DTI 技术在神经外科疾病的应用进展| 临床神经外科
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本文原标题：磁共振弥散张量成像技术在神经外科疾病的应用进展；本文作者：内蒙古医科大学内蒙古自治区人民医院临床医学院（王博）；内蒙古自治区人民医院神经外科（王忠，张瑞剑，王俊青，张义松，韩志桐）
磁共振弥散张量成像技术在神经外科疾病的应用进展
1994年，Basser等首次提出磁共振弥散张量成像（magnetic resonance diffusion tensor imaging，MR-DTI）的概念。MR-DTI可以无创地测量体内水的平移运动，提供关于其在不同组织中的各向异性的信息，通常用于定量测量可能受到神经疾病损害的组织的完整性，如脑白质神经纤维束；正常情况下健康大脑中的水运动具有明显的各向异性。然而，当轴突或神经元损伤存在时，这种各向异性效应便会减弱。DTI技术是从1994年提出后，在近20多年得到充分发展，并在神经系统疾病广泛应用的后处理及成像技术；以观测神经纤维束损伤后的定性及定量的变化，对神经纤维束损伤后肢体功能恢复做出比较客观的预后评估，并且在颅内病灶切除时应用术中DTI可减少对功能区纤维束的破坏，达到手术切除病灶的最优化。现对MR-DTI在神经外科疾病的应用进展综述如下。DTI的生理基础是水分子弥散的各向异性，即弥散张量。DTI可对生物组织中分子（主要是水）的扩散过程进行无创的活体成像。在水分子进行热运动扩散时，垂直作用于纤维束方向的阻力远远大于水平方向，因此，水分子的扩散模式可以揭示正常或患病状态下的组织结构的微观改变。通常，DTI产生多个参数，如平均弥散率（mean diffusivity，MD）、各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）等，可用于研究病理以及正常区域的大脑。由于DTI可以显示白质纤维结构的异常，并且可以提供大脑白质连通性的模型，现在正迅速成为神经系统疾病的放射学评估标准。随着DTI技术的不断发展，使用Neuro3D软件（西门子公司）与DTI结合后，将DTI数据整合成三维图像，将白质束的走行方向、空间位置、数量以及纤维间的连接关系充分可视化。临床中，轻度颅脑损伤患者在神经外科占很大比例。对这类患者的诊断一般基于CT诊断，包括脑挫裂伤、硬膜下出血、硬膜外出血等；对于出血量很少的患者，常规影像学检查不易判断；而对于最轻的脑震荡患者由于常规CT、MRI无异常表现，只能通过对患者症状进行评估，使这些患者极易被忽视，给临床诊断及治疗带来很大困扰。熊坤林用DTI技术对轻度颅脑损伤患者进行系统研究，与正常对照组相比较，轻度颅脑损伤患者的FA值在脑白质区域有显著下降，主要分布在上纵束、内囊、胼胝体体部、放射冠等区域；部分白质纤维束的MD值可显著增高，主要包括视束、上纵束及内囊等区域。并且通过对患者认知功能评分的进一步研究表明，轻度颅脑损伤患者的认知功能障碍与脑白质结构的变化显著相关。因此，白质纤维束可作为评价轻度颅脑损伤患者认知功能障碍的更客观的形态学指标，对于轻度颅脑损伤的诊断和治疗具有重要意义。sTBI患者一般为格拉斯哥昏迷量表（Glasgow coma scale，GCS）评分为3～8分的颅脑损伤后昏迷患者。临床上这类患者可能需要抢救或急诊手术，所以通常行头颅CT检查后，基本可以诊断明确；而且MRI检查时间长，危重患者不适宜进行这项检查。应用DTI技术可以预测患者预后。杜彦李报道，DTI检查显示sTBI患者多有神经纤维束的扭曲、移位及其完整性的破坏；选定内囊和胼胝体为感兴趣区，患者与正常对照者的FA值相比较均出现降低；对评估脑外伤患者病情严重性及预后具有临床意义。