研究弥散张量面神经成像技术DTI

弥散张量面神经成像技术在术前预测听神经瘤与面神经关系应用的研究进展

本文医院神经外科何兴、惠旭辉、刘文科、程健、李响，发表在医学综述,,23(12):-.

听神经瘤，又称前庭神经鞘瘤，是一种主要起源于前庭神经鞘膜施万细胞的良性肿瘤，占颅内肿瘤的6%～9%，占桥小脑角区肿瘤的80%～90%。中小型听神经瘤患者因症状轻，未引起患者重视而易导致漏诊。γ刀的作用是抑制肿瘤的生长，而手术主要是治疗大型听神经瘤。

随着术者手术技巧的提高、手术器械的改进以及神经电生理监测技术的进步，目前听神经瘤切除术手术死亡率已低于1%，而术后面瘫成为困扰医师的难题，Zou等报道，大型听神经瘤面神经解剖保留率为88.8%（95%CI83.6%～93.2%），而功能保留率仅为62.9%（95%CI50.0%～74.9%）。听神经瘤最大限度地切除已不再是术者需要面临的主要问题，术中如何最大限度地避免面神经损伤，降低患者术后面瘫的发生风险成为了主要问题。

肿瘤的生长会引起桥小脑角区面神经发生不可预测的位置改变和形状改变。面神经与听神经瘤位置关系的解剖变异较大，面神经位于肿瘤腹侧方中部的占58%，位于腹侧方上极的占10%，位于腹侧方下极的占20%，背侧方占2%，无法确定位置关系的占10%。术中神经电生理监测并不是连续不间断监测且具有一定的滞后性，当探测到面神经时面神经可能已发生不可逆损伤。弥散张量成像（diffusiontnsorimaging，DTI）技术是一项新兴的非侵入性磁共振成像技术，可以显示活体神经传导束。

DTI面神经成像是近年来研究的热点，它能够在术前重建听神经与面神经的空间位置关系，对术中准确识别面神经起一定的指导作用，提高了面神经的保留率。目前DTI面神经成像技术处于初步探索阶段，不同研究中心得出的术前重建面神经位置与术中吻合率不同，有中心吻合率达到了%。现将近年来DTI面神经成像技术术前预测面神经与听神经瘤位置关系的研究进展综述如下，以便为后续的深入研究提供参考。

1.DTI面神经成像技术

1.1DTI成像基本原理

弥散被定义为随机的热运动或叫做布朗运动。DTI是一种新颖的MRI分析模型，通过施加多重弥散梯度方向获得多重弥散加权图像扫描来计算水分子的弥散方向，理论上在6个非共线方向上施加敏感梯度就能够计算出水分子的弥散信息，目前最多能够在个方向上施加弥散梯度。水分子在均质介质中是随机运动的，具有各向同性，弥散张量（包括方向和大小）可被表示为球形，球形的半径为特征值λ；在人体中水分子的运动受到组织结构限制，在各个方向上弥散程度是不同的，具有各向异性，弥散张量可被表示为椭球形，椭球形的最大半径为其特征值，最大半径对应的方向被认为是经过该体素的纤维束的方向。在脑白质中，水分子的弥散被限制在与纤维走形一致的方向上。各向异性沿着白质纤维束的机制还存在争议，多数研究认为髓鞘在其中扮演了重要角色，髓鞘的数量越多，各向异性程度越大。利用水分子弥散主要沿着白质纤维素这一特性可以在指定的感兴趣区（rgionofintrst，ROI）重建纤维素。

1.2部分各向异性指数（franctionalanisotropy，FA）

FA是分析各向异性和重建面神经最重要的参数之一，取值为0～1，是指弥散的各向异性占整个弥散的比例，0表示水分子在均质介质中的弥散，1表示假想下最大各向异性的弥散。面神经的FA值比听神经瘤高，面神经与听神经瘤FA值的差异可使重建出的面神经与肿瘤区别开来。不同研究中心重建面神经所使用的FA值不同。Roundy等指出FA＜0.1时伪影较多，DTI图像对于重建面神经是无用的。Yoshino等重建听神经瘤周围面神经使用了可变的FA值，即FA值以0.01的增量增加至在肿瘤周围不能重建出任何神经，FA高值时更容易重建出耳蜗神经。

