劉樹永 李 敏 吳 珂 張有軍 耿道穎

(1.泰山醫(yī)學(xué)院附屬泰山醫(yī)院，山東 泰安 217000； 2.復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院放射科，上海 200040)

語言是人腦特有的重要功能，是人與人交往的重要方式。任何認(rèn)知任務(wù)，包括語言在內(nèi)，都必須由分散在整個大腦內(nèi)的許多腦區(qū)所構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)作來完成。研究語言的腦機制，即研究語言在大腦內(nèi)的功能組織情況，有著重要的理論和現(xiàn)實意義。

當(dāng)腦腫瘤發(fā)生在左側(cè)額下回區(qū)域，即運動性語言區(qū)，多數(shù)病人表現(xiàn)出運動性失語表現(xiàn)(Broca失語)，最突出的臨床特點是言語不流利，常表現(xiàn)為電報式言語；復(fù)述較差，語法結(jié)構(gòu)簡單，聽理解相對較好，能夠理解一般對話。臨床中，部分腫瘤患者，在盡量保護(hù)鄰近語言區(qū)的前提下切除腫瘤后仍出現(xiàn)失語表現(xiàn)，排除術(shù)后瘤周出血和水腫對鄰近功能皮層的壓迫等因素外，腫瘤內(nèi)是否仍殘留部分語言區(qū)是一個有待回答的問題。在以往的研究中，我們也發(fā)現(xiàn)部分腦腫瘤內(nèi)及腫瘤邊緣出現(xiàn)BOLD激活區(qū)，這些激活區(qū)是與語言相關(guān)的腦區(qū)還是腫瘤所致的異常擴張的血管造成的假陽性結(jié)果？國內(nèi)外文獻(xiàn)未見系統(tǒng)報道。因此本研究的重點就是應(yīng)用PWI技術(shù)對腫瘤內(nèi)部及周邊血管的分布情況加以顯示，繼而提高BOLD-fMRI在腫瘤周邊激活區(qū)顯示的準(zhǔn)確率及對腫瘤內(nèi)激活區(qū)是否殘留部分語言功能做一探討。

1 材料與方法

1.1語言BOLD-fMRI 實驗步驟及圖像數(shù)據(jù)處理

17例腦腫瘤所致運動性失語患者。

1.1.1入選標(biāo)準(zhǔn) 病灶部位:左側(cè)Broca區(qū)，島葉，左側(cè)額中回及鄰近白質(zhì)，病灶單發(fā)；北京醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院的漢語失語成套測驗中的利手評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行利手判定及運動性失語判定。

1.1.2實驗任務(wù) 均采用圖片命名任務(wù)。圖片來源于Snodgrass and Vanderwart 標(biāo)準(zhǔn)圖譜；圖片呈現(xiàn)時，用唇讀方式將圖片名稱講出；實驗采用組塊設(shè)計，總時間3分12秒,前12秒處于勻場狀態(tài)，每個Block為30秒，每個任務(wù)有6個Block，組塊間以“+”呈現(xiàn)30秒，作為靜息狀態(tài)以對照。每張圖片呈現(xiàn)3秒；刺激任務(wù)用eprime軟件編寫，通過射頻脈沖的方式激發(fā)，實驗者通過其眼睛上方磁共振線圈上配置的反光鏡即可看到任務(wù)并配合完成任務(wù)。

1.1.3儀器設(shè)備 采用3.0T GE Signa VH/iMRI MRI掃描儀進(jìn)行檢查,利用8通道線圈, 所選用的掃描序列和參數(shù):①結(jié)構(gòu)像掃描：用SE序列采集橫軸位T1WI結(jié)構(gòu)像,全腦掃描,水平位,TR/TE=500 ms/minfull,層厚5 mm,間隔0 mm,分辨率256*256,FOV=240×240 mm,NEX=1, 獲取25層高分辨率解剖圖像,作為功能掃描的參照圖。②功能成像程序 (brain wave),采用單次激發(fā)平面回波成像的梯度回波GRE-EPI序列,復(fù)制T1WI圖像設(shè)置,層厚5 mm,間隔0,TR=3000 ms,TE=35 ms,分辨率64*64,FOV=240×240 mm,進(jìn)行BOLD-fMRI掃描；③最后采用快速擾相位梯度回波翻轉(zhuǎn)恢復(fù)(FSPGRIR)脈沖序列(T1加權(quán))掃描,層厚1 mm,間隔0, TR 6.4 ms ,TE 1.6 ms , TI=40 ms，帶寬=31.25，分辨率256*256,FOV=240×240mm,Nex=1，獲取146層高分辨率解剖圖像，包括全腦范圍,用以三維重建。

