1.5TMRI BOLD－fMRI与DTI在颅内肿瘤联合应用的价值

李德炯 钟平 张国平 贾晓峰 刘路

（贵阳金阳医院影像科，贵州 贵阳550081）

脑肿瘤手术中正确辨认功能区至关重要。我科联合应用血氧水平依赖磁共振成像 （blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD－fMRI）与弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）对脑内皮层肿瘤的术前进行评估、指导，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 收集2010年4月至2012年12月我院收治的运动区及附近脑肿瘤患者38例，男15例，女23例，年龄21～77岁，平均44.3岁。38例均经病理或手术证实，脑膜瘤22例、胶质瘤7例、转移瘤4例、海绵状血管瘤5例。同时行10例20～50岁正常成人BOLD－fMRI与DTI成像扫描，作为对照。

1.2 成像设备 SIMENS公司生产 Avanto 1.5T MRI扫描仪，应用12通道头颈联合线圈。

1.3 检查方法 采用组块设计（Blocked design）方案，即静止－运动－静止－运动－静止－运动，共6次运动，并嘱患者闭上眼睛、集中精力、均匀呼吸、尽量少做吞咽动作；保持头部静止。部分患者由检查者帮助患者被动完成。BOLD－fMRI及DTI扫描均在增强扫描前进行检查。患者仰卧位，扫描基线取胼胝体嘴部与压部的连线。先行轴位T1WI扫描，获得高分辩解剖像，后行脑功能成像扫描，再行弥散张量扫描，最后行MRI常规平扫加增强扫描。

1.4 扫描参数 BOLD－fMRI扫描参数：应用平面回波2维－血氧水平依赖脑功能成像系列TR＝3 650ms TE＝50ms，FOV230mm×230mm，矩阵128×128 ，read 200mm，phase100mm，3D－KSpace，Bandwidth 2004，EPI factor 64，层厚5mm，层间距1mm，扫描层数36，扫描定位层面与T1WI完全一致，扫描3∶44分。DTI扫描参数：应用运动矫正平面回波2维弥散多方向弥散权重系列，TR＝2 700ms，TE＝88ms，层厚5mm，，FOV230mm×230mm，phase 100ms，在64个方向施加梯度脉冲，扫描19～25层，扫描11～14min。3D高分辨全脑结构图：应用快速扰相位梯度回波系列，TR＝260ms，TE＝14ms，层厚1.5mm，翻转角25°，失状定位，冠轴位重建。

1.4 数据处理 BOLD－fMRI，DTI及3D高分辨全脑结构图扫描完以后数据均传至Leonardo工作站重建处理，软件版本B15。BOLD－fMRI将原始数据计算出的参数图像叠加至T1WI图像上，形成覆盖图并同时获取激活图的相关信息。DTI通过工作站所配套软件包显示FA图及彩色编码方向图（directionally encoded color map，DEC），FA 图，DEC图为参考，在大脑脚、内囊、胼胝体膝部压部放置ROI，进行白质纤维束的三维重建。根据FA图，DEC图及3D纤维束图综合评价肿瘤对纤维束损害及影响，特别是皮质脊髓束的损害及影响。脑肿瘤与相邻脑白质纤维束的解剖关系评判标准分为四种：1）破坏，纤维束完全中断，失去方向性及完整性。2）侵润，纤维束部分中断，位置形态异常，FA信号减低，DEC图方向可以辨认。3）移位，纤维束完整，仅位置和形态发生改变FA信号正常。4）完整，纤维束保持其方向性及完整性。

1.5 统计学分析 采用SPSS 19.0统计软件进行统计分析；测量肿瘤组患侧功能区激活范围（V）值，取平均值的比值作为rV值。分别测量正常组双侧功能区的激活范围（V）值，其平均值作为rV值。分析肿瘤组与正常组间rV值的差异，两两比较采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义，分析两组间BOLD信号rV值的影响差异。

2 结 果

正常组激活区：主要位于中央沟附近，激活信号形态呈条状、曲柄状、小片状、不规则状及点状，与中央前回的走行基本一致，激活信号强度清晰，边界清楚。肿瘤组患侧激活区：信号形态变化较大，主要呈小片状或散在斑点状、弧形条状，激活信号主要位于肿瘤前方9例、后方10例、外侧10例，后方及肿瘤顶部3例，前方及肿瘤顶部6例，其中6例功能区激活强度明显减弱呈小片状，散在斑点状。38例DTI成像；纤维束破坏12例；其中胶质瘤5例，转移瘤3例，海绵状血管瘤4例。浸润4例，胶质瘤2例、转移瘤1例、海绵状血管瘤1例。移位22例，均为脑膜瘤。见图1－3。

