11.7 T超高场DTI联合组织学验证揭示胶质母细胞瘤浸润区的髓鞘结构改变

为解决胶质母细胞瘤（GBM）浸润区在常规MRI中难以识别的问题，研究人员采用11.7 T超高场扩散张量成像（DTI）结合组织学（HE/LFB）和偏振光成像（PLI）技术，对3例死后GBM样本进行多模态分析。研究发现，肿瘤浸润区与正常白质（NWM）在平均扩散率（MD）、径向扩散率（RD）、LFB染色和PLI延迟值上存在显著差异（p<0.05），且扩散指标与髓鞘结构改变（如纤维位移）高度相关。该研究为超高场MRI检测GBM微结构改变提供了首个组织学验证，为临床无创评估肿瘤浸润边界奠定基础。

　　

胶质母细胞瘤（GBM）作为最具侵袭性的脑肿瘤，其致命性源于肿瘤细胞沿白质纤维束的弥漫性浸润。然而，临床常用的1.5 T或3 T磁共振成像（MRI）对浸润边界的识别能力有限——水肿区域与肿瘤浸润在影像上表现相似，而对比剂增强又依赖肿瘤血管渗漏特性。这种"看不见的敌人"导致手术难以完全切除，放疗靶区划定困难，最终造成患者预后不良。近年来，7 T以上超高场MRI的出现为捕捉微米级结构变化带来曙光，其中扩散张量成像（DTI）通过水分子扩散方向性分析（如各向异性分数FA、平均扩散率MD等），被认为能反映肿瘤对白质完整性的破坏。但此前研究缺乏组织学验证，使得DTI指标变化的生物学意义成谜。

这项发表在《Brain Organoid and Systems Neuroscience Journal》的研究，由荷兰拉德堡德大学医学中心的Rik van den Elshout、Jenny Schoenmakers等学者领衔，首次将11.7 T DTI与组织学（HE/LFB染色）和偏振光成像（PLI）技术结合，对3例未经治疗的死后GBM样本进行多模态分析。研究人员将大脑半球切割成38个组织块，分别进行11.7 T DTI扫描（0.4 mm各向同性分辨率）和100 μm厚度的PLI切片，同时通过HE染色生成核密度图区分正常白质（NWM）与肿瘤浸润区，最终通过空间配准实现跨模态定量比较。

3.1 肿瘤浸润区与NWM的显著差异

通过核密度阈值划分，研究发现肿瘤浸润区核密度是NWM的1.77倍（p<0.001），验证了分区可靠性。DTI显示浸润区径向扩散率（RD）和平均扩散率（MD）分别比NWM高21%和15%（p=0.01/0.036），而PLI延迟值和LFB染色强度降低48%和36%（p<0.001），表明白质纤维密度和髓鞘完整性受损是主要特征。

3.2 核密度与扩散指标的独特关联

仅在肿瘤浸润区发现核密度与轴向扩散率（AD）、MD和RD呈正相关（r=0.402-0.446，p<0.05），而在NWM中无此现象。这表明浸润区增加的细胞密度与纤维结构破坏共同导致水分子扩散增强，颠覆了"高细胞密度必然限制扩散"的传统认知。

3.3 髓鞘结构改变驱动DTI信号

LFB染色强度与FA正相关（r=0.466），与MD、RD负相关（r=-0.49--0.5），且与PLI延迟值高度一致（r=0.554），证实DTI指标变化主要反映髓鞘结构改变而非单纯细胞增殖。

这项研究通过开创性的多模态验证，揭示11.7 T DTI能检测GBM浸润引发的髓鞘结构破坏（如纤维位移和脱髓鞘），但各指标在个体间的较大重叠提示其临床单独应用仍存挑战。其重要意义在于：首次明确超高场DTI变化的组织学基础，为开发融合PLI参数的影像组学模型提供依据；同时证实肿瘤浸润并非简单取代正常组织，而是通过复杂微环境重塑（如同时增加细胞密度和细胞外间隙）改变扩散特性。未来需在更大样本中验证这些发现，并探索7 T临床扫描仪的转化潜力，最终实现"让隐形浸润显形"的临床目标。