運動網(wǎng)絡(luò)的功能影像在腦膠質(zhì)瘤診療中的應(yīng)用價值

胡官杰 胡新華 劉東明 劉 永 劉宏毅 陳 玖

膠質(zhì)瘤占腦惡性腫瘤的70%以上[1]，WHO 分級Ⅰ～Ⅱ級為低級別膠質(zhì)瘤，Ⅲ～Ⅳ級為高級別膠質(zhì)瘤，高級別膠質(zhì)瘤預(yù)后相對較差。手術(shù)和放化療是治療膠質(zhì)瘤的主要方法[2]，確定膠質(zhì)瘤的手術(shù)邊界尤為重要。功能磁共振分為靜息態(tài)和任務(wù)態(tài)功能磁共振，可以為腫瘤邊界提供參考，除了能夠獲得腫瘤的形態(tài)學(xué)特征外，還能獲得功能參數(shù)[3，4]。靜息態(tài)功能磁共振應(yīng)用廣泛，在定位膠質(zhì)瘤的感覺運動區(qū)域上與任務(wù)態(tài)功能磁共振幾乎是等效的[5]，所以靜息態(tài)功能磁共振是一個具有獨特優(yōu)勢的研究運動網(wǎng)絡(luò)的方法。膠質(zhì)瘤常因腫瘤對運動網(wǎng)絡(luò)的影響而改變?nèi)梭w運動功能，術(shù)前通過運動網(wǎng)絡(luò)的腦功能影像研究可以了解腦結(jié)構(gòu)和功能，特別是對重要功能腦區(qū)的保護，指導(dǎo)手術(shù)，改善膠質(zhì)瘤病人預(yù)后。本文就膠質(zhì)瘤病人運動網(wǎng)絡(luò)腦功能影像現(xiàn)狀及其在神經(jīng)外科中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 運動網(wǎng)絡(luò)概述

與運動相關(guān)或者控制運動的腦區(qū)稱為運動網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確地說，是與初級運動控制有關(guān)的額葉區(qū)域，位于緊靠中央溝的背側(cè)中央前回，一般可以分為三個 亞 區(qū)[6]：初 級 運 動 皮 質(zhì)（primary motor cortex，PMC），位于大腦內(nèi)側(cè)表面前旁中央小葉；前運動皮質(zhì)（premotor cortex，PC），位于PMC之前；輔助運動區(qū)（supplementary motor area，SMA），位于大腦半球的中線表面、PMC 前面。PMC 參與運動執(zhí)行，而SMA 和PC 參與運動計劃和排序[6]。傳統(tǒng)的觀點認(rèn)為，運動僅僅是大腦運動區(qū)域參與的過程，但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)運動網(wǎng)絡(luò)不是孤立的，非運動區(qū)域也會參與到運動執(zhí)行中，比如大腦前額葉以及頂葉皮層。有研究發(fā)現(xiàn)運動-額頂葉的連通性可能作為卒中后運動恢復(fù)的潛在生物學(xué)標(biāo)志[6]。在涉及運動區(qū)膠質(zhì)瘤中，或許也可以將運動-額頂葉的連通性作為一種潛在的預(yù)后生物學(xué)標(biāo)志。Duffau[7]指出，大腦是一種并行子模塊的動態(tài)集合，可以相互作用，并通過將功能轉(zhuǎn)移到其他區(qū)域來代償特定區(qū)域的損傷。這更加支持大腦功能網(wǎng)絡(luò)組學(xué)的觀念。

