磁共振DTI在腦梗死診斷中的應(yīng)用價值

宋建波,楊曉棠,彭 琨,馮艷林,沈 偉,劉起旺

腦梗死為臨床最常見的一種致殘率和致死率較高的腦血管疾病,腦梗死的早期診斷和治療明顯影響預(yù)后,一直是醫(yī)學(xué)界一大難題。彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)是目前公認(rèn)的可定性、定位診斷超急性腦梗死的成像方法,但DWI只能反映彌散梯度方向上水分子的彌散強(qiáng)度,不能反映生物組織水分子彌散呈各向異性的特征,難以顯示白質(zhì)纖維受累情況[1]。彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是 DWI技術(shù)的延伸,是目前唯一無創(chuàng)性活體研究腦白質(zhì)纖維束形態(tài)結(jié)構(gòu)的方法,近年來已逐步應(yīng)用于臨床科研[2-7]。本研究側(cè)重應(yīng)用DTI對腦梗死區(qū)彌散程度的改變進(jìn)行初步研究,探討DTI對腦梗死診斷及評估預(yù)后的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集臨床診斷考慮為腦梗死并行常規(guī)磁共振成像(M RI)和DWI檢查證實(shí)為單側(cè)梗死病變病人行DTI檢查。共48例,其中男28例,女20例,年齡 34歲～88歲(57.8歲±4.2歲)。其中超急性期(＜6 h)5例,急性期(6 h～3 d)14例,亞急性期(3 d～14 d)16例,慢性期(＞14 d)13例。病變部位:基底節(jié)區(qū)25例(左 15例,右 10例),左、右額葉各2例,頂葉 7例(左4例,右3例),枕葉9例(左5例,右4例),顳葉6例(左2例,右4例)。

1.2 圖像數(shù)據(jù)采集 使用GE公司SIGNA1.5T Twin speed with EXCITE超導(dǎo)MR掃描儀掃描,采用頭部8通道相控陣線圈,常規(guī)FLAIR及FSE序列軸位掃描,T1WI(T R 2 175 ms,TE 10.4 ms),T2WI(TR4 700 ms,T E102 ms),T2FLAIR(TR 8 500 ms,TE 120 ms),矩陣384×256,層厚 5 mm,間距 1.5 mm;DWI采用 DW-EPI序列,TR 6 000 ms,TE 60.4 ms,矩陣 128×128,層厚5 mm,間 距1.5 mm 。DTI掃描 采用DW-EPI序列,TR6 000 ms,TE79.9 ms,FOV240 mm×240 mm,b值為1 000 s/mm2,采集矩陣 128×128;橫軸位掃描,層厚5 mm,間距0 mm,共 21層,彌散方向 25個,采集時間 5分 24秒。

1.3 圖像分析 采用GE公司Advantage Windows工作站FunctoolⅡ軟件進(jìn)行DTI圖像處理,重建平均表觀彌散系數(shù)(average apparent diffusion coefficient,ADCAV)圖、各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)圖,測量梗死區(qū)及健側(cè)相應(yīng)正常對照區(qū)ADVAV值、FA值。對累及錐體束病例并大腦腳、腦橋水平測量錐體束走行區(qū)ADCAV值、FA值。應(yīng)用日本東京大學(xué)影像計(jì)算和分析實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的Volume-One 1.64下的dTV.II.R1軟件對DTI數(shù)據(jù)處理,重建三維彩色編碼彌散張量纖維束成像圖(diffusion tensor tractography,DTT),觀察白質(zhì)纖維束是否受累,及其位置、連續(xù)性及破壞等情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)分析軟件包,對患側(cè)與健側(cè) ADVAV值、FA值進(jìn)行比較,分析方法采用配對t檢驗(yàn),P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

