融合DTI及BOLD成像在腦功能區(qū)腫瘤神經(jīng)導(dǎo)航術(shù)中的應(yīng)用

葉新運(yùn) 蔣秋華 馮秋女 楊瑞金 張震宇 馮開(kāi)明 唐知己 宋海民 胡 坤 張珍華 張金石

融合DTI及BOLD成像在腦功能區(qū)腫瘤神經(jīng)導(dǎo)航術(shù)中的應(yīng)用

葉新運(yùn) 蔣秋華 馮秋女 楊瑞金 張震宇 馮開(kāi)明 唐知己 宋海民 胡 坤 張珍華 張金石

目的探討彌散張量成像技術(shù)(DTI)融合血氧水平依賴成像技術(shù)(BOLD)指導(dǎo)腦功能區(qū)腫瘤神經(jīng)導(dǎo)航手術(shù)的臨床應(yīng)用價(jià)值。方法我院在2011年12月－2015年12月收治37例涉及運(yùn)動(dòng)區(qū)的腦腫瘤患者，按隨機(jī)數(shù)字表法將其分為試驗(yàn)組(DTI融合BOLD影像導(dǎo)航)19例及對(duì)照組(僅DTI影像導(dǎo)航)18例，兩組患者均行腦功能區(qū)腫瘤神經(jīng)導(dǎo)航術(shù)，利用SPSS 19．0統(tǒng)計(jì)兩組患者手術(shù)效果及預(yù)后情況。結(jié)果對(duì)照組腫瘤全切率50%低于試驗(yàn)組腫瘤全切率73．68%(P＜0．05);對(duì)照組術(shù)后致殘率61．11%高于試驗(yàn)組術(shù)后致殘率36．84%(P＜0．05);預(yù)后評(píng)估:對(duì)照組KPS評(píng)分(79．11±13．14)分低于試驗(yàn)組KPS評(píng)分(90．00±4．88)分，對(duì)照組優(yōu)良率38．90%低于試驗(yàn)組優(yōu)良率63．20%(P＜0．05)。結(jié)論DTI聯(lián)合BOLD技術(shù)應(yīng)用于功能區(qū)腦腫瘤的導(dǎo)航手術(shù)，能更清晰地顯示腦功能區(qū)的解剖學(xué)信息，有利于最佳手術(shù)入路及手術(shù)方案的設(shè)計(jì)，對(duì)提高腫瘤的全切率及最大限度地保留運(yùn)動(dòng)功能具有重要的價(jià)值。

彌散張量成像;腦腫瘤;功能區(qū);神經(jīng)導(dǎo)航

顱腦腫瘤手術(shù)的目的是最大限度地切除腫瘤并盡可能保留腦的重要功能區(qū)及結(jié)構(gòu)的完整性，從而提高患者的術(shù)后生存質(zhì)量［1］。手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)的出現(xiàn)為大幅提高手術(shù)質(zhì)量提供了可能，是近年來(lái)精準(zhǔn)神經(jīng)外科手術(shù)技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)重大突破。本研究將利用神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合彌散張量成像技術(shù)(Diffusion Tensor Imaging，DTI)和血氧水平依賴功能磁共振成像技術(shù)(Blood Oxygenation Level Dependent－functional Magnetic Resonance Imaging，BOLD－fMRI)，探討其在腦功能區(qū)腫瘤切除手術(shù)的療效，了解其臨床應(yīng)用及推廣價(jià)值。

1 資料與方法

1．1 一般資料 2011年12月－2015年12月，37例涉及運(yùn)動(dòng)區(qū)的腦腫瘤患者，男性16例，女性21例，年齡16～65歲，平均年齡(43．20±12．36)歲;腫瘤部位:左側(cè)22例，右側(cè)15例;額葉4例，額頂葉14例，島葉、基底節(jié)區(qū)8例，顳葉3例，顳頂葉6例，頂枕葉2例。所有患者均被告知詳細(xì)的治療計(jì)劃，并自愿參加試驗(yàn)。將37例患者按照隨機(jī)數(shù)字表法分為試驗(yàn)組(n=19)與對(duì)照組(n=18)，分別實(shí)施DTI融合BOLD影像導(dǎo)航與僅DTI影像導(dǎo)航。試驗(yàn)組與對(duì)照組一般資料對(duì)比，P＞0．05，可對(duì)比。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)通過(guò)。