1.1.4數(shù)據(jù)處理 選用AFNI軟件處理圖像數(shù)據(jù)，步驟如下：①功能掃描圖像,進(jìn)行去基線漂移,頭動調(diào)整對齊,歸一化(將信號強度調(diào)整成信號變化百分比)等預(yù)處理。②通過反卷積方法找到每個任務(wù)的激活區(qū)域(p=0.01的相鄰四個或四個以上體素作為是一個激活簇,在激活圖譜中保留,激活簇中的體素賦值為1,其他體素為0)。③SE序列掃描得到的T1WI結(jié)構(gòu)像和FSPGR序列掃描得到的3D結(jié)構(gòu)象,將激活區(qū)圖譜進(jìn)行三維重建。④各個任務(wù)激活圖譜取邏輯“或”運算,之后在該圖上畫出若干感興趣區(qū)域(ROI)。⑤在每個被試的原始坐標(biāo)系下,計算各感興奮區(qū)的激活強度和體素。

1.2磁共振灌注方法及實驗參數(shù)

對比劑首過增強T2*、單次激發(fā)梯度回波平面(GE-EPI)灌注成像。成像參數(shù)為TR/TE 1900/60 ms，翻轉(zhuǎn)角60度，帶寬62.5 Hz，F(xiàn)OV 240×240 mm，層厚5 mm，層間距0 mm，采集時間92 s。在FLAIR或T2WI上觀察，所有切層的位置、層厚在拷貝橫軸位T1WI結(jié)構(gòu)像25層的基礎(chǔ)上再上下共刪除5層，即全腦共采集20層(以方便與BOLD激活圖對照)。在團(tuán)注對比劑之前2秒、團(tuán)注中及團(tuán)注后連續(xù)采集系列圖像(50幅/層)。在頭10秒之內(nèi)，采集注射對比劑之前的5幅圖像作為基線圖。之后，以19號靜脈導(dǎo)管經(jīng)肘靜脈在4～5秒內(nèi)快速手推15 ml釓雙胺(Omniscan)，商品名歐乃影(分子量573.66,在37℃時的粘度為1.9 mPa·s),流速為3～4 ml/s(圖2)。

1.3磁共振灌注圖與BOLD激活信號的融合

磁共振灌注圖像用Unix 4.0工作站上的FUNC2軟件處理后得到CBV圖。在LINUX系統(tǒng)下，運用to3d *命令將CBV圖轉(zhuǎn)化為AFNI軟件可識別的.BRIK及.HEAD文件。在Switch underlay 中選擇CBV圖，在Switch overlay中選擇不同任務(wù)下的map圖進(jìn)行疊加，即可把Bold激活圖疊加到CBV圖上面。信號判斷方法：如果紅色的BOLD激活信號與CBV圖中的白色粗大血管影重疊，則認(rèn)為是異常腫瘤血管影造成的假陽性；若兩者不重疊，考慮為與語言相關(guān)的激活區(qū)。

2 結(jié) 果

17例病人中，Ⅱ級星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤7例，Ⅲ級星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤5例，膠母細(xì)胞瘤5例。在7例Ⅱ級星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤患者的圖片命名任務(wù)激活圖中，位于腫瘤內(nèi)及腫瘤周邊的激活區(qū)共計11處，其中BOLD激活信號與CBV圖中的血管影重疊的共計3處，兩者不重疊的共計8處，即假陽性率26%，陽性率74%；在5例Ⅲ級星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤患者中，位于腫瘤內(nèi)及腫瘤周邊的激活區(qū)共計14處，其中BOLD激活信號與CBV圖中的血管影重疊的共計4處，兩者不重疊的共計10處，即假陽性率31%，陽性率69%；在5例膠母細(xì)胞瘤的圖片命名任務(wù)激活圖中，位于腫瘤內(nèi)及腫瘤周邊的激活區(qū)共計18處，其中BOLD激活信號與CBV圖中的血管影重疊的共計7處，兩者不重疊的共計11處，即假陽性率39%，陽性率61%(表1，圖1～4)。

