠状面扫描。采集矩阵256null256,视野(FOV)24cmnull24cm,层厚5mm,层间距1mm。瘤灶(瘤体)区：若肿瘤的T1WI增强图像有强化，将增强最显著部分作为瘤体实质的测量区；对于个别无强化的低级别胶质瘤，选T2WI像高信号的中心区域作为肿瘤部分。在肿瘤的实性部分选择感兴趣区，尽量避开脑沟、脑室部位，尽可能消除测量误差。1.5统计方法数据结果以xnulls表示,两样本之间的比较采用t检验(studentttest)分析低级别与高级别胶质瘤肿瘤中心FA、MD的差别。以P0.05为差异具有统计学意义。2结果2.1测量25例胶质瘤瘤体实质的FA、MD数值9例低级别(级)胶质瘤、16例高级别(级)胶质瘤肿瘤中心的FA具有统计学差异(P0.05)，而两组间MD值无统计学差异(P0.05)，(见表1)。2.2不同级别胶质瘤DTT图表现FA图像清晰显示两侧大脑半球白质纤维束，肿瘤对侧的白质纤维束走向良好，信号均匀，肿瘤侧的白质纤维束与肿瘤区信号显示清楚，肿瘤邻近白质纤维束受压移位,部分受侵、破坏。9例低级别胶质瘤中白质纤维束的整体形态多基本完整，白质纤维束表现为受压、偏移者6例，表现为部分中断者3例，如图1为左侧颞叶低级别星形细胞瘤。15例高级别胶质瘤中白质纤维束多呈现明显破坏，6例表现为病变区白质纤维束明显中断、稀疏，8例表现为肿瘤区域内的白质纤维束示踪全部或大部分中断，另有1例级间变性星形细胞瘤的白质纤维束主要表现为受压移位，如图2为右侧额叶胶质母细胞瘤。3讨论脑胶质瘤目前主要是手术治疗，而手术的最佳结果是最大限度的切除肿瘤和尽量减少脑功能损伤。因此在手术前，要详细了解胶质瘤的恶性程度及病灶与皮质功能区和白质纤维束之间的关系，尤其明确病灶与邻近大脑主要白质纤维束的关系更显重要3。3.1磁共振弥散张量成像FA、MD值对脑胶质瘤级别的评价低级别胶质瘤组肿瘤中心Tumorscenteroflow-gradegliomas高级别胶质瘤组肿瘤中心Tumorscenterofhigh-gradegliomast值tvalueFA0.221null0.270.178null0.15*4.41MD0.761null0.030.791null0.051.875表1低级别、高级别胶质瘤组肿瘤中心的FA、MD值的比较Table1:ThecomparisonofLow-gradeandhigh-gradegliomascentersFAandMDvalue注:null*null代表低级别胶质瘤组与高级别胶质瘤组有差异Note:*:suggestssignificantdifferencebetweenlow-gradeandhigh-gradegliomasgroupMDvaluesareexpressedinunitsnull103mm2/s.121临床研究|ClinicalArticles磁共振成像2011年第2卷第2期ChinJMagnResonImaging,2011,Vol2,No2本研究证实了磁共振弥散张量成像有助于了解肿瘤的恶性程度。本研究对经组织病理学证实的25名胶质瘤患者行DTI扫描，测得磁共振弥散张量成像胶质瘤瘤体的FA、MD数值，部分各项异性FA值反应神经纤维的完整性，胶质瘤患者肿瘤区域出现白质纤维束的破坏，造成神经元细胞的缺失及神经纤维完整性的破坏，胶质瘤肿瘤中心FA值降低。而高级别胶质瘤较低级别对白质纤维束的破坏更为显著，高级别胶质瘤组与低级别胶质瘤组比较肿瘤中心的FA值差别显著，胶质瘤低度恶性组(级和级)的FA值高于高度恶性组(级和级)，且具有统计学意义，这与以往的报道相一致4；而两组的肿瘤中心的MD值虽有差别，但不具有统计学意义，但是有的研究报道提出高级别胶质瘤组与低级别胶质瘤组肿瘤中心的MD值差别同样具有统计学意义，与我们的研究结果不同，出现这种结果的原因可能是由于我们的研究中样本量较小。Stadlbauer等人5研究表明，级、级胶质瘤的FA值有一定的差别，具有统计学意义，但是差别不十分显著，这可能与研究样本量过小有关。同时指出在胶质瘤分级中FA值较MD值敏感性更高。而Goebell等6的研究了23例级(11例)和级(12例)星形细胞肿瘤的FA值,结果认为级、级胶质瘤的FA值的差别无统计学意义，但是级、级胶质瘤边界的FA值显著不同，具有统计学意义。但我们认为这个结果有欠准确的之处，首先Goebell等是根据T2WI像上病变的中心作为肿瘤中心的，而实际上很多研究都以增强扫描的强化区域作为研究对象4,5,7,8；其次，因为对于级肿瘤即星形细胞瘤而言大部分病变周围并没有明显的水肿,而对于级肿瘤即间变性星形细胞瘤而言往往有较明显是水肿,Goebell等测量的实际是级肿瘤的边缘,级肿瘤周围的水肿区域。3.2DTI及DTT图像在脑胶质瘤定级诊断中的作用胶质瘤对周围组织的浸润性生长，使白质呈现四种形式的变化，即白质纤维束的移位、水肿、浸润、破坏。Witwer等9利用彩色编码图像研究9例颅内肿瘤的白质纤维束的改变，并将白质纤维束这4种变化方式分别定义为：移位是指该纤维保持正常的各向异性,但与正常侧相对应部位的白质纤维束比较位置发生变化；水肿是指保持正常的各向异性和方向,但在T2WI图像上呈高信号；浸润是指各向异性降低，但在FA图像上仍能辨认；破坏是指纤维的各向异性明显降低，且在FA图上不能辨认。