陳思攀 綜述,王曉明 審校
腦腫瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見疾病,由于腫瘤膨脹性或浸潤(rùn)性生長(zhǎng),在顱內(nèi)一旦占據(jù)一定空間時(shí),不論其性質(zhì)是良性還是惡性,都勢(shì)必使顱內(nèi)壓升高,壓迫腦組織,導(dǎo)致中樞神經(jīng)損害,甚至危及患者生命。目前臨床上通過常規(guī)磁共振成像術(shù)前腫瘤定位,進(jìn)行外科手術(shù)切除已成為腦腫瘤首選治療手段,但常規(guī)磁共振成像僅能顯示腫瘤一般信息(位置、大小、數(shù)目等),而腫瘤對(duì)大腦功能(如運(yùn)動(dòng)、語言、記憶等)造成的影響如何,卻難以實(shí)現(xiàn)。由于血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygen level dependent-functional magnetic resonance imaging,BOLD-fMRI)能從腦功能角度評(píng)價(jià)腫瘤對(duì)患者的影響,并能參與臨床制定治療方案,因此用該技術(shù)定位功能區(qū)尤為重要[1]。
功能磁共振成像從廣義上來講包括BOLD-fMRI、擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)、灌注加權(quán)成像(perfusion-weighted imaging,PWI)及磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy imaging, MRSI)等,而通常所說的則是狹義上的功能磁共振成像,即指BOLD-fMRI。該技術(shù)基于血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent, BLOD)效應(yīng)而產(chǎn)生,該效應(yīng)是由Ogawa等[2]于1990年首次發(fā)現(xiàn),他們注意到當(dāng)含氧血紅蛋白含量減少時(shí),磁共振信號(hào)在血管內(nèi)外均降低,于是提出這種效應(yīng)可能是由血液的磁場(chǎng)性質(zhì)變化引起的。在各種不同的生理刺激(如肢體運(yùn)動(dòng)、語言、光線)下,相應(yīng)的腦皮層功能區(qū)被激活,局部腦血流量明顯增加,但此時(shí)腦組織對(duì)氧的攝取量增加卻不明顯,由此導(dǎo)致含氧血紅蛋白濃度上升而脫氧血紅蛋白濃度相對(duì)下降。脫氧血紅蛋白具有明顯順磁性,而含氧血紅蛋白則具有抗磁性,因此脫氧血紅蛋白相當(dāng)于一種內(nèi)源性對(duì)比劑,可用來反映神經(jīng)血管耦連時(shí)神經(jīng)活動(dòng)的血流動(dòng)力學(xué)變化[2-4]。脫氧血紅蛋白相對(duì)濃度的降低引起磁化敏感效應(yīng)的下降,這一過程使BOLD信號(hào)輕微上升,并通過高靈敏度T2*成像技術(shù)獲取,從而間接、非侵入性的反映了功能性的腦部活動(dòng)[5]。
腦腫瘤目前最有效的治療手段為外科切除。最大程度切除腫瘤,并使腦功能區(qū)免受手術(shù)損害是外科手術(shù)治療腫瘤的首要目的,而位于功能區(qū)的腫瘤常使鄰近腦溝回受壓移位或浸潤(rùn)腫瘤周邊正常腦組織,還可造成功能區(qū)重塑或重組,此時(shí)僅僅基于經(jīng)典解剖學(xué)標(biāo)識(shí)定位腦功能區(qū)就變得不完全可靠了。由于BOLD-fMRI重點(diǎn)觀察的即是腦皮層的功能變化,此時(shí)行BOLD-fMRI檢查可準(zhǔn)確定位皮質(zhì)功能區(qū),顯示病灶與鄰近功能區(qū)關(guān)系及功能區(qū)的變化情況,有助于制定手術(shù)計(jì)劃,減少術(shù)后并發(fā)癥。目前BOLD-fMRI在腦腫瘤診治中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:①腫瘤切除術(shù)前腦功能區(qū)定位;②術(shù)中與神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)合指導(dǎo)切除腦腫瘤;③術(shù)后療效評(píng)價(jià)及預(yù)后監(jiān)測(cè)。