Wi等也使用了可变的FA值（0.06～0.2）重建听神经瘤周围面神经，研究了能够重建出面神经的最大FA值与术后面神经功能的关系，研究指出，虽然最大FA值术前代表水分子的弥散程度，但与术后面神经功能无关，手术完毕神经电生理监测刺激面神经的阈值是预测术后面神经功能的指标。

1.3DTI重建面神经技术

桥小脑角区是延髓、脑桥以及其背侧的小脑间形成的锥体形三角区，面神经和耳蜗神经从桥延沟出脑干，经过桥小脑角池入内听道，绒球是识别面神经出脑干处的重要解剖标志。DTI重建纤维素的方法很多，目前用于重建听神经瘤周围面神经的方法均为确定性追踪法。确定性追踪法是基于在一个像素内神经纤维的方向是唯一的这一假设，显然这是一种过度简化的模型，因为在一个像素内有许多不同方向的神经纤维。近年来发展起来的磁共振弥散光谱成像能够在一个像素内显示出交叉纤维，其很好地解决了这一问题，但目前尚无使用磁共振弥散光谱成像术前重建面神经的研究。确定性追踪法从三维空间设定的种子点或ROI开始连续追踪直到在一个像素中出现FA低于预先设定的值。大部分研究选用的种子点是内听道和面神经脑干端。

Zhang等认为，面神经在内听道内的行程相对固定，面神经脑干端易受大型肿瘤挤压变形，因此使用面神经脑干端作为种子点会增加错误发生率。利用种子点和预先设定的FA值重建出神经纤维后需根据操作者的解剖知识对其进行修整，在脑干中上升下降、联系脑干和小脑或者穿行于肿瘤中的神经纤维要予以排除。

2.弥散张量成像不适合重建中小型听神经瘤的面神经

听神经瘤分类方法很多，通常按内听道外肿瘤的最大直径分为小型（＜1.0cm）、中等（1.0～3.0cm）和大型（＞3.0cm）听神经瘤。听神经瘤磁共振脑池成像能产生高分辨率的T2加权像，术前易辨认出中小型听神经瘤周围的面神经，大型肿瘤使用磁共振脑池成像术前识别面神经非常困难，Taoka等总结了三方面的原因：①面神经与听神经瘤信号强度相似；②面神经受肿瘤压迫变薄；③大型肿瘤面神经与肿瘤间无脑脊液界面。DTI面神经成像技术利用面神经与听神经瘤FA值的差异能够在术前重建出面神经，但其成功重建小型听神经瘤周围面神经的概率低。

Chn等认为，大型听神经瘤DTI追踪面神经的体素数量比小型听神经瘤多，因此能够重建出面神经。Taoka等认为以下几点可以解释这一现象：①小型肿瘤面神经周围脑脊液搏动可引起信号改变；②小型肿瘤面神经受肿瘤影响小；③脑脊液的部分容积效应降低了包含面神经的体素的信号。显微手术切除是目前公认的大型听神经瘤的首选治疗方法，中小型听神经瘤因症状轻，未引起患者重视而漏诊，或一部分患者采用γ刀抑制肿瘤生长，目前国内采用手术处理的听神经瘤大多为大型听神经瘤。对于中小型听神经瘤若行立体定向放射治疗无必要做DTI面神经成像；若行手术治疗，磁共振脑池成像对于术前明确听神经瘤与面神经空间位置关系的意义更大。

3.DTI面神经成像技术与囊性听神经瘤

囊性听神经瘤是听神经瘤的一种特殊类型。囊性听神经瘤的肿瘤与面神经粘连更紧密，面神经变薄、甚至与肿瘤包膜融合而难以分辨。Taoka等研究了8例听神经瘤患者，术前利用DTI成功重建了7例患者的面神经，其中有5例重建出的面神经的空间位置与术中电生理监测发现的面神经走形符合，2例不符合的病例中有1例是囊性听神经瘤。Song等使用DTI术前重建15例听神经瘤患者的面神经，其中有1例术前未能重建出面神经，14例成功重建出面神经的病例中有1例与术中发现不符合，这2例病例均为囊性听神经瘤。推断听神经瘤的囊液可能影响DTI的空间分辨率，从而影响面神经的重建。刘宏毅等研究的病例中有1例囊性听神经瘤患者术前不能重建面神经，其认为面神经受到肿瘤挤压，面神经极度弥散，超出了DTI的分辨能力。

