葉建華 (涼山州第一人民醫(yī)院)

1 研究背景
　　磁共振成像是繼CT后利用形態(tài)學(xué)診斷疾病的一項新技術(shù)，從20世紀(jì)70 年代末應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)診斷以來發(fā)展異常迅速，進(jìn)入20世紀(jì) 90年代后，腦功能磁共振成像 (fMRI)開始出現(xiàn)：1900年美國貝爾實驗室學(xué)者Ogawa發(fā)現(xiàn)血液中的脫氧血紅蛋白可改變血管周圍水分子的質(zhì)子信號，該信號可以通過梯度回波序列檢測出來，從而產(chǎn)生血氧水平依賴 (blood oxygenation level- depe ndent, BOLD)增強效應(yīng)，對大鼠吸入氣體及注射胰島素后體內(nèi)的生理變化進(jìn)行觀察并對BOLD 現(xiàn)象作了詳細(xì)觀察，研究表明O2絕對含量增加，信號強度增加，外源性刺激通過特定手段可顯示短暫血氧含量變化的信息。[1] 血紅蛋白包括含氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白,兩種血紅蛋白對磁場有完全不同的影響，氧合血紅蛋白是抗磁性物質(zhì)，對質(zhì)子馳豫沒有影響，去氧血紅蛋白屬順磁性物質(zhì)，其鐵離子有4個不成對電子，產(chǎn)生橫向磁化馳豫時間(T2)縮短效應(yīng) (preferential T2proton relaxation effect, PT2PRE)。因此，當(dāng)去氧血紅蛋白含量增加時, T2加權(quán)像信號減低。當(dāng)神經(jīng)元活動增強時，腦功能區(qū)皮質(zhì)的血流量顯著增加，同時氧的消耗量也增加，但增加幅度不明顯，其綜合效應(yīng)是局部血液氧合蛋白含量增加，去氧血紅蛋白的含量減低，削弱了PT2PRE，導(dǎo)致T2馳豫時間延長，信號增強。也就是說，神經(jīng)元興奮能引起局部T2加權(quán)像信號增強，即T2加權(quán)像信號能反映局部神經(jīng)元活動，這就是所謂血氧水平依賴BOLD (blood oxygenation level dependent)效應(yīng)，它是fMRI 的基礎(chǔ)。[2]
　　fMRI成像基本過程是通過外在有規(guī)律的任務(wù)與靜止兩種狀態(tài)的交互刺激，經(jīng)傅立葉轉(zhuǎn)換獲得一系列隨時間推移的動態(tài)原始圖像，在工作站作圖像后處理，通過設(shè)定閥值使兩種狀態(tài)下的原始圖像進(jìn)行匹配減影，同一層面的減影圖像經(jīng)像素平均化處理后，使用交叉相關(guān) (cross correlation)技術(shù)重建功能激發(fā)圖像[3]。相關(guān)系數(shù)算法是BOLD 圖像后處理的關(guān)鍵步驟。相關(guān)系數(shù)(圖1)，其中A,B分別表示靜止與激發(fā)兩種狀態(tài)，NA,NB分別為A,B兩種狀態(tài)下的激發(fā)次數(shù)，t為t檢驗參數(shù)，t=(SB –SA)/&D,SA,SB為A,B狀態(tài)下的激發(fā)信號強度的平均值，&D為標(biāo)準(zhǔn)誤[4]。在實際工作中，為了減少病人輕微移動引起的基線漂移，一般通過直線回歸分析法而使時間過程圖呈相對標(biāo)準(zhǔn)城垛墻樣的動態(tài)過程圖。相關(guān)系數(shù)的可信度亦采取設(shè)定閥值的方法，閥值越高，可信度越低，反之，可信度越高。

2 成像技術(shù)
　　目前大多數(shù)fMRI成像需要1.5-2.0T以上高場強的MR設(shè)備，一般使用對T2效應(yīng)敏感的GRE序列和快速成像EPI序列。單純GRE序列成像的缺點是圖像采集時間較長，成像層面數(shù)量有限，圖像容易受運動影響而產(chǎn)生偽影。EPI是由MansField在1997年首次闡述的[5]，該技術(shù)把經(jīng)典成像中的多次掃描簡化為一次掃描，使成像速度得到巨大提高，目前大多數(shù)高場強MR機都采用GRE與EPI相結(jié)合的序列EPI。梯度場切換速度快，單次或少于一次激發(fā)便可完成整個K空間的數(shù)據(jù)采集，成像時間可縮短至30-100ms，這樣大大降低了運動偽影。

3 應(yīng)用研究
　　對神經(jīng)外科來說，最大限度切除病灶又保留腦功能皮層，一直是一個極大的挑戰(zhàn)，在fMRI應(yīng)用臨床之前，手術(shù)人員主要用體感誘發(fā)電位(SSEPs)和皮層電刺激(ECS)行術(shù)中定位，不僅手術(shù)時間延長，也使得手術(shù)野暴露過大，fMRI作為一種新的成像手段具有很大的潛力，它具有高分辨率、精確、非侵襲性、不需注射對比劑的特點，腦表面和深部的活動均能顯示，在合作良好的患者中具有很高的敏感性，fMRI的出現(xiàn)擴大了MRI在臨床中的應(yīng)用，其中fMRI在神經(jīng)外科手術(shù)中的應(yīng)用主要在以下幾個方面：