由于手術(shù)需要盡可能保護(hù)腦功能區(qū)的完整性,因此在腫瘤手術(shù)過程中,正確辨認(rèn)腦功能區(qū)至關(guān)重要。術(shù)前BOLD-fMRI不僅能夠提供更完整的腦功能及解剖影像,更為重要的是可以參與改進(jìn)手術(shù)計(jì)劃,降低患者手術(shù)的痛苦。Petrella等[6]利用BOLD-fMRI對(duì)腦腫瘤患者進(jìn)行術(shù)前評(píng)估,使患者的治療計(jì)劃均不同程度得以改進(jìn),降低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)性。目前,能夠進(jìn)行術(shù)前BOLD-fMRI定位的皮層功能區(qū)主要包括運(yùn)動(dòng)區(qū)、語言區(qū);此外,記憶區(qū)及視覺區(qū)等的研究也取得了一定進(jìn)展。
2.1.1 運(yùn)動(dòng)功能區(qū)定位
目前臨床普遍采用術(shù)中神經(jīng)學(xué)及電生理學(xué)手段進(jìn)行功能區(qū)定位,如軀體感覺誘發(fā)電位(somatosensory evoked potentials, SSEPs)、術(shù)中皮層電刺激(electrocortical stimulation, ECS)等,由于這些手段的直觀性及準(zhǔn)確性一直被作為辨認(rèn)腦功能區(qū)的“金標(biāo)準(zhǔn)”,然而,由于皮層對(duì)于刺激的敏感性會(huì)受到麻醉深度和腫瘤占位效應(yīng)的影響,刺激引發(fā)病理性后放電或癲癇可限制進(jìn)一步刺激的進(jìn)行,不能輕易確定白質(zhì)損傷的程度[7],并且使手術(shù)野過大,手術(shù)時(shí)間延長(zhǎng),手術(shù)安全性降低,其弊端也相當(dāng)明顯。
鑒于運(yùn)動(dòng)功能區(qū)在解剖結(jié)構(gòu)上相對(duì)其他功能區(qū)位置相對(duì)固定[8],并且該功能區(qū)成像較易通過患者配合實(shí)現(xiàn),因此該功能區(qū)最早成為研究熱點(diǎn)。一般通過功能區(qū)對(duì)應(yīng)器官進(jìn)行一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)區(qū)的激活(activation),如手指進(jìn)行對(duì)指運(yùn)動(dòng)或握拳運(yùn)動(dòng)激活手部運(yùn)動(dòng)區(qū),足部/腿部進(jìn)行屈伸運(yùn)動(dòng)則激活足部/腿部運(yùn)動(dòng)區(qū)等。當(dāng)腫瘤累及某個(gè)運(yùn)動(dòng)區(qū)并出現(xiàn)一定的臨床癥狀,如肢體無力或麻痹等,進(jìn)行常規(guī)磁共振成像僅能明確腦解剖結(jié)構(gòu)的變化,此外,對(duì)于某些位于腦深部的功能區(qū),如足部/腿部運(yùn)動(dòng)區(qū)來說,采用電生理學(xué)刺激定位困難更大[9],此時(shí)若采用BOLD-fMRI顯示激活的功能區(qū),在術(shù)前對(duì)該區(qū)是否受到腫瘤累及做出準(zhǔn)確判斷,并進(jìn)一步制定治療方案。Mueller、Yetkin等[10,11]對(duì)腦腫瘤手術(shù)的患者進(jìn)行研究,將BOLD-fMRI功能區(qū)激活圖與術(shù)中皮層電刺激結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),當(dāng)腫瘤距離皮層感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)1 cm內(nèi)時(shí),兩種方法的一致性為67%,當(dāng)距離擴(kuò)大至2 cm內(nèi)時(shí),一致性則為100%,并且他們推斷若腫瘤距離皮層感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)邊緣2 cm以上時(shí),術(shù)后不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)功能減退。段鴻洲等[12]通過對(duì)比患者手術(shù)前后Karnofsky評(píng)分驗(yàn)證了BOLD-fMRI術(shù)前評(píng)價(jià)的重要意義以及對(duì)手術(shù)指導(dǎo)的積極作用。
