磁共振彌散張量成像對腦出血的臨床應用

王娜娜，徐建民，王仲樸，李大勝，于衛(wèi)永

腦出血(intracerebral hemorrhage,ICH)是指原發(fā)性、非外傷性腦實質(zhì)內(nèi)的出血，是神經(jīng)系統(tǒng)的臨床常見病，起病急、預后差，病死率和致殘率均較高，約占全部腦卒中的30%。根據(jù)流行病學調(diào)查，目前我國腦出血年發(fā)病率為50.6～80.7/10萬人口。隨著人口老齡化社會的到來，發(fā)病率將呈逐年上升趨勢。腦出血發(fā)病后30 d的病死率為35%～50%，存活的患者中大多數(shù)發(fā)生不同程度的神經(jīng)功能障礙[1-2]。因此，研究腦出血患者神經(jīng)功能損傷及修復的機制、評估病情、早期判斷疾病的預后有重要的臨床意義。擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是磁共振成像應用以來一強有力的成像技術進步，它以其對于方向的敏感性在腦白質(zhì)纖維束成像方面發(fā)揮了非常重要的作用。該技術可定量分析病變組織和正常組織的彌散特征，直觀顯示顱內(nèi)病變與白質(zhì)纖維之間的關系，為解釋臨床表現(xiàn)和判斷預后提供更多、更可靠的依據(jù)，為循證醫(yī)學在影像學的深入發(fā)展提供了可靠的依據(jù)?，F(xiàn)就DTI在腦出血的研究現(xiàn)狀及前景做一綜述。

1 腦出血的基本機制及原理

1.1 腦出血的病因 腦出血與血壓增高以及動脈硬化密切相關。高血壓所致的腦血管病變主要在腦的小動脈。殼核出血原因是供應基底節(jié)區(qū)的外側(cè)豆紋動脈分支破裂出血，丘腦出血主要為丘腦穿通動脈和丘腦膝狀體動脈破裂出血。病理學發(fā)現(xiàn)見出血部位附近血管壁彈力板斷裂，動脈中層玻璃樣變、纖維化，致使血管壁在薄弱病損處形成微小動脈瘤。微動脈瘤形成原因比較復雜。微動脈瘤好發(fā)于灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，尤其是殼核、蒼白球、丘腦、腦橋和小腦齒狀核等部位，與高血壓腦出血的好發(fā)部位一致。

1.2 腦出血的病理生理機制 高血壓腦出血最常見于腦深部灰質(zhì)區(qū)、腦室、小腦和腦橋。出血常在1～2 h內(nèi)達高峰?；坠?jié)區(qū)和丘腦的大量出血可穿破腦組織進入腦室，形成繼發(fā)性腦室出血；血液流入蛛網(wǎng)膜下腔形成蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)。腦出血后神經(jīng)功能障礙的病理生理機制非常復雜，一般認為，腦出血對神經(jīng)功能的損傷主要因為血腫造成腦組織原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷。

1.2.1 原發(fā)性損傷 首先是對周圍腦組織產(chǎn)生直接壓迫，使神經(jīng)組織間的纖維聯(lián)系中斷，這種損害常見于結(jié)構(gòu)致密而容易受到損傷的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)。另一種是血腫周圍神經(jīng)束和腦組織受壓造成的移位和變形，多見于白質(zhì)。臨床及動物實驗表明，如能早期清除血腫，此時血腫周圍繼發(fā)損害不嚴重，神經(jīng)纖維未發(fā)生壞死，傳導束只是被血腫劈開移位而未發(fā)生不可逆性改變，血腫清除或吸收后，神經(jīng)功能障礙可望得到改善。

1.2.2 繼發(fā)性損傷 主要包括血腫的擴大，凝血纖溶系統(tǒng)的改變，腦水腫及缺血性損害。

1.2.2.1血腫的擴大 以往認為腦出血是一次性的，數(shù)分鐘即可因凝血而停止。然而近年來通過CT觀察發(fā)現(xiàn)，腦出血后血腫可持續(xù)擴大。Brott等發(fā)現(xiàn)，38%的患者存在繼續(xù)出血，導致血腫擴大，病情加重[3]。Qureshi等認為，血腫持續(xù)擴大是腦出血后最初3 h內(nèi)神經(jīng)功能惡化的最主要原因[4]。

