磁共振技術(shù)在非典型彌漫性軸索損傷診斷中的價值*

夏海堅,孫曉川△,羅天友,方維東,呂發(fā)金,郭宗鐸,鄭履平,唐文淵

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院:1.神經(jīng)外科;2.放射科 400016)

彌漫性軸索損傷(diffuse axonal injury,DAI)是創(chuàng)傷性腦損傷最常見的損傷類型之一。經(jīng)典的概念認(rèn)為DAI常在頭顱存在成角及旋轉(zhuǎn)加(減)速運動時產(chǎn)生,以持續(xù)昏迷和上腦干損害為主要臨床表現(xiàn),即認(rèn)為DAI是重型腦傷的一種[1-2]。與此同時,神經(jīng)外科學(xué)界的另外一種觀點認(rèn)為DAI不僅存在于重型腦傷中,也存在于部分中型甚至輕型腦傷中,即有非典型DAI的存在[3-4]。這兩種觀點的并存給DAI的臨床診斷提出了很高要求,但由于DAI缺乏特異的臨床表現(xiàn)及體征,經(jīng)典影像學(xué),包括CT和常規(guī)MRI對DAI診斷能力有限[5],加上絕大多數(shù)DAI患者不需手術(shù)治療,不便行病理檢查,所以臨床上一直以來在DAI診斷上存在困難。為此,臨床上需要一種敏感而準(zhǔn)確的DAI檢查手段。本研究將磁共振技術(shù)液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(fluid attenuated inversion recovery,FLAIR)和氫質(zhì)子MR波譜(1H-M R spectroscopy,1HMRS)應(yīng)用于臨床,旨在探討其在非典型DAI臨床診斷中的價值。

1 臨床資料

1.1 一般資料 2002年10月至2008年1月本科收治33例DAI患者和25例非典型DAI患者,共58例患者納入本項臨床研究。全部病例符合以下納入標(biāo)準(zhǔn):(1)外傷史明確;(2)有完備的病史資料;(3)病情允許進(jìn)行MR檢查。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)有嚴(yán)重的多發(fā)傷;(2)有嚴(yán)重的慢性疾病;(3)傷前有嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病;(4)病史資料不完整。

DAI組所有病例均符合經(jīng)典的臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]:(1)有確切外傷史,尤其是存在成角或旋轉(zhuǎn)加(減)速運動;(2)傷后立即出現(xiàn)昏迷,且昏迷時間超過6h;(3)有瞳孔、眼球位置的改變;(4)神經(jīng)影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)DAI特征性表現(xiàn),即大腦球中線旁白質(zhì)內(nèi)或皮質(zhì)與白質(zhì)交界處、基底節(jié)內(nèi)囊區(qū)域、胼胝體、小腦、腦干背外側(cè)單個或多個出血灶(通常直徑小于20mm),或有腦室出血,蛛網(wǎng)膜下腔出血,彌漫性腦腫脹等非特征性表現(xiàn);(5)顱內(nèi)壓增高的程度與臨床病情嚴(yán)重程度不一致;(6)CT無明顯改變而臨床表現(xiàn)重。

非典型DAI組的納入標(biāo)準(zhǔn):(1)外傷史確切;(2)傷后原發(fā)昏迷時間不超過6h,或無明顯原發(fā)昏迷;(3)神經(jīng)影像學(xué)檢查在上述腦中線結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)典型的軸索損傷征象;(4)病史中嚴(yán)格排除心肺等慢性疾病病史及中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病病史。

58例患者中男40例,女18例,年齡13～62歲,平均 31.1歲;受傷原因:車禍傷36例、墜落傷14例、重物打擊傷5例、跌倒傷2例、擠壓傷1例;傷后就診時間:12h內(nèi)41例、12～24h 12例、48h后 5例。DAI組 33例中,入院Glasgow昏迷評分(Glasgow Coma Scale,GCS):3～5分6例(含最后死亡病例2例)、6～8分22例、9～12分4例、13～ 15分 1例;原發(fā)昏迷時間:6h至 3d 5例,3d至3周19例,＞3周9例(含死亡病例 2例)。非典型DAI組 25例中,入院GCS評分:6～8分10例、9～12分11例、13～15分 4例;原發(fā)昏迷時間:6h內(nèi) 20例,無確切原發(fā)昏迷5例。利用單純隨機(jī)抽樣法隨機(jī)選擇在本院放射科接受MRI檢查沒有發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)異常的成年人20例作為對照組,其中男8例,女12例,年齡16～68歲,平均 32.3歲。