并且其在研究中用统计学方法尝试建立了昏迷时间预测方程:Ig（昏迷时间）=1.027+0.004595（年龄）－0.0755（GCS评分值）－0.0987（瞳孔状况）+0.04518（病灶个数）+0.527/（NAA/Cho）；预测患者昏迷时间，为临床治疗提供一定的指导。脑胶质瘤是常见的颅内原发性肿瘤，沿脑白质纤维束浸润性生长，肿瘤的周围存在水肿区，难以确定肿瘤边界的位置；因此常规影像学检查确定肿瘤边界的位置较为困难。所以，在手术治疗胶质细胞瘤前其边界的确定、肿瘤分级对治疗方案的确定具有一定的指导作用；在肿瘤治疗后预后的评估中也有一定的意义。何沛芝等研究发现，DTI检查显示瘤体区FA值、ADC值明显低于对侧正常脑白质，表明由于脑胶质瘤的发展，使其肿瘤细胞与周围的正常脑白质细胞之间产生差异；而且ADC的值与肿瘤实质细胞的密集度密切相关，在一定程度上可用于指导肿瘤分级。低级别脑胶质瘤FA值、ADC值明显高于高级别脑胶质瘤。由于随着肿瘤的恶性程度的升高，肿瘤细胞的密度增加，细胞间的间隙降低，细胞的核质比增加，异型性增高，使水分子的扩散度受到限制。因此肿瘤级别越高的FA和ADC值越低；并且FA、ADC在肿瘤分级中的灵敏度和特异度较高。所以，DTI技术可用于对胶质细胞瘤的分级。在临床上，对于脑胶质瘤的手术切除有很大的挑战，目前可以应用荧光素钠染色结合术中超声、神经导航系统基本已经做到病损切除的最大化。Chen等用DTI对胶质瘤患者进行DTT（diffusion tensor tractography）图像分析，在对肿瘤周围水肿区的脑白质纤维进行成像，观察到纤维束的破坏程度，也更直观地体现肿瘤细胞的浸润程度，有助于确认肿瘤细胞浸润区的边界。刘俊华对28例胶质瘤患者的研究发现，应用DTI重建有效锥体束（effective fibers of pyramidal tract，EPT））为主的脑白质纤维束，指导术中最大限度切除肿瘤并保护EPT，与常规切除肿瘤的全切率无明显差异，但术后3个月致残率却显著下降。所以在DTI技术引导下对于累及EPT的胶质瘤切除，不仅可以指导术者最大范围切除肿瘤，更能够降低术后致残率，以提高患者术后生活质量，从而达到胶质瘤切除的最优化。垂体腺瘤是常见的颅内良性肿瘤，在颅内肿瘤中仅低于脑胶质瘤和脑膜瘤，约占所有颅内肿瘤的10%，近年来在临床上愈加常见。Ylva等研究报道，给23例垂体腺瘤患者进行DTI检查发现，DTI可检测垂体腺瘤压迫前视通路的病理改变和损伤程度，低水平的轴向扩散性可能代表视觉通路的早期萎缩，即为视束损伤的早期征兆，是确定垂体腺瘤手术适应证的可靠工具。Mohamadreza等观测分析25例垂体大腺瘤导致视力、视野变化患者术前、术后不同时期的视辐射FA值变化；结果表明，术后3个月可作为评价垂体大腺瘤手术及预后的时间点，垂体大腺瘤患者术前双侧视辐射FA值下降程度可预测后期手术治疗效果及预后。垂体柄的保存在垂体瘤切除术中是非常重要的，有时术者在手术中难以识别垂体柄。Wang等用DTI对11例垂体腺瘤患者进行下丘脑垂体束（hypothalamic hypophyseal tract，HHT）追踪，并成功进行了纤维追踪和三维可视化，术后复查MRI显示垂体柄与下丘脑垂体束位置一致，表明DTI对术前定位垂体柄有一定帮助，可避免术中误切。听神经瘤是起源于雪旺细胞的良性肿瘤，主要起源于第Ⅷ对脑神经的前庭支，极少情况下直接来自于蜗神经；所以国际统一命名为前庭神经雪旺细胞瘤（vestibular schwannoma，VS），俗称听神经瘤。保留神经功能和生活质量的全肿瘤切除是现代听神经瘤手术的目标。术后面神经麻痹是听神经瘤切除手术的严重并发症。术前确定面神经对于手术医生有很高的价值，并且可能会提高面神经功能的手术安全性。