2.1.2 語言功能區(qū)定位
語言功能區(qū)在解剖位置上與運(yùn)動(dòng)區(qū)相比變異較大,僅依照常規(guī)形態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)腫瘤的影響并不夠準(zhǔn)確,目前臨床上評(píng)價(jià)語言功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”為韋達(dá)測(cè)驗(yàn)(Wada test),但該方法同樣具有創(chuàng)傷性而在臨床應(yīng)用上受到制約,因此進(jìn)行BOLD-fMRI則顯得更加必要。已有研究表明二者在判斷語言優(yōu)勢(shì)方面具有良好的一致性[13,14]。對(duì)于語言功能區(qū)來說,盡管其可激活范圍較廣泛,但臨床最為關(guān)心的則是語言產(chǎn)生和理解能力是否受腫瘤影響,如Wernicke區(qū)及Broca區(qū)等[8]。語言區(qū)激活的方法或稱為任務(wù)(task)種類較多,如聽覺反應(yīng)命名任務(wù)、句意理解任務(wù)及完成語句任務(wù)等,此外還有一類任務(wù)不需患者進(jìn)行動(dòng)作,即安靜語言任務(wù)(silent language tasks),如聽到詞語后進(jìn)行指定的聯(lián)想,其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生頭動(dòng)偽影較少,便于數(shù)據(jù)分析,但激活區(qū)域相對(duì)較小。無論采用何種方法,在得到語言區(qū)激活圖像之后便能直觀了解腫瘤對(duì)該區(qū)的影響情況。Kapsalakis等[15]將一組功能區(qū)膠質(zhì)瘤患者的BOLD-fMRI功能區(qū)激活圖與術(shù)中皮層刺激結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,兩種方法顯示運(yùn)動(dòng)區(qū)及語言區(qū)的一致性均較高。季倩等[16]對(duì)腦腫瘤患者行術(shù)前BOLD-fMRI語言區(qū)定位,證明該技術(shù)能有效提示功能區(qū)受腫瘤影響情況,從而改進(jìn)患者的手術(shù)計(jì)劃。Tomczak等[17]對(duì)41名腦腫瘤患者進(jìn)行術(shù)前BOLD-fMRI,評(píng)價(jià)其識(shí)別運(yùn)動(dòng)及語言皮層中樞的能力,并用于指導(dǎo)手術(shù)計(jì)劃制定,術(shù)后患者皮層運(yùn)動(dòng)及語言功能區(qū)均得到很好保護(hù),因此認(rèn)為BOLD-fMRI 有助于精確設(shè)計(jì)手術(shù)計(jì)劃,并建議成為腦腫瘤患者術(shù)前的常規(guī)檢查。
這些研究均說明,術(shù)前行BOLD-fMRI檢查可無創(chuàng)的顯示腫瘤與鄰近皮層功能區(qū)之間關(guān)系以及功能區(qū)受到的不良影響,有助于醫(yī)師制定和改善手術(shù)計(jì)劃,提高手術(shù)治愈率并改善預(yù)后。
神經(jīng)導(dǎo)航(neuronavigation,NN)技術(shù)與術(shù)中磁共振成像(intraoperative MRI,iMRI)的出現(xiàn)使保護(hù)皮層功能與腫瘤切除最大化得以同時(shí)實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)對(duì)腦組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)航定位,如同給術(shù)者提供了大腦的“全球定位系統(tǒng)”;術(shù)中磁共振提供了精確的皮層功能區(qū)域圖,并能及時(shí)更新腦組織結(jié)構(gòu)的變化情況。將二者聯(lián)合應(yīng)用,使術(shù)者能夠制定最佳的手術(shù)入路進(jìn)行精準(zhǔn)的病灶切除,同時(shí)避開重要皮層功能區(qū),保護(hù)腦功能免于受損。
2.2.1 神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)