1.2 影像學(xué)檢查

1.2.1 設(shè)備 使用GE signa M R/I 1.5 T MR成像儀,配備多體素M RS(multi-voxels spectroscopy,M VS)。1HMRS數(shù)據(jù)處理使用隨機(jī)配備軟件包,使用標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈作為發(fā)射和接收裝置。

1.2.2 檢查程序 具體程序:(1)患者入院后,按常規(guī)進(jìn)行急診處理、搶救,根據(jù)頭顱CT掃描結(jié)果及病情,行急診手術(shù)或進(jìn)行藥物治療。(2)待患者生命體征和意識情況允許,如可以脫離心電監(jiān)護(hù),脫離呼吸機(jī)自主呼吸,可以耐受MR機(jī)的噪音和約0.5h的檢查時間等,行M RI檢查;M RI檢查包括橫斷面和矢狀面T1加權(quán)像(T1WI,TR 450ms,TE 8～9ms)、T2加權(quán)像(T2WI,T R 3 600ms,TE 100ms)和FLAIR序列(TR 10 000 ms,TI 2 500ms,TE 40ms)。(3)行M RI檢查同時進(jìn)行1HMRS檢查,其主要步驟:首先確定感興趣區(qū)(volume of interest,VOI),常規(guī)掃描結(jié)束后,用點解析波譜(Point resolved spectroscopy,PRESS)序列選擇軸面?zhèn)饶X室層面,包含胼胝體膝部、胼胝體壓部和雙側(cè)基底節(jié)的長方形區(qū)域作為VOI,避開顱骨,這個區(qū)域是DAI損傷灶常見部位(圖1);而后勻場、抑水;再用PRESS序列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(TR 1 000ms,TE 144ms,激勵次數(shù)為200次),數(shù)據(jù)來自VOI中胼胝體膝部、胼胝體壓部和基底節(jié)(所有病例基底節(jié)的指標(biāo)均來自右側(cè));1HM RS檢測指標(biāo)包括N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、膽堿復(fù)合物(Cho)、肌酸和磷酸肌酸(Cr)、肌醇(mINs)及谷氨酸和谷氨酰胺(Glx)。

圖1 1HMRS感興趣區(qū)的選擇

1.3 資料分析及統(tǒng)計學(xué)方法

1.3.1 資料分析 觀察FLAIR對DAI組及非典型DAI組病例的診斷能力;利用計算機(jī)隨機(jī)配備的軟件包自動分析VOI內(nèi)胼胝體膝部、壓部和基底節(jié)1HM RS各指標(biāo)的波峰下面積,計算各指標(biāo)和Cr波峰下面積的比值,分別以NAA/Cr、Cho/Cr、mINs/Cr和Glx/Cr來代表以上物質(zhì)在局部的相對含量。

1.3.2 統(tǒng)計學(xué)方法 本研究中,所有讀片及波譜后期工作站分析分別由本院放射科兩位醫(yī)師在盲法原則下完成,兩者結(jié)果相同的予以采信。采用SPSS 11.0統(tǒng)計軟件。所有數(shù)據(jù)以表示,采用方差分析進(jìn)行多個樣本均值間的比較(studentnewman-keuls法)。