在我们的研究中，患者的白质纤维束在FA图和彩色张量图上可以清楚显示。脑内灰白质的FA图信号强度不同，丘脑等灰质呈低信号；胼胝体等白质呈高信号。在彩色FA图上,蓝色、红色及绿色分别代表上下、左右及前后走行的脑白质纤维束。利用DTT可以清晰显示白质纤维束走行、肿瘤对白质纤维束的推移及破坏10,11。本文研究中9例低级别胶质瘤临近脑白质纤维束受压移位，FA图肿瘤区信号强度轻度降低；在15例高级别胶质瘤临近脑白质纤维束明显浸润、破坏,FA图肿瘤区信号强度明显减低。低级别的胶质瘤对周围脑白质纤维束主要的作用为推挤、压迫，DTT主要表现为肿瘤周围白质纤维束的变形、移位；移位主要见于低度恶性肿瘤，这是因为当肿瘤恶性程度较低时,肿瘤代谢不活跃，其周围水肿、浸润往往不明显，其周围的白质纤维束呈现为移位改变12。高级别胶质瘤周围脑白质纤维束有浸润和破坏，三维DTT表现为有中断、缺如，因为浸润、破坏主要见于高度恶性的肿瘤，肿瘤代谢活跃，除了向周围浸润性生长外，同时破坏正常白质纤维束，使得肿瘤区域大部分白质纤维束中断、缺如。本研究在进行白质纤维束的异常改变分类时未具体讨论胶质瘤水肿区域,是由于我们在观察所有病例后发现在影像图像上水肿与浸润很难鉴别，这有待于进一步的研究和分析。因此可以通过弥散张量纤维束成像（DTT）观察白质纤维束的改变情况，同时结合弥散张量成像（DTI）的FA图肿瘤区的信号强度特点，间接地对肿瘤进行诊断及鉴别诊断，并对周围白质纤维束情况进行判断13。综上所述，磁共振弥散张量成像联合弥散张量纤维束成像，有助于评价胶质瘤的恶性程度，同时可清楚地显示肿瘤与周围脑白质纤维束的位置关系，为指导临床制定手术计划具有重要的临床意义，临床应用前景广泛。本研究尚存在不足之处：DTI及DTT不能直接发现肿瘤边缘区或瘤周水肿区有无肿瘤细胞浸润情况，没有对不同感兴趣区进行组织学活检，进行病理与影像的点对点分析，相关课题有待于进一步研究。参考文献References1MamataH,MamataY,WestinCF,etal.High-resolutionlinescandiffusiontensorMRimagingofwhitematterfibertractanatomy.AJNRAmJNeuroradiol,2002,23(1):67-75.2NimskyC,GanslandtO,HastreiterP,etal.IntraoperativediffusiontensorMRimaging:shiftingofwhitemattertractsduringneurosurgicalproceduresinitialexperience.Radiology,2005,234(1):218-225.3StadlbauerA,GruberS,NimskyC,etal.PreoperativeGradingofGliomasbyUsingMetaboliteQuantificationwithHigh-Spatial-ResolutionProtonMRSpectroscopic122磁共振成像2011年第2卷第2期ChinJMagnResonImaging,2011,Vol2,No2临床研究|ClinicalArticlesImaging.Radiology,2006,238(3):958-969.4JiangXY,CaoXS,ZhangL,etal.Preoperativeevaluationoftumorgradeingliomasusingdiffusiontensorimaging.JMedImaging(China),2008,18(9):973-975.5StadlbauerA,GanslandtO,BusleiR,etal.Gliomas:HistopathologicEvaluationofChangesinDirectionalityandMagnitudeofWaterDiffusionatDiffusion-TensorMRImaging.Radiology,2006；240(3):803-810.6GoebellE,PaustenbachS,VaeterleinO,etal.Low-GradeandAnaplasticGliomas:DifferencesinArchitectureEvaluatedwithDiffusion-TensorMRImaging.Radiology2006,239(1):217-222.7LaundreBJ,JellisonBJ,BadieB,etal.Diffusiontensorimagingoftherticospinaltractbeforeandaftermassresectionascorrelatedwithclinicalmotorfindings:preliminarydata.AJNRAmJNeuroradiol,2005,26(4):791-796.8TarnawskiR,SokolM,