20世纪90年代中期,美国哈佛大学医学院进行了全球首例MRI（iMRI）系统手术。自此神经外科手术发生巨大的改变,开始发展为更加精准的神经外科手术。精准神经外科手术具有功能损伤最小化、手术效果最佳化、病变切除最大化的特点。而磁共振的应用不仅能在术前更进一步明确肿瘤病变性质,更能进行实时的立体定位诊断。通过运用不同的成像技术手段,使的或术前更清晰的现实病变与重要功能区间的位置关系,从而进一步的指导临床选择合适的手术方式,避免不必要的损伤,而致严重并发症。另外能够适时的呈现的情况以及通过实时复查MRI显示病灶切除程度而指导病灶彻底切除。行3.0T磁共振扫描可以达到实时纠正手术的入路并纠正、避开核心功能区的传导纤维,从而引导临床医师进行微创的手术操作。进一步推动微创神经外科的进一步发展。MRI能够提供实时的影像,并通过更新导航计划而达到纠正脑移位的目的。因此,越来越多的神经外科中心开始安装i MRI系统,但是由于其成本高昂,目前尚未广泛推广。本中心于2012年在国内安装了第三台3.0 T高场强iMRI与多模态导航杂交手术室,至今已完成各类手术1000例。近5年的应用经验显示出,多模态较传统的优势在于:术前最短时间给临床提供一个性质诊断参考,最重要的是打破传统抽象定位的模糊性,给立体定位诊断一个精准的术前,切除肿瘤程度指导,极度降低了术后的并发症发生,提高预后,延缓了患者的生命时间。胶质瘤（brain glioma,BG）作为颅内比较常见的恶性肿瘤,约占颅内原发肿瘤的30-40%左右。因为胶质瘤可以浸润生长,往往会与正常脑组织混淆,手术复杂且难以根治,再加上复发率高,生存率低。肿瘤增殖的评估被作为肿瘤行为的重要附加预测。临床表现多无特征性。由于不同病理分级的BG临床病程和治疗手段也不同,因此早期正确判断脑胶质瘤的病理分级是治疗的关键。众多周知,影像学检查在颅内胶质瘤的诊断、病情评估及术前分级等方面有着重要的作用。现今,普通磁共振（magnetic resonance imaging,MRI）在临床当中已经发挥着重要的作用,在临床实践中普通磁共振能够通过平扫和准确扫描用来筛查并提供具体的定位信息。但由于BG具有高度的组织异质性,其中包含了肿瘤组织、坏死组织、微血管增殖以及瘤周水肿。以往主要根据常规MRI特征来诊断,但有些BG与脑内其他肿瘤在影像上表现相似,即使做了增强其鉴别也存在一定限度。BG的分级,肿瘤的范围、边界,肿瘤内部的情况均难以做到准确的评价。因此,仅凭常规磁共振成像资料很难准确评估胶质瘤疾病的病情。如在常规的MRI增强扫描中,强化只表明血脑屏障破坏,而并非表示肿瘤的恶性程度高等特点。总的来说,多模态影像技术并不是十分成熟,其仍然存在着不足,没有一个单一的模态影像能够提供完全的颅内信息。因此,多模态影响技术还需要不断的完善与发展。想要能够早期准确的诊断患者病情并对患者进行及时的治疗,就必须结合多模态影像技术,运用多种模态影响综合分析患者的病情,实现交叉验证。多模态磁共振成像技术为胶质瘤的术前评估及准确分级提供了更多可供选择的工具。因此,当前临床上除了单用各种磁共振成像技术对胶质瘤进行术前评估外,大量研究集中于联合2种或2种以上模态技术对颅内胶质瘤的病情进行更完善的评估。本研究首先通过分析常规MRI平扫+增强扫描、DWI、ASL、DTI以及MRS等检查技术在BG患者诊断及评估术前病理分级中的价值与不足。然后再结合前述研究结论,选择ASL、DTI以及MRS三种MRI检查技术组成多模态成像技术,分析其在手术病理证实的BG患者中的诊断价值及其与病理分级的相关性,从而进一步阐述多模态MRI检查在BG术前病理分级中的作用,旨在优化BG患者的影像学检查方案,为临床医师更精准的评估病情和选择治疗方案提供可靠的影像学资料。