磁共振BOLD与DTI脑功能成像在脑功能区病变手术中的应用(附32例报告)

发表时间:2018/11/7   来源:《医师在线》2018年第13期   作者:朱达* 李连* 刘寿堂* 吴刚* 邱明兴*
[导读] 32例BOLD-fMRI和DTI图清晰的显示了大脑皮层左右两侧运动功能区的位置、大小和移位情况,为确定手术路径提供重要的参考依据;手术也取得比较满意的效果。结论 BOLD-fMRI和DTI在功能区及附近区域脑肿瘤的术前评估中具有重要的意义。


        朱达* 李连* 刘寿堂*  吴刚*  邱明兴*
       
        基金项目:广西区卫计委基金项目(编号:Z2009314)
        作者单位:*广西柳州市人民医院神经外科
        通信作者:李连 广西自治区柳州市文昌路8号柳州市人民医院神经外科 545000
        【摘要】目的  探讨BOLD-fMRI和DTI在功能区脑肿瘤手术治疗中的应用价值。 方法  对32 例邻近或累及大脑运动功能区肿瘤的患者, 术前行BOLD-fMRI和DTI,经分析软件获得脑运动功能区的激活图像和三维白质纤维束示踪图。根据其提供的脑肿瘤与脑运动皮质区和锥体束的位置关系制订手术方案。结果 32例BOLD-fMRI和DTI图清晰的显示了大脑皮层左右两侧运动功能区的位置、大小和移位情况,为确定手术路径提供重要的参考依据;手术也取得比较满意的效果。结论  BOLD-fMRI和DTI在功能区及附近区域脑肿瘤的术前评估中具有重要的意义。
        【关键词】
        Experimental Research on a Pre-bulit Module in Sellar Reconstruction Used by Neuroendoscopic Transsphenoidal Approach
        ZHU Da, LI Lian, LIU Shou-tang, WU Gang, QIU Ming-xing
        Department of Neurosurgery, Liu Zhou People Hospital, Liuzhou, Guangxi 545000, P.R.China
        【Abstract】Objective  To develop a pre-built module for sellar reconstruction by transsphenoidal approach of endoscope. Methods  Firstly, sellar defect model was built to imitate cerebrospinal fluid rhinorrhea. We used two operations to reconstruct the defect, the dura sandwich (Group A) and the pre-built module (Group B). We compared operation time, reconstruction successful rate. Valid time in different pressure levels also was assessed between groups after repairing successfully. Result  The mean operation time was significant difference (P=0.000), 40.711.8 min (Group A) and 30.47.0 min (Group B), respectively. Reconstruction successful rate was no significant deference among three groups(P=0.151). There was also no statistical differences in valid time among different pressure groups. Conclusion In vitro, the pre-built module harboring biomedical super absorbent resin is suitable for sellar reconstruction by neuroendoscopic transsphenoidal approach.
        【Key word】 Sellar defect; Skull base reconstruction; Neuroendoscope; Transsphenoidal approach; Repair material
        对位于脑功能区及周围区域的肿瘤,其手术最佳目标是在最大限度切除肿瘤的同时尽可能保护功能区,避免或减少因医源性损伤导致的脑功能障碍。常规使用的磁共振平扫和增强技术仅能提供形态学上的影像资料,无法描绘脑组织的功能及代谢情况。目前利用功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)中的弥散张量成像技术(diffusion tensor imaging,DTI)和血氧水平依赖的脑功能成像技术(blood-oxygen level dependent funtional MR imaging,BOLD-fMRI)可显示脑肿瘤与功能区的关系。本研究回顾性分析柳州市人民医院神经外科2008年1月至2015年12月脑功能区及脑功能区附近肿瘤的患者资料,探讨磁共振BOLD与DTI脑功能成像在脑功能区及周边肿瘤手术中的作用。
        资料和方法
1.        临床资料  纳入研究患者32例,男:女=19:13。临床表现为对侧上肢肌力Ⅰ级2例、Ⅱ级4例、Ⅲ级8例,Ⅳ级11例,V级6例,其中合并下肢肌力障碍11例,癫痫2例。Karnofsky(KPS)评分:50分3例,60分4例,70分6例,80分7例,90分7例,100分5例。纳入标准:1)术前影像学诊断脑功能区及其附近脑肿瘤;2)均在我科行切除手术,术后病理为肿瘤;3)术前及术后1周内、3个月均有MR平扫、增强及DTI、BOLD-fMRI影像学资料,DTI及BOLD-fMRI数据处理方式相同。
        2.方法
2.1 MRI检查方法及参数设置:采用美国GE signa hde 1.5T磁共振设备仪器行MR扫描。术前及术后1 周、3个月均行MR平扫+增强及DTI、BOLD—fMRI检查,所有的DTI及BOLD-fMRI数据处理均采用SPM成像软件。
    DTI扫描参数:回返时间(retum time,TR):3 600 m8,回波时间(echo time,TE):102 ms,像素尺寸(voxel size):1.8mm×1.8 mm×4 mm,层厚4.0 mm,层距:1.2 mm,矩阵:128mm×128 mm,扫描时间:215.4 S。
    BOLD—fMRI扫描参数:TR:3 000 ms,TE:30 ms层厚:3.0 mm,层距:0.8 mm矩阵:64 mm×64 mm扫描时间364.8 S。同时扫描时设定好A、B两个程序:A为静止,B为触发运动。两者交替,每次30 S;总共6个轮回。先行DTI扫描,后行BOLD—fMRI扫描,在行BOLD—fMRI扫描时的任务指令为患侧手的握拳一展开(程序B)。扫描时观察患侧手的运动情况,频率尽量快。
        2.2手术方案:根据术前影像资料(包括MR平时及增强,术前定位CT)结合DTI以及BOLD—fMRI图像确定肿瘤与功能区的关系,选择个性化的手术路径及方法,如皮肤切口形状、长短,骨瓣大小及切除范围。 
         