3.1 在腦腫瘤手術(shù)方面的應(yīng)用
　　3.1.1 用于術(shù)前手術(shù)方案的制定 
　　功能性磁共振成像術(shù)(fMRI)可以無創(chuàng)地對大腦的神經(jīng)功能活動成像，能在特定的腦功能活動時或血液動力學(xué)變化時對腦組織進(jìn)行實時功能成像，可極大地避免術(shù)中神經(jīng)功能的損傷，盡可能的切除病變組織，提高患者術(shù)后的生存質(zhì)量，降低病灶的復(fù)發(fā)率。
　　Schulder等[6]報8例位于或鄰近感覺運動中樞的腦腫瘤，其中腦膜瘤4 例，膠質(zhì)瘤3例，轉(zhuǎn)移瘤1例。術(shù)前以簡單運動模式激發(fā)行fMRI檢查，經(jīng)后處理獲得功能圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)至外科導(dǎo)航系統(tǒng)，與術(shù)中SEP和導(dǎo)航定位體系相比較，其匹配誤差為2.2mm，腫瘤順利切除，沒有新的、永久性的神經(jīng)功能喪失出現(xiàn)。Kaminogo等[7]對16例腦瘤患者進(jìn)行術(shù)前fMRI與術(shù)中皮層腦電圖檢查，發(fā)現(xiàn) 9例患者術(shù)前 fMRI顯示某一運動激活區(qū)位于某一局限腦葉或某一局限腦溝的周圍，并且與術(shù)中皮層腦電圖相一致，他們認(rèn)為對位于功能區(qū)或其附近的腫瘤患者，可根據(jù)fMRI測定功能區(qū)皮層的準(zhǔn)確位置，了解腫瘤與功能區(qū)皮層的解剖關(guān)系及功能聯(lián)系，制定精密的手術(shù)方案，既能有效的切除病灶又盡量避免出現(xiàn)新的神經(jīng)功能損傷。Atlas等[8]對7例腦膠質(zhì)瘤患者的fMRI、MRI及臨床癥狀聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，fMRI能測定瘤內(nèi)或瘤周功能區(qū)的皮質(zhì)功能情況，且其與患者的臨床神經(jīng)功能情況相一致。腫瘤區(qū)皮質(zhì)與對側(cè)半球正常皮層的激活存在著一個量的區(qū)別，認(rèn)為fMRI能對膠質(zhì)瘤患者的功能區(qū)皮層進(jìn)行定位，使術(shù)中避免剩余的功能區(qū)皮層的損傷，盡量切除腫瘤而避免術(shù)后新的功能損傷及降低術(shù)后腫瘤復(fù)發(fā)率。很多類似研究證明非創(chuàng)傷性的術(shù)前MR腦功能活動成像對患者腦解剖—功能關(guān)系的顯示有助于神經(jīng)外科醫(yī)生制訂手術(shù)計劃，對手術(shù)入路及微創(chuàng)傷性的操作以減少術(shù)后致殘率均有十分重要的作用。

　　3.1.2 用于預(yù)測手術(shù)效果及術(shù)后功能恢復(fù)的評估
　　通過對腦腫瘤患者術(shù)前功能成像的研究，可對患者術(shù)后功能恢復(fù)及有否新的神經(jīng)功能障礙出現(xiàn)的風(fēng)險性進(jìn)行預(yù)測。
　　Alexandre等[9]報道了17例皮質(zhì)運動區(qū)腫瘤的功能區(qū)的激活形式及分類。fMRI顯示激活區(qū)移位的病例臨床均 有顯著運動功能減弱，包括手、足靈活性減低，肌力的下降等。和健側(cè)半球?qū)Ρ?，功能區(qū)左右移位達(dá)2nun、前后移位達(dá) 1.5mm 即認(rèn)為有激活區(qū)移位，可能是由占位效應(yīng)或功能重塑現(xiàn)象引起，而導(dǎo)致中央前回其他部位、同側(cè)SMA 區(qū)及對側(cè)區(qū)域的激活。根據(jù)象素是否對稱及有否移位提出以下分類方案：1級： 激活區(qū)無移位，象素對稱；2級：激活區(qū)移位，象素對稱；3級：激活區(qū)無移位，象素不對稱；4級：激活區(qū)移位，象素不對稱：5級：激活區(qū)移位到同側(cè)不同皮質(zhì)區(qū)；6級：代表最強的重塑效應(yīng)，對側(cè)出現(xiàn)新的激活區(qū)。腫瘤被歸入1-4級范圍內(nèi)，沒有5級或6級，反映了腫瘤的重塑效應(yīng)是最小的。隨分級增加，重塑功能增加，以代償喪失的神經(jīng)功能。良性腫瘤的重塑功能較低，大多數(shù)被歸入1-3級，表明腫瘤激活區(qū)不對稱主要是由于占位效應(yīng)或界面干擾造成，而不是由功能重塑引起。分類便于數(shù)據(jù)收集、整理，適于比較外科手術(shù)風(fēng)險及評估術(shù)后功能恢復(fù)的類型，更好地對fMRI的結(jié)果進(jìn)行比較。