但Roundy等和Zhang等在术前均成功重建了囊性听神经瘤的面神经，且面神经行程与术中电生理监测发现一致。鉴于此，还需要进一步研究以确定囊性听神经瘤是否会对DTI面神经成像技术产生影响。

4.DTI面神经术前成像与术中神经电生理监测面神经定位的吻合

DTI面神经术前成像与术中实际面神经行程的吻合性是研究的终极目标，具有较高的吻合率才能使术前术者对面神经的走形心中有数，这样在术中术者便可以在接近面神经的区域有意识地放慢速度，谨慎操作，从而避免损伤面神经。目前DTI面神经成像技术仍处于初步探索阶段，不同研究中心得出的术前重建面神经位置与术中吻合率不同。由于每个中心病例数、纳入研究的听神经瘤生长特性、影像学参数、重建面神经方法等不同，这些中心所报道的吻合率无可比性。面神经、耳蜗神经与前庭神经在桥小脑角区行程相似，DTI面神经成像技术重建出的颅神经实际上可能是面神经、耳蜗神经、前庭神经或是它们的复合体，在术前暂不能在重建出的纤维束中将它们区分开。有5个研究中心对这一问题进行讨论，其认为直接将重建出的神经当作面神经来分析显然是不对的，其可能会高估DTI术前重建面神经的位置与术中定位的吻合率。

5.DTI重建面神经的形态与实际面神经形态的关系

听神经瘤的生长除引起面神经位置改变外，在形态上也发生变化。Grganov等研究了DTI术前重建出的面神经形态与术中实际面神经形态的关系发现，DTI重建出的面神经形态不能预测术中面神经实际形态。Song等也进行了相关研究，认为重建后的纤维束的形状与实际纤维束形状无相关性。由于目前研究认为DTI面神经成像不能预测面神经形态，因此术中需小心分离，尽量避免面神经受损，提高术后患者的生活质量。

6.DTI面神经重建与神经导航结合

神经导航能够在术前和术中进行实时定位，设计手术入路，对神经外科精细化操作有重要作用。Cho等将重建的DTI影像与神经导航结合，拓展了神经导航的使用范围。研究共纳入例病例，每个病例术前均进行磁共振扫描得到磁共振导航图像和DTI数据，使用DTI数据重建脑肿瘤周围的主要白质束，如皮质脊髓束、视束、弓状束等，然后将重建出的DTI图像与神经导航结合实时指导术中脑肿瘤的切除而不损伤肿瘤周围的重要传导束。目前尚无研究中心进行DTI面神经重建与神经导航结合的研究，这是一个非常有前景的方法，DTI面神经图像与神经导航结合，可使术者在更短的时间内找到面神经，提高面神经功能保留率。但这需要一个很重要的前提，那就是DTI面神经重建要与实际面神经的走形有较高的吻合率，开颅后由于脑脊液丢失以及肿瘤减压后造成的导航影像漂移是影响结果准确的重要因素。

7.结语

听神经瘤是颅内常见肿瘤，手术切除术后发生的面瘫严重影响患者的生活质量，听神经瘤切除术已成为一种保功能手术。DTI面神经成像作为一种新兴的影像学检查方法，可以在术前为术者提供面神经与听神经瘤的空间位置关系，从而指导术者术中快速地发现面神经且不引起面神经损伤。但目前DTI面神成像技术在临床上尚处于初步研究阶段，不同研究中心重建面神经的方法不一样，缺乏一个统一的标准以供参考，此外DTI面神经成像本身预测面神经的实际位置还有许多问题亟待解决，因此多中心、大样本的深入研究是必需的。在临床工作中，可用DTI面神经成像技术作为参考来指导手术，避免将术前DTI面神经成像的结果直接用作术中实际神经的走形，术前面神经成像与术中神经电生理监测结合使用可降低错误的发生率。

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