神经影像学进展.doc

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1、神经影像学进展随着影像技术的发展，CT和MRI已经成为脑肿瘤最主要的影像学检查方法。一般CT可发现直径小到3mm的肿瘤。CT显示钙斑、骨骼、脂肪和液体较好，CT可同时显示脑室、脑池、硬脑膜和颅骨，而了解肿瘤和这些结构的关系有助于定位；增强扫描有助于肿瘤显示和定性诊断。但CT在平扫一个等密度、无瘤周水肿的未引起明显占位效应的较小肿瘤时，可能漏诊。同样，CT对肿瘤定性诊断准确性也有一定限度。MRI更高的对比分辨力、多方位成像有利于肿瘤的定位诊断，多参数成像为肿瘤定性诊断提供较多信息。采用脂肪抑制和水抑制技术可判断肿瘤的脂肪和液体成分，有利于定性诊断。但MRI在判断钙化和骨质方面不及CT清楚可靠。由

2、于不少脑瘤不论在CT还是MRI上，常有相对的典型表现，多可作出诊断，但定性不像定位、定量诊断那样准确，因为常见肿瘤可出现不典型CT或MRI表现，而一些少见肿瘤甚至非肿瘤病变，又可出现类似常见肿瘤的所谓典型表现，以致难以区分。影像学对脑瘤病理性质诊断首先是判断肿瘤位置在脑内还是在脑外，进而估计肿瘤组织来源；其次依据肿瘤的边缘、轮廓、周围水肿、数目和CT密度、MRI信号特点，估计肿瘤生长方式和内部结构；再次是造影增强，依有无强化、强化程度与形式，评价肿瘤血供和血脑屏障形成或破坏情况。综合分析上述表现，进而推断肿瘤的病理性质。但常规影像学不能反映肿瘤的组织学特征，根据形态成像，不论CT或MRI，都难

3、以解决这些问题。由于多层CT（16层、64层）、高强度MRI（1.5T-3.0T）的出现、各种成像序列、功能分析技术的进步，常规影像学正发生巨大变化，从单纯形态学水平深入到灌注、功能和代谢水平研究，以适应免疫组化以及脑肿瘤WHO病理学新分类的发展，并为优化手术入路、判定功能区提供帮助，从而在脑肿瘤诊断、指导治疗和疗效评价方面发挥重要作用。一、灌注成像实体肿瘤或肿瘤实体部分由肿瘤细胞、肿瘤血管和间质组成，肿瘤较小时没有肿瘤自身血管，肿瘤长大时则有血管的生成，并引起血流量、血容量和毛细血管渗透压的改变。灌注成像系快速静注对比剂，根据对比剂到达病变浓度处于高峰及廓清这一段时间内的浓度变化，了解肿瘤毛

4、细血管血流动力学状态的成像技术。CT灌注成像用碘剂，依时间和密度关系得时间-密度曲线；MRI则用Gd-DTPA依时间与信号强度得时间-信号曲线，从而获得血容量、血流量和平均通过时间等几个有价值的参数。通过测定肿瘤血容量可了解肿瘤内血管生成状态，从而帮助判断肿瘤的生长、分级等生物学特性，并估计预后。CT灌注成像常用的灌注参数包括脑血容量（cerebral blood volume，CBV）、脑血流量（cerebral blood flow，CBF）、平均通过时间（mean transit time，MTT）、对比剂峰值时间（time to peak，TTP）、表面通透性（permeability

5、 surface area product，PS）。常规CT和MRI增强扫描虽能较好勾划脑肿瘤形态特征，并反映其血脑屏障受损情况，但不能全面定量反映肿瘤的血供特点，而CT灌注可反映肿瘤血管生成，可在一定程度上反映星胶的恶性程度。PS值有助于星胶分级，低级别星胶PS值是脑白质的15倍左右，而高级别星胶为35倍左右，故在PS图像较CBF、CBV图像明显得多，更有利于观察病变。CT灌注成像可用于脑膜瘤、良恶性星胶及转移瘤之间的鉴别诊断：1. 脑膜瘤各项灌注指标呈均匀性增高，其臂脑循环时间接近或高于上矢状窦。2. 恶性星胶为明显的不均匀性，臂脑循环时间介于动脉与上矢状窦之间，提示AVF。3. 良性星胶