5例超急性期病例ADVAV值明顯減低,DWI出現(xiàn)明顯高信號,FA值則變化不明顯;3例輕度減低,2例輕度升高,重建DTT圖無明顯異常。14例急性期病例患側(cè)較健側(cè)ADCAV值和FA值均明顯減低,DTT圖示4例病人患側(cè)白質(zhì)纖維束無明顯受累改變,6例顯示患側(cè)白質(zhì)纖維束有變形移位改變,結(jié)構(gòu)基本完整,4例顯示有患側(cè)白質(zhì)纖維局部缺損。16例亞急性期病例患側(cè)ADVAV值變化不一致,其中 7例ADVAV值減低,但不及急性期病例明顯,5例ADVAV值接近健側(cè)對照區(qū),4例ADVAV值增高,其FA值均明顯減低。DT T圖顯示4例患側(cè)白質(zhì)纖維束無異常,4例可見患側(cè)白質(zhì)纖維受壓移位改變,無中斷缺損表現(xiàn)。8例顯示有患側(cè)白質(zhì)纖維局部缺損伴或不伴有移位改變。13例慢性期病例ADVAV值高于健側(cè),而FA值減低。DT T圖顯示3例患側(cè)白質(zhì)纖維束無異常,10均有不同程度的白質(zhì)纖維束缺損和/或移位改變。急性期及亞急性期錐體束受累病人雙側(cè)大腦腳、腦橋水平錐體束ADVAV值、FA值無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。慢性期錐體束受累病人在大腦腳、腦橋水平顯示患側(cè)ADVAV值無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,FA值則較健側(cè)降低,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。詳見表1、表2。

表1 梗死區(qū)及健側(cè)對照區(qū)ADVAV值、FA值(±s)

表1 梗死區(qū)及健側(cè)對照區(qū)ADVAV值、FA值(±s)

時期 n ADVAV(10-3mm2/s)病灶 對照 P FA病灶 對照 P超急性期 5 4.35±0.48 7.51±0.87 ＜0.05 0.21±0.03 0.22±0.08 ＞0.05急性期 4 3.54±0.64 7.24±0.38 ＜0.01 0.18±0.06 0.34±0.06 ＜0.01亞急性期 16 5.73±0.99 6.31±0.58 ＞0.05 0.12±0.03 0.29±0.05 ＜0.01慢性期 13 8.74±0.41 6.09±0.91 ＜0.01 0.11±0.05 0.26±0.08 ＜0.01

表2 錐體束受累病人雙側(cè)大腦腳、腦橋ADVAV值、FA值(±s)

表2 錐體束受累病人雙側(cè)大腦腳、腦橋ADVAV值、FA值(±s)

時期 n ADVAV(10-3mm2/s)患側(cè) 健側(cè) P FA患側(cè) 健側(cè) P急性期 6 6.49±0.54 6.54±0.46 ＞0.05 0.51±0.07 0.53±0.05 ＞0.05亞急性期 8 6.79±0.79 6.84±0.60 ＞0.05 0.48±0.08 0.50±0.06 ＞0.05慢性期 7 7.21±0.52 7.09±0.81 ＞0.05 0.36±0.06 0.47±0.03 ＜0.05

3 討 論

3.1 彌散張量成像基本原理 DTI是DWI技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,基本原理是利用水分子在生物組織中彌散具有各向異性特征,從多個方向上施加彌散梯度,分別采集數(shù)據(jù),在三維空間內(nèi)定量分析組織內(nèi)水分子的彌散運(yùn)動,利用所得多種參數(shù)值成像。其中最常用參數(shù)的是各向異性分?jǐn)?shù)ADVAV值、FA值。ADVAV值消除了ADC值受方向的影響,較真實(shí)地反映了組織內(nèi)水分子的彌散強(qiáng)度,不反映組織內(nèi)彌散的各向異性特征。組織破壞可致各向異性逐漸喪失,水分子自由彌散增強(qiáng),ADVAV值升高。FA值是最常用來反映組織各向異性特征的指標(biāo),是彌散張量的各向異性部分與總彌散張量之比,取值范圍是0～1,1代表最大各向異性[8]。FA值的大小與髓鞘的完整性、纖維的致密性和平行性等有關(guān)。重建FA圖可顯示腦白質(zhì)纖維束的分布,清楚區(qū)分白質(zhì)與灰質(zhì)。DTT圖則是利用每個體素的方向信息重建整個白質(zhì)纖維束,直觀顯示腦白質(zhì)纖維的正常解剖及走行。DTI已成為功能磁共振成像的一個重要組成部分。

