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【摘要】 目的 利用血氧水平依赖性MR成像技术,对邻近大脑皮层手动运动区的颅内占位性病变进行功能性磁共振成像,分析颅内占位性病变与皮层手动运动功能区的关系,探讨其在神经外科手术的应用价值。方法 60例邻近大脑皮层手动运动区的颅内占位性病变患者,分两组:功能组40例;非功能组20例;采用GE Signa 3.0 T MR成像仪,头颅专用8通道线圈扫描图像。所有功能组患者行BOLD成像。BOLD成像采用GRE-EPI T2WI,获得脑功能激活区的影像表现,将所获得的功能图像资料交予神经外科制定手术计划。非功能组20例行常规MRI成像;所有手术患者术前1周及术后2周采用MMT法测量肌力。结果 所有经BOLD检查者均可表现出局部的脑功能活动激活区,表现为局部信号增高区域,可观察其功能区的精确位置。功能组:21例运动皮层中枢的位置有移位;19例未见明显移位改变;术后有9例BOLD显示手指运动的功能支配区较术前有较好恢复,范围有不同程度增大,未见有功能区较术前损伤、变小的病例。肌力无变化的29例,升高的9例,降低的2例。非功能组:14例病灶周边有不同程度水肿,8例中央沟受推移难辨认;术后随访:肌力无变化11例,升高4例,下降5 例。结论 BOLD能准确显示运动皮层中枢位置,在常规的MRI检查基础上进行BOLD检查,对邻近运动皮层颅内占位性病变患者,可降低手术损伤,同时评估患者预后情况。
【关键词】 功能性磁共振成像;脑肿瘤;运动皮层
Study of blood oxygen level dependent imaging for motor hand area of brain in tumor operation
CHEN Yong-gang,YANG Yao-zu,ZHU Li-li,et al.CT Room,Huaibei Peoples Hospital,Huaibei 235000,China
[Abstract] Objective Using MRI BOLD technique to examine the intracranial lesions around the motor hand area brain pre-and post-surgery and to map the brain activation images. To evaluate the applied value at the neurosurgery.Methods 60 patients with the intracranial lesion around the motor hand area were studied. The patients were divided into two groups including function group (40 cases) and non-function group (20 cases). All cases were performed MRI by GE Signa 3.0 T MR with 8 channel head coil. All function group patients were examined with BOLD image formation. The function image of the motor hand area of brain was obtained using GRE-EPI T2WI. Neurosurgeons made the surgical plan referencing of BOLD images. 20 cases of non-function group were performed with convention MRI. Before one week and after two weeks of surgery all patients were performed in the muscle strength survey using the MMT method.Results The imaging of partial brain function activation area which showed the partial signal markup region could be observed. 21 cases main center position of motor cerebral cortex had shifted in function group; 19 cases had not been seen obviously shifting; After two weeks of surgery the location of activation area had well restored on BOLD imaging in 9 cases compared with before surgery. The muscle strength of 29 cases was not changed, 9 cases were increased, and 2 cases were reduced. Non-function group: varying degree peripheral edema of tumor was showed in 14 cases; it was difficult to identify the shifting of central sulculs in 8 cases. The muscle strength were not changed in 11 cases, increased 4, decreased in 5 in post operation follow-up. The shape and the position of motor cerebral cortex could be demonstrated accurately in the normal control group.Conclusion BOLD can demonstrate accurately the position of motor cerebral cortex. It is helpful for the patients with the intracranial lesions around motor cerebral cortex to reduce the surgical damage and to evaluate the prognosis.