表1 腫瘤級別與BOLD陽性率對照表格

圖1

圖2

圖1示腫瘤前方BOLD激活區(qū)重疊在圖2顯示的腫瘤周邊血管上，提示此BOLD區(qū)域為假陽性結(jié)果。

圖3

圖4

圖3示腫瘤內(nèi)BOLD激活區(qū)未與圖4灌注圖上的血管影重疊，提示此BOLD區(qū)域為語言相關(guān)腦區(qū)。

3 討 論

3.1動態(tài)磁共振灌注成像(MRP)原理及其優(yōu)缺點

目前MR灌注成像采用的技術(shù)主要有三種，即T2或T2*動態(tài)敏感成像、動脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記(ASL)和T1動態(tài)灌注技術(shù)。ASL由于空間分辯率和信噪比(SNR)低、成像時間相對長而應(yīng)用受到限制。T1和T2動態(tài)對比增強灌注成像均可以得到CBV和PS圖，但前者主要應(yīng)用于通透性測量，所用對比劑的劑量相對低、注射速率低、成像時間和重復(fù)掃描時間間隔較長(10～15分鐘)[1-2]。T2*動態(tài)敏感成像是首過技術(shù)，在對比劑團(tuán)注后采集系列圖像。本研究中MR灌注成像采用的Gd-DTPA劑量為0.1 mmol/kg。團(tuán)注對比劑導(dǎo)致信號強度下降，將信號強度變化與時間相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生濃度-時間曲線，得到CBV，CBF及MTT等參數(shù)。該技術(shù)在MR灌注研究中應(yīng)用最為廣泛，其中CBV是最常見的參數(shù)。

動態(tài)CT灌注成像技術(shù)由于空間分辯率高，信號強度與對比劑濃度之間存在線性關(guān)系，無磁敏感性偽影以及對腫瘤微血管定量更準(zhǔn)確，因此在臨床中應(yīng)用廣泛。但CT灌注存在空間覆蓋范圍有限，有電離輻射和注射對比劑的危險等缺陷[3]。我院16排CT動態(tài)掃描的最大覆蓋范圍僅為2 cm，時間分辯率低于MR灌注成像。盡管有作者[3]推薦能覆蓋兩個不同床位、得到更多掃描平面的床面觸發(fā)技術(shù)，但這同時也降低了時間分辨率(約5秒) 。

相比CT灌注成像，MR灌注成像掃描范圍可覆蓋全腦，時間分辨率高，無輻射等優(yōu)點。但同時受到更多技術(shù)因素的制約。其中最為不利的因素是信號強度與對比劑濃度之間不存在線性關(guān)系，因此對微血管的定量不夠準(zhǔn)確。因為存在血腦屏障(BBB)的損害，使得CBV測量非常復(fù)雜，本質(zhì)上MR灌注得到的是相對的定量。T1-rCBV測量是基于首過動態(tài)及對比劑外滲的復(fù)合效應(yīng)，在對比劑外滲時會過高估計血容量。相比之下，T2-rCBV測量是根據(jù)動態(tài)敏感增強圖像，由于殘留的T1效應(yīng)(被稱為T1亮過效應(yīng))[4]會抵消T2*信號的變化，在對比劑外滲時會低估血容量。只有去除了T1亮過效應(yīng)之后，T2-rCBV的值才可以被視為是真正反映了組織的血容量[5]。

