5.1引言
神经影像学在立体定向放射外科治疗(SRS)或立体定向放射治疗(SRT)颅内病变的治疗中起着至关重要的作用。在现有的成像方式中，高分辨率磁共振成像(MRI)是评估SRS治疗的主力。计算机断层扫描(CT)、正电子发射断层扫描/计算机断层扫描(PET/CT)和导管血管造影互为补充。治疗前的神经影像学对勾画病变的大小和范围、识别关键邻近结构和预后生物标志物以及制定治疗计划具有重要意义。治疗后成像对于监测治疗反应、识别假性进展和并发症，以及对残余肿瘤和其他放射外科靶区的长期随访至关重要。成像方案建议，成像生物标志物和缺陷，以及选定的并发症将在后续的相关章节中进行讨论。
5.2动静脉畸形(AVM)
动静脉畸形(AVMs)是一种先天性高流量脑血管病变，由发育不良的血管构成的畸形血管巢取代正常的毛细血管床，并导致动静脉从供血动脉直接分流到引流静脉。放射外科治疗被广泛认为是小到中等体积的畸形和手术无法接近的深部位置畸形血管巢的有效治疗选择。限制放射毒性的剂量分期治疗策略可用于较大的畸形。
5.2.1治疗前影像
数字减影血管造影术仍然是AVMs的参考标准成像方式，因为它在描述供血血管、血管构造和血流动力学特征方面具有较高的空间和时间分辨率。导管血管造影术，尤其是4D DSA技术可以最好地证明增加未来出血风险的特征，如畸形血管巢内动脉瘤、静脉曲张和流出道狭窄[owing to superior spatial and temporal resolution in the depiction of supplying vessels, nidal angio-architecture, and hemodynamic flow characterization. Features that heighten risk of future hemorrhage,such as intranidal aneurysms, venous varicosities,and outflow stenosis may be best demonstrated by catheter angiography, particularly with 4D DSA techniques]。然而，无创成像提供了有关病灶位置(重要功能区相比非重要功能区)、体积和三维特征、既往出血证据和与治疗相关改变的补充信息。
AVMs在非侵袭性成像技术上的典型特征、特征性的表现和潜在的缺陷将在下面讨论：
● 畸形血管巢（nidus） 在传统的磁共振脉冲序列上，尤其是T2加权图像中，血管内快速流动的血液会在回波读取之前将被激发的质子从成像平面上移除，产生信号缺失。因此，病灶在T2加权图像上表现为一团缠绕状的低信号结构。薄层对比后T1加权图像提供畸形血管巢和供血血管多平面重建的能力，并确定病灶的治疗体积。陷阱:栓塞剂和血管钙化也可能产生完全的信号强度（profoundly signal intensity），从而在T2加权图像上类似未闭合血管。
● 动静脉分流 静脉流动的动脉化可以通过以下几种影像学技术来证实。当术前观察时，这一发现表明血管畸形受累于引流静脉;当术后观察时，这一发现推断存在一个开放的或次全闭塞的畸形血管巢。飞行时间MRA (Time-of-flight, TOF)是一种基于血流速度产生血管信号的非对比技术，它将超动态畸形血管巢和静脉流出描绘成高信号，而正常静脉信号被掩盖。陷阱:血栓或出血的某些阶段也可能出现高信号(T1透过效应[shine through])。缓慢或湍急的血流和小的畸形血管巢(<10毫米)不能被可靠地检测到[ Slow or turbulent flow and small nidi (<10 mm) ]。
磁敏感加权图像(Susceptibility-weighted images，SWI)显示高流量结构(动脉和畸形血管巢)为高信号，正常静脉为低信号结构，部分原因是存在脱氧血红蛋白。因此，特别是在正常流动较慢的皮层静脉或深部引流静脉中，动脉化的静脉可被检测到异常的高信号静脉信号。陷阱:SWI显示慢性血液产物和栓塞剂为强烈的低信号，可能掩盖动静脉分流。
