DTI在神經(jīng)外科疾病診療中的應(yīng)用進(jìn)展

高旭光，王志強(qiáng)

摘 要：中樞神經(jīng)系統(tǒng)影像檢查在疾病診斷中的價(jià)值已被公認(rèn)。電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography，CT）和核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，MRI）已經(jīng)可以顯示并且定位大多數(shù)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是一種無(wú)創(chuàng)性核磁共振成像技術(shù)，能敏感地顯示腦白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)異常結(jié)構(gòu)，檢測(cè)腦白質(zhì)內(nèi)神經(jīng)纖維的連續(xù)性，在一些出血量較少，CT與MRI診斷為陰性的疾病中通過(guò)神經(jīng)纖維束結(jié)構(gòu)的改變而做出陽(yáng)性診斷，也可通過(guò)相應(yīng)軟件將DTI變?yōu)槿S成像來(lái)更好地幫助神經(jīng)外科醫(yī)生制訂術(shù)前計(jì)劃及指導(dǎo)手術(shù)，這對(duì)于神經(jīng)外科系統(tǒng)診斷與治療的提升都有重大意義。本文主要探討DTI在神經(jīng)外科的常見(jiàn)疾病如：腦出血、腦腫瘤、腦梗塞及顱腦損傷中的影像學(xué)改變、臨床應(yīng)用價(jià)值及進(jìn)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：彌散張量成像;神經(jīng)外科疾病;顱腦損傷

中圖分類號(hào)：R608? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2022）05-0024-03

隨著人口老齡化和工業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病率逐漸升高，其致殘率與致死率極高，給個(gè)人、家庭、社會(huì)帶來(lái)了巨大負(fù)擔(dān)。彌散張量成像（DTI）是目前唯一可以在活體呈現(xiàn)白質(zhì)纖維束走行的MRI檢查技術(shù)[1]。便于觀察白質(zhì)纖維束和皮質(zhì)脊髓束（corticespinal tract，CST）受損的情況，對(duì)疾病的診斷、病情的評(píng)估及預(yù)后等具有重要意義。

磁共振彌散張量成像技術(shù)（DTI）是1994年Basser等首次提出的描述生物組織中水分子彌散方向特征的MRI成像技術(shù)。它可以準(zhǔn)確描述水分子彌散方向和幅度，從而有效反映白質(zhì)纖維束早期的微小變化[2]。也可以更加方便觀察白質(zhì)纖維束和皮質(zhì)脊髓束受損的情況。

1 DTI的原理

在人體組織中，組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)影響著水分子的運(yùn)動(dòng)，對(duì)不同方向的彌散程度也產(chǎn)生了不同的影響，具有方向依賴性，即具有各向異性（anisotropy）。DTI是利用組織中水分子彌散的各向異性來(lái)探測(cè)組織微觀結(jié)構(gòu)的成像方法。

1.1 DTI的量化參數(shù)

1.1.1 各向異性分?jǐn)?shù)（fractionalanisotropy，F(xiàn)A）：水分子在自由情況下是沒(méi)有順序的，并且運(yùn)動(dòng)也具有隨機(jī)性，對(duì)任何方向的彌散幾率是一致的，顧名思義各向同性;但在組織中，細(xì)胞膜等結(jié)構(gòu)制約著水分子的運(yùn)動(dòng)，各個(gè)方向彌散程度也就發(fā)生隨之而發(fā)生了改變，多沿著特定的方向進(jìn)行彌散，叫做各向異性;用FA來(lái)表示，取值在0～1之間，數(shù)值為1時(shí)，說(shuō)明水分子為最大各向異性的彌散，彌散運(yùn)動(dòng)規(guī)律、完整性好。

1.1.2 表觀彌散系數(shù)（apparentdiffusioncoefficient，ADC）：表示水分子單位時(shí)間內(nèi)向各個(gè)方向擴(kuò)散程度的大小，范圍越廣說(shuō)明水分子擴(kuò)散能力越強(qiáng)。

1.1.3 平均彌散率（meandiffusivity，MD）：表示水分子的各個(gè)方向平均彌散率，表示局部腦組織的完整性。

1.1.4 白質(zhì)纖維束示蹤成像（fiber tractography）：可以無(wú)創(chuàng)地研究活體大腦白質(zhì)纖維束形態(tài)和結(jié)構(gòu)[3]。

2 DTI在神經(jīng)外科疾病中的應(yīng)用

2.1 DTI在高血壓腦出血診療中的應(yīng)用

高血壓性腦出血（hypertensiveintracerebralhemorrhage，HICH）以基底節(jié)區(qū)和丘腦最為常見(jiàn)。近年來(lái)HICH的發(fā)病率越來(lái)越高，致殘率也顯著增長(zhǎng)，調(diào)查顯示HICH患者近幾年內(nèi)的病死率可高達(dá)百分之五以上。約有百分之五十到百分之七十五不同程度的神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。這種情況也嚴(yán)重的影響患者的生活質(zhì)量。HICH患者術(shù)后復(fù)查CT時(shí)顯示良好，但神經(jīng)功能恢復(fù)不佳，其原因是HICH患者出血部位腦白質(zhì)傳導(dǎo)束和內(nèi)囊白質(zhì)纖維束的皮質(zhì)脊髓束損傷所致，CST是控制軀干四肢運(yùn)動(dòng)最重要的傳導(dǎo)束。