1．2 影像掃描 試驗(yàn)組實(shí)施DTI融合BOLD影像導(dǎo)航，對(duì)照組僅DTI影像導(dǎo)航。應(yīng)用西門子3．0 T MAGNETOM Avanto磁共振掃描儀 (SIEMENS MAGNETOM Avanto)，標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈。T1掃描參數(shù):TR/TE為9/2 ms;以2 mm為層厚，以256×256像素為矩陣，以220 mm×220 mm為視野，實(shí)施水平位掃描。DTI掃描參數(shù):單次激發(fā)自旋回波平面回波脈沖序列;以10 000/112 ms為TR/TE，以5 mm為層厚，以128×128像素為矩陣，以220 mm×220 mm為視野，且確保b值為600 s/mm2;保證每個(gè)層面均在22個(gè)方向上施加彌散梯度，總計(jì)掃描618次。BOLD檢查方法:采用Gradient Echo EPI，檢查方法為交替對(duì)掌運(yùn)動(dòng)，模式采用組塊設(shè)計(jì)法。忽略的循環(huán)數(shù)(base)=8 cycle，Active Phase=10，Base Phase=10，重復(fù)次數(shù)=5。

1．3 圖像處理 本研究利用導(dǎo)航系統(tǒng)自身的DTI、BOLD圖像處理系統(tǒng)對(duì)病例圖像進(jìn)行處理。

1．4 影像融合 分別將DTI和BOLD導(dǎo)航序列圖像傳輸至神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)工作站。軟件模塊采用導(dǎo)航進(jìn)行融合，基本序列為導(dǎo)航序列圖像，參考序列為DTI、BOLD序列圖像，實(shí)施自動(dòng)融合。完成融合后，對(duì)其窗位、窗寬等進(jìn)行調(diào)整，確保達(dá)到最佳視覺(jué)效果。對(duì)腫瘤、頭皮三維圖像進(jìn)行重建，并按照成像結(jié)果，對(duì)手術(shù)方案進(jìn)行設(shè)定。

1．5 術(shù)中導(dǎo)航 在患者頭部以紅外光學(xué)注冊(cè)法進(jìn)行注冊(cè)，針對(duì)病灶于體表的投影，采用導(dǎo)航探針進(jìn)行定位，并按照具體投影結(jié)果，對(duì)手術(shù)切口進(jìn)行選擇。手術(shù)過(guò)程中，在導(dǎo)航指導(dǎo)下，對(duì)腫瘤邊界、皮層運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行定位，確保在對(duì)腫瘤進(jìn)行徹底切除的同時(shí)，最大限度保證皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)及錐體束結(jié)構(gòu)的完整性［2］。

1．6 病例隨訪 完成手術(shù)后2 d，所有患者均實(shí)施MRI復(fù)查。給予增強(qiáng)掃描，對(duì)腫瘤切除程度、錐體束完整性等進(jìn)行觀察。除此之外，給予試驗(yàn)組患者DTI復(fù)查，對(duì)腫瘤切除程度、錐體束完整性等進(jìn)行觀察。復(fù)查時(shí)對(duì)患者肢體運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估。完成手術(shù)后3～6個(gè)月，以電話、門診隨訪等方式進(jìn)行跟蹤隨訪。以Karnofsky預(yù)后評(píng)分表(KPS)全面評(píng)估兩組患者的預(yù)后情況。

1．7 觀察指標(biāo) ①詳細(xì)統(tǒng)計(jì)兩組患者腫瘤切除情況，計(jì)算腫瘤全切除率，并記錄兩組患者術(shù)后肢體運(yùn)動(dòng)功能;②統(tǒng)計(jì)兩組患者術(shù)后致殘率(術(shù)后新發(fā)現(xiàn)肢體功能障礙或肌力較前下降)，并利用KPS評(píng)分評(píng)估患者預(yù)后。③綜合效益比較:影像掃描時(shí)間、導(dǎo)航術(shù)前準(zhǔn)備時(shí)間、導(dǎo)航手術(shù)總耗時(shí)、住院時(shí)間、醫(yī)療費(fèi)用等。