3.2 DTI在腦梗死中的應(yīng)用

3.2.1 DTI對評價白質(zhì)纖維束受累程度及梗死灶范圍的價值FA圖和DTT圖可清晰顯示白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu),本組5例超急性期病例未見明顯白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)異常,14例急性期病例中10例白質(zhì)纖維束有受累改變,16例亞急性期病例中12例白質(zhì)纖維受累,13例慢性期病例中10例白質(zhì)纖維束受累。腦梗死后DTI觀察急性期或亞急性期白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)改變,對超急性期梗死后白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)改變尚不明顯,DTI檢查存在困難。收集病例中有9例病人因梗死灶體積小或鄰近白質(zhì)纖維,常規(guī)MRI及DWI不能判定纖維束是否受累,重建FA圖和DT T圖則顯示5例纖維束受累。Kunimatsu等[9]利用 DTI對8例急性或亞急性早期的腦梗死病人研究后發(fā)現(xiàn),梗死區(qū)接近但未累及錐體束的病人,治療后運(yùn)動功能恢復(fù)較好,而梗死灶累及錐體束的病人,肢體肌力試驗(yàn)下降,恢復(fù)不理想或持續(xù)時間長。結(jié)合常規(guī)MRI及DWI,DTI可在判斷梗死灶范圍、白質(zhì)纖維束損傷程度及評估預(yù)后等方面為臨床提供有價值信息。

3.2.2 DTI對腦梗死的臨床分期價值 5例超急性期病例常規(guī)M RI表現(xiàn)基本正常,DWI顯示梗死灶,DTI示梗死區(qū)ADVAV均減低,與健側(cè)相應(yīng)對照區(qū)比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,FA值則變化不明顯,無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在腦梗死的超急性期梗死區(qū)腦組織產(chǎn)生細(xì)胞毒性腦水腫,此階段組織內(nèi)水含量及T2弛豫時間尚沒有明顯變化,所以常規(guī)M RI顯示正常。因細(xì)胞毒性腦水腫,細(xì)胞外水分減少,引起組織水分子彌散強(qiáng)度下降,ADVAV值減低。有動物實(shí)驗(yàn)顯示[10,11]顯示FA值在腦梗死發(fā)生后最初1 h～3 h內(nèi)升高,但在隨后即開始下降。但臨床多項(xiàng)研究[12-15]報(bào)道超急性期腦梗死組織FA值變化非常不一致,原因尚不清楚,可能主要與各研究者所獲取的觀測時間點(diǎn)不同有關(guān),需進(jìn)一步研究。

對急性期和亞急性期病例數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,14例急性期病例梗死區(qū)較健側(cè)相應(yīng)對照區(qū)ADVAV值和FA值均減低,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。亞急性期病例16例梗死區(qū)與健側(cè)ADVAV值比較變化不一致,7例ADVAV值減低,5例ADVAV值接近健側(cè)對照區(qū),4例ADVAV值略增高,總體無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而FA值均減低,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本組急性期和亞急性期病例所觀察結(jié)果與同類研究結(jié)果相似[4,16]。在腦梗死急性期和亞急性期逐漸形成血管源性腦水腫,梗死區(qū)內(nèi)組織微結(jié)構(gòu)受到破壞,組織中水含量增加,T2弛豫時間延長,常規(guī)M RI可以顯示梗死灶。在急性期ADVAV值仍然低于正常值,但隨著組織中水含量逐漸增加,水分子彌散程度增大,在梗死發(fā)生數(shù)天后ADVAV值逐漸增高可接近正常而出現(xiàn)假陰性。Knight等[17]認(rèn)為ADVAV值出現(xiàn)假陰性期與梗死區(qū)內(nèi)細(xì)胞膜的完整性喪失,繼發(fā)中性粒細(xì)胞增多有關(guān)。Copen等[18]研究顯示在成人假陰性期大約出現(xiàn)在腦梗死發(fā)生后9 d左右,而新生兒大約出現(xiàn)在腦梗死發(fā)生后7 d左右,在臨床上基本對應(yīng)腦梗死亞急性期。而此階段內(nèi)FA值呈持續(xù)下降,FA值下降與腦梗死后有序的腦組織微結(jié)構(gòu)破壞,各向異性特征逐漸喪失有關(guān)。