        结果
        本组患者术后病理诊断胶质瘤14例(10例全切除),脑膜瘤18例(Simpson I级切除14例,Simpson I级切除4例)。胶质瘤患者未能行全切除患者中,2例肿瘤组织与功能区在BOLD-fMRI影像上重合(1例同时在DTI图像上广泛侵袭皮层下传导束),1例肿瘤水肿带与功能区重合;1例在DTI图像上广泛侵袭传导束。脑膜瘤行Simpson Ⅱ级切除患者均为肿瘤部分侵犯矢状窦。
        术后肌力情况见表 1,4例患者(2例胶质瘤,2例脑膜瘤)术后7天肌力较术前下降;其中2例(均为胶质瘤)术后3个月复诊肌力未能恢复至术前水平。
        术后KPS评分情况见表 2,3例患者(2例胶质瘤,1例脑膜瘤)术后7天KPS评分较术前下降;其中2例(均为胶质瘤)术后3个月复诊KPS评分未能恢复至术前水平。
        术后3个月肌力、KPS评分下降患者为相同患者,其中1例术前对侧上肢肌力I级,伴有下肢肌力下降,术前BOLD-fMRI提示肿瘤与功能区重合,DTI提示传导束广泛受侵袭,手术部分切除肿瘤,术后肌力0级,BOLD-fMRI未能检测出功能区图像,DTI提示传导束较术前减少。另1例术前对侧上肢肌力Ⅳ级,术前BOLD-fMRI提示肿瘤紧邻功能区,DTI提示传导束部分受侵袭,手术全切除肿瘤,术后对侧上肢肌力Ⅱ级,BOLD-fMRI提示功能区较术前活性降低及范围缩小,DTI提示传导束较术前稍减少。
       
表1 术后肌力情况
   

      讨论
        脑功能区及毗邻区域肿瘤的手术治疗面临的主要矛盾是病灶切除范围与神经功能保护。Krings等[3]认为脑肿瘤对功能区的损害主要包括肿瘤组织等对功能区的压迫导致功能区变形、移位或血液动力学变化程度下降;肿瘤浸润生长导致神经元缺失。此外,皮层下白质纤维束对神经功能的完整性起同样重要的作用[4]。在开颅切除位于脑重要皮层功能区及附近的肿瘤前,精确定位皮层功能区及深部传导束,明确肿瘤与功能区、传导束的关系及肿瘤对功能区、传导束的影响十分重要。MR平扫、增强对皮层功能区的定位通常是根据解剖学标志来判断皮层运动功能区的位置,但由于个体间存在差异及肿瘤可使邻近脑功能区的移位或代偿、重塑,传统的解剖学经验反而可能对大脑皮层的功能区定位产生误导[5]。为了保护神经功能,术中电生理监测被用于确认皮层功能区和皮层下传导束。虽然其准确度高,但该技术的缺陷是本身具有侵袭性,术中定位可能耗时较长且术前不能就对肿瘤切除范围进行评估。
        BOLD-fMRI技术是利用脱氧血红蛋白与含氧血红蛋白磁化敏感效应的差异作为成像基础。当特定刺激致使脑组织局部的代谢发生变化时,脑功能激活区与脑功能未激活区的脱氧血红蛋白与含氧血红蛋白量比出现差异,通过对T2信号差异的统计分析可获得特定刺激所激活的脑功能区[6-8]。研究证实BOLD-fMRI结果与术中电生理监测结果具有良好的一致性[9, 10]。自1994年,Morioke等[11]首次采用BOLD-fMRI在术前定位功能区从而制定手术计划,成功地将原评估术后会造成功能障碍的脑肿瘤完整切除而未造成脑功能损伤。随即国内外的研究表明BOLD-fMRI可以显示肿瘤与功能区的解剖和功能关系,并指导术前计划的制定。
        DTI是利用水分子的弥散运动各向异性,通过采集和处理相关指标参数的成像技术。由于白质纤维束是由许多方向相似的轴突构成,因此纤维束总体表现为较高的各向异性。DTI可以显示白质纤维的走形方向,并对其量化,反映纤维束的完整性及方向性,从而评估脑肿瘤所引起的白质纤维束的变化情况[12]。既往研究表明DTI对于脑胶质瘤手术方案的设计、以及术后神经功能障碍的预测与预防具有重要意义[13]。
        本研究通过BOLD-fMRI和DTI成像技术显示的脑皮层功能区及深部传导束。术前清楚地了解功能区及传导束的分布特点、形态、范围,与肿瘤之间的关系及受占位效应推移、侵犯的程度。对于功能区、传导束完整的病例,选择远离功能区的入路,术中有目的地在远离皮质功能区的一侧牵拉脑组织,减少对功能区脑组织的牵拉和压迫,在最大限度地保护脑功能前提下切除肿瘤,减少和避免术后功能障碍的发生。对于功能区、传导束受到严重破坏或缺失,判断功能完全丧失无法恢复的病例,采用最短手术路径,最大程度的切除肿瘤,以达到最佳手术效果。本组有少部分患者术后短暂性对侧肢体肌力、KPS评分下降,考虑术后术区水肿所致,对于这部分患者,术后7天内的DTI、BOLD-fMRI也提示了功能区、传导束的结构完整。而对于2例术后肢体功能障碍较术前加重的患者,我们认为术中切除部分肿瘤后,造成了脑组织的漂移及对术区进行止血时不可避免的扩大了手术范围,导致功能区、皮层下传导束受到不可逆损伤。尽管该技术仍存在缺陷,但相较既往仅仅采用平扫、增强图像进行定位,指导手术切除范围,BOLD-fMRI和DTI在功能上提供了重要的影像学参考,使手术更加具有针对性。
        BOLD-fMRI和DTI可以用于功能区及附近区域脑肿瘤的术前评估,为制定手术计划提供重要的影像学资料,在脑功能保护和肿瘤切除程度上达到趋于理想的平衡,术后为患者提供尽可能高质量的生存期。
        