　　3.1.3 用于術(shù)中引導(dǎo)手術(shù)
　　功能性磁共振成像(fMRI)可以無創(chuàng)地對大腦的神經(jīng)功能成像，能在特定的腦功能活動時或血液動力學(xué)變化時對腦組織進(jìn)行實時功能成像，可極大地避免術(shù)中神經(jīng)功能的損傷，盡可能的切除病變組織，術(shù)前行MRI檢查進(jìn)行解剖定位，再行fMRI進(jìn)行功能定位，將功能信息與解剖圖像疊加并登錄到神經(jīng)外科立體定向?qū)Ш絻x，這樣可以精確了解功能區(qū)皮質(zhì)的準(zhǔn)確位置及病變組織與其相鄰的功能區(qū)皮質(zhì)的解剖、功能關(guān)系，有效地彌補術(shù)中定位的缺陷。采用術(shù)中MRI，切除腫瘤時能做到微創(chuàng)而達(dá)到最大限度地切除腫瘤，切除腫瘤安全，切除范圍能直接評價。
　　Knauth等[10] 報道單獨運用神經(jīng)導(dǎo)航，腫瘤的完全切除率僅為36.6%，而且術(shù)中由于腦脊液的流失和病灶的切除會引起局部腦組織的移位。術(shù)中采用 MRI成像能明顯增加完全切除的比例，這是神經(jīng)外科治療腦腫瘤劃時代的工具。術(shù)中MRI可提供實時導(dǎo)航，確定腫瘤周邊的位置，較容易持續(xù)評估手術(shù)進(jìn)程。采用神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)對38例膠質(zhì)瘤病人進(jìn)41次手術(shù)，所有病人術(shù)后均行MR成像復(fù)查，比較所有強化腫瘤術(shù)中和術(shù)后早期 MR成像切除比例。2 例 (53.7% )術(shù)中 MR成像可顯示殘留強化的腫瘤，其中17例鏡下可見腫瘤并繼續(xù)進(jìn)行手術(shù)；15例未見腫瘤殘留，仍有4例術(shù)中 MR成像不能肯定，結(jié)果術(shù)后早期MR成像顯示僅8例有腫瘤殘留。采用與不采用術(shù)中MR成像術(shù)中“完全切除”腫瘤的比例差別有高度的統(tǒng)計學(xué)意義 (P=0.004)。

3.2 在非腫瘤性病變方面的運用
　　目前fMRI在非腫瘤性病變中的亦可以大有作為，涉及到腦部很多疾病，如腦動靜脈畸形、海綿狀血管瘤等顱內(nèi)血管畸形手術(shù)，也可應(yīng)用于其他神經(jīng)疾病手術(shù)中，如癲癇、結(jié)節(jié)性硬化癥、Parkinson病、腦炎、炎性肉芽腫等。經(jīng)過對一例運動區(qū)局限性損傷的頑固性局限性癲癇患者進(jìn)行詳細(xì)的術(shù)前及術(shù)后研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)前腦功能成像顯示的運動皮層功能圖與術(shù)中侵入性的皮層腦電圖是一致的，他們認(rèn)為癲癇手術(shù)可依據(jù)fMRI作出較為準(zhǔn)確的術(shù)前評估。同時利用fMRI對顏葉的相關(guān)功能情況進(jìn)行評估，可以預(yù)測穎葉癲癇患者行顏極切除術(shù)后癲癇發(fā)作的緩解情況以及出現(xiàn)認(rèn)知功能障礙的風(fēng)險性，從而制定手術(shù)方案，這是一種預(yù)測顏極切除術(shù)后癲癇發(fā)作情況的非侵入性的高準(zhǔn)確方法。Macdonell[11]等對一例MRI 顯示右大腦半球發(fā)育不良、先天性左上肢乏里、頑固性癲癇的患者行fMRI檢查時發(fā)現(xiàn)，右大腦半球的運動激活區(qū)皮層比左側(cè)正常的大腦半球的運動激活區(qū)皮層明顯后移并變小，術(shù)中根據(jù)fMRI定位的中央?yún)^(qū)對發(fā)育不良的右側(cè)中央前區(qū)皮層切除后未出現(xiàn)永久性的神經(jīng)功能障礙，他們認(rèn)為fMRI能準(zhǔn)確定位癲癇灶和周圍的功能區(qū)皮層，對指導(dǎo)癲癇手術(shù)方式及癲癇灶的切除范圍有重要意義。Bookheimer[12]等對癲癇患兒術(shù)后并發(fā)癥的研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)前MR腦功能成像對腦功能區(qū)的定位可最大限度的減少癲癇患兒術(shù)后遭受新的神經(jīng)功能損傷，明顯改善手術(shù)預(yù)后。fMRI在腦血管畸形手術(shù)方面：手術(shù)前常規(guī)MRI包括MRA可對病灶定位、定性，而功能MRI又能提供功能區(qū)在病理狀態(tài)下的