2 結(jié) 果

2.1 FLAIR對軸索損傷的診斷作用 作者的前期實驗已經(jīng)證明,與CT和常規(guī)MRI相比,FLAIR能顯著提高DAI的臨床診斷率和病灶檢出率,有助于精確顯示損傷范圍和程度[6]。DAI組中,FLAIR在其中的29例發(fā)現(xiàn)在皮白質(zhì)交界處、基底節(jié)內(nèi)囊區(qū)域、胼胝體、小腦、腦干背外側(cè)等部位有典型的DAI病灶分布,呈長 T1長 T2的 表現(xiàn),相比之下,常規(guī)M RI僅在其中的22例發(fā)現(xiàn)有上述表現(xiàn)。另外4例(3例系車禍致傷,另1例系高處墜落致傷)傷后均持續(xù)昏迷,CT發(fā)現(xiàn)和臨床表現(xiàn)不相符合,根據(jù)診斷標(biāo)準(zhǔn)考慮DAI,但 FLAIR與常規(guī)M RI均未發(fā)現(xiàn)典型的DAI表現(xiàn)。非典型DAI組25例均依靠磁共振影像學(xué)檢查得以診斷。FLAIR于所有25例均在上述中線旁結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)多個的點狀或點片狀病灶,與此相比,常規(guī)MRI僅在其中的6例發(fā)現(xiàn)有類似改變(圖2)。非典型DAI組和DAI組影像學(xué)表現(xiàn)的唯一區(qū)別在于病灶分布范圍集中于大腦半球中線旁白質(zhì)內(nèi)或皮質(zhì)與白質(zhì)交界處及胼胝體等區(qū)域,而分布于小腦與腦干的病灶極少。

表1 各組NAA/Cr和Cho/Cr的變化

表1 各組NAA/Cr和Cho/Cr的變化

胼胝體膝部 胼胝體壓部 基底節(jié)組別NAA/Cr Cho/Cr NAA/Cr Cho/Cr NAA/Cr Cho/Cr對照組 1.19±0.18 1.21±0.24 1.89±0.17 1.84±0.14 1.57±0.16 1.85±0.25 DAI組 0.75±0.21 3.11±0.62 1.17±0.30 2.75±0.37 1.26±0.18 2.49±0.41非典型 DAI組 1.01±0.20 1.99±0.27 1.56±0.19 2.19±0.24 1.48±0.23 1.95±0.25 F 4.58 7.32 5.99 4.55 3.97 4.24 P＜0.05 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

表2 各組mINs/Cr和Glx/Cr的變化

表2 各組mINs/Cr和Glx/Cr的變化

胼胝體膝部 胼胝體壓部 基底節(jié)組別mINs/Cr Glx/Cr mIN s/Cr Glx/Cr mINs/Cr Glx/Cr對照組 0.20±0.03 0.24±0.04 0.27±0.04 0.31±0.04 0.32±0.03 0.26±0.03 DAI組 0.61±0.35 0.65±0.22 0.52±0.15 0.59±0.15 0.38±0.07 0.35±0.09非典型 DAI組 0.35±0.06 0.30±0.05 0.35±0.07 0.40±0.09 0.35±0.04 0.31±0.08 F 4.04 3.99 3.61 3.88 2.36 2.08 P＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05

2.2 DAI組和非典型DAI組1HM RS各指標(biāo)的比較

2.2.1 DAI組和非典型DAI組 NAA/Cr和 Cho/Cr的比較對照組、DAI組和非典型DAI組胼胝體膝部、壓部和基底節(jié)NAA/Cr和Cho/Cr差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(表 1)。和對照組相比,DAI組的胼胝體膝部、壓部和基底節(jié)有NAA/Cr的顯著降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=3.54,P＜0.05;q=5.39,P＜0.01;q=3.27,P＜0.05);和非典型DAI組相比,DAI組以上3個觀察點的NAA/Cr顯著降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=3.17,P＜0.05;q=3.72,P＜0.05;q=3.01,P＜0.05);和對照組相比,非典型DAI組的胼胝體膝部和壓部有NAA/Cr的顯著降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=3.76,P＜0.05;q=3.83,P＜0.05)。和對照組相比,DAI組的胼胝體膝部、壓部和基底節(jié)的Cho/Cr顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=8.58,P＜0.01;q=3.67,P＜0.05;q=3.49,P＜0.05);和非典型 DAI組相比,DAI組以上3個觀察點Cho/Cr顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=7.03,P＜0.01;q=3.59,P＜0.05;q=3.46,P＜0.05);和對照組相比,非典型DAI組的胼胝體膝部和壓部有Cho/Cr的顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=3.72,P＜0.05;q=3.58,P＜0.05)。