對于13例慢性期病例,梗死區(qū)ADVAV值高于健側(cè),FA值低于健側(cè),均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在腦梗死慢性期隨著限制水彌散的障礙物的進(jìn)一步降解,使水分子在相同的彌散時間內(nèi)可以有更大的位移空間,水分子彌散強(qiáng)度加大。同時各向異特征進(jìn)一步喪失,致使ADVAV值持續(xù)增高,FA值持續(xù)減低。

總結(jié)本研究所觀察結(jié)果并結(jié)合文獻(xiàn)分析認(rèn)為ADVAV值結(jié)合FA值可以大致將梗死后腦組織水彌散異常分為以下四個階段。超急性期:ADVAV值減小,FA值正?；蛟龃?急性期:ADVAV減小,FA值減小;亞急性期:ADVAV值由減低逐漸升高,可接近正常而呈現(xiàn)假陰性,FA值減小;慢性期:ADVAV值增大,FA值減小。然而對于超急性期FA值改變,不同學(xué)者觀測結(jié)果尚不盡一致,有待進(jìn)一步研究。DWI是診斷超急性腦梗死最重要的手段,聯(lián)合運(yùn)用DTI腦梗死分期可以更準(zhǔn)確[19]。

3.2.3 DTI對腦梗死后錐體束Waller變性的評估 Waller變性是由于其上運(yùn)動神經(jīng)元或軸突損傷而引起的遠(yuǎn)端軸突和髓鞘的順行性變性,腦梗死是引起錐體束Waller變性的最常見原因。本組資料中慢性期錐體束受累病例的可觀察到遠(yuǎn)離梗死灶的患側(cè)大腦腳、腦橋錐體束走行區(qū)信號降低,與健側(cè)比較FA值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,組織各向異性彌散特征的改變,反映了Waller變性的存在,ADVAV值則無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在較慢性期早的病例(距發(fā)病時間小于14 d)中FA值、ADVAV值均無統(tǒng)計(jì)意義[20-23]。以往的多項(xiàng)研究也證實(shí),錐體束Waller變性的表現(xiàn)為FA值進(jìn)行性下降,伴或不伴ADVAV值升高,腦梗死后有無錐體束Waller變性與病人運(yùn)動功能缺損程度有關(guān)。Werring等[21]研究證實(shí)發(fā)病后2個月～6個月腦梗死病人,患側(cè)大腦腳FA值降低15%,而ADVAV無顯著改變,認(rèn)為各向異性改變是由于軸突分解產(chǎn)生的細(xì)胞碎屑以及神經(jīng)膠質(zhì)增生導(dǎo)致神經(jīng)纖維束的完整性受到了損害。Uswatte等[23]報(bào)道,幕上腦梗死同側(cè)錐體束FA值進(jìn)行性降低與持久性偏側(cè)肢體中至重度癱瘓相關(guān),FA值降低越顯著,梗死早期和3個月后運(yùn)動功能受損越嚴(yán)重。

DTI是一種嶄新的MR成像技術(shù),反映了腦組織內(nèi)水分子彌散的各向異性特征,可清晰顯示腦內(nèi)白質(zhì)纖維束的走行和分布,為了解腦功能與白質(zhì)通路間關(guān)系提供了強(qiáng)有力研究手段。在腦梗死診斷應(yīng)用中,DTI與常規(guī)MRI及DWI相結(jié)合對梗死灶的解剖定位更準(zhǔn)確,明確是否累及白質(zhì)纖維束及其損傷范圍。FA值與ADC值聯(lián)合應(yīng)用有助于對腦梗死進(jìn)行更精確的臨床分期,評估梗死發(fā)生時間。本研究僅對DTI應(yīng)用于腦梗死進(jìn)行了初步研究,時間短,樣本例數(shù)少,存在一定局限性,對梗死后白質(zhì)纖維改變與預(yù)后相關(guān)性,有待進(jìn)一步研究。

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