4D MRA技术，如对比增强时间分辨(TWIST) MRA和非对比动脉自旋标记(ASL) MRA提供亚秒的时间分辨率(200-600 msec)，与DSA (100-200 msec)相当，并能够显示动静脉分流。动脉自旋标记是一种利用动脉血液质子自旋标记的非对比成像技术;由于这个标记的衰减时间很短，所以在静脉系统内检测到ASL信号可以确认动静脉分流。
● 既往出血。如果偶然发现AVM，因此在初始评估时没有出现急性出血发作，则发现脑软化和血管畸形周围的含铁血黄素沉积提示既往有畸形血管巢出血，并有助于预测未来出血的风险。脑软化的典型表现为脑实质体积减少和T2/FLAIR信号升高。慢性血液产物MRI表现为低信号区域，以含铁血黄素敏感序列如GRE、SWI表现为最明显的信号丢失。浅表的含铁血黄素沉着，即由于间断性蛛网膜下腔出血而在软脑膜内沉积的含铁血黄素，在高场强的SWI上最能被识别为脑沟和脑干表面的墨汁（india ink）边缘。
● 区域性重要功能（Regional Eloquence）。功能磁共振成像(fMRI)利用血氧水平依赖(BOLD)技术来绘制特定任务集期间大脑血氧提取的变化，表明功能区皮层。正常情况下，BOLD信号与神经元活性的变化近似线性。陷阱:由于动静脉分流和血管盗血，动静脉畸形可导致神经血管解耦联（neurovascular uncoupling），从而可能会降低功能区周围皮层的fMRI信号。
5.2.2 治疗后影像
放射外科后，对畸形血管巢退缩通常每6- 12个月监测一次，病灶消失通常发生在治疗后的2- 5年内。治疗反应包括无改变、部分闭塞(病灶减少但持续存在)、次全闭塞(可识别残留病灶内早期静脉充血)和完全闭塞。虽然大多数临床医生认为数字减影血管造影确认全畸形血管巢闭塞是证明治愈的必要条件，但这种检查应推迟到无创成像未发现畸形血管巢或动静脉分流证据时方才进行。
在治疗后的早期背景下，辐射引起的成像改变是最常见的并发症(在1--2年内5% - 35%)，1 / 4的患者出现症状(更可能是深部畸形血管巢)。其影像学特征与血管源性脑水肿(即T2/FLAIR高信号脑白质)相似，具有或不具有相关的肿块占位效应，通常为一过性，尽管某些残留信号异常可能是永久性的。放射性坏死可通过符合治疗床的肿块样不规则强化来区分。脑实质的囊肿形成是放外科少见的迟发不良治疗效果(6 - 9年发生率3% - 7%)，可能产生肿块效应症状，需要囊肿开窗术或分流术(图5.1)。
图5.1辐射引起的动静脉畸形影像学改变和囊肿形成。(A)左侧椎动脉导管血管造影显示致密的左侧枕叶畸形血管巢(A中的白色箭头)。(B-D)随访1年、3年和4年的连续T2加权MRI图像。放射诱发的影像学改变被认为是脑白质高信号信号异常，在放射外科治疗后1年首次明显(B中的白色箭头)。放射外科治疗后3年放射诱发信号变化体积增加(C中的白色箭头)。随着复杂实质的囊肿的发生(C中黑色箭头)。在放射外科治疗后4年，可以看到囊肿增大且表面液平(D中黑色箭头)。囊肿需要分流以控制肿块占位效应。
5.3脑膜瘤
脑膜瘤是发生于脑膜蛛网膜帽细胞的轴外肿瘤。主要是沿颅脑脊髓轴可见的硬脑膜肿瘤，近90%位于幕上隔室。罕见的位置包括硬膜外(包括骨内)和脑室脑膜瘤。脑膜瘤也与NF-2和放射后背景相关。
5.3.1 治疗前影像
一些影像学特征提示脑膜瘤(图5.2):
图5.2脑膜瘤的神经影像学表现。(A) TIWI轴位对比后图像显示右侧额叶凸面硬脑膜基底强烈强化肿块的硬脑膜尾征(箭头)，高度提示脑膜瘤，但不是脑膜瘤特异病征性的。(B) FLAIR轴位图像显示毗邻I级血管瘤性脑膜瘤的脑实质血管源性脑水肿(箭头)。脑水肿可能是继发于由肿瘤或直接脑侵袭所致血管内皮生长因子的分泌。肿瘤内也有囊性改变(星号)。(C) 52岁女性，轴位T2WI显示左侧凸面高信号硬脑膜基底肿块(箭头)，邻近颅骨改变，证实为I级脊索样脑膜瘤。(D)轴位CT图像显示，邻近强化斑块型I级脑膜上皮脑膜瘤(未显示)的颅骨增生性改变(圆圈)。