Amey等对弥散张量成像纤维示踪（DTI-FT）技术用于面神经与听神经瘤毗邻神经定位的手术准确性进行了分析；结果显示，术前DTIFTN在超过90%的听神经瘤患者中能成功识别出完整的面神经，且对大听神经瘤（直径＞2.5cm）手术方案的制定有一定的辅助作用。所以，需要用DTI-FT组合神经导航对听神经瘤切除进行更多的研究，以观察这种特定技术在保留术后面神经功能方面提供的直接益处。国内外文献报道应用MR-DTI对缺血性脑血管病的研究较多。Zhang等在对永久性缺血闭塞的猕猴模型的研究中，用DTI指数观察了脑卒中后2～96h脑灰质和白质缺血性损伤的演变；发现白质束的平均扩散率（MD）从超急性期到急性期逐渐变化与整个梗死区域的MD变化在时间上相关；提示在监测脑卒中后早期白质变性对疾病变化、治疗及预后有参考价值。孟庆强等对20例脑梗死患者的研究发现，DTI在脑梗死诊断准确率、成本还是效率等方面均较常规MRI有更高的应用价值，可以有效地显示脑梗死前期的病变状况，准确判断患者是否存在白质纤维束受累，客观地提供病变数值，实现对疾病严重程度的量化。认知功能障碍是急性缺血性卒中后常见的并发症，影响高达75%的患者。Biesbroek等在对159例脑梗死患者进行DTI分数各向异性和MD进行分析，右上纵束、左皮质脊髓束、左钩束的损伤是脑梗死患者认知功能障碍最为关键的因素。Aben等对350例脑梗死患者的研究发现，约一半患者的认功能知障碍有不同程度恢复，而其他患者则保持认知功能受损或恶化；所以研究基于DTI的脑连通性测量，对脑卒中后认知功能障碍患者在发病1年后的认知功能结局的预测非常有必要。高血压脑出血（intracerebral hemorrhage，ICH）目前仍是临床死亡率和致残率高的疾病。与缺血性脑卒中相比，出血性脑卒中的致死率和致残率更高。皮质脊髓束（corticospinal tract，CST）损伤是脑出血致残的重要机制。脑出血后患侧感兴趣区的FA值、ADC值均较对侧有不同程度的降低；早期利用DTI技术可作为脑出血患者运动功能恢复的预测手段。对此国内外有大量文献报道。Sungho等报道1例34岁男性左侧基底节脑出血患者，最初表现为右侧肢体重度瘫痪，行DTT检查发现患者左侧CST被压迫到后侧，但其完整性基本保留；于发病第6d对患者行减压手术，术后第2d患者偏瘫出现明显改善；认为对脑部运动功能区域进行减压手术是患者运动功能恢复的关键。王忠等在对41例基底节区脑出血患者的研究发现，手术减压治疗较药物保守治疗患者出血侧FA值有明显升高；进一步证实可以在脑出血早期清除血肿，此对运动功能区的占位效应减少，有助于运动功能的恢复。脑动脉瘤是由于局部血管异常改变产生的脑血管瘤样突起。MR-DTI在动脉瘤的应用仅在国外文献中有少量报道，很少有人知道动脉瘤性蛛网膜下腔出血（SAH）后的视放射损伤，而且对SAH后视野缺损的致病机制知之甚少。Jang等在对21例动脉瘤性SAH患者的研究中发现，动脉瘤性SAH患者与正常对照者相比，视辐射的FA值显著降低，ADC值显著升高，而视辐射纤维数无显著差异；提示SAH后有视辐射的损伤，而且视神经水肿明显。所以进一步探索DTI对脑动脉瘤的应用价值很有必要。5.1帕金森病（Parkinson disease，PD）PD是由英国医师帕金森（James Parkinson）于1817年首先报道描述的一种多发于老年人群，以静止性震颤、肌肉强直、姿势反射丧失及认知功能障碍为特征的神经系统疾病。PD的诊断，临床一般通过患者的症状、年龄、应用左旋多巴有效等确定，CT、MRI等常规检查并无特异性表现；而症状明显时患者已进入中晚期，治疗难度大大增加。