6、各项灌注指标无明显变化。4. 脑转移瘤，肿瘤边缘区各项灌注指标增高。CT灌注只能反映功能性管腔化血管，因此只能近似地反映肿瘤血管生成，需结合常规影像学检查的形态特征进行综合分析，对脑肿瘤作出较为客观、全面的评价。磁共振灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）PWI是通过特定脑区血流的内源性或外源性对比剂引起的局部信号变化，反映局部脑血流灌注、血流量及毛细血管通透性等血流动力学相关信息。目前常用顺磁性对比剂通过毛细血管网引起周围组织局部磁场的短暂变化进行成像。PWI能鉴别脑肿瘤良恶性：1. 高级别星胶瘤周rCBV高于对侧正常脑组织。因为肿瘤浸润性生长，瘤周水肿

7、内伴有肿瘤血管生成。2. 脑转移瘤瘤周rCBV下降。肿瘤膨胀性生长，肿瘤边界以外无瘤细胞浸润，且水肿区血流量因血管外水肿压迫局部微血管而下降。3. 原发性淋巴瘤rCBV明显低于胶质母细胞瘤。4. 脑膜瘤无血脑屏障，时间-强度曲线呈速降缓升型，甚至曲线不能回到基础水平，而有血脑屏障的肿瘤对比剂多存留在血管内，曲线呈速降速升型。PWI能鉴别治疗后坏死和肿瘤复发：PWI反映的是肿瘤血管生成，伴或不伴血脑屏障破坏，因此有助于星胶术前分级。残留的肿瘤或肿瘤复发常伴随血流灌注的增加，坏死组织血流灌注下降，可据此加以鉴别。二、磁共振弥散成像这是目前在活体上测量水分子弥散运动与成像的唯一方法，包括DWI、DT

8、I和DTT。DWI常采用表现弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）描述组织中水分子弥散的快慢，ADC和DWI图中的信号强度通常相反；DTI是在弥散加权成像基础上在6个线性方向上施加弥散敏感梯度而获取的图像，用以反映弥散各向异性；DTT是利用示踪技术在体外三维显示白质纤维的走行，即弥散示踪图。弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）DWI对脑肿瘤囊变与脑脓肿、表皮样囊肿、蛛网膜囊肿鉴别敏感。脑脓肿内含有坏死细胞碎屑、粘稠脓液，表皮样囊肿内含有角化物质及粘液等物质，粘滞性较高，弥散运动受阻，ADC值较低，DWI为高信号；

9、而脑肿瘤囊变及蛛网膜囊肿内液体成分粘滞性低，水分子弥散运动快，ADC值高，DWI为低信号。脑肿瘤ADC值主要反映肿瘤细胞排列的紧密程度，细胞核/浆比、细胞组织的粘滞程度等，这些与肿瘤病理类型相关性不大，故DWI在脑肿瘤鉴别诊断、术前分级方面价值有限，但有利于判断肿瘤侵袭情况。脑胶质瘤侵袭特点是只局限于周围脑组织侵袭，极少向远处转移。在肿瘤大块侵袭前首先是单细胞侵袭，由于肿瘤对有髓纤维高亲和力，使肿瘤能向更远范围内侵袭。肿瘤侵袭范围与瘤周水肿一致，瘤周水肿越广，肿瘤侵袭越明显，瘤周水肿是胶质瘤局部侵袭的实际范围，是肿瘤侵袭的结果，而非缺氧所致。CT瘤周低密度区是肿瘤侵袭的实际区域，可判断肿瘤的侵

10、袭范围，瘤周水肿越广，预后越差，而瘤周水肿明显处是脑胶质瘤全切除后首要复发部位；MRI瘤周水肿是指强化瘤体周围T1低信号、T2高信号区，瘤周水肿实际上包括了大量肿瘤细胞浸润，故在切除肿瘤时应在强化T1增强区域外进行扩大切除，非强化肿瘤应以T2作为切除范围；DWI是目前能在活体上进行水分子弥散测量与成像的唯一方法，有利于对肿瘤侵袭范围的判断。磁共振弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）DTI技术是近年来在MRI和DWI技术的基础上发展起来的一种新的MRI技术，是迄今为止唯一一种无创显示活体组织深部结构扩散特征的分子影像学方法，1994年由Basser等首先提出并