● 硬脑膜尾征。硬脑膜尾征强化，虽然不是特异病征性表现，但提示脑膜瘤，见于60%-72%的患者。反应性脑膜增厚充血和/或肿瘤浸润被认为是硬脑膜尾征的机制。陷阱:许多其他肿瘤性和非肿瘤性实体(转移瘤、肉瘤等)可产生类似硬脑膜尾征的脑膜增厚强化。
● 常规的磁共振。脑膜瘤在T1WI和T2WI上呈等低信号。在T2WI上一些组织学变异如微囊型、分泌性、血管瘤型和脊索样呈高信号。在T2/FLAIR序列上评价肿瘤或非肿瘤性囊变及邻近脑实质水肿最好。典型的有病灶内钙化，可在SRS肿瘤后再吸收。肿瘤重度钙化提示生长潜力低，手术时一致性坚硬（firm consistency at surgery）。
● 骨质增生。颅骨改变，典型有骨质增生，可能来自肿瘤侵袭或反应性骨形成。CT对发现肿瘤钙化和颅骨改变很有用。陷阱:缺乏骨质增生，甚至存在骨溶解，并不能排除脑膜瘤的诊断。
脑膜瘤的诊断通常基于典型的神经影像学特征。鉴别不典型影像学特征很重要，如均匀标记的T2高信号、硬脑膜尾部缺如、骨质破坏和软脑膜受累。不典型特征可与类似脑膜瘤鉴别，尤其是硬脑膜转移瘤、淋巴瘤和血管外皮细胞瘤。
序列影像上的大小、位置、生长速度和相邻的关键神经血管结构是神经影像学上重要的形态学描述，影响脑膜瘤的初始治疗计划和随访建议。此外，组织学分级是一个重要的预后因素，手术切除后5年复发率从3%(1级)到90%(3级)。绝大多数(80% - 95%)脑膜瘤为I级(良性)肿瘤，其余为II级(不典型)，较少为III级(间变性)。因此，预测肿瘤分级的影像学生物标志物很有意义，特别是如果在没有组织学证实的情况下，以脑膜瘤的推定诊断为基础考虑放射外科治疗。提示高级别脑膜瘤的影像学特征包括:
● 弥散相对受限。ADC绝对值小于850x106或肿瘤与正常脑的ADC比值较低(0.6)。陷阱:重度肿瘤钙化是典型的良性特征，虽然可能导致ADC值下降。
● 较大的尺寸和快速增长。大尺寸(>3.0 cm)，年生长速率>3 cm3。
● 进袭性表现:形状不规则，脑肿瘤界面不清，坏死出血不均匀强化，瘤内囊变，经颅底孔延伸。
5.3.2治疗后影像
SRS治疗后影像学监测通常在第一年的第3、6和12个月进行，随后在5年内每12个月进行一次，如果肿瘤保持稳定，此后频率降低。可见中央或外周低强化区，提示凝固性或纤维样坏死。据报道，9% - 22%的脑膜瘤治疗中出现了假性进展(肿瘤短暂性增大)，在6 - 8个月时达到峰值，通常在12 - 24时出现体积缩小。然而，Harrison等人表明，无反应的病变在6个月后也可能出现增大，35%的脑膜瘤可能出现更多的假性反应(尺寸短暂减小)，最终出现进展。新的或恶化的瘤周脑实质水肿是SRS肿瘤后最常见的并发症之一(25% - 40%)。虽然大多数患者无症状，但一些患者(8% - 10%)可能会出现与病灶周围水肿相关的症状，包括癫痫发作、局灶性功能障碍和颅内高压。
5.4 前庭神经鞘瘤
前庭耳蜗神经鞘瘤（Vestibulocochlear schwannomas ，VS）是起源于第8颅神经的良性肿瘤，通常位于内耳道内，常延伸至桥小脑（CP）角。在临床和神经影像学单独发现的基础上，诊断常常没有组织学确认。双侧VS是神经纤维瘤病2 型(NF2)的特征性表现，常伴有其他部位的神经鞘瘤、脑膜瘤和/或室管膜瘤。
5.4.1 治疗前影像
在MRI上，前庭耳蜗神经鞘瘤（VS）表现为一个明显强化的管内肿块（an avidly enhancing intracanalicular mass），伴有或无桥小脑角脑池部分。与脑实质相比，肿块在T1WI呈等低信号，T2WI呈不均匀高信号。当VS较大时，可引起内耳道扩张，表现为不均匀强化，伴或不伴出血或囊肿形成的证据。
VS一般生长缓慢，但以1-3 mm/年的速度进行性生长，在15-52个月时体积倍增。为了准确评估肿瘤生长速度，全面的MRI评估,除了常规的序列外，还需要体积数据集，如轴位3D扰相梯度回波对比增强后序列和轴位高分辨率重T2加权稳态序列，如CISS或FIESTA(取决于供应商)。准确捕获VS生长速率可作为预测SRS对肿瘤控制的重要影像学生物标志物。Langenhuizen等发现，治疗前肿瘤体积倍增时间(VDT)大于15个月的患者5年和10年SRS治疗控制率分别为97.3%和86.0%，而VDT小于15个月肿瘤快速生长的患者的SRS治疗控制率分别为85.5%和67.6%(图5.3)。Marston等使用2.5 mm/年的治疗前生长阈值，报道了类似的预后分层。