2.2.2 DAI組和非典型DAI組mINs/Cr和Glx/Cr的比較對照組、DAI組和非典型DAI組胼胝體膝部和壓部mINs/Cr和Glx/Cr差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(表2)。和對照組相比,DAI組的胼胝體膝部和壓部有mINs/Cr顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=3.63,P＜0.05;q=3.59,P＜0.05);和非典型DAI組相比,DAI組以上2個觀察點也有mINs/Cr顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=3.28,P＜0.05;q=3.13,P＜0.05);和對照組相比,非典型DAI組的胼胝體膝部mINs/Cr顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=3.55,P＜0.05)。和對照組相比,DAI組胼胝體膝部、壓部有Glx/Cr顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=3.35,P＜0.05;q=3.24,P＜0.05);和非典型DAI組相比,DAI組以上2個觀察點有Glx/Cr顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(q=3.22,P＜0.05;q=3.10,P＜0.05);和對照組相比,非典型DAI組各觀察點未見Glx/Cr的顯著升高。

圖2 非典型DAI組1例患者(45歲,女性)的大體影像學(xué)檢查結(jié)果

3 討 論

DAI的診斷是臨床難題。因為有約80%是非出血性病灶,所以絕大多數(shù)DAI病灶CT不能顯示[7],同時由于絕大多數(shù)DAI病灶位于中線旁臨近腦脊液的結(jié)構(gòu),如皮質(zhì)白質(zhì)交界、側(cè)腦室旁、胼胝體、上腦干背外側(cè)等,容易受到腦脊液的部分容積效應(yīng)和流動偽影干擾,加之在T2WI上DAI病灶的信號強(qiáng)度和腦脊液信號類似,故常規(guī)MRI對DAI的診斷能力也很有限[5]。因此既往臨床上診斷DAI常缺乏客觀的輔助檢查結(jié)果,將傷后持續(xù)昏迷和上腦干損害癥狀作為診斷的主要依據(jù),同時也出現(xiàn)了將“CT無明顯改變而臨床表現(xiàn)重”作為DAI診斷依據(jù)之一的尷尬局面。這種情況呼喚更敏感的DAI檢查手段的出現(xiàn)。

作者的前期研究已經(jīng)證明,與CT及常規(guī) M RI相比,FLAIR的DAI診斷率和病灶檢出率均顯著提高。FLAIR通過抑制腦脊液信號,從而避免了腦脊液產(chǎn)生的部分容積效應(yīng)及流動偽影干擾,加上FLAIR使用的回波時間更長,使病變與周圍組織的對比度顯著提高,因而對病灶的敏感性明顯提高[6]。本實驗DAI組33例中,FLAIR在其中的29例發(fā)現(xiàn)有典型的DAI病灶分布,較常規(guī)M RI的22例有明顯的提高,這提示FLAIR能使絕大多數(shù)的DAI獲得大體影像學(xué)證據(jù)。由于非典型DAI,即部分學(xué)者所指的輕、中型DAI靠臨床表現(xiàn)診斷非常困難,主要依賴影像學(xué)提供的直觀證據(jù),FLAIR對軸索損傷病灶的高敏感性提示它能夠在解剖層面發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的非典型DAI病例。

但是,作為成像手段,FLAIR與CT及常規(guī)M RI一樣,不能反映損傷灶(區(qū))生化、代謝等病理生理的改變,也不能提供有關(guān)與損傷軸索相關(guān)的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞病理反應(yīng)的信息[8]。1HMRS的出現(xiàn)有可能在 M RI解剖圖像的基礎(chǔ)上,一定程度反映腦損傷后腦各個區(qū)域功能代謝方面的信息[9]。NAA、Cho、Cr、mINs和 Glx都是人腦的基本生化物質(zhì),這些物質(zhì)在健康成人腦內(nèi)濃度基本恒定,與年齡無顯著相關(guān)性;在正常人腦左右半球鏡像區(qū)的濃度差異無統(tǒng)計學(xué)意義;在同一種族的不同性別間差異無統(tǒng)計學(xué)意義,是1HMRS應(yīng)用于DAI臨床研究的神經(jīng)生化基礎(chǔ)[9]。有研究表明Cr在人腦不同代謝條件下,尤其在病理條件下分布均勻且含量恒定,故本研究將把Cr作為內(nèi)標(biāo)準(zhǔn),計算其他代謝物和Cr波峰下面積的比值來推算此代謝物的含量[9]。