1．8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 定性資料均衡性檢驗(yàn)采用卡方檢驗(yàn);分組療效比較采用卡方檢驗(yàn)和秩和檢驗(yàn);定量資料的差異性檢驗(yàn)采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)軟件采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件包。

2 結(jié)果

2．1 手術(shù)療效分析 試驗(yàn)組與對(duì)照組患者的圖像融合均順利完成，融合誤差均控制在3 mm以下，并在手術(shù)導(dǎo)航中進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)。對(duì)照組腫瘤全切除率50%，試驗(yàn)組腫瘤全切除率73.68%，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05);同時(shí)，兩組患者術(shù)后肢體運(yùn)動(dòng)功能狀況組間對(duì)比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，見(jiàn)表1。

表1 2組患者腫瘤切除率及術(shù)后肢體運(yùn)動(dòng)功能狀況比較 (n)

2．2 術(shù)后致殘率及預(yù)后情況對(duì)比 對(duì)照組致殘率為61.11%(11/18)，試驗(yàn)組致殘率為36.84%(7/ 19)，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。對(duì)照組KPS為(79.11±13.14)分，試驗(yàn)組KPS為(90.00± 4.88)分，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05);對(duì)照組患者KPS評(píng)分為90～100分者7例，優(yōu)良率38.90%，試驗(yàn)組KPS患者KPS評(píng)分為90～100分者12例，優(yōu)良率63.20%，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。見(jiàn)表2。

表2 2組患者術(shù)后KPS預(yù)后評(píng)分比較 ［n，(±s)］

表2 2組患者術(shù)后KPS預(yù)后評(píng)分比較 ［n，(±s)］

組別 例數(shù) KPS KPS(90～100分)優(yōu)良率(%)對(duì)照組18 79．11±13．14 7 38．90試驗(yàn)組 19 90．00±4．88 12 63．20 t/2 3．377 16．524 P ＜0．05 ＜0．05

2．3 綜合效益評(píng)價(jià)分析 ①M(fèi)RI掃描時(shí)間:對(duì)照組(32.00±4.91)min，試驗(yàn)組(42.89±2.41)min，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05);所有患者均能配合完成MRI導(dǎo)航及DTI、BOLD數(shù)據(jù)掃描并刻盤;②手術(shù)導(dǎo)航總耗時(shí):包括導(dǎo)航注冊(cè)、麻醉、術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航及手術(shù)耗時(shí)，對(duì)照組(6.39±0.72)h，試驗(yàn)組(6.74±0.61)h，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05);③住院時(shí)間:對(duì)照組(19.88±2.08)d，試驗(yàn)組(15.10±1.28)d，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05);④住院總費(fèi)用:對(duì)照組(56 747.83± 2 121.36)元，試驗(yàn)組(57 538.89±2 544.08)元，兩組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，見(jiàn)表3。

表3 2組患者綜合效益比較 (±s)

表3 2組患者綜合效益比較 (±s)

MRI掃描時(shí)間(min)手術(shù)導(dǎo)航耗時(shí)(h)住院時(shí)間(d)住院費(fèi)用(元)對(duì)照組32．00±4．91 6．39±0．72 19．88±2．08 56 747．83±2121．36試驗(yàn)組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 討論

腦功能區(qū)腫瘤可以造成鄰近皮質(zhì)溝回的形態(tài)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形或移位［3］，有時(shí)很難依據(jù)傳統(tǒng)的解剖學(xué)標(biāo)志準(zhǔn)確定位皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)。同時(shí)受病變的影響，腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)還可能發(fā)生功能域的重塑［4］。此時(shí)，傳統(tǒng)的解剖學(xué)經(jīng)驗(yàn)反而可能對(duì)功能定位產(chǎn)生誤導(dǎo)。尤其是部分腦功能區(qū)腫瘤既涉及錐體束，又涉及皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)，術(shù)后極易出現(xiàn)不同程度肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙［5］。筆者認(rèn)為，這可能是因術(shù)中操作不當(dāng)，或手術(shù)不規(guī)范，對(duì)患者錐體束纖維及大腦皮質(zhì)造成損傷而引發(fā)的［6］。以往，臨床上多采用傳統(tǒng)MRI成像序列進(jìn)行診斷，但該技術(shù)只能對(duì)患者腫瘤的影像學(xué)邊界進(jìn)行顯示，不能對(duì)錐體束、功能區(qū)皮層等結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分辨。因此，一旦手術(shù)過(guò)程中，手術(shù)操作接近錐體束或大腦皮質(zhì)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，增加損傷結(jié)構(gòu)功能的概率［7］。