11、进行研究。组织内水分子运动特征即弥散，测量水分子运动各向异性特征的参数主要有AI、RI和FA。其中最常用的是各向异性分数（fractional anisotropy，FA），FA是指水分子各向异向成分占整个弥散张量的比例，FA越大，组织的各向异性越强，组织结构排列越规律紧密。FA值在脑干主要受神经纤维的直径、密度和髓鞘化程度的影响。在神经纤维受损时FA值下降，反映了脑组织中神经纤维的完整情况，是白质纤维束是否损伤的敏感指标，能追踪正常皮层下纤维束。与常规MRI结合可反映胶质瘤组织在脑白质内分布的生物学行为，可显示肿瘤与神经白质纤维束之间的关系，从而判断脑胶质瘤在脑内扩散、迁移途径，判定肿瘤对白

12、质纤维影响的性质和程度，区分白质纤维被推移或被侵袭、破坏，对指导胶质瘤的切除范围、肿瘤切除程度和预后评估有重要意义。与传统MRI技术相比较，DTI的各向异性图像不仅可清晰显示白质结构，更能从中分辨出不同神经传导束和纤维投射方向，在活体上达到既往解剖学研究中，通过髓磷脂特殊染色（碱性磷酸酶）技术在大体脑切片上显示的相似效果。DTI结合常规MRI有助于脑肿瘤的鉴别诊断：1. 胶质母细胞瘤在DTI上的范围大于MRI T2，低级别星胶两者异常信号范围基本一致。2. 脑膜瘤周围白质轻度或明显受压，FA表现正常或升高。3. 间变性脑膜瘤，肿瘤周围脑白质常被挤压浸润，FA轻度或明显下降。4. 转移瘤的瘤周水

13、肿平均扩散系数（average diffusion coefficient，Dcavg）显著高于高级别星胶，而高级别星胶水肿周围正常脑白质Dcavg则高于转移瘤。常规MRI扫描序列无法清晰描述脑白质纤维的形态结构，而DTI技术可以直观显示胶质瘤周围的白质纤维传导束的改变，可为手术提供导航作用，避开移位的白质束，保护变形、移位的白质，以提高术后生活质量；切除受损的白质束以防止术后复发。依据DTI提供的胶质瘤与相邻脑白质纤维束空间解剖关系信息，有助于在大程度切除胶质瘤病灶的同时，将手术的损伤降低到最小。Field将肿瘤影响白质纤维分成4种类型：1. 肿瘤推移白质束，白质束FA保持正常或接近正常，而

14、位置和/或方向不正常。2. 由于血管源性水肿，白质束FA值明显下降，而位置和方向正常（即在方向编码彩图上颜色正常）。3. 肿瘤浸润导致白质束、FA值明显下降，并且在方向编码彩图上颜色异常。4. 肿瘤完全破坏纤维束，在方向编码彩图上无法显示纤维束。其中1、4类型对外科医生手术治疗胶质瘤最具临床应用价值。通过DTI技术了解胶质瘤病灶对周围脑白质纤维束，尤其是重要功能神经束（如锥体束）的影响及白质纤维的完整性与肿瘤确切位置关系，对制定适宜的手术方案、判断手术切除范围有重要意义，并可预测手术风险和预后。对-级胶质瘤推移、分离相邻脑白质纤维的患者，手术时尽可能保护这些正常的白质纤维束，术后复查纤维束逐渐

15、复位，患者临床症状也获得相应改善；-级胶质瘤浸润破坏相邻脑白质纤维束的患者，则尽可能多地切除肿瘤，不用担心保护已受到破坏的脑白质纤维束及可能造成新的功能缺陷，术后复查已破坏的白质束无法恢复，其临床症状也未出现明显改善。尽管神经导航提供了病灶的准确位置，但不能指示脑白质内与神经纤维的毗邻关系。因此，神经导航下的手术仍然有较高的神经致残率。利用弥散张量的原理，可以很好显示白质纤维束走向和与肿瘤关系。DTI主要作用在于评价肿瘤与邻近白质纤维的空间解剖关系及白质纤维受累情况。在神经导航帮助下，fMRI与DTI联合应用，可以准确定位大脑皮层运动区和纤维束，以提高肿瘤切除程度，减少手术损伤导致的术后功能障