DTI白質(zhì)纖維束示蹤成像技術(shù)可以無(wú)創(chuàng)地研究活體大腦白質(zhì)纖維束皮質(zhì)脊髓束的形態(tài)和結(jié)構(gòu)改變進(jìn)行分析研究。有研究發(fā)現(xiàn)：HICH患者健側(cè)白質(zhì)纖維明顯多于患側(cè)，患側(cè)感興趣區(qū)的FA值與ADC值都較健側(cè)有所降低，證實(shí)了HICH造成了纖維束結(jié)構(gòu)的改變，表明纖維束數(shù)量的多少與密集程度能更好地反映HICH患者內(nèi)囊受損的情況，更早地使用DTI技術(shù)可以進(jìn)行病情判斷和功能恢復(fù)程度預(yù)測(cè)。

2.2 DTI在腦腫瘤診療中的應(yīng)用

膠質(zhì)瘤是最常見(jiàn)的原發(fā)惡性顱內(nèi)腫瘤，呈彌漫浸潤(rùn)性生長(zhǎng)，邊界不清，具有侵襲能力強(qiáng)、易復(fù)發(fā)的特點(diǎn)[4]。腫瘤的異形生長(zhǎng)常累及腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束。目前外科手術(shù)治療仍然是膠質(zhì)瘤最主要的治療方式。MRI是最常用的檢查手段，但傳統(tǒng)影像學(xué)檢查手段只能分辨出腫瘤的邊界、位置及大小等，卻無(wú)法辨別錐體束等白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)。DTI可通過(guò)彩色張量圖、纖維示蹤圖顯示白質(zhì)纖維的走行方向，在顱內(nèi)病變時(shí)即可顯示白質(zhì)纖維與病變的相對(duì)位置和解剖關(guān)系。

有研究結(jié)果顯示，低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤FA值、ADC值比值明顯高于高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤，F(xiàn)A在腫瘤分級(jí)中的靈敏度為90%，特異度為60%，表明DTI在腦膠質(zhì)瘤分級(jí)中的特異度和靈敏度較好。隨著腫瘤惡性程度逐漸升高，腫瘤細(xì)胞密度相對(duì)增加，細(xì)胞間的間隙縮小，細(xì)胞的核質(zhì)比增加，異型性增高，制約了水分子的擴(kuò)散度，因此腫瘤的級(jí)別、惡性程度越高，F(xiàn)A和ADC的數(shù)值也就越低，可在一定程度上可用于指導(dǎo)腫瘤分級(jí)。其次，神經(jīng)外科醫(yī)生可以通過(guò)DTI更好了解腫瘤立體解剖關(guān)系，使其術(shù)中能夠更加掌握腫瘤與白質(zhì)纖維的情況，受腫瘤占位效應(yīng)的影響，皮質(zhì)下白質(zhì)束會(huì)產(chǎn)生位移。進(jìn)行手術(shù)時(shí)能夠盡可能保護(hù)正常的腦白質(zhì)纖維束，減少手術(shù)創(chuàng)傷，提高患者的預(yù)后及功能恢復(fù)的程度。

DTI技術(shù)對(duì)膠質(zhì)瘤患者的術(shù)前分析、術(shù)中指導(dǎo)、術(shù)后的功能恢復(fù)及腫瘤的惡性程度判斷都有非常重要的價(jià)值，對(duì)降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和患者臨床預(yù)后的評(píng)估都有顯著的優(yōu)勢(shì)。

2.3 DTI在腦梗塞診療中的應(yīng)用

在臨床上主要應(yīng)用FA對(duì)急性腦梗死來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。正常人的大腦左右側(cè)的FA、ADC值沒(méi)有明顯的差異，但是發(fā)生腦梗塞時(shí)梗死區(qū)域的FA顯著降低，早期平均ADC值降低，后期增高，CST穿過(guò)梗塞灶的患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)較差，CST未穿過(guò)梗塞灶的患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)較好。腦梗塞灶FA值變化及其對(duì)CST的影響，不同時(shí)期腦梗塞患者進(jìn)行DTI檢查：埂塞發(fā)生于不同位置的CST變量程度不同，腦梗塞區(qū)及健側(cè)對(duì)應(yīng)區(qū)的FA值是不同的，兩者得出的結(jié)果差異明顯。DTI結(jié)果顯示，病灶位于腦干者，CST的改變主要為變化不明顯或僅表現(xiàn)為纖維束變得稀疏，很少見(jiàn)纖維束得截然中斷，而病灶位于基底節(jié)區(qū)、放射冠的梗塞灶患者中，病灶CST截然中斷。

