多模态MRI技术介绍.docx
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1、多模态MR术介绍多模态MRI技术是在常规MRI的基础上,对多种功能MRI技术 的一种柔性组合1。目前用于神经外科手术的多模态MRI主要有常规 MRI、血氧水平依赖功能磁共振成像(blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imaging, BOLD-fMRI)、 弥散张量成像(diffusion tensor imaging DTI)、灌注加权成像 (perfusion-weighted imaging, PWI)等,多模态 MRI 技术结合神经 导航已经成为神经外科手术的重要辅助工具之一。2012年1月-20
2、14 年11月我们利用多模态MRI技术结合神经导航及术中超声对20例大 脑枕叶视觉功能区胶质瘤进行显微外科手术,取得了很好的疗效,现 总结如下。1资料与方法1.1 一般资料回顾性分析2012年1月一2014年11月安徽医科大学附属省立 医院神经外科收治的20例大脑枕叶视觉功能区胶质瘤患者的临床资料, 所有病例经病理证实为脑胶质瘤,临床、病理资料完整。患者均知情 同意并经过医院伦理委员会审核同意(批文号201212)。其中男9例, 女11例年龄2772岁,平均49.9岁。主要症状为视物模糊9例, 癫痫5例,头晕3例,头痛、呕吐等高颅压症状3例。复发胶质瘤3 例。均采用多模态MRI技术结合神经导航
3、进行显微外科手术。病例纳 入标准:(1)肿瘤位于大脑枕叶视觉功能区,且术后病理确诊为胶质 痛(2)能配合完成所需要的多模态影像检查,图像质量具有分析价值;(3) 临床资料和随访资料完整。排除标准:(1)不能配合多模态影像检查 者;(2)图像有运动伪影和其他因素造成质量降低而影响分析者。1.2多模态影像检查方法扫描设备为荷兰Philips公司Achieva 3.0T超导型MR扫描仪, 16通道标准头线圈进行头部扫描,扫描前佩戴标准3M除噪耳机。1.2.1常规导航扫描序列采用 FSE 序列。T1WI 轴位面:TR=250 ms , TE=3 ms;T2WI 横 断面:TR=3 200 ms , T
4、E =80 ms。层厚均为5 mm,层距1 mm;采 样矩阵250x250,激励次数为2。增强扫描对比剂为钆喷替酸葡甲胺,剂量为0.1 mmol/kg体质量, 从肘静脉注入,注射速率0.3 mL/s,获得T1WI导航轴位增强图像, 低级别胶质瘤可直接选择T2WI轴位像进行扫描。1.2.2 视觉 BOLD-fMRI 检查采用平面回波成像(echo planar imaging , EPI)序列采集,参数: TR=3 000 ms, TE=50 ms, Flip 角为 90,FOV 230 mmx230 mm, 采样矩阵96x96,重建矩阵128x128,层厚5 mm ,层距0.5 mm , 激励
5、次数为1。3D-T1 采用T1FFE,参数:TR=25 ms,TE= 6.2 ms, Flip角为90,FOV 230 mmx230 mm,采样矩阵96x96,重建矩阵 128x128,层厚0.8 mm,层距0 mm,激励次数为1。1.2.3视觉刺激模式采用组块刺激模式,患者采用睁眼闭眼闪光刺激,任务由3个激 活期和3个静息期组成,每期持续30 s(图1)。在刺激状态,用于视觉 刺激的屏幕上显示闪烁的棋盘格图像,闪烁频率约为8 Hz。患者接受 刺激时尽量不要闭眼。MMin图1视觉血氧水平依赖功能MRI检查1A视觉刺激组块模式图1B 在刺激状态时屏幕显示由颜色相反、交替显示的2幅互补图像a和b