2 膠質(zhì)瘤病人運動網(wǎng)絡(luò)的改變

膠質(zhì)瘤病人腦結(jié)構(gòu)常會因腫瘤發(fā)生改變，功能連接也會相應(yīng)變化。研究表明默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)的功能連接改變可以作為老年癡呆和精神分裂癥病情變化的生物學(xué)標(biāo)志[8]。膠質(zhì)瘤病人運動網(wǎng)絡(luò)的功能連接也會因腫瘤產(chǎn)生相應(yīng)改變。有研究表明涉及運動區(qū)的膠質(zhì)瘤病人常有運動缺陷且與運動功能網(wǎng)絡(luò)連接下降存在一定的相關(guān)性，但是，運動能力正常的膠質(zhì)瘤病人運動網(wǎng)絡(luò)卻沒有明顯改變[9]。而且，高級別膠質(zhì)瘤病人功能連接下降的程度比低級別膠質(zhì)瘤病人更明顯，但低級別膠質(zhì)瘤病人功能連接缺失與運動功能缺陷的密切相關(guān)[10]。這些研究都表明運動網(wǎng)絡(luò)與運動功能之間存在著聯(lián)系，不同級別的膠質(zhì)瘤的生物學(xué)特性也存在著差異。

手術(shù)是膠質(zhì)瘤重要的治療措施，而手術(shù)前后的功能連接常是動態(tài)變化的。有研究發(fā)現(xiàn)運動區(qū)膠質(zhì)瘤術(shù)后功能連接立即減少，而術(shù)后3 個月則恢復(fù)到術(shù)前水平[11]。還有研究發(fā)現(xiàn)涉及運動區(qū)的膠質(zhì)瘤病人左PMC 和右PMC 之間的連接下降，但左PMC 與SMA、右PMC 與SMA 的連接卻沒有明顯變化，這表明長距離的連接，特別是半球間連接，更易受到腫瘤影響[12]。其實，膠質(zhì)瘤使半球間的功能連接下降[10，13]，并不是個例。有報道顯示局灶性腦損傷不會破壞大腦的功能連接模式，只有像胼胝體這種主要神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的破壞才會引起網(wǎng)絡(luò)模式的改變[14]。這提示腦功能網(wǎng)絡(luò)不是獨立的，而是存在關(guān)聯(lián)，遵循著一種交流和動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)模式，并且腦中存在特定的模式來代償某一確切腦區(qū)損傷的功能[7]。因此，運動網(wǎng)絡(luò)功能連接的變化和疾病存在關(guān)聯(lián)，并可以用于診斷、評估病情，而病人功能連接的恢復(fù)[11]也證實大腦存在強大的可塑性。

3 膠質(zhì)瘤病人運動網(wǎng)絡(luò)圖譜指導(dǎo)手術(shù)

腦功能區(qū)的辨認(rèn)是手術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)方法是清醒狀態(tài)下進(jìn)行手術(shù)，但是其操作略顯不便。近年來，靜息態(tài)功能磁共振對于術(shù)前辨認(rèn)腫瘤范圍顯示出一定的優(yōu)勢，即無創(chuàng)、無需任務(wù)配合、操作簡單。有研究基于種子體素的方法發(fā)現(xiàn)功能磁共振和功能連接磁共振所得到的腦圖譜之間存在一致性[14]。另一項基于種子分析方法定位運動區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)與實際運動任務(wù)和皮層刺激所定義的區(qū)域很相似[15]。這為術(shù)前運用靜息態(tài)功能磁共振定位腦區(qū)提供了理論依據(jù)，并且磁共振可以在一次掃描中檢測多個大腦部位，手術(shù)中也可以據(jù)此避免損傷其他功能區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)任務(wù)態(tài)功能磁共振和靜息態(tài)功能磁共振在定位手運動區(qū)的敏感性、特異性無明顯差異[16]。此外，有研究者在不能配合完成任務(wù)的兒童身上成功運用靜息態(tài)功能磁共振制定了手術(shù)方案[17]。這顯示功能磁共振在特定人群中的潛在臨床效益。