2.4 DTI在顱腦損傷診療中的應(yīng)用

顱腦損傷是神經(jīng)外科常見(jiàn)的疾病，其中30%留有不同程度的后遺癥。在臨床上對(duì)于顱腦損傷的患者都給予常規(guī)的頭部CT、MRI檢查，來(lái)觀察顱腦的結(jié)構(gòu)形態(tài)是否出現(xiàn)了改變，明確腦組織損害的程度。重度顱腦損傷的患者通常行頭顱CT檢查后，基本可以診斷明確，而且MRI檢查時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于需要急診搶救的重度顱腦損傷的危重患者不適宜進(jìn)行這項(xiàng)檢查。但是輕型顱腦損傷患者CT和MRI掃描的陽(yáng)性率較低，導(dǎo)致患者沒(méi)有接受及時(shí)的治療或更加準(zhǔn)確的治療從而造成病情進(jìn)一步的加重，甚至有生命危險(xiǎn)。近幾年來(lái)DTI慢慢地成為了臨床檢測(cè)輕型顱腦損傷的主要手段之一。

在顱腦損傷中約70%～90%的患者為輕型顱腦損傷，DTI可以對(duì)輕型顱腦損傷患者顱腦內(nèi)的結(jié)構(gòu)是否完整來(lái)進(jìn)行評(píng)估，F(xiàn)A數(shù)值減少時(shí)，提示顱腦內(nèi)結(jié)構(gòu)受損。ADC數(shù)值能提示水分子的擴(kuò)散自由度是否發(fā)生了改變，可利于對(duì)腦水腫的程度進(jìn)行評(píng)估。所以在DTI檢測(cè)時(shí)，F(xiàn)A值比ADC值對(duì)輕型顱腦損傷的腦組織損傷情況能做出更好的反應(yīng)。

在輕型顱腦損傷患者DTI檢測(cè)時(shí)，F(xiàn)A值與ADC值都起到了非常重要的作用，它們?cè)诓煌瑓^(qū)域會(huì)出現(xiàn)數(shù)值上升或下降等不同的變化，這對(duì)診斷、治療輕度顱腦損傷患者有著重要作用。

3 小結(jié)

綜上所述，較傳統(tǒng)的CT、MRI等影像檢查在發(fā)現(xiàn)疾病早期改變、決定手術(shù)方案、優(yōu)化手術(shù)方案、保護(hù)皮質(zhì)下重要功能的白質(zhì)纖維、預(yù)測(cè)患者的功能預(yù)后等多個(gè)方面都有著顯著的優(yōu)勢(shì)，DTI的檢查結(jié)果與操作者有著很大的關(guān)系，例如算法的采用方法、興趣區(qū)的位置和對(duì)神經(jīng)的解剖熟悉的程度都可能會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。而且目前DTI無(wú)創(chuàng)成像技術(shù)也存在值得去研究的問(wèn)題，例如：如果當(dāng)顱內(nèi)血腫的患者白質(zhì)纖維束受到壓迫時(shí)顯示連續(xù)性中斷，我們?cè)撊绾螠?zhǔn)確地確定白質(zhì)纖維束為受壓還是破壞。還有DTI檢查精密程度的高低，如果當(dāng)一些較小的纖維束受到破壞，其是否也可以準(zhǔn)確地顯示出來(lái)，確立更有效的手術(shù)操作方向和腦保護(hù)等一系列問(wèn)題。由于是目前獨(dú)有的可在活體呈現(xiàn)出白質(zhì)纖維束走行的MRI檢查技術(shù)，DTI在探索神經(jīng)系統(tǒng)的疾病中占據(jù)著舉足輕重的地位，DTI技術(shù)在神經(jīng)外科系統(tǒng)中不斷的增加臨床應(yīng)用、數(shù)據(jù)與圖像的處理優(yōu)化、軟件的不斷進(jìn)展與更新、自身的不斷發(fā)展與完善下能夠有更廣闊的前景，可以在神經(jīng)外科的疾病中得到更加廣泛的應(yīng)用，為神經(jīng)外科的患者帶來(lái)更多的福利。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕BasserPJ， MattieuoJ， LeBihanD. MRdiffhsiontensor8pectmscopyandima百ng[J]. BiophysJ，1994，66（01）：259-267.

〔2〕趙軼，席剛明.DTI對(duì)高血壓性基底節(jié)區(qū)出血病人皮質(zhì)脊髓束損傷程度評(píng)估的價(jià)值[J].中國(guó)臨床神經(jīng)外科雜志，2019，24（05）：286-288.

〔3〕AkbudakE， SnyderAZ， ShimonyJS， eta1. Tracki “gneuronal6berpathwaysinthe1ivinghumanbrain. PI、 DcNatlAcadSciUSAJT， 1999，96（18）：10422.

〔4〕李寶慶，王石磊，李寶東.Twist1對(duì)膠質(zhì)瘤樣干細(xì)胞的增殖和侵襲影響[J].解剖科學(xué)進(jìn)展，2018， 24（02）：149-152.