1HM RS在DAI組各檢查點的發(fā)現(xiàn)與動物實驗的神經(jīng)生化結(jié)果相吻合。NAA是神經(jīng)元和神經(jīng)系統(tǒng)完整性的重要標(biāo)志物,DAI患者胼胝體膝部、壓部及基底節(jié)NAA/Cr的明顯降低提示這些部位存在神經(jīng)元功能障礙或遲發(fā)性死亡[10-11];因為胼胝體是神經(jīng)纖維積聚的地方,所以胼胝體NAA的變化可能反映的是受損神經(jīng)纖維相應(yīng)神經(jīng)元的病理變化。Cho是反映膠質(zhì)細(xì)胞的指標(biāo),DAI組上述檢查點Cho/Cr的升高提示在這些部位有神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的破壞、增生或炎癥的存在[12];DAI的病理學(xué)早已證實,膠質(zhì)細(xì)胞增生是DAI的病理特征之一,故1HM RS靈敏而準(zhǔn)確地反映了DAI后腦局部的病理變化;而mINs/Cr的升高進(jìn)一步說明膠質(zhì)細(xì)胞增生是軸索損傷灶Cho/Cr升高的主要原因[12]。Glx中的谷氨酸是興奮性氨基酸(EAA)的重要成分之一,目前大量研究表明EAA的過量釋放在創(chuàng)傷后繼發(fā)性腦損害中起重要作用[13],DAI組Glx的升高證實胼胝體部位有谷氨酸的過量釋放。

非典型DAI組病例在胼胝體兩個檢查點的1HMRS結(jié)果和DAI組類似,表現(xiàn)為NAA/Cr降低和 Cho/Cr升高,在膝部更有mINs/Cr的升高,這提示該組病例在傷后于胼胝體也存在和DAI組病例類似的病理變化。至于在胼胝體呈現(xiàn)上述結(jié)果,而在基底節(jié)沒有,這估計和胼胝體易受旋轉(zhuǎn)加(減)速暴力損傷有關(guān),文獻(xiàn)報道胼胝體是最易受DAI損害的解剖部位之一[1-2]。非典型DAI組 NAA、Cho和mINs的變化程度較 DAI組弱提示在上述部位的原發(fā)和繼發(fā)性神經(jīng)損害沒有DAI組明顯,這和非典型DAI組臨床表現(xiàn)輕的特點相符,同時其在胼胝體部位無Glx的顯著升高進(jìn)一步證實了這一點。

至于DAI組表現(xiàn)有持續(xù)的原發(fā)昏迷,而非DAI組欠缺,作者考慮和網(wǎng)狀上行激動系統(tǒng)的損害與否有關(guān)。人意識的維持和網(wǎng)狀上行激動系統(tǒng)有重要關(guān)系,其中中腦在此系統(tǒng)中又扮演了極重要角色。和DAI組相比,在非典型DAI組FLAIR發(fā)現(xiàn)的間腦水平以下的病灶極少,和DAI組有明顯區(qū)別,這提示非典型DAI組病例在形態(tài)上無明顯上腦干損害,即無明顯網(wǎng)狀上行激動系統(tǒng)的損害。這和文獻(xiàn)報道相符,原發(fā)昏迷的時間和程度與腦干軸索損傷的范圍和程度有關(guān),與腦干以外區(qū)域的軸索損傷無明顯關(guān)系[14]。另外,新近認(rèn)為,DAI后的持續(xù)昏迷也和腦干網(wǎng)狀上行激動系統(tǒng)的信號不能在丘腦的核團(tuán)中放大有關(guān),DAI后患者的丘腦有不同程度的萎縮[15],本實驗DAI組基底節(jié)1HM RS指標(biāo)NAA/Cr和Cho/Cr的變化也提示了這一點。

綜上所述,通過FLAIR的形態(tài)影像學(xué)結(jié)果和1HMRS的活體神經(jīng)生化檢查結(jié)果,本實驗發(fā)現(xiàn)非典型DAI組和DAI組不僅存在類似的病灶形態(tài)及分布,更在胼胝體存在類似的生化代謝改變;兩者的區(qū)別在于軸索損害波及范圍的不同,以及病理損害程度的不同。因此,作者認(rèn)為,DAI不僅是重型腦傷的一種,它也存在于輕、中型腦傷中,磁共振技術(shù)在診斷非典型DAI中有很大價值。

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