16、碍加重。FA值不能区分肿瘤实质强化区和周边水肿区，非强化区是否存在胶质细胞浸润，目前无法界定，故多种新技术，包括导航和DTI均有其局限性。弥散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT）DTT反映肿瘤与白质的关系，可指导术前方案制定，避免术中移位纤维的损伤，并可观察术后纤维变化，为评定疗效提供依据。DTI和DTT不足之处：弥散梯度引起涡流，使纤维束方向确定不可靠；磁场不均匀性使图像扭曲变形；较小纤维显示不佳或不能显示；受水肿等因素影响，纤维受压与破坏判断不确切。在神经外科要获得脑肿瘤病理标本，因有颅骨限制而比较困难，在尽量切除肿瘤时又要保留神经功能，所以

17、影像学的检查对脑肿瘤的定位、定性诊断十分重要。弥散张量技术能够在活体显示脑肿瘤和白质纤维的相互关系，判断病变性质，掌握神经解剖学功能情况，对制定治疗计划很有帮助；传统的MRI无法表现白质具体结构和完整性，无法提供白质受到损伤以及损伤程度的信息；fMRI仅能够显示皮质功能区，术中电刺激是了解神经功能的“金标准”，但操作较复杂，延长手术时间并且不能在术前评价白质状态和估计手术风险及预后。利用DTI指导手术可提高手术全切除率，降低术后功能障碍。目前，国内外已有很多人将DTI或与fMRI、神经电刺激、神经导航相结合，用于脑肿瘤切除术中，大多数取得良好的手术效果。三、磁共振波谱（magnetic res

18、onance spectroscopy，MRS）MRS是一种无创研究组织代谢、生化改变及化合物定量分析的方法。肿瘤组织的波谱与正常脑组织有显著差异，不同种类肿瘤由于组成细胞不同，其波谱有显著差异，故有助于和胶质瘤、炎性组织、脱髓鞘病变、放射性脑组织反应等鉴别，并可以提供肿瘤分级信息。由于化学位移使含有同一原子核的不同化合物在频率轴上的位置被分别表示出来，在谱线上，峰值在频率轴上的位置代表物质的种类，峰值曲线下的面积代表物质的含量，峰值位置常用系统磁共振频率的百万分之几（ppm）来表示。目前脑肿瘤的氢质子磁共振谱（H-MRS）能检测多种代谢产物，如N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱

19、（Cho）、乳酸（Lac）、脂质（Lip）、肌醇（MI）等。NAA波峰中心在2.02ppm，主要存在于神经元内，其含量多少可反映神经元的功能状态及其完整性，是神经元的标志物。Cho峰值位置在3.2ppm，是细胞膜磷脂代谢的成分，是髓鞘形成、细胞代谢和胶质增生的标志，反映了细胞膜的转换。Cr峰值位置在3.03ppm，包括肌酸和磷酸肌酸，其总量一般比较稳定。Lac峰呈明显的双尖波，位于1.32ppm，是糖酵解最终产物，提示无氧酵解增加。Lip峰位于0.9-1.3ppm，主要指游离脂肪，是细胞膜的降解产物，其出现可反映组织坏死的进展情况。MI峰的位置在3.56ppm，是一种星形细胞标志物和渗质，其水

20、平增高提示胶质增生。HMRS可用于星胶分级，胶质母细胞瘤Cho/Cr值明显高于星形胶质瘤及间变性星形胶质瘤。星胶Cho/Cr值与肿瘤的恶性程度呈正相关性，其值越高，提示肿瘤恶性度越高。Lip信号的高低可作为预测肿瘤恶性程度的一个指标。诊断和鉴别诊断：1. 星胶HMRS表现为NAA明显下降，Cho明显升高，Cr中度下降，NAA/Cho和NAA/Cr降低，Cho/Cr升高。2. 高级别星胶瘤周水肿区的细胞浸润Cho水平升高，而转移瘤周围水肿区内Cho水平无明显升高。3. 星胶增强区MI水平明显升高，而转移瘤则不。4. 瘤体内存在Cr峰，提示高级别星胶，而无Cr峰提示转移瘤。5. 有Lip峰存在时，