[Key words] functional magnetic resonance imaging; brain neoplasm; motor cortex
BOLD成像是在常规磁共振成像基础上发展起来的一种成像技术。在神经外科脑瘤手术的临床应用尤为引人注目,最大限度地切除病灶同时又保留脑皮层功能,一直是神经外科手术的目的和极大的挑战,而患者的生存时间和生活质量与病灶的切除程度有着密切关系。本研究拟通过对60例手术患者术前术后行MR检查;比较患者术前术后功能区、肌力变化,探讨其在神经外科手术的应用价值。
1 资料与方法
1.1 一般资料 60例手术邻近手动功能区脑瘤患者。采取随机分组方式,40例为功能组,20例为非功能组。功能组:男22例,女18例,年龄22~71岁,平均(41.7±17.3)岁;均为右利手。所有患者的MR常规成像和脑功能成像均于术前1周内完成。主要临床症状为头痛、头晕、癫痫及病变侧皮层所对应的对侧肢体乏力。病灶位于右侧大脑半球16例,其中额叶7例,顶叶6例,枕叶3例;病灶位于左侧大脑半球24例,其中额叶13例,顶叶7例,枕叶4例。全部患者在BOLD检查后1周内经神经外科行肿瘤切除,术后病理证实为脑胶质瘤23例、脑膜瘤17例。术后复查MRI及BOLD。非功能组: 男12例,女8例,年龄33~60岁,平均(35±10.4)岁,胶质瘤13例,脑膜瘤7例,均为右利手; 病灶位于左侧12例,右侧8例;顶叶9例,额叶8例,枕叶3例;病灶大小(取直径)为1.3~4.5 cm,平均(3.1±1.4)cm。非功能组仅行常规MR检查。术后复查MRI。
1.2 成像设备 美国GE公司生产的Signa Excite 3.0 T核磁共振机,装备有8通道标准头部线圈和EPI扫描序列以及神经功能处理软件Functool-3.12。
1.3 试验方法
1.3.1 肌力测定 所有患者术前1周及术后2周采用MMT法(manual muscle test, MMT)测量肌力,由脑外科医师帮助完成。
1.3.2 BOLD采集 受试者平躺于检查床上,头部置于专用海绵垫上固定以减少头动伪影。扫描时尽可能让患者闭目静心,嘱受试者双手放松,自然置于身体两侧检查台上。受试者执行6组特定任务,任务由触觉信号提示,分别为双手同时对指运动,按照提示各交替重复6次。手动的要求是拇指与其他手指对指,两手幅度及频率一致,为1~2 次/s 。每组任务持续30 s,组块之间间隔30 s作为休息,休息期间受试者停止运动,扫描持续时间为375 s,开始15 s为患者开始功能检查适应时间。
1.3.3 扫描参数 先扫描大脑水平横切面的T1结构像,再扫描与T1结构像位置一致的T2*加权功能像,最后扫描全脑三维T1加权结构像。水平结构像采用T1 FLAIR序列,获取水平位图像,参数是TE=24 ms、TR=2480 ms、层厚=5 mm、间隔=0 mm、FOV=240 mm、Matrix=512×512;功能像采用基于BOLD的EPI成像序列进行扫描,获取水平位功能图像,扫描包括中央沟、前后回区域,参数TE=40 ms、TR=3000 ms、层厚=5 mm、间隔=0 mm、FOV=240 mm、Matrix=96×96;三维结构像采用扰相梯度回波成像序列,获取水平位图像,参数TE=4.1 ms,TR=9.1 ms、层厚=1 mm、间隔=0 mm、FOV=240 mm、Matrix=256×256。
1.3.4 BOLD成像的成功标准 (1)在检查中合作,实时监控下头部平移小于0.5 mm;(2)执行双侧手运动激发模式,至少有一侧出现较局限、可分辨的激活区;(3)激活区主体分布于解剖学上的脑皮质运动区。
1.4 统计学方法 原始图像数据DICOM格式,经采集后传入本机Advantage Workstation工作站,应用Functool-3.12 软件进行图像分析后处理。实验数据处理软件采用功能神经成像分析(analysis of functional neuro image, AFNI)软件包。统计使用SPSS 13.0(statistical program for social science, SPSS)软件。
2 结果
2.1 功能组 功能组BOLD表现 病灶大小(取直径)1.1~6.3 cm,平均(4.1±1.5)cm,其中位于额叶20例,顶叶13例,枕叶7例,9例瘤周有明显水肿累及中央前、后回和HRA;有22例因病灶和(或)周边水肿的占位效应功能区有不同程度移位表现,其中11例中央沟变形、移位,中央沟相对于对侧不同程度移位并伸展,13例病灶周边未见明显水肿,中央前、后回结构清晰;中央前后回及可辨认35例,HRA可显示,中央前后回及HRA不能辨认5例;皮层手指运动中枢激活区38例局限分布,2例呈弥散分布。激活区主要位于中央前后回,中央旁小叶、顶上小叶等部位很少见,仅2例显示。病灶边缘与激活区之间的最短距离为0.4 cm,最大距离为3.22 cm,平均(1.65±0.76)cm,见图1~5。