表1 正常组与肿瘤组功能区rV值比较

3 讨 论

3.1 BOLD－fMRI原理 PET 研究表明［1］脑激活期间，神经元兴奋性增强，局部脑组织血流，血流容积以及血氧消耗均增强。红细胞内的血红蛋白（hemoglobin）是氧气在血液中运载何传送的主要载体。脑组织内的氧分压要比动脉血中低，所以氧和血红蛋白此时就分解成游离氧和脱氧血红蛋白（deoxyhemoglobin），游离氧在此参与能量代谢，而脱氧血红蛋白则随静脉血循环输出大脑。应注意的是，氧和血红蛋白是抗磁性物质，去氧血红蛋白则是顺磁性物质，当血液中氧和血红蛋白和去氧血红蛋白的相对含量发生变化时，血管内外的局部磁场强度和分布都会相应地改变，从而造成血管内外水分子中的质子的磁共振信号强度的改变。这种现象称为血氧水平依赖。fMRI进行脑功能研究就是依据这种磁化敏感性对比增强的原理，故称为血氧水平依赖对比功能磁共振成像（BOLD－fMRI），BOLD－fMRI成像的基本方法是通过外在有规律的任务刺激与静止两种状态交互进行，本研究采用组块（BLOK）设计，即静止－运动共6次刺激采集信息，然后将数据传至工作站进行处理，得到激活功能图，将功能图像叠加在相应功能层面的解剖图像上，使解剖与功能的关系达到统一产生fMRI最终结果的表现形式之一，即脑功能活动定位图（functional brain mapping FBM）［2］。此研究中38例均获得了满意的图像效果。

3.2 术前及术中的应用 脑肿瘤手术切除的目标是最大限度地切除肿瘤组织，又能保留重要的脑功能。手术过程中由于肿瘤占位效应使解剖结构变形移位，手术视野狭小的限制及许多脑功能区没有界限清楚的解剖定位，成人皮层具有可塑性和重组性等因数使正常解剖标志难以识别。本资料38例肿瘤患者应用BOLD－fMRI清楚地显示了皮层功能区与病灶的关系，为术前评估，术中识别脑皮层功能区提供了可靠的信息。

3.3 DTI在颅内肿瘤病变中的应用 我们在64个方向施加梯度脉冲，从而对体内水分子的弥散运动进行更加精确地描述而反映该组织内的细微结构，获得了清晰的纤维束走行的图像，包括放射冠、扣带回、弓形束、视辐射、胼胝体和前联合等与文献报道［3］相吻合。另DTI的FA图可以显示白质纤维束的紊乱及肿瘤对白质纤维的影响。这在常规MR是无法获得的。DTI不仅能够更精确地反映水分子的弥散能力，而且还能以三维显示脑白质纤维束的走行方向并可用来显示肿瘤的完整性和白质束得轨线效果。我们利用DTI成像清晰显示了肿瘤白质纤维束的破坏、浸润及移位情况。并且不同类型的肿瘤对邻近传导束有不同的影响，DTI提供的信息对瘤周邻近的白质纤维束的保护有着重要的临床价值。

3.4 BOLD－fMRI与 DTI的联合应用 BOLD－fMRI无创性显示了任务或刺激状态下脑皮质功能区的激活状态，可对功能皮层进行定位，而DTI实现了在活体中无创性显示脑白质纤维束的走向。国内学者刘强、卢光明等［4］将fMRI与DTI重建的纤维束融合，用于脑肿瘤的研究及神经导航手术，成功地指导了对皮层肿瘤的手术切除。本研究将二者联合应用清楚地显示了运动区、白质纤维束和脑肿瘤三者的关系，与文献报道基本一致。为全面了解脑结构与功能提供了一种新的手段和视角。

［1］ S.C.Feldman，D.Chu，M.Schulder，et al.The Blood Oxygen Level－Dependent Functional MR Imaging signal Can Be Used to Identify Brain Tumors and Distinguish them from Normal Tissue AJNR Am［J］.Neuroradiol，2009，30：386－395.

［2］ E.Pravata，C.Sestieri，D.Mantini，etal.Functional Connectivity MR Imaging of the Language Network in Patients with Drug－Resistant［J］.Neuroradiol，2011，32：532－540.

［3］ Jellison BJ，Field AS，Medow J，Lazar M，Salamat MS，Alexander AL：Diffusion tensor imaging of cerebral white matter：A pictorial review of physics，fiber tract anatomy，and tumor imaging patterns.AJNR Am［J］.Neuroradiol，2004，25：356－369.

［4］ 刘强，卢光明，张宗军，等.弥散张量成像与血氧水平依赖功能磁共振成像在脑肿瘤诊断中的联合应用［J］.医学研究生学报，2010，23（5）：500－506.