該技術(shù)又稱影像導(dǎo)向外科技術(shù),通常是將患者術(shù)前影像學(xué)資料與其術(shù)時(shí)的實(shí)際解剖通過高性能計(jì)算機(jī)緊密地連接起來,在神經(jīng)導(dǎo)航序列影像和患者腦結(jié)構(gòu)之間建立對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)關(guān)系,進(jìn)行手術(shù)定位導(dǎo)航[18],它的三維空間定位和實(shí)時(shí)導(dǎo)航功能可以不斷向術(shù)者反饋腦結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化信息,是定向技術(shù)、神經(jīng)影像技術(shù)、微創(chuàng)手術(shù)及神經(jīng)影像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。
神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多,如制定最安全的術(shù)前方案,準(zhǔn)確定位腦組織的解剖結(jié)構(gòu),實(shí)時(shí)顯示手術(shù)入路及周圍毗鄰結(jié)構(gòu),顯示病灶切除范圍等。其精確度甚至可以達(dá)到毫米級(jí)[7]。但若涉及到腦皮層功能區(qū)的定位,該技術(shù)的局限性也較為明顯,如在腫瘤切除過程中因腦組織結(jié)構(gòu)發(fā)生位置或體積上的變化,依據(jù)術(shù)前影像進(jìn)行的腦結(jié)構(gòu)定位會(huì)與實(shí)際位置發(fā)生偏移,即稱之為腦漂移或影像漂移(brain shift)。因有腦漂移現(xiàn)象的存在,尤其是需要了解腫瘤殘留情況時(shí),利用術(shù)前磁共振影像進(jìn)行相關(guān)已失去價(jià)值,此時(shí)神經(jīng)導(dǎo)航定位的精度將大受影響[19],若術(shù)中能夠通過BOLD-fMRI對(duì)腦皮層功能區(qū)進(jìn)行定位,不但能夠更新腦結(jié)構(gòu)的解剖影像,更重要的是能夠?qū)δX皮層功能區(qū)進(jìn)行重新評(píng)價(jià),明確腫瘤殘余情況,使術(shù)者明確手術(shù)范圍,在操作過程中盡量避開重要腦區(qū),避免腦功能的損傷,降低術(shù)后神經(jīng)功能障礙發(fā)生率。Petrovich等[20]研究認(rèn)為,對(duì)于腫瘤位于中央溝附近的患者,BOLD-fMRI定位主要皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)要比采用術(shù)中軀體感覺誘發(fā)電位(SSEPs)測(cè)量更加可靠。
2.2.2 術(shù)中磁共振成像
iMRI技術(shù)起步相對(duì)較晚,它使神經(jīng)外科醫(yī)師在手術(shù)過程中不間斷獲取腦組織結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化信息,因而近年來發(fā)展迅速。該技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是彌補(bǔ)了以往神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)使用術(shù)前影像無法解決腦漂移(brain shift)問題的不足。由于主動(dòng)屏蔽超導(dǎo)磁體(active shielding superconducting magnets)的應(yīng)用,不僅使手術(shù)能夠在較高場(chǎng)強(qiáng)下進(jìn)行,而且提高了解剖圖像質(zhì)量,更為重要的是允許多種腦功能成像,如BOLD-fMRI、DTI、MRS等參與到術(shù)中影像評(píng)估當(dāng)中[21-23]。