图5.3前庭神经鞘瘤治疗失效。(A)放射外科治疗前1.5年，连续检查的MRI轴位对比治疗后T1加权图像;(B)治疗基线，(C) 2年，(D)放射外科治疗后3年。肿瘤体积图显示放射外科治疗前肿瘤生长速度较快，体积倍增时间估计为334天。放射外科治疗后3年体积扩大超过300%宣布治疗失效。
历史上，当用SRS治疗囊性VS时，人们担心囊肿迅速扩张并导致肿块占位效应恶化。然而，最近的研究表明，采用SRS治疗囊性VS的肿瘤控制率为85% - 90%(稳定减小大小)。在先进的MRI技术中，弥散成像可能对治疗反应有预测价值，Wu等人确定了治疗前平均ADC(ADCmean)截断值>1.274x10-3 mm2/s，识别治疗反应性病变的敏感性和特异性分别为69.2%和70%。深度学习研究正在放射影像学领域扩展，通过分析大型图像数据集来识别人眼不可见的纹理特征和模式信息，从而识别成像生物标志物和预测结果。Yang等使用机器学习模型预测SRS治疗VS的长期结局和短暂性进展，预测长期结局的准确率为88.4%，预测短暂性进展的准确率为85.0%。类似地，George-Jones等利用纹理和形状特征预测治疗后肿瘤扩大，总体敏感性为92%，特异性为65%，阳性似然比为2.6。
5.4.2 治疗后影像
为了监测SRS后的反应，患者在第一年每隔6个月进行一次连续成像，此后每年进行一次。而绝大多数(>95%)小到中等的VS表现出治疗反应(生长停滞或退缩)，大部分(高达50%)表现出假性进展的变化，即肿瘤短暂增大后再会尺寸退缩。假性进展的短暂增大可能是由于囊性和/或实质性成分的增长，可能超过20%的体积增长，并通常在放射外科治疗后的2-5年退缩。中央对比强化减弱，无论是否伴有假性进展，是治疗后常见的影像学表现，但与治疗结果并不可靠相关。
在随访中，神经影像学对确定并发症也很重要。交通性脑积水是较为频繁被报道的并发症之一，但仍不常见，在放射外科治疗前庭神经鞘瘤后的患者中占3% - 5%。在这种背景下，提出脑脊液中坏死性肿瘤蛛网膜下腔碎片蛋白水平升高导致交通性脑积水的机制（The proposed mechanism for communicating hydrocephalus in this setting is elevated protein levels in cerebrospinal fluid from necrotic tumoral subarachnoid debris）。
5.5 颅内转移瘤
无论是作为独立的治疗还是切除术或全脑放疗的辅助治疗，局部控制脑转移瘤是放射外科治疗最常见的适应证之一。影像的任务是严格的病变检测和表征，包括区分与治疗相关的变化与肿瘤进展。
5.5.1 治疗前影像
检测脑转移瘤最重要的序列是对比增强各向同性T1加权MRI序列，可以提供毫米或亚毫米级分辨率的病变检测，以及立体定向治疗计划所需的体积测量数据。这些序列通常使用T1加权梯度回波技术。然而,由于T1加权自旋回波“黑血”容积序列抑制了背景血管内增强，可以提高对小病变(大小<5 mm)的检测。在较高的磁场强度下病变检测的敏感性会增加，也可以通过对比剂注射后10到20分钟延迟获取对比增强后图像来提高检测的敏感性。虽然有证据表明，较高的对比剂剂量会增加病灶的检测，但由于担心钆剂沉积（gadolinium deposition），在实践中，双剂量或三剂量对比剂方案已不再常用。
5.5.2 治疗后影像
在治疗前影像中，容积T1增强序列通常是最重要的序列;维持治疗前后检查的标准方案可以简化随访检查的比较。治疗后的影像学检查通常每隔3个月进行一次，以评估治疗过的病灶以及识别新的转移灶。尽管在治疗后较短的时间间隔内可以看到影像学改变，但在没有新的体征或症状时，它们不太可能导致治疗的改变。