实验目的:1.探讨超高场强磁共振及多模态影像融合新型技术在脑胶质诊断中的应用,总结经验、明确优势与不足。2.探讨常规MRI平扫+增强扫描联合DWI成像技术在脑胶质瘤诊断和病理间的相关性。3.探讨功能MRI ASL、DTI以及MRS成像技术在脑胶质瘤诊断和病理间的相关性。4.探讨MRI-ASL联合DTI和MRS成像技术在脑胶质瘤术前诊断和病理间的相关性。第一部分:常规MRI平扫及增强检查和DWI检查在脑胶质瘤中应用价值及病理相关性分析方法:1.收集我院2015年1月至2017年1月期间临床资料完整并经手术或穿刺病理证实为脑胶质瘤的患者55例,所有患者术前均未作放疗、化疗及其他抗肿瘤性治疗,所有患者术前均进行了常规MRI平扫、增强以及DWI检查。2.在常规MRI平扫和增强图像主要观察病变部位、数目、大小、形态、信号强度、瘤周水肿及强化程度等。ADC值的测量方法主要包括:首先根据病变的平扫及增强扫描图像,分别在ADC图上选择为强化的肿瘤区域、无强化的肿瘤区域、囊变坏死区、瘤周水肿区、非瘤周水肿区以及对侧相匹配的位置画感兴趣区（regions of interest,ROI）,每个部位ROI的直径为0.2cm,每个信号位置重复测量三次,最后取平均值。3.经手术或穿刺术后,取得相应胶质瘤的组织学标本,运用石蜡包埋法进行组织连续切片,层厚为5um,连续切片2张,最后使用HE染色法观察胶质瘤的病理分级。结果:1.脑胶质细胞瘤在常规MRI图像表现为不均匀长T1长T2信号肿块或结节,病变的边界、瘤周水肿情况,多依赖于病变的分级,一般I级脑胶质瘤,病变边界较清晰,瘤周可见轻度水肿或无水肿,占位征象也相对较轻;III-IV级胶质瘤边界欠清晰,病变周边可见明显的瘤周水肿,占位征象相对较严重,中线结构可出现明显的异位。另外,病变内信号欠均匀,可出现坏死、囊变、钙化,甚至出血等信号,增强扫描可见病变呈斑块状、线条状、花环样或结节样强化,坏死或出血区域无强化。2.肿瘤实性部分在DWI图像上信号表现多样,可以呈等信号、稍高或者高信号;而瘤周的水肿一般呈稍高或高信号,两者分界欠清,通过DWI图像分辨两者较困难。而不同组织类型的病变区,其ADC值间差异有较明显的差异（P<0.01）,一般表现为肿瘤实性成分越致密,血供越丰富,则ADC值越低。经进一步统计学分析发现:不同成分的肿瘤组织与正常脑组织之间的ADC值差异有统计学意义（P<0.01）;而不强化的肿瘤实质与瘤周水肿之间的ADC值差异无统计学意义（P>0.05）;最后比较瘤周水肿与正常脑组织水肿间ADC值差异有统计学意义（P<0.01）。3.经手术取得脑胶质瘤标本的患者共55例,所有术后标本经HE染色后,每例均给出明确胶质瘤病例分级,最后将脑胶质瘤的病理学分级与强化的肿瘤的实性部分的ADC值进行相关性分析后发现:55例脑胶质瘤强化肿瘤实质ADC值从0.6×10^-3mm²/s到1.46×10^-3mm²/s。比较肿瘤高、低级别组的强化肿瘤实质ADC值的差异,肿瘤级别越高,强化肿瘤实质ADC值越小。采用Spearman等级相关分析法分析强化肿瘤实质ADC值与肿瘤级别的关系,表明强化肿瘤实质ADC值与脑胶质瘤级别呈显著负相关（r=-0.743,P<0.01）,即说明肿瘤的恶性程度越高,肿瘤实质部分的ADC值越低,弥散受限越显著。第二部分:功能MRI检查在脑胶质瘤中的应用价值及病理相关性分析方法:1.收集我院2015年1月至2017年1月期间临床资料完整并经手术或穿刺病理证实为脑胶质瘤的患者43例,其中行MRI-ASL检查的患者17例;行MRI-DTI检查的患者24例;而行MRI-MRS检查的患者11例。