       
       
       
        参考文献
         [1] Pan H, Epstein J, Silbersweig D A, et al. New and emerging imaging techniques for mapping brain circuitry[J]. Brain Res Rev,2011,67(1-2):226-251.
         [2] Sakr H M, Mohamed M A, Jalalod Din H, et al. Influence of fMRI on operative planning of brain tumors: Initial experience in a histopathologically variable subset of tumors[J]. Egyptian Journal of Radiology & Nuclear Medicine,2011,42(2):215-221.
         [3] Krings T, Topper R, Willmes K, et al. Activation in primary and secondary motor areas in patients with CNS neoplasms and weakness[J]. Neurology,2002,58(3):381-390.
         [4] Nimsky C, Ganslandt O, Hastreiter P, et al. Preoperative and intraoperative diffusion tensor imaging-based fiber tracking in glioma surgery.[J]. Neurosurgery,2007,61(1):178-185.
         [5] Wilkinson I D, Romanowski C A, Jellinek D A, et al. Motor functional MRI for pre-operative and intraoperative neurosurgical guidance[J]. British Journal of Radiology,2003,76(902):98.
         [6] Wang W, Steward C E, Desmond P M. Diffusion tensor imaging in glioblastoma multiforme and brain metastases: the role of p, q, L, and fractional anisotropy[J]. AJNR Am J Neuroradiol,2009,30(1):203-208.
         [7] Sakatani K, Murata Y, Fujiwara N, et al. Comparison of blood-oxygen-level-dependent functional magnetic resonance imaging  and near-infrared spectroscopy recording during functional brain activation in patients with stroke and brain tumors[J]. J Biomed Opt,2007,12(6):62110.
         [8] Foki T, Geissler A, Gartus A, et al. Cortical lateralization of bilateral symmetric chin movements and clinical relevance in tumor patients--a high field BOLD-FMRI study[J]. Neuroimage,2007,37(1):26-39.
         [9] Roberts T P, Ferrari P, Perry D, et al. Presurgical mapping with magnetic source imaging: comparisons with intraoperative findings.[J]. Brain Tumor Pathology,2000,17(2):57-64.
        [10] 吴劲松,周良辅,陈伟,等. 功能磁共振成像定位皮质运动区与术中电刺激运动诱发电位的前瞻对照研究[J]. 中华外科杂志,2005,43(17):1141-1145.
        [11] Morioka T, Yamamoto T, Katsuta T, et al. Presurgical three-dimensional magnetic source imaging of the somatosensory cortex in a patient with a peri-Rolandic lesion: technical note.[J]. Neurosurgery,1994,34(5):933-934.
        [12] Miller P, Coope D, Thompson G, et al. Quantitative evaluation of white matter tract DTI parameter changes in gliomas using nonlinear registration[J]. Neuroimage,2012,60(4):2309-2315.
        [13] Parmar H, Sitoh Y Y, Yeo T T. Combined magnetic resonance tractography and functional magnetic resonance imaging in evaluation of brain tumors involving the motor system.[J]. Journal of Computer Assisted Tomography,2004,28(4):551-556.
       

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