1.2.2.2 凝血纖溶系統(tǒng)的改變 凝血酶被認為是腦出血后腦水腫形成的重要物質(zhì)。Lee等在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，將全血或加入凝血酶原復合物的血漿注入大鼠基底節(jié)區(qū)可誘發(fā)腦水腫[5]。纖維蛋白的溶解過程有助于清除血凝塊，同時又對正常腦組織產(chǎn)生許多毒性作用，包括水腫。Xue等分別向大鼠腦內(nèi)注入纖溶酶原、纖溶酶、tPA和生理鹽水等，以前兩者造成的腦損傷最為嚴重[6]。

1.2.2.3 腦水腫 腦出血后水腫產(chǎn)生迅速，1～2 h即可出現(xiàn)并呈進行性加重，24 h達高峰，持續(xù)4～5 d后開始消退。水腫形成機制盡管還沒完全明了，但一般認為與下列因素有關：凝血酶的產(chǎn)生、血腫周圍繼發(fā)缺血、血腫占位效應、紅細胞與血紅蛋白的影響、血腫周圍組織炎癥反應等。

2 DTI的基本原理

DTI是一種水彌散成像技術，通過在多個方向上施加彌散敏感梯度來測量水分子彌散的程度和方向性。彌散是水分子的隨機不規(guī)則運動。在體外，無限均勻的流體中水分子的彌散是隨機的，向各個方向運動的概率均等，表現(xiàn)為彌散的各向同性。而在人體組織中，水分子的彌散受到細胞本身的結(jié)構(gòu)、細胞的排列方式等多種因素的影響，使其在各個方向上彌散的范圍不同，表現(xiàn)為彌散的各向異性。水分子在三維空間內(nèi)的這種運動形式可用張量(tensor)表示。

在均勻介質(zhì)中，彌散張量可描述為球形，其特征值λ1=λ2=λ3。而在腦白質(zhì)中，由于髓鞘的阻擋，水分子的彌散被限制在與纖維走行一致的方向上，具有較高的各向異性，此時彌散張量可描述為橢球形，其特征值λ1＞λ2＞λ3。與最大特征值對應的特征向量方向即可表示經(jīng)過該體素內(nèi)纖維束走行的方向。以往的彌散加權成像(DWI)僅反映了某一時刻某一方向組織內(nèi)水分子的擴散特點，而DTI至少測量6個空間方向的彌散，可以在三維空間內(nèi)描述各個方向上水分子彌散運動及在這些方向上水分子位移的相關性。

DTI最常用的參數(shù)是部分各向異性(fractional anisotropic，F(xiàn)A)。FA是指水分子彌散的各向異性成分在整個彌散張量的中所占的比例。FA值的范圍為0～1，0代表最大各向同性的彌散，1代表假想下最大各向異性的彌散。在腦脊液和灰質(zhì)中，水分子的彌散運動基本可認為是各向同性的，即在各方向的彌散強度一致。在白質(zhì)中，彌散表現(xiàn)為各向異性，且FA值與髓鞘的完整性、神經(jīng)纖維的致密性及平行性呈正相關。組織的生化特性(黏滯性和溫度)、組織的結(jié)構(gòu)(大分子、細胞膜和細胞器等)改變能夠從根本上影響水的彌散能力，所以研究水分子彌散各向異性的變化(FA值的變化)就可評價纖維組織結(jié)構(gòu)的病理改變。

彌散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography，DTT)技術是DTI中頗有前景的技術，它將二維白質(zhì)纖維的信息經(jīng)一定的軟件重組為三維立體結(jié)構(gòu)，形態(tài)如同解剖圖。水分子的彌散能力在平行于纖維束走行的方向上要明顯強于垂直于纖維束的方向，因此彌散的方向反映了纖維束走行的方向，這就是DTT技術的理論基礎。DTI圖像反映每一個體素內(nèi)水分子彌散的方向和幅度，提供的是神經(jīng)纖維走行的局部信息。DTT利用纖維追蹤技術將每一個體素的方向信息連接起來，重建出整個纖維的走行，借助它可以了解腦組織神經(jīng)纖維的多少、排列方向的一致性及纖維束的完整性，目前主要用于評價組織結(jié)構(gòu)完整性、病理改變及組織結(jié)構(gòu)和功能的關系[7]。