2.ASL数据处理后,接着根据常规和增强扫描结果,选取肿瘤实性部分最大层面作为分析层面,并在瘤体实性部分内绘制感兴趣区,得到正常白质的血流量(BF_WM)值。TBF与BF_WM值分别测量3次,计算其平均值。为了消除患者个体和年龄对脑血流值造成的影响,计算本组资料肿瘤的相对血流值（r TBF）,r TBF—TBF/BF_WM。DTI图像经处理后获得FA图、MD图、λ1图、λ2图、λ3图。并参照ADC值获得的方法,分别获得DTI相关脑功能图的数据,然后计算AD、RD值;接着通过相关公式确定出此区域的r ADt、r RDt值、瘤周水肿的r FAe、r MDe、r ADe、r RDe。对获得的MRS图像进行后处理,确定出对应的代谢物比率图和相应解剖图。而对应的素划定区域重点为肿瘤实性部分。接着时在健侧划体素,观察分析Cho、NAA、Cho/Cr相关结果。3.经手术或穿刺术后,取得相应胶质瘤的组织学标本,运用石蜡包埋法进行组织连续切片,层厚为5um,连续切片2张,最后使用HE染色法观察胶质瘤的病理分级。结果:1.低级别胶质瘤的肿瘤实性部分在ADC图上表现为高信号,而在FA图像上则主要表现为低信号,同样在r CBF及r CBV图上也表现为低信号区;而高级别胶质瘤的肿瘤实性部分在ADC图上主要表现为等或高信号,而在FA图像上则主要表现为低信号,但是在r CBF及r CBV图上却表现为高信号。在进一步针对各功能影像数据进行分析发现:低级别胶质瘤组肿瘤实性部分r FAt值要明显低于高级别胶质瘤组,但是两者之间的差异无统计学意义（P>0.05）;同样,低级别胶质瘤组肿瘤实性部分的r MDt、r ADt、λ3t值都明显的高于高级胶质瘤组,但结果不存在统计差异（P>0.05）;在,低级别胶质瘤组瘤周水肿区的r FAe值要明显高于高级别胶质瘤组的瘤周水肿区,而r MDe、λ3e值等则低于高级别组的,二组的λ1e值差异很明显,存在统计差异。2.在MRS后处理的图像上可以发现:脑胶质瘤实性部分的NAA峰下降、Cho峰升高;但是高级别胶质瘤较低级别胶质瘤的NAA峰下降的更加明显;另外高级别胶质瘤还可能存在Cr峰下降,MI峰升高等表现,MRS的综合阳性诊断率约为72.73%（8/11）。二组的患侧/健侧及侧间Cho/NAA、Cho/Cr值都存在明显的统计差异（P<0.05）。研究结果还表明高级别胶组中MI峰显著升高,其较对侧正常脑组织比较两者差异有统计学意义（P<0.05）,但是MI峰在高、低级别胶质瘤间的差异无统计学意义（P>0.05）。3.分析各检查技术间诊断符合率的差异发现:MRI-MRS检查技术在术前诊断脑胶质瘤病理分级中的符合率最高,其与ASL和DTI检查技术间诊断符合率差异有统计学意义（P<0.05）;而DTI与ASL间诊断符合率的差异无统计学意义（P>0.05）。第三部分:多模态MRI检查在脑胶质瘤中的应用价值及病理相关性分析方法:1.收集我院2015年1月至2017年1月期间临床资料完整并经手术或穿刺病理证实为脑胶质瘤的患者27例,所有患者术前均进行了常规MRI平扫+增强检查以及ASL、DTI和MRS检查。2.对ASL数据进行处理,结合常规平扫及增强扫描图像,软件自动得出脑血流量值。DTI原始数据经工作站自带纤维束成像软件包处理后获得FA图、MD图。根据常规MRI图像共同确定感兴趣区,ROI范围为15³0像素,重复测量3次取平均值;计算肿瘤实质区、瘤周水肿区相对值,接着在此基础上对DTI图像进行处理得到扩散张量纤维束成像。并通过此图分析术前白质纤维束破坏情况。MRS原始数据处理后,可以确定出相应的代谢物比率图和解剖叠加图。对Cho、NAA、之类的代谢物进行观察分析。