21、表明星胶、转移瘤内有细胞坏死，无Lip峰可排除转移瘤。6. 脑膜瘤为Cho显著升高（可达正常的300倍），NAA和Cr显著下降或消失，Cho/Cr显著升高。脑膜瘤为脑外肿瘤，理论上无神经元，故无NAA，一些脑膜瘤患者在1.47ppm处见到Ala峰，被认为是脑膜瘤的特征。7. 肿瘤复发Cho/NAA和Cho/Cr比值升高，出现Lac峰，而放射性坏死NAA、Cho和Cr明显降低，加上由坏死组织产生的0-2.0ppm之间的宽厚波峰，有助鉴别诊断。四、功能磁共振（function MRI，fMRI）fMRI指通过一定刺激，使大脑皮层功能区发生血氧水平的代谢变化，供应该区域的动脉血管扩张，血流量增加，但

22、耗氧量仅轻度增加，导致脑血流量和脑氧代谢之间的不平衡，从而使血液中氧合血红蛋白含量增加，脱氧血红蛋白的含量减少，产生了轻微磁场差，从而影响磁共振信号，通过对比统计，分析判定皮层信号，使功能区成像，无创地显示脑的生理病理过程。血氧水平依赖（blood oxygen level dependent，BOLD）技术是fMRI的应用基础。fMRI可明确提示皮层重要功能区位于肿瘤内还是肿瘤边缘区，在影像上显示肿瘤与邻近功能区的关系。MRI为解剖定位，fMRI为功能定位，将fMRI信息叠加到解剖图像上，登录到导航仪，即可术中导航弥补术中定位的缺陷，最大限度切除这肿瘤，同时尽量避开残存的重要功能区组织，以降

23、低手术致残率。术后fMRI可显示肿瘤切除后功能区残留和对侧功能区代偿情况，为脑功能恢复提供客观评价；fMRI用于放疗计划制定，有助于保护脑功能区，免受过多剂量照射，减少并发症，改善病人治疗后的生存质量。除功能磁共振外，磁共振张量成像（DTI）、磁共振波谱分析（MRS），以及包括正电子发射计算机断层扫描（PET-CT）、脑磁图（MEG）及磁源成像（MSI），对显示肿瘤与功能区的关系、选择最佳手术方案或入路，以及术后评价都十分有帮助。单光子发射计算机断层扫描（single photon emission computed tomography，SPECT）SPECT是用一些放射性核素，如15O、1

24、3N、11C、18F等，注入人体内，通过血脑屏障进入脑内，放出射线，在体外通过照相机或晶体探测器来测量不同方向光子，经数字运算，图像重建，得出血流分布图像。正电子发射断层扫描（position emission tomography，PET）PET将上述一些放射性核素注入体内，原子核进行原子重建，含过剩原子的核就会释放一个正电子在组织内运行，具有较高能量的正电子在湮灭前要运行较大距离并放出一对光子。PET扫描仪能空间定位光子的发射点，且正电子湮灭前放出的两个光子可被PET扫描仪测定，能够反映出大脑功能变化，如葡萄糖利用、氧代谢、脑组织PH值、血脑屏障及酶的变化。PET比SPECT分辨能力更好。

25、脑磁图（magnetoencephalography，MEG）当神经元兴奋时，其产生的突触后电位形成的电流及其相关的磁信号，在单位面积脑皮层中的锥体细胞同时放电产生动作电位，其产生的磁场与电流成正切。用具有三个互相垂直的探测线圈接收其磁场信号，在排除外界磁场干扰情况下，能正确空间定位诱发电位产生的磁场。MEG是脑电活动的真实记录，可用来定位体感觉、视感觉功能区。磁源成像（magnetic source imaging，MSI）系脑磁图（MEG）与MRI重叠形成的磁源性影像。MSI是一种无创性记录大脑生物磁场的新技术，能相对直接反映神经元的活动状态，为了解脑功能瞬时情况提供信息，并可将采集到的脑