現(xiàn)階段，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，DTI在臨床上得到廣泛應(yīng)用，受到臨床醫(yī)師和患者的高度肯定［8－12］。DTI能經(jīng)由對(duì)腦白質(zhì)纖維內(nèi)水分子彌散運(yùn)動(dòng)的各向異性進(jìn)行掌握，從而對(duì)腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯示。BOLD技術(shù)是一項(xiàng)較成熟的腦功能成像方法，它所獲得的信號(hào)改變是依據(jù)功能活動(dòng)區(qū)局部大腦血氧依賴水平的變化。功能磁共振成像具有直觀的特點(diǎn)，正常人對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)腦功能激活區(qū)改變主要位于兩側(cè)中央前、后回的第一運(yùn)動(dòng)感覺(jué)區(qū)、及中央旁小葉的輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)，均以對(duì)側(cè)明顯。通過(guò)DTI和BOLD、導(dǎo)航序列影像的融合、三維重建及各向分割，在矢狀位、冠狀位和水平位均可表現(xiàn)出特征性的高信號(hào)的束狀結(jié)構(gòu)和皮質(zhì)信號(hào)，從而能準(zhǔn)確判定皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)信號(hào)及錐體束的結(jié)構(gòu)、走行、移位以及與鄰近腫瘤的空間毗鄰。

目前神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)由采用單純的解剖學(xué)影像向應(yīng)用多種影像融合技術(shù)的方向發(fā)展，尤其是各類功能性結(jié)構(gòu)的定位影像與傳統(tǒng)顯示解剖結(jié)構(gòu)的影像融合后，便于術(shù)者判斷腫瘤、周圍腦解剖結(jié)構(gòu)及腦功能結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系，大大擴(kuò)展了神經(jīng)導(dǎo)航影像的信息量，有助于術(shù)前計(jì)劃的完善［13］。本組病例在BOLD－fMRI皮層功能成像的基礎(chǔ)上，結(jié)合DTI成像對(duì)大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)附近病變進(jìn)行了神經(jīng)導(dǎo)航輔助下的顯微手術(shù)切除，以評(píng)價(jià)其應(yīng)用價(jià)值。本研究發(fā)現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)術(shù)前均衡性一致;對(duì)照組腫瘤全切率50%，低于試驗(yàn)組腫瘤全切率73.68%(P＜0.05);對(duì)照組致殘率61.11%，明顯高于試驗(yàn)組致殘率36.84%(P＜0.05);對(duì)照組MRI掃描時(shí)間在明顯低于試驗(yàn)組，可能與試驗(yàn)組對(duì)BOLD圖像采集需要配合時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān);兩組病例手術(shù)導(dǎo)航時(shí)間無(wú)明顯差異性;對(duì)照組平均住院時(shí)間(19.88±2.08)d，較試驗(yàn)組平均住院時(shí)間(15.10±1.28)長(zhǎng)，考慮與對(duì)照組術(shù)前并發(fā)癥增多，恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān);對(duì)照組KPS評(píng)分(79.11±13.14)，較試驗(yàn)組KPS評(píng)分(90.00± 4.88)低，且對(duì)照組優(yōu)良率38.90%低于試驗(yàn)組優(yōu)良率63.20%(P＜0.05)，兩組患者醫(yī)療費(fèi)用未見(jiàn)明顯增加。所以，通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)，DTI及BOLD成像融合神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)與常規(guī)DTI影像導(dǎo)航相比，能更清晰地顯示侵入運(yùn)動(dòng)區(qū)腫瘤患者的皮層功能區(qū)及皮層下錐體束的解剖學(xué)信息，從而能使術(shù)者設(shè)計(jì)出最佳的手術(shù)入路及手術(shù)方案，并計(jì)劃出最佳的切除范圍，對(duì)提高腫瘤的全切率及最大限度地保留運(yùn)動(dòng)功能具有重要的價(jià)值。所以，該技術(shù)在有條件的單位值得大力推廣及應(yīng)用。同時(shí)本研究也存在一定不足，主要表現(xiàn)在研究所選取的樣本量較少，后續(xù)研究可邀請(qǐng)更多自愿參與臨床試驗(yàn)的患者展開(kāi)進(jìn)一步研究，從而為臨床治療提供更為確切的實(shí)踐支持。