3 腦出血的DTI研究現(xiàn)狀

DTI是目前惟一能夠在活體狀態(tài)下對大腦白質(zhì)纖維束的形態(tài)結(jié)構(gòu)進行無創(chuàng)性研究的方法。國內(nèi)外學者主要應用DTI技術研究大腦發(fā)育及正常白質(zhì)神經(jīng)纖維束的構(gòu)象、腦白質(zhì)的退行性病變、腦腫瘤、腦梗死等疾病，并取得大量的成果[8-12]，但應用于血腫周圍神經(jīng)纖維束損傷評價的報道較少。DTI、DTT結(jié)合常規(guī)MRI及DWI可以更精確地對腦內(nèi)病變進行解剖定位，判定腦內(nèi)病變與大腦白質(zhì)纖維束的關系及大腦白質(zhì)纖維束的受損情況。因此，越來越多的學者試圖將這項技術引入腦出血的研究領域。

Jang等對1例61歲腦出血患者及6名正常對照者行DTI檢查?；颊咂鸩r左側(cè)肢體完全癱瘓，其病灶位于右側(cè)放射冠及內(nèi)囊；發(fā)病后5個月患者肢體運動功能恢復至正常水平。于發(fā)病后3周、5個月對患者行2次DTT檢查，對照組只檢查1次。結(jié)果顯示發(fā)病后3周出血區(qū)FA值減小，表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)增大，與對照組有顯著差異；但患者在發(fā)病后5個月患側(cè)的FA及ADC與對照組無明顯差異[13]。因此推斷DTI可以通過對病灶中感興趣區(qū)的各向異性的分析來研究腦出血后皮質(zhì)脊髓束(corticospinal tract,CST)的修復情況。

Cho等對40例嚴重偏癱腦出血患者在發(fā)病早期行DTT檢查。依據(jù)DTT所示CST與血腫的位置關系分為4組，分別為臨近、壓迫、穿行、中斷。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)病早期各組患者之間運動功能評分無明顯差異；發(fā)病后6個月各組之間運動功能評分有顯著差異[14]。提示腦出血患者早期DTT所示CST改變可用來預測患者的運動功能轉(zhuǎn)歸。

吳志峰等對20例基底節(jié)區(qū)腦出血患者進行DTI檢查，發(fā)現(xiàn)腦出血患者患側(cè)CST受壓、移位、變薄或顯示不清，患側(cè)CST受損區(qū)FA值明顯降低，認為DTI可以清楚地顯示腦出血患者CST的損害狀況，對判斷腦出血患者的病情和預后有參考價值[15]。

目前國內(nèi)外研究已證實了DTI可以應用于出血性腦卒中，通過對纖維束的三維重建，可清晰顯示血腫與纖維束的位置關系及纖維束的受損程度。DTT同磁共振功能成像(functional MRI，fMRI)相結(jié)合可深入探索腦出血后神經(jīng)傳導通路的修復與重建，為預測患者的運動功能轉(zhuǎn)歸及制定康復治療計劃提供依據(jù)。但國內(nèi)對于DTI在腦出血疾病方面的應用報道甚少，并處于初步探索階段，且樣本量小，尚需進一步探索研究，以對臨床治療做出幫助。

4 存在的問題與展望

DTI雖然具有其獨特的優(yōu)越性，但也有以下不足：①圖像易受運動、渦流和磁敏感效應的影響，導致圖像變形，接近顱底的部位更加明顯；②操作者選擇興趣區(qū)的大小及位置、FA閾值、軌跡投影角度、采用的算法以及神經(jīng)解剖學知識的熟悉程度均影響示蹤成像結(jié)果的準確性；③較小纖維束顯示不佳或不能顯示，受水腫等因素影響，受壓與破壞判斷不確切。隨著硬件和軟件技術的發(fā)展，這些問題可望逐步得到解決。

DTI是一項嶄新的MRI成像技術，盡管仍存在較大的缺點和不足，但卻是目前惟一能夠在活體研究大腦白質(zhì)纖維的方法，其應用前景可觀。DTI與DTT相結(jié)合，可以從影像學角度對神經(jīng)纖維的損害程度進行定量分析，有利于我們認識神經(jīng)解剖、神經(jīng)功能缺損癥狀以及神經(jīng)病理學改變之間的相互聯(lián)系。如與可測定皮質(zhì)功能的fMRI相結(jié)合，就可能清楚大腦神經(jīng)傳導路徑及功能聯(lián)系的細節(jié)。隨著技術方法的不斷改進，必將在科研和臨床中展示更多特殊的應用價值。

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