6、组成的闪烁棋盘格图像1.2.4DTI 检查采用单次激发EPI弥散成像脉冲序列,b值取1 000 s/mm2,弥 散敏感梯度方向数16个。扫描参数:TR=11 500 ms , TE=55ms , FOV 230 mmx230 mm,采样矩阵128x128,重建矩阵 256x256, 扫描层数64层,层厚2 mm ,层距0 mm,激励次数为1。采用前后 连合线定位线总计获取64层图像,覆盖整个大脑半球和脑干;采集时间 6 min 51 s。1.2.5PW I 检查主要针对复发胶质瘤患者。在常规增强序列扫描前扫描,选择脂 肪抑制梯度回波-平面回波(SE-EPI)技术,参数为TR=1 400 ms
7、, TE=41 ms,矩阵 128x128,翻转角度 30, FOV 为 230 mmx230 mm,层厚5 mm,激励次数1次;根据常规T2WI上病变范围采用多 层采集方式,选择13个层面覆盖整个肿瘤组织,每层面采集50幅图 像,成像时间为78 s,共采集650幅灌注原始图像。扫描前自动匀场, 使用MR机配套高压注射器,对比剂为钆喷替酸葡甲胺,剂量为0.1 mmol/kg体质量,注射速率56 mL/s,套管针经肘静脉注射,随后 以相同速率注射20 mL生理盐水冲刷。注射对比剂同步启动PWI扫 描。1.3图像处理与手术计划制定术前将多模态fMR参数序列(PWI、DTI及BOLD-fMR)影像学
8、资 料传输至Brainlab工作站,利用导航系统的iPlan手术计划系统(iPlan Cranial 3.0版本)将图像进行融合。以T1WI像为参考影像,DTI图像 及BOLD-fMRI图像为工作影像,采用自动融合模式进行。利用多模态 MRI技术(常规MRI、BOLD-fMRI、DTI和PWI )对大脑枕叶胶质瘤的 恶性度、浸润边界、血流灌注、病灶与视皮层及视辐射的毗邻关系(推 挤、浸润或破坏)进行全面评估,进行脑结构影像与脑功能影像结合定 位,设计手术方案。1.4术中导航及实时超声在Brain-Lab导航系统(德国博医来公司,该系统配备超声扇形凸 阵探头-型号IGSoniclovs,探头直径
9、25 mmx15 mm,发射频率为5 7.5 MHz)引导下,设计合适的手术入路、界定病灶切除范围。术中实 时应用超声检查,协助判断肿瘤切除程度,并对病变周围的视皮层及 视辐射进行”预警”。在显微镜下切除病变,当多模态MRI及术中导航 提示肿瘤浸润或破坏同侧视辐射时,为减少神经功能的损害而不强求 肿瘤全切除。1.5术后处理及随访方法术后2周开始放疗,放疗结束后至少完成6个疗程的化疗,化疗 药物为替莫唑胺。术后3d和1、3、6个月及此后每6个月复查MR, 并进行视力、视野等神经功能评估。以手术前、后影像学检查的容积定量分析为标准,评估胶质瘤切 除程度:全切除,100%病灶切除;次全切除,90%病
10、灶切除100%; 部分切除,病灶切除90%2。1.6统计学方法应用SPSS 17.0统计软件处理观察数据。计数资料采用Fisher确 切概率法分析。以P0.05为差异有统计学意义。2结果2.1多模态MRI采集与处理20例患者均顺利完成了多模态MRI采集与处理,图像清晰,实现 了脑结构影像与脑功能影像结合定位(图2)。受肿瘤影响,视皮层可见 移位和分散;视辐射单纯受推挤共12例、受浸润和/或破坏共8例,见 图3、图4。3例复发胶质瘤通过PWI检查与放射性坏死鉴别,确定肿 瘤的实体区和高灌注区。位2A左枕占位灶,术后病理证实为胶质母细胞瘤(WHO IV级)2B三维 重建显示肿瘤(红色)、血氧水平依