3.经手术或穿刺术后,取得相应胶质瘤的组织学标本,运用石蜡包埋法进行组织连续切片,层厚为5um,连续切片2张,最后使用HE染色法观察胶质瘤的病理分级。结果:1.高级别胶质瘤3D-ASL表现:将获得的3D-ASL图像经后处理后,高级别脑胶质瘤主要表现为灌注明显增高,肿瘤实性部分的CBF值约为（90.35±36.14）。MRS表现:研究对15例脑胶质瘤患者的肿瘤实性部分进行MRS成像,并分析后发现,高级别胶质瘤的实性部分的NAA峰明显降低,而Cho峰明显升高,Cr峰下降,MI峰升高。进一步分析各峰值间的比值,在高级别胶质瘤实性部分的Cho峰与NAA的比值约为5.3±2.2,Cho峰与Cr峰的比值约为3.5±1.5;NAA峰与Cr峰的比值约为0.7±0.4;其中MI峰在高级别胶质瘤中明显升高,和正常组之间存在明显的差异。DTI表现:研究发现17例胶质瘤周围出现了不同程度的纤维束的破坏,可以观察到多发纤维束的断裂及局部的推挤移位。在实验收集的17例胶质瘤患者中,9例患者胶质瘤侵犯了同侧的皮质脊髓束,3例患者的胶质瘤累及胼胝体部白质纤维束,5例患者的白质纤维束表现为推挤、移位,其纤维束相对完整,未见明显侵犯征象。2.在3D-ASL后处理后的图像中显示:低级别胶质瘤的肿瘤实性区域表现为灌注水平下降,其CBF值约为36.55±14.79,低级别胶质瘤的肿瘤实性区域与正常对侧脑实质的CBF比值约为0.91±0.35。在收集的低级别胶质瘤患者中,其中6例患者肿瘤实性部分的MRS表现为NAA峰下降,Cho峰升高,同时伴有Cr峰不同程度下降。Cho峰与NAA峰的比值约为1.6±0.3,Cho峰与Cr峰的比值约为1.8±0.5;NAA峰与Cr峰的比值约为1.1±0.3。DTI图像显示,其中有4例患者的患侧脑白质纤维束是完整的,仅表现为局部脑白质纤维束的推挤移位;另外有2例患者病变区的白质纤维束局部可见破坏中断。3.高、低级别胶质瘤组间肿瘤实性部分CBF值的比较:胶质瘤实性部分的CBF值及高、低级别胶质瘤患者肿瘤实性部分Cho峰与NAA峰的比值、Cho峰与Cr峰的比值、NAA峰与Cr峰的比值间的差异有统计学意义（P<0.05）。另外,单独比较各种成像技术在诊断脑胶质瘤中的应用价值后发现:术前仅依赖3D-ASL功能成像分析,对各级别胶质瘤的综合阳性诊断正确率约为85.19%（23/27）;若仅以MRS功能成像分析,术前对各级别胶质瘤的诊断阳性正确率约为66.67%（18/27）;若术前仅以DTI功能成像来分析,其对各级别胶质瘤的阳性诊断正确率约为74.07%（20/27）。但是,如果在术前联合应用上述3种功能成像方法来分析:其对各级别胶质瘤在相关功能成像的表现与单独一种功能成像比较,差异无统计学意义;但其能够显著提高胶质瘤的阳性诊断正确率,约为92.59%（25/27）。结论:1.脑胶质瘤实性部分的ADC值与胶质瘤病理级别间存在显著的相关性,即胶质瘤实性部分的ADC值能在一定程度上评估脑胶质瘤病理级别,为术前评估其生存质量奠定一定的基础。2.脑胶质瘤瘤周水肿区ADC值可评价肿瘤的侵袭性。3.ASL、DTI以及MRS检查技术在脑胶质瘤诊断中各具优势,在临床实践中应根据具体目的选择合适的检查方法;4.MRS可在术前更精准的判断脑胶质瘤的病理分级,其诊断效能要远高于ASL和DTI成像技术。5.联合运用三种不同的功能磁共振功能成像技术,可以在一定程度上互相填补各自的不足;因此可明显提高胶质瘤术前病理分级评估的准确性,同时更有利于指导临床治疗方案的制定。即磁共振多模态成像技术可显著提高脑胶质瘤术前病理分级诊断正确率,从而优化患者的治疗手段,在一定程度上改善患者的预后。