2.2 临床应用情况 术前根据获得的皮层功能区形态分布图,与神经外科合作可指导外科手术入路方式的制定。在术中有目的地在远离皮质功能区的一侧牵拉脑组织以暴露肿瘤和切除肿瘤,具体可分:(1)对于病灶在运动区之前的,手术时先分离肿瘤前界,再分离肿瘤后界,最后使肿瘤尽量从其前方取出;(2)肿瘤在运动区之后的,术中先分离肿瘤后界,再分离肿瘤前界,使肿瘤尽量从其后方取出;(3)对于肿瘤在运动区之下病例,决定侧旁手术入路。原则是明确激活区位置,不能从激活区的一侧直接入路手术。术后按术前成像参数检查,数据处理后获得术后的新功能图像,与术前图像进行比较,并做肌力测定,以评估手术效果、预后状况。
2.3 临床随访 见表1。功能组:肌力无变化29例,升高9例,降低2例。本研究对功能区与病灶间距离与术前、后肌力及肌力差做相关分析。表1 病灶与功能区距离与术前肌力、术后肌力及术前后肌力差的相关分析
2.4 非功能组 常规MR表现 患侧半球由于病灶或水肿占位效应造成的大脑半球结构水肿、受压、移位等改变。病灶位于左侧9例,右侧11例,顶叶10例,额叶8例,枕叶2例;病灶大小(取直径)为1.3~4.5 cm,平均(3.1±1.4)cm;胶质瘤13例,脑膜瘤7例。
2.5 临床随访 见表2。本组中有11例患者术前、术后肌力无变化,有4例患者术后肌力较术前改善,5例患者术后肌力较术前降低。表2 功能组与非功能组术前后肌力差比较
3 讨论
血氧水平依赖性成像(blood oxygenation level dependent, BOLD)是在常规磁共振成像基础上发展起来的一种成像技术,是美国贝尔实验室学者Ogawa等[1]于1990年首先提出来的,他们首次报道了由血氧T2效应,制定出相应的刺激任务获得了功能区激活的功能图像。BOLD是基于神经元活动对局部氧耗量和脑血流量影响程度不匹配所导致的以脱氧血红蛋白的磁敏感效应为基础的MRI技术,通过MR信号反映脑血氧饱和度和血流量的变化,从而反映神经元的能量消耗,在一定程度上反映神经元的活动情况,达到脑功能成像的目的。1994年Morioke[2]报道术前利用磁共振脑功能成像定位成功将原认为肿瘤切除后可能造成脑功能损伤脑肿瘤完整切除,术后却未造成脑功能的损伤。术前了解肿瘤与功能区皮层的解剖关系及功能联系,制订精密的手术方案,通过有效的外科手术最大限度地切除病灶,可以避免出现新的神经功能损伤[3]。
中央沟及手部运动区的精确解剖定位对外科治疗有重要意义,故需要正确认识手动功能区的正常位置和激活形态。一般的,中央沟呈延长的斜行S状,分为内侧部、膝部和
图5 右侧顶叶脑膜瘤致右侧顶叶激活区向右外侧移位
外侧部,膝部又分为三个曲度,两个凸向前,一个凸向后,在轴位上呈倒Ω形,其前方与之对应的即是HRA,HRA位于中央前回呈一柄形结构,在轴位上呈ω或倒Ω形。BOLD可以帮助我们更好地认识手动功能区的解剖位置,显示中央沟全长,观察和识别手运动区Ω形状,并且成像层面和手术视野及手术定位一致,从而方便定位。
本研究功能组资料显示病变的占位效应和周边水肿使周围的脑组织会有不同程度的移位、变形。功能组中有29例水肿位于或邻近感觉运动皮层,22例因病灶和(或)水肿的占位效应使正常解剖结构不同程度移位,其中11例中央沟有变形,中央沟有不同程度移位并伸展,“手结节”难辨认。非功能组中有7例水肿明显中央沟受推移、变形,“手结节”难辨认,这7例中有4例出现了肌力下降,而功能组11例中出现2例肌力下降情况,可见在正常解剖结构出现受压变形移位后,功能区的显示尤为重要。金晓等[4]对患者进行术前fMRI评价时,发现肿瘤可引起中央沟和附近功能区位置及面积的变化,认为这种因肿瘤而引起的功能区移位及面积缩小,是主要功能区损伤后的适应性反应,并且推测认为邻近肿瘤区脑组织激活范围下降可能与肿瘤导致血流动力学变化或神经元缺失导致激活时引起的血流动力学变化有关。
本研究主要是对累及大脑皮层手指运动中枢的病变在术前进行手部运动功能状态的研究,要求能勾画出控制双侧手指运动的皮层兴奋区,以及它与脑内邻近病灶的形态学位置关系,以避免手术损伤这些重要的功能区,尤其是在病灶累及或占位病变造成皮层挤压移位后对于非正常解剖位置上的功能区的分辨,都对手术的入路、术后并发症及患者的预后有非常直接的关系,也就是说对于患侧功能区的显示来说,不管其是由对侧手指运动激活或是由同侧手指运动激活都是重点保护对象[5]。因此,外科医生在规避主要的大血管的基础上,还应该考虑功能区受损的情况。