11、赖功能MRI显示视觉皮层(黄色)以及 弥散张量成像显示视辐射(绿色)2C三维剖面图显示肿瘤(红色)、视觉皮 层锥体束(黄色)以及视辐射(绿色色)的空间位置关系图3多模态影像显示枕叶病灶对视辐射的影响3A在轴位FA图上 右侧的视辐射由于受到肿瘤的侵犯,失去了各向异性3B三维重建纤维 束图,见右侧视辐射走形中断3C弥散张量成像显示右侧视辐射(绿色) 由于肿瘤(红色)的占位效应而走行中断图4灌注加权成像多模态影像显示枕叶病灶对视辐射的影响4A常 规T1WI见左侧侧脑室枕角内侧病灶明显强化4B灌注加权成像显示左 侧侧脑室枕角内侧高灌注,肿瘤内最高局部脑血容量比值2.04 4C灌 注曲线图示红色曲线为可
12、能胶质瘤复发区,提示下降支降幅明显,上 升支较短图5多模态MRI影像与神经导航及术中超声融合,术中实时纠正 导航脑移位(黄线勾画范围为肿瘤部分)5入多模态MRI影像与神经导航 融合5B术中实时超声肿瘤组织显示为高信号图6手术前后视野改善情况(红色为视野缺损区域)6A术前6B术后2.2多模态MRI神经导航指导手术进程通过多模态MRI引导下的神经导航系统,结合术中超声(图5),实 时指导肿瘤切除。本组患者脑胶质瘤切除范围与视皮层及视辐射的控 制在安全距离(0.51 cm)以上,术后所有患者未出现新的神经功能缺 失症状或体征。2.3手术切除情况及术后病理根据术后复查MRI显示,影像学全切除17例(8
13、5.0% , 17/20);大 部分切除3例(15.0% , 3/20),其中1例WHO此2例WHO IV级, 因肿瘤浸润同侧视辐射而未强求全切除。术后病理诊断:胶质瘤WHO H级4例,山级7例,V级9例。2.4术后症状改善情况以及视力视野情况随访130个月,3例术后复发,均为肿瘤大部分切除病例,其 中2例为WHO V级,分别于术后7个月和15个月复发;1例为WHO B级,术后13个月复发。术后1个月随访视力视野较术前改善12例 (60% , 12/20)(图6),视力视野同术前无明显变化8例(40% , 8/20)。 其中2例患者术后出现视野缺损加重,给予积极治疗1个月后视力恢 复术前水平。
14、视辐射受单纯推挤组术后视力视野改善达10/12,浸润和/或破坏 组术后视力视野改善2/8。两组差异有统计学意义(P0.05)。3讨论在脑胶质瘤的治疗手段当中,由于手术治疗仍占主要地位,手术 切除程度对于胶质瘤的预后具有十分重大的意义。然而,胶质瘤因其 侵袭性的生长特性极易侵犯视觉皮层和神经纤维束,因此最大限度地 切除病变,最小限度地损伤神经功能是显微神经外科手术所追求的目 标3。枕叶神经功能的保护,除了保护视皮层外,还要保护视辐射的 完整性。常规的手术是利用普通MR和解剖学特点判断功能区,因此, 术中带有很大的盲目性,导致肿瘤的全切除率低、易复发、致残率高。本研究中采用的多模态MR成像技术,正
15、是通过融合常规MRI、fMRI、 DWI和PWI,实现脑结构影像与脑功能影像结合,达到了肿瘤可视化, 直观地反映了枕叶视皮层、视辐射的走向、病变的位置以及三者间的 空间位置关系,据此可制定出合理的手术方案4。BOLD-fMRI成像技术是通过MR信号反映功能活动区局部血氧饱 和及血流量变化情况,间接反映神经元活动,从而达到功能监测的目 的。因此,BOLD-fMRI可以对皮层功能区显像,明确肿瘤与皮层功能 区的解剖关系,以及皮层功能区自身状况。其优点是其既可以用无创 的方式描绘大脑的功能,又可以描绘出大脑的解剖结构。本组病例中 所有患者的视皮层都被很好的激活,但由于枕叶胶质瘤及其水肿的影 响,视皮
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