26、磁场信号分析结果重叠到MRI图像上，将生理功能与解剖结构融合在一起。磁源成像不仅能准确提供癫痫灶及所需要的功能区定位信息，更好了解肿瘤与癫痫灶、肿瘤与功能区的关系，还有助于脑肿瘤与炎症反应、脱髓鞘病变、放射性脑组织反应等鉴别，还可提供肿瘤分级信息。五、CTA、MRA及DSACTA是一种新的血管成像技术，通过静脉快速注射（3-5ml/秒）碘造影剂，在造影剂充盈脑供血动脉时进行薄层高分辨CT扫描，可见脑动脉明显强化,使用计算机对动脉增强进行重建。CTA可三维显示脑动脉解剖结构，从任意角度观察正常和病变的血管结构，显示载瘤动脉和动脉瘤蒂的情况。CTA应用是脑血管病诊断方面新的里程碑。CTA对脑血管病

27、人病因筛选具有独特优势，对术前评估、术后疗效评价已成为有创的DSA检查的有益补充。CTA检查是一种简便、快捷、无创、经济的辅助诊断方法，尤其适用于急诊患者。CTA和MRA的出现动摇了DSA的金标准地位，特别是近年来多排螺旋CT和增强MRA（CE-MRA）出现，从一定程度上改变了DSA的垄断地位。对急性破裂的脑动脉瘤，CTA是首选的，除非需要进行介入治疗，可不必进行DSA，而直接手术夹闭；对未破裂动脉瘤、夹层动脉瘤的随访，适合行MRA或CE-MRA；对于人群筛选，MRA或CE-MRA是首选，如发现动脉瘤，也可直接手术，如有怀疑，应行DSA检查，并最后确定是否动脉瘤。如SAH病人经CTA或MRA检

28、查未发现动脉瘤，DSA尤其是3D-DSA是必要的。对CTA检查阴性，好发部位以外的和多发性动脉瘤或病灶不能确定性质时，应作DSA检查。DSA在诊断时，可以施行血管内治疗一体化。64层3D-DSA给了我们一个全新的关于颅底骨质、肿瘤和血管的三维立体显示，可以模拟不同手术入路，虚拟切除部分骨质，达到肿瘤暴露，并可对颈外动脉系统分析评价术前栓塞的必要性。这在术前评价脑膜瘤及其毗邻结构的立体解剖关系上有一定手术指导价值，是常规影像技术的有力补充。MRI可提供三维扫描信息，从肿瘤大小、边界、生长方向、侵犯邻近结构、肿瘤内外流空信号的存在，可以部分推断肿瘤与血管的相对关系。MRA可显示颈内动脉以及一、二级

29、分支及其走向，但对颅底骨质的显示明显劣于CTA。DSA能清楚显示肿瘤颅内外供血血管和引流静脉，并可选择性栓塞肿瘤供血动脉。但DSA无法显示颅底骨质和神经，仅能部分揭示肿瘤边界，无法直观显露肿瘤、骨质和血管相对位置。六、术中磁共振（intraoperative magnetic resonance imaging，iMRI）1995年第一台术中磁共振（GE公司0.5T，Signasp系统）在美国Brigham and Womens Hospital投入使用；2006年3月上海华山医院采用Odin公司polestar N20 iMRI导航系统进行胶质瘤切除（适用于普通手术室，低场强开放式术中磁共振

30、系统，由MRI成像系统和手术导航系统两部分组成）。术中磁共振实时影像导航治疗脑肿瘤，可实时纠正术中脑移位误差，精确定位肿瘤的影像学边界，定量评估手术切除范围，有效提高肿瘤切除率。上世纪70年代CT的应用和80年代MRI的应用，对神经外科诊治工作起了重大作用。而随着图像处理技术和计算机技术的结合与发展，虚拟现实（virtual reality）技术可使我们得到三维、立体、互动的影像，详细了解肿瘤与其周围重要血管、神经结构的关系，在虚拟环境中制定手术计划，优化手术入路，模拟手术操作。术中神经导航和术中开放MRI等技术提供术中实时影像，指导手术操作，术中荧光造影或DSA可提供血管通畅性等信息，提高了颅内肿瘤早期诊断率、手术安全性和效果。