滕佳岐等在对54例PD患者的研究中发现，PD组患者黑质、壳核、尾状核头和额叶白质的FA值明显低于正常对照组；这种差异可能是因为PD患者多巴胺能神经元丢失、胶质细胞增生导致神经纤维结构紊乱；并且PD组患者额叶和颞叶白质的ADC值明显高于正常对照组，表明PD患者脑微观结构有异常改变；提示DTI测定的FA、ADC值对PD早期诊断有一定指导意义。Kirsten等分析71例PD患者和45例正常对照者的MRDTI，以及PD患者发病后1年随访MR-DTI的资料发现，PD患者脑干、小脑、胼胝体前部、额下和额枕下白质的FA显著升高，运动区MD显著升高。并且超过1年的帕金森病患者与正常对照组相比，视放射、胼胝体、顶叶、枕叶、颞后、丘脑后部和蚓部灰质中的FA值显著下降，额叶、岛叶和丘脑后部灰质及视神经放射和胼胝体的MD明显增高。在诊断PD的患者，可观察到DTI上灰质和白质有明显改变；并在PD发病的第1年扩展到其他皮质和白质区域。PD患者的这种DTI变化与神经解剖学研究相一致，表明DTI可以作为早期PD疾病进展的敏感影像学检查指标。Benabid等在20世纪80年代末发现脑深部电刺激（deep brain stimulation，DBS）可改善PD患者的运动症状；目前DBS已成为一种有效的治疗PD的手术方式，PD患者经丘脑底核（STN）DBS后，言语表现常出现恶化，但对其具体作用或机制尚未达成明确的共识，Albert等对35例诊断为PD患者经丘脑底核（STN）DBS后的研究，通过DTI追踪齿状丘脑束，确定齿状丘脑束在STNDBS患者中的潜在受累程度，认为DBS电极与到齿状丘脑纤维束的空间距离，来判断与语言功能障碍的相关性。所以，DTI可评价DBS电极触点刺激作用范围和纤维束的空间关系，选择最佳刺激靶点和参数，为达到最佳治疗效果。癫痫是神经外科常见疾病，是一种反复发作性的以意识障碍、抽搐、知觉障碍、感觉异常以至于精神、行为、情感及内脏功能紊乱为基本特征的综合征。其产生的原因是脑内大群的神经细胞不正常同步性过度放电所致。由于颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，TLE）的发病率较高，是局限性癫痫的代表，国内外学者对TLE的研究较多。Lionel等对35例TLE患者的DTI参数分析，发现MD值升高、FA值降低的区域不仅表现在海马，同样也出现在杏仁核、颞极；这与脑电图痫性放电区域有很好的一致性，间接反映了癫痫网络。并且通过近些年的研究，DTI对于癫痫灶的手术切除具有一定的指导意义。Keller等对43例TLE患者手术治疗的研究发现，有48.8%的TLE患者行颞叶手术后仍会出现癫痫发作；用DTI的量化参数计算穹窿伞、海马旁白质束和钩束的长度，发现术后无发生癫痫的患者较发生癫痫患者的钩束切除范围更大；表明钩束切除较小可能造成癫痫发生网络断开不充分，导致术后癫痫继续发作。DTI还能显示常规MRI不能显示的癫痫灶，可以指导外科手术对癫痫灶的充分切除，提高疗效。MR-DTI作为一种新型的可在活体观测脑白质神经纤维的无创成像技术，对神经系统疾病的研究已有了不菲的成果。但在临床上MR-DTI仍没有作为常规检查用于疾病诊断，此与DTI在数据的采集和后处理存在不足，以及受检者没有积极配合等多方面有关。而DTI对于神经系统疾病的发展及预后的评估对神经外科临床诊断和治疗方面都有着重要的参考价值。故DTI在神经外科手术中的应用愈加应当被重视；因目前神经外科手术中切除病变的同时误伤周围重要组织仍是神经外科疾病手术治疗的一大难点，所以术前行DTI检查对于手术的优化和指导作用就显得十分重要。相信在DTI技术的不断提升、数据的不断精细以及图像后处理不断优化下，MR-DTI可以在更多的神经外科疾病中得到充分应用，并且使神经外科手术治疗更加有效和安全。
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