［1］ 戴 輝．放化療后所致白質(zhì)腦病的 MRI表現(xiàn)(附3例報(bào)告) ［J］．實(shí)用放射學(xué)雜志，2016，32(2):325－326．

［2］ 張 楠，付 曠．MRI在膠質(zhì)瘤和腦轉(zhuǎn)移瘤診斷中的應(yīng)用［J］．實(shí)用放射學(xué)雜志，2016，32(2):299－301．

［3］ 林超群，曹作為．BOLD－fMRI聯(lián)合DTI在侵及運(yùn)動(dòng)區(qū)腫瘤中的臨床應(yīng)用［J］．海南醫(yī)學(xué)，2012，23(9):21－24．

［4］ 彭愛(ài)軍，趙 義，王 葦，等．DTI聯(lián)合BOLD－fMRI對(duì)切除腦功能區(qū)腫瘤的評(píng)價(jià)作用［J］．中華神經(jīng)外科疾病研究雜志，2013，12(3):254－255．

［5］ 張盛敏，薛念余，許幼峰，等．超聲造影在顱腦腫瘤中的初步應(yīng)用［J］．現(xiàn)代實(shí)用醫(yī)學(xué)，2016，28(2):224－225．

［6］ 劉 浩，林 青，徐文堅(jiān)，等．血氧水平依賴功能磁共振成像在腦功能區(qū)腫瘤患者的應(yīng)用［J］．中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合影像學(xué)雜志，2010，12(5):392－394．

［7］ 廖曉靈，黃光富，劉進(jìn)平，等．神經(jīng)導(dǎo)航和神經(jīng)電生理輔助下腦功能區(qū)腫瘤手術(shù)［J］．中華神經(jīng)外科雜志，2010，9(7):592－595．

［8］ 周智美，陳德基，王延平，等．阿爾茨海默病早期腦白質(zhì)改變的DTI研究［J］．國(guó)際醫(yī)藥衛(wèi)生導(dǎo)報(bào)，2015，21(10):1337－1340．

［9］ 武 峰，謝寶君．帕金森病患者嗅覺(jué)功能障礙與彌散張量成像的相關(guān)性［J］．華南國(guó)防醫(yī)學(xué)雜志，2016，30(1):22－26．

［10］毛 寧，王 濱，徐 聰，等．青少年抑郁癥患者腦白質(zhì)的彌散張量成像研究［J］．實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志，2014，30(23):3759－3762．

［11］李仲夏，李宗芳，張振光，等．磁共振彌散張量成像在神經(jīng)血管壓迫關(guān)系所致原發(fā)性三叉神經(jīng)痛中的應(yīng)用［J］．實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志，2016，32(6):907－910．

［12］王明磊，王 鵬，夏新舍，等．DTI示蹤皮質(zhì)脊髓束對(duì)腦膠質(zhì)瘤術(shù)后放療方案選擇的影響［J］．實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志，2015，31(4): 610－613．

［13］龐長(zhǎng)河，閻 靜，龍 江．3．0 T移動(dòng)iMRI聯(lián)合導(dǎo)航在顯微切除腦功能區(qū)高級(jí)別膠質(zhì)瘤手術(shù)中的應(yīng)用［J］．中華纖維外科雜志，2015，38(4):323－327．

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

YE Xinyun，JIANG Qiuhua，F(xiàn)ENG 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

江西省衛(wèi)生計(jì)生委科技計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):20164054)葉新運(yùn) 蔣秋華 馮秋女 楊瑞金 張震宇 馮開(kāi)明 唐知己

宋海民 胡 坤 張珍華 張金石:贛州市人民醫(yī)院 江西贛州341000

蔣秋華