功能组40例在检查中进行了双手指的同时运动,同时休息,这样在脑功能MR成像中,双侧手指的运动皮层区同时兴奋,并同时标记在大脑皮层区,术前对激活区的分布特点及测量病灶与功能区的距离进行对比分析,避免术中患侧功能区的损伤。40例患者运动刺激后皮层中枢均可见激发,手运动刺激后,运动任务并不单单激活HRA,在其他区域亦可激发,主要为中央前回、中央沟、辅助运动区、中央后回、顶上小叶等,以中央前回、HRA、中央沟、中央后回活动为主,这反映了运动皮层区由于占位病变的影响而引起其结构及功能发生了重组[6],不同类型病灶间活动信号的分布无明显差异,功能区始终有其特定的位置,如手指运动激活区主要位于第一运动和感觉皮层区,不会因为患者是脑膜瘤或胶质瘤就会出现功能区位置的改变[7]。
功能组术后复查功能成像,多数患者患侧原来不同程度受压变形、移位、分散的激活区较术前有显著恢复和改善,尤其是术后出血及水肿吸收后这一效果更明显。我们主要对比在手术前后肌力的变化,功能组中功能区与病灶间距小于2.0 cm者有6例,并未有术后肌力较术前降低之现象,本研究认为距离与手术前后肌力差有负相关性,这在统计学上有意义。另外对比功能组与非功能肌力变化,功能组中于术前后肌力无变化29例(72.50%),较术前有改善9例(22.50%),术后肌力较术前降低2例(5%)。非脑功能组中有11例术前后肌力无变化(55%),4例术后较术前改善(20%),5例术后肌力较术前下降(25%);造成这种差异,可能与术前手术入路不确定、术中误伤功能区及切除范围较大有关,也就是说病灶与功能区的距离越近,受病灶的影响越明显,临床主要表现为肌力的下降,即病变对侧手运动肌力减低,而术后由于肌力的恢复,二者有明显差别;而病灶与功能区距离越远,功能区受影响越轻,甚至没有肌力的下降,在术后由于功能区保留完好,没有肌力下降的变化,这样手术前后的肌力差别很小,因此我们认为准确测量病灶与功能区之间的距离有助于评估脑瘤患者手术后功能恢复情况。
功能组40例患者均能显示手指运动的功能激活区,激活区的分布特点、形态、范围,它与病灶、水肿之间的关系如何、受占位效应推移影响程度如何都能很好显示,可测量出病灶与功能区的距离,与神经外科合作可指导外科手术入路方式的制定,尽可能避开功能区,减少或避免损伤功能中枢;可以在术中有目的地在远离皮质功能区的一侧牵拉脑组织以暴露肿瘤和切除肿瘤,待切除大部分肿瘤以降低脑压后,再在显微镜下将肿瘤与邻近功能区的脑组织分离,具体可分:对于病灶在运动区之前和之上的,手术时先分离肿瘤前界,再分离肿瘤后界,最后使肿瘤尽量从其前方取出,避免损伤后方功能区;反之,肿瘤在运动区之后的,术中先分离肿瘤后界,再分离肿瘤前界,最后使肿瘤尽量从其后方取出;对于肿瘤在运动区之下病例,则根据其距离功能区的相对位置决定手术入路,尽量避开功能区。
手术后复查功能成像,功能组原有激活区都能很好保留,未见有新的功能区损伤、术后激活范围较术前变小病例,22例受占位效应影响功能区有不同程度移位之患者术后有19例功能区有明显改善,位置上两侧功能区趋于对称,范围亦较术前增大;患者的术后临床功能恢复方面也有明显好转,对比功能组与非功能组肌力变化,对两组肌力差作统计学分析有差异,功能组病例术后肌力恢复情况较对照组好,可见术前、术后BOLD检查对手术计划的制订与评估患者术后功能恢复上能起到不可忽视的指导作用;与其他相关报道对比[8,9],在术前脑功能检查对功能区的显示、对神经外科具指导性这方面,本组所获得资料与其他报道相一致。我们认为病灶与功能区的距离与手术前后的肌力差成负相关;另外本组增加了只行常规检查而未行功能检查的对照组资料分析,两组都做了常规的MR检查,包括平扫和增强,从结果来看功能组的术后效果较非功能组好,可认为在常规MR基础上,增加功能区的信息对手术效果起到积极作用,与以往报道[10,11]的资料相对比可认为本组可信度更高。
BOLD作为一种新技术,但其价值仍有待临床进一步验证,一些问题有待进一步探索。功能神经外科接受的传统标准是ECS,被认为是皮层定位的金标准。“金标准”仍被认为是最安全、准确的方法,新的功能成像应以“金标准”来评估其价值和效果[12~14]。随着技术的不断发展,BOLD有望代替ECS,成为外科医生手术的好帮手。
4 小结
(1)BOLD能清楚显示手运动皮层功能区激活区部位、强度、范围、大小、与肿瘤的关系。(2)术前BOLD检查可以避免功能区的术中损伤,且手术入路和肌力存在相关性,对外科手术具有指导意义。
【参考文献】