根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度的不同可將iMRI分為兩大類:一類為低場(chǎng)強(qiáng),0.5 T以下,一類為高場(chǎng)強(qiáng),1.5~3.0T。BOLD-fMRI通常是在高場(chǎng)強(qiáng)MRI中進(jìn)行的,正如前文所說,在克服了腦漂移產(chǎn)生的影響后,進(jìn)行BOLD-fMRI檢查能充分的明確皮層功能區(qū)的實(shí)際位置以及是否受到手術(shù)操作或殘余腫瘤的影響(浸潤(rùn)或重塑等)。若想了解白質(zhì)纖維束受影響情況,則可將DTI圖像融合進(jìn)iMRI中,使術(shù)中信息更為全面。吳勁松等[24]將58名位于或臨近運(yùn)動(dòng)中樞的腦腫瘤患者隨機(jī)分成2組,其中實(shí)驗(yàn)組30名患者進(jìn)行BOLD-fMRI導(dǎo)航,對(duì)照組28名進(jìn)行常規(guī)導(dǎo)航,結(jié)果顯示在腫瘤完全切除率、術(shù)后肢體恢復(fù)以及運(yùn)動(dòng)功能缺失狀況方面,實(shí)驗(yàn)組均明顯優(yōu)于對(duì)照組。以上研究表明,應(yīng)用BOLD-fMRI聯(lián)合神經(jīng)導(dǎo)航手術(shù)治療腦腫瘤,在精確定位腫瘤位置、明確腦功能區(qū)受影響情況以及提高腦腫瘤全切率、改善術(shù)后生存質(zhì)量上具有明顯優(yōu)勢(shì)。但由于iMRI設(shè)備昂貴,與傳統(tǒng)設(shè)備不易兼容等原因,目前臨床實(shí)際工作中還未廣泛應(yīng)用。
腫瘤切除后行常規(guī)磁共振檢查只能得到腦部結(jié)構(gòu)的變化信息,并且由于組織出血、水腫等原因,判定腫瘤殘留或復(fù)發(fā)情況較困難,術(shù)后行BOLD-fMRI檢查則可彌補(bǔ)這一缺陷,它不僅可以明確同側(cè)功能區(qū)變化及對(duì)側(cè)功能區(qū)代償情況,還可為以后功能區(qū)恢復(fù)情況提供客觀評(píng)價(jià),監(jiān)測(cè)腫瘤復(fù)發(fā)對(duì)功能區(qū)的再影響。Xie等[25]根據(jù)患者術(shù)前得到的運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)激活圖制定手術(shù)方案,最大程度地切除膠質(zhì)瘤的同時(shí)避開腦功能區(qū),術(shù)后患者的KPS評(píng)分均有明顯的提高。但由于BOLD-fMRI不能顯示神經(jīng)元之間的纖維連接,皮層激活區(qū)與皮下神經(jīng)通路之間的聯(lián)系無法顯示,腫瘤對(duì)神經(jīng)纖維束的影響情況(如擠壓、浸潤(rùn)、截?cái)嗟?也不易觀察,而DTI在這些方面優(yōu)勢(shì)較為明顯,若將BOLD-fMRI與DTI技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),則可將二者的效用進(jìn)一步提高。
如前所述,BOLD-fMRI為臨床提供了一種安全、無創(chuàng)且相對(duì)廉價(jià)的方法,對(duì)于神經(jīng)外科醫(yī)師了解腫瘤及腦功能信息,制定及完善治療方案,降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),減少患者手術(shù)痛苦以及評(píng)價(jià)預(yù)后等方面均可起到非常重要的作用,可充分兼顧腫瘤切除和腦功能的保護(hù)。因此,該技術(shù)受重視程度與日俱增。然而,我們也應(yīng)認(rèn)識(shí)到BOLD-fMRI的不足之處,由于BOLD信號(hào)由三部分組成:真正的神經(jīng)元活動(dòng),敏感性偽影以及神經(jīng)血管解偶聯(lián)效應(yīng)[5],其中后兩者都能產(chǎn)生非真實(shí)的信號(hào),有可能對(duì)最終結(jié)果造成不良影響,此外在結(jié)果的可重復(fù)性方面還有待提高(如為確定皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)時(shí),采用不同的運(yùn)動(dòng)范式得到的皮層激活圖范圍不盡相同),這提示了在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,聯(lián)合應(yīng)用多種磁共振功能成像技術(shù)(如DTI、PWI、MRS等),同時(shí)綜合臨床診斷才能使結(jié)論更加可靠。診斷技術(shù)的多元化、綜合化是今后的趨勢(shì)所在,這對(duì)提高腦腫瘤診斷正確率、制定個(gè)性化診療方案以及改善患者預(yù)后和生存質(zhì)量都起著至關(guān)重要的作用。
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