大多数病灶在治疗后体积缩小，SRS治疗后在前三个月最大，但在这段时间之后继续缩小（Most lesions will decrease in size after treatment with volumetric regression after SRS is greatest in the first three months but continues beyond that interval ）。然而，一些治疗过的病灶会在治疗后出现短暂的扩大，后来被证明是假性进展或放射性坏死，而不是真正的肿瘤进展。这种短暂的尺寸增加可在治疗后6周发现，并可持续15个月以上。放射外科治疗后超过12-15个月的病变延迟增大更可能反映假性进展；进展期肿瘤可能在病程早期增大。
常规MRI上肿瘤进展和假进展的影像学表现有明显重叠，一些鉴别性影像学生物标志物总结如下(图5.4):
图5.4脑转移瘤假性进展。(A) MRI轴位T1加权对比增强后图像显示左侧丘脑转移瘤(8.3立方厘米)伴周围脑水肿，(B)轴位FLAIR图像，体积比为1:10，(C)轴位ADC图和(D) 对比增强后DSC MR灌注彩色图叠加显示3层放射性坏死征象，特征为T2中央核心层透过效应(星号C)、中间层弥散受限(C)、外层强化和高灌注(D)。
● 明显的脑水肿（Exuberant Edema）。相邻血管源性脑水肿程度较大的病灶倾向于假性进展。取T2/FLAIR序列病灶周围脑水肿与病灶增强体积的比值，在一项仅对治疗后不到18个月病变进展应用该标准的研究中，截断值比为10的阳性预测值为92%，该研究进一步将PPV提高至100%。
● T1 / T2匹配。一个清晰的T2中或低信号结节与T1加权图像强化边界相匹配，被认为是肿瘤复发而非假性进展的标志(称为“T1/T2匹配”)，具有较高的敏感性和特异性。根据所选择的阈值比类似的“病变系数（lesion quotient）”比(T2中/低信号结节区域与强化区域之比)被报道为高度特异性或敏感性。然而，其他研究未能验证这一征象。
● 灌注指数增加。MRI灌注最常用的是动态敏感性加权对比增强技术(DSC)，广泛应用于临床实践。多项研究发现，相对脑血容量(rCBV)增加可预测肿瘤进展，其临界值范围为正常白质的1.5 -2.1倍。陷阱:明显的病灶内/病灶周围出血会导致对DSC灌注指标的低估。
Cha等人描述了一种指示放射性坏死的三层模式:
• 内层。T2高信号和ADC信号
• 中间层。低信号ADC，中间T2信号不清，无强化
• 外层。环形强化和高灌注
如果外层rCBV < 2.6，病变符合三层模式，他们的研究中敏感性和特异性均为100%。
另一种MRI灌注技术，动态对比增强(DCE)灌注，使用T1加权序列测量对比积累作为毛细血管通透性的标志。Ktrans(传递系数)增加预示复发，增加15%预示复发，敏感性为78%，特异性为85%。Ktrans标准差可能是进展的早期标志。
无论选择何种特定技术，SRS治疗前后扫描的灌注变化以及治疗后连续影像学检查可能是比单个时间点定量值更有帮助的标志。
● 质子磁共振波谱(MRS)。MRS允许询问采样体素内的比例代谢物。肿瘤进展典型表现为N -乙酰基(神经元标志物)降低，胆碱(细胞膜周转标志物)增加，脂质/乳酸峰出现(分别是坏死和无氧代谢标志物)。放射性坏死通常表现为脂质/乳酸峰值升高，同时抑制其他代谢物。
● 正电子发射断层扫描。当MR成像不清晰时可使用PET。2-脱氧-2-[18F]氟葡萄糖(FDG)是PET成像中最常用的放射性药物;作为一种葡萄糖类似物，FDG提供有关脑实质和肿瘤代谢的信息。据报道，放射性示踪剂摄取大于正常脑白质的偏向于肿瘤复发。缺陷:脑实质感染引起的炎症改变通常显示FDG摄取强劲，因此环形强化脓肿可能与PET引起的疾病复发相似。在小的外周复发性肿瘤中，大脑皮质内的生理性放射性示踪剂摄取可能掩盖病理性摄取。
氨基酸PET在鉴别肿瘤进展和假性进展方面的性能优于FDG-PET，但在临床应用中尚未得到广泛应用。