3.2動態(tài)磁共振灌注成像技術(shù)在運動性失語中的應(yīng)用價值討論

動態(tài)磁共振灌注成像技術(shù)由于可覆蓋全腦掃描，時間分辨率高等優(yōu)點，所以我們將其應(yīng)用到失語的研究中。有文獻(xiàn)[6]報道：腦梗塞引起運動性失語左側(cè)Broca區(qū)的對比劑平均通過時間(MTT)較對側(cè)鏡像區(qū)延長，差異有顯著性；而Broca區(qū)的局部腦血流量(CBF)、局部腦血容量(CBV)、達(dá)峰時間(PPT)與對側(cè)鏡像區(qū)相比差異無顯著性；Cao Y 等[7]隨訪研究發(fā)現(xiàn)，左側(cè)額下回梗塞3個月后，右側(cè)CBF出現(xiàn)增多；5～12個月后，出現(xiàn)左側(cè)顳后-頂下區(qū)CBF增加。關(guān)于運用磁共振灌注成像技術(shù)研究運動性失語的損傷機制作者認(rèn)為價值不大。原因如下：①大部分的腫瘤位于左側(cè)Broca區(qū)，無法測其CBV值，此時雖能測得對側(cè)Broca區(qū)值，但因為磁共振灌注成像中CBV的絕對值無意義，所以無法測得其相對比值。②其它與語言相關(guān)的腦區(qū)如顳上回，額中回，頂葉等腦區(qū)，雖然可測得其rCBV值，但因為磁共振灌注成像的后處理方法現(xiàn)在技術(shù)尚無法把大血管剔出，所以CBV的相對值受到血管的影響較大，ROI非常難以選定。我們在實驗中就碰到了這一困難。所以我們的實驗重點放在腫瘤內(nèi)及其周邊激活區(qū)的研究上。

3.3磁共振灌注融合BOLD激活圖對腫瘤內(nèi)及周邊的激活區(qū)準(zhǔn)確性的價值探討

臨床工作中，我們發(fā)現(xiàn)部分病人的BOLD激活信號位于腫瘤內(nèi)及其周邊腦區(qū)，它們是腫瘤血管異常灌注形成的假陽性結(jié)果還是腫瘤內(nèi)尚殘留的部分語言功能？不同的學(xué)者對此觀點不一。在對腫瘤的BOLD研究中，困惑我們的還有一個問題：由于腫瘤周邊血管對鄰近腦區(qū)的影響，如“盜血”現(xiàn)象，腫瘤周邊激活的腦區(qū)是否可用于臨床研究？本實驗對這些疑問的處理辦法是讓患者執(zhí)行完語言任務(wù)后，加做一磁共振灌注成像，并在Linux系統(tǒng)下將兩種圖像進(jìn)行融合。如果紅色的BOLD激活信號與CBV圖中的白色粗大血管影重疊，則認(rèn)為是異常腫瘤血管影造成的假陽性；若兩者不重疊，考慮為與語言相關(guān)的激活區(qū)。根據(jù)實驗結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)：腫瘤內(nèi)及腫瘤周邊的激活區(qū)中假陽性率隨腫瘤級別升高而升高，陽性率隨腫瘤升高而降低。提示BOLD激活信號陽性率與腫瘤級別呈負(fù)相關(guān)。若腫瘤內(nèi)有BOLD信號的激活，提示腫瘤內(nèi)可能殘留部分未破壞的語言區(qū)[8-11]，這可能也是腫瘤病人臨床中失語癥狀明顯較梗塞病人輕的一個原因解釋。有作者認(rèn)為，腫瘤內(nèi)尚存在正常的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接，當(dāng)腫瘤切除后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中斷，病人出現(xiàn)部分失語表現(xiàn)，需1～3個月后，新的突觸形成后，語言功能才可恢復(fù)[12-13]。腫瘤周邊區(qū)，由于存在部分腫瘤血管造成的假陽性現(xiàn)象，所以在臨床中可能會造成對部分激活區(qū)的錯誤解釋。從另外一個角度考慮，由于部分腫瘤周邊血管的影響，也會使腫瘤周邊實際存在的語言區(qū)的激活率降低，而出現(xiàn)假陰性的結(jié)果。所以，有文獻(xiàn)[8]報道，腫瘤周邊無激活區(qū)出現(xiàn)，并不意味著真正沒有語言區(qū)的存在，所以切除腫瘤周邊腦組織時應(yīng)謹(jǐn)慎。我們的這一方法，即利用磁共振灌注圖像和BOLD圖像的融合來判斷語言區(qū)的方法，簡單實用，相信會在今后的臨床工作中對提高語言激活區(qū)的判斷分析能力起到較大幫助作用。

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