GQI及DSI在脑内神经纤维显示方面的优势探讨及临床应用

摘要

目的：
　　第一部分:弥散张量成像(Diffusion tensor imaging，DTI)是在活体中显示脑纤维束的无创影像学手段，它能为神经外科手术医师在开颅前提供更多肿瘤和周围神经纤维方面的信息。但DTI在瘤周水肿神经纤维显示等方面有局限性，近来我们发现广义q空间取样成像(Generalized q-sampling imaging，GQI)能够克服DTI的这些局限性，在瘤周水肿内神经纤维显示方面更具优势。第二部分:理论上讲，磁共振弥散张量成像(DTI)数据扫描方式受磁化率伪影、梯度场快速切换过程中产生的涡流、空间分辨率及信噪比较低等因素影响，在颅内交叉纤维显示方面存在局限。以磁共振弥散谱成像(Diffusion spectrum imaging，DSI)为代表的新的q空间成像技术弥补了这个不足，能够在不用建立先验模型的前提下描述水分子在任意几何空间内的弥散特征。我们在本次研究中通过对人脑用两种方法进行数据扫描并重建颅内交叉纤维来验证这个理论。第三部分:探讨磁共振弥散张量纤维束成像(Diffusion tensor tractography, DTT)在涉及功能区脑肿瘤术前计划和预后功能评价方面的应用价值。
　　方法：
　　第一部分:5例脑瘤患者在3.0T磁共振下进行扫描，将所得数据导入DSI studio软件中，分别用DTI和GQI纤维追踪方法进行脑内白质神经纤维的重建。鉴于DTI和GQI所重建出的纤维形态及数量分别受部分各向异性值(Fractionalanisotropy，FA)和定量各项异性值(Quantity anisotropy，QA)值的影响，我们通过“健侧矫正”的方法来校正FA值和QA值，从而客观的比较DTI和GQI在瘤周水肿内神经纤维显示方面的差异。第二部分:对9名健康志愿者在3.0T磁共振下，分别用DTI及DSI两种数据采样方式进行扫描，将所得数据导入DSI studio软件中，统一用GQI数据重建方法，进行DTT(diffusion tensor tractography)追踪重建颅内常见复杂交叉纤维如视交叉、锥体束、弓状束、胼胝体、小脑上脚交叉等，比较两种数据采样方法获得的数据在交叉纤维重建方面的不同。第三部分:将42例诊断为颅内功能区肿瘤的患者随机分为两组，试验组21例，其中男13例，女8例，平均年龄53.286岁，肿瘤涉及额叶的有8例，颞叶的有2例，中央前回8例，大脑镰旁3例，肿瘤体积为38038.86±3578.47mm3;对照组21例患者中，男11例，女10例，平均年龄48.238岁，肿瘤涉及额叶的有6例，颞叶的有3例，中央前回7例，大脑镰旁5例，肿瘤体积为46788.62±3095.99mm3。两组间年龄、性别、病变部位、肿瘤体积均无统计学差异。对试验组21例涉及锥体束（与肢体活动相关）、弓状束（与语言相关）的脑肿瘤患者，在术前常规磁共振基础上，行弥散张量成像序列扫描，并将获得的DICOM格式数据导入后处理软件DSI studio中，通过广义q空间成像(GQI)数据重建方法，生成三维白质纤维示踪图(DTT)，提供功能纤维束与肿瘤之间的位置关系，优化手术方案，在避免损伤纤维束的前提下尽可能多的切除肿瘤。对照组患者仅行MRI扫描。通过两组之间肿瘤切除率、生存质量评价(KPS评分)变化来评价DTT对患者预后功能的影响。同时比较患侧功能纤维定量各向异性值（QA值）手术前后变化情况跟患者术后功能改善情况两者之间的相关性。
　　结果：
　　第一部分:GQI在瘤周水肿内神经纤维显示方面明显优于DTI:1.在纤维走形方面，瘤周水肿带内神经纤维在DTI上显示断裂缺失，而GQI上显示完整;2.在纤维数量方面，瘤周水肿内纤维数量在GQI上明显多于DTI。我们通过术后水肿消退后瘤周水肿内纤维在DTI“复现”而GQI手术前后吻合及尸体解剖等方法来验证GQI的真实性。第二部分:DTT纤维束重建结果显示，上述各条纤维中交叉部分在通过DSI采集方法获得的数据上显示为正常交叉，而在DTI数据上显示为平行或伪影。第三部分:试验组镜下肿瘤全切18例，次全切3例，全切率为85.71％;对照组镜下肿瘤全切15例，次全切6例，全切率为71.43％。经卡方检验，X2=1.273，P=0.259，P＞0.05，证明试验组全切率跟对照组相比无统计学差异。试验组21例患者中，术后症状改善率为85.71％，对照组21例患者中，术后症状改善率为47.62％，将两组术后症状改善率应用卡方检验，X2=6.952，P=0.031，P＜0.05，有统计学差异。试验组KPS值术前66.67±16.23，术后78.57±17.40。用成对样本t检验，比较试验组手术前后KPS值，t=-5.294，P=0，P＜0.05.术后KPS值比术前KPS值有所提高。对照组KPS值术前66.67±16.00，术后72.38±19.21。用成对样本t检验，比较对照组手术前后t=-3.706， P=0.04，P＜0.05，术后KPS值比术前KPS值有所提高。用成对样本t检验，计算得出试验组术后KPS提高率（（术后-术前）/术前）比对照组相比，t=1.768，P=0.042，P＜0.05，有统计学差异，试验组术后KPS提高率大于对照组。对试验组手术前后患侧功能纤维束QA值的变化，应用配对样本t检验，得出t=-6.461，P=0，P＜0.05，说明试验组术后QA值较术前相比明显增高，差异有统计学意义。我们对上述结果应用相关性分析，得出所有患者术前术后的KPS增高值跟QA值的增高之间正相关，相关系数为0.87; QA值的增高值跟试验组患者术后症状率也是正相关。相关系数为0.62.
　　结论：
　　第一部分:通过上述研究，我们发现GQI在瘤周水肿内神经纤维显示方面明显优于DTI，可以为神经外科医生在手术前提供更多神经保护方面的信息。第二部分:DSI数据采集方法在颅内交叉纤维显示方面优于DTI，有重要的科研及临床应用价值。第三部分:DTT是对传统MRI有效补充，在涉及功能区脑肿瘤的术前计划指定有重要意义，可以显著改善患者预后功能，同时QA值有望成为预后功能评价的重要指标。

目录

声明

摘要

英文缩略语

第一部分：比较GQI与DTI在瘤周水肿内神经纤维显示方面的不同

前言

资料与方法

结果

讨论

第二部分：比较DTI及DSI在颅内交叉纤维显示的差异

前言

资料与方法

结果

讨论

第三部分：弥散张量纤维束成像在颅脑功能区肿瘤手术方面的应用研究

前言

资料与方法

结果

讨论

本研究创新性的自我评价

参考文献

综述

在学期间科研成绩

致谢

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