1 Ogawa S, Lee TM, Kay AR, et al. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proc Natl Acad Sci USA,1990, 87(24):9868-9872.
2 Morioke T, Yamamoto T, Katsuta T, et al. Presurgical three-dimensional magnetic source imaging of the somatosensory cortex in a patient with peri-rolandic lesion: Technical note. Neurosurgery, 1994, 34 (1): 930-934.
3 马跃辉,詹仁雅,周永庆,等. 磁共振血管成像和功能定位在脑皮层运动功能区脑膜瘤显微手术中的应用. 中华神经外科杂志,2003,19(5):344-347.
4 金晓,陈书达,朱君明,等. fMRI在额顶叶胶质瘤显微手术中的应用. 浙江医学,2006,28(3):192-194.
5 Cheng GH,Han YM,Kim CS.Functional MRI of supplementary motor area: comparision of motor and sensory tasks. JCAT, 2000, 24(4):521-525.
6 Fandino J, Kollias SS, Wieser IIG, et al. Intraoperative validation of functional magnetic resonance imaging and cortical reorganization patterns in patients with brain tumor involving the primary motor cortex. J Neurosurg, 1999, 91:238-250.
7 Yoursy Ta, Schmid UD, Jassoy AG, et al. Topography of the cortical motor hand area: prospective study with functional MR imaging and direct motor mapping at surgery. Radiology, 1995, 195:23-29.
8 Firsching R, Bondar I, Heinze HJ, et al. Practicability of magnetoence paleography L-guided neuronavigation. Neurosurgery Rev, 2002, 25:73-78.
9 Alexandre C, Carpentier R, Todd Constable, et al. Patterns of functional magnetic resonance imaging activation in association with structural lesions in the rolandic region: A classification system. J Neurosurg, 2004, 94:946.
10 黄小平,陈建良,张清平,等. 脑胶质瘤146例手术效果及预后因素分析.中国神经肿瘤杂志,2006,4(3):215-218.
11 漆松涛,刘承勇,俞方毅,等. 影响人脑恶性胶质瘤预后因素的研究. 中国神经肿瘤杂志,2006,4(3):209-214.
12 Cheryauka AB, Lee JN, Sam Sonov AA, et al. MRI difusiontensorro construction with propeller data acquisition. Magn Reson Imaging, 2004, 22(2):139-148.
13 Frayne R, Goodyear BG, Dickhof P, et al. Magn ethic resonance imaging at 3.0 Tesla: challenges and advantages in clinical neurological imaging. Invest Radiol, 2003, 38(7):385-402.
14 Marzola P, Osculati F, Sbarbati A. High field MRI in preclinical research. Eur J Radiol, 2003, 48(2):165-170.
作者单位:235000 安徽淮北,淮北市人民医院CT室