多項運動區(qū)定位研究的結(jié)果類似，即靜息態(tài)功能磁共振和任務(wù)態(tài)功能磁共振的結(jié)果有良好的一致性[5，18]。也有研究將種子分析方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動結(jié)合起來得到類似的結(jié)論，即靜息態(tài)功能磁共振與大腦皮層直接刺激（cortical stimulation mapping，CSM）的結(jié)果一致，甚至比任務(wù)態(tài)功能磁共振表現(xiàn)的更好[19]。另一項運用數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究發(fā)現(xiàn)，在運動網(wǎng)絡(luò)中CSM 所得的陽性位點與靜息態(tài)功能磁共振結(jié)果之間的相關(guān)性高達(dá)0.80[20]。這表明靜息態(tài)功能磁共振是一種有效的術(shù)前定位方法。同時，有學(xué)者成功運用靜息態(tài)功能磁共振分割和定位SMA，CSM 也證實了其準(zhǔn)確性[21]。但是功能磁共振也不是完全準(zhǔn)確的，有研究運用種子分析方法雖然成功定位了手、腳和嘴的運動亞區(qū)，但其結(jié)果相較于CSM 所得的范圍偏大[22]。靜息態(tài)和任務(wù)態(tài)功能磁共振定位運動區(qū)效用相近，并且靜息態(tài)功能磁共振和CSM 結(jié)果有著良好的一致性，未來完全利用靜息態(tài)功能磁共振替代CSM 也是可能的。因此，對于涉及運動網(wǎng)絡(luò)的膠質(zhì)瘤來說，功能影像所辨認(rèn)的腦運動區(qū)域邊界與金標(biāo)準(zhǔn)CSM 之間存在著良好的一致性，可以很準(zhǔn)確的指導(dǎo)手術(shù)，雖然準(zhǔn)確性相較于CSM來說還有些差距，但是也不影響其臨床應(yīng)用價值。影像學(xué)檢查是外科手術(shù)方案制定不可或缺的環(huán)節(jié)，多模態(tài)磁共振可以很好地了解大腦血流、代謝、纖維以及皮質(zhì)等信息，臨床利用其診斷及定位腫瘤，必然會獲得很好地效果。

4 運動網(wǎng)絡(luò)對膠質(zhì)瘤的診療價值及展望

確定膠質(zhì)瘤切除范圍至關(guān)重要，采用CSM 確定界限準(zhǔn)確度高，但靜息態(tài)功能磁共振在確定手術(shù)范圍的準(zhǔn)確性和敏感性上與CSM 差別不大，并且具有無創(chuàng)、可重復(fù)、操作簡單的優(yōu)勢，因此其在膠質(zhì)瘤診療上具有很高的應(yīng)用價值。利用功能影像所得到的功能連接變化可以判斷病情、預(yù)后，也可以利用其所得到的網(wǎng)絡(luò)圖譜來制定手術(shù)范圍。但是結(jié)果也不能絕對化，畢竟既往文獻(xiàn)報道的樣本量偏小，病人間的異質(zhì)性較大，研究方法和結(jié)果也存在一定差異，這些都需要進(jìn)一步探究。未來大樣本量、多種分析方法的綜合運用、更加完整的實驗設(shè)計以及基于病情變化的動態(tài)研究更加具有意義。

綜上所述，運動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接的改變是大多數(shù)研究所關(guān)注的方面，而卒中病人的運動網(wǎng)絡(luò)-額葉之間的連接改變可以作為卒中的預(yù)后生物學(xué)標(biāo)志[6]，或許這也可以在膠質(zhì)瘤病人中探尋此類模式，并將其作為預(yù)后的生物學(xué)標(biāo)志。膠質(zhì)瘤病人運動網(wǎng)絡(luò)也有可能和其他網(wǎng)絡(luò)及功能有著交互作用，探尋網(wǎng)絡(luò)間的交互也可能是未來的探尋方向。運動區(qū)損傷后，某些功能也可能恢復(fù)[11]，這種大腦的可塑性對于手術(shù)也很關(guān)鍵，探尋運動功能代償?shù)哪X區(qū)并避免損傷，這對于病人功能恢復(fù)具有重要意義。隨著技術(shù)的發(fā)展，繼續(xù)提高功能磁共振的敏感性及準(zhǔn)確性，或許可以使其完全替代CSM 指導(dǎo)臨床手術(shù)，從而達(dá)到腫瘤全切且不損傷正常區(qū)域。應(yīng)用大數(shù)據(jù)模擬的方法或許可以讓我們精準(zhǔn)的模擬并確定手術(shù)范圍、制定手術(shù)方案。同時，在臨床實踐中多種方法與影像相結(jié)合也許可以更有利于病人的診治。