彌散張量成像在缺血性腦卒中的應(yīng)用研究進(jìn)展

邵晨蘭 綜述，余 茜審校

SHAO Chen-lan，YU Qian

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州646000 ;2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院川港康復(fù)中心，四川 成都610072)

核磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一種水彌散成像技術(shù)，通過水分子的彌散定量反映大腦白質(zhì)及深部灰質(zhì)的微結(jié)構(gòu)改變。DTI 可以無創(chuàng)地跟蹤腦內(nèi)白質(zhì)纖維并顯示腦內(nèi)病變對白質(zhì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)直接或間接的影響，目前在腦血管意外診斷、判斷預(yù)后等方面的研究中取得了一定進(jìn)展。本文主要分析DTI 基本原理及其在缺血性腦卒中的應(yīng)用研究進(jìn)展。

1 DTI 的基本原理及常用參數(shù)

DTI 是在磁共振彌散加權(quán)成像(DWI)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種成像方法，通過在DWI 的基礎(chǔ)上施加多個(gè)線性方向的敏感彌散梯度而測量水分子在各個(gè)方向上彌散的程度。人體內(nèi)的水分子同體外水分子的運(yùn)動(dòng)不同，它受組織細(xì)胞本身特征和細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在均勻介質(zhì)中，水分子任何方向的彌散系數(shù)都相等，稱為各向同性彌散(isotropic diffusion)，即彌散不受方向的限制。平均彌散率(mean diffusivity，MD)可反映彌散張量的各向同性。在大腦白質(zhì)中由于神經(jīng)纖維束具有固定排列順序，水分子在各個(gè)方向的彌散是不同的，通常更傾向于沿著神經(jīng)纖維束走行的方向進(jìn)行彌散，而很少沿著垂直于神經(jīng)纖維束走行的方向進(jìn)行彌散，這稱為各向異性彌散(anisotropic diffusion)。DTI 成像的基本原理就是水分子在不均勻介質(zhì)中的彌散具有各向異性特征。定量評價(jià)彌散張量各向異性的指標(biāo)有:各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)、相對各向異性(relative anisotropy，RA)、容積比(volume ratio，VA)等，其中FA 是描述彌散張量各向異性特征的最常用參數(shù)之一，其范圍在0 ～1，0 代表最大各向同性彌散，1 代表最大各向異性彌散，臨床上主要用來反映發(fā)育過程中腦白質(zhì)的髓鞘化程度或變性病中纖維束的破壞。其大小與髓鞘完整性、纖維致密性及平行性有密切關(guān)系，能夠反映白質(zhì)纖維是否完整。FA 值越大，神經(jīng)傳導(dǎo)功能越強(qiáng)［1］。

2 DTI 在缺血性腦卒中的應(yīng)用研究

2.1 缺血性腦卒中認(rèn)知障礙 大腦認(rèn)知功能障礙是缺血性腦卒中患者最常見的功能障礙之一，以往影像學(xué)研究者對認(rèn)知障礙的研究多集中在大腦皮質(zhì)的改變，如血氧水平依賴性功能磁共振成像(BOLDfMRI)技術(shù)對認(rèn)知障礙在大腦皮層的功能定位，但認(rèn)知功能不僅基于大腦皮層的激活，更重要的是基于這些功能區(qū)之間白質(zhì)纖維束的連接，有研究發(fā)現(xiàn)認(rèn)知障礙的患者腦白質(zhì)區(qū)存在廣泛的微結(jié)構(gòu)改變［2］。Gold 等［3］研究發(fā)現(xiàn)皮層小梗塞和腦室周圍白質(zhì)脫髓鞘病變可明顯影響認(rèn)知功能。徐群等［4］發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)下缺血性腦血管病患者的語言功能和視空間功能與MD 或FA 值之間沒有相關(guān)，提示這兩項(xiàng)認(rèn)知功能不主要依賴于皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)的完整性。劉中華等［5］對單側(cè)腦室旁輻射冠區(qū)和(或)半卵圓中心的腦梗死患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)腦梗后1 周、2 月、6 月病灶側(cè)海馬區(qū)FA 值下降，認(rèn)為皮層下腦梗死患者存在病變同側(cè)海馬相關(guān)神經(jīng)纖維的繼發(fā)性遠(yuǎn)隔損害，并可能影響認(rèn)知功能的恢復(fù)。Reijmer 等［6］研究17 例腔隙性腦梗死患者，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)磁共振顯示出的腔梗灶向上2 cm 處的白質(zhì)FA 值下降，這部分受影響的白質(zhì)可能和皮質(zhì)下腦梗死患者認(rèn)知障礙有關(guān)。Williamson 等［7］對發(fā)病后3 ～6 個(gè)月的缺血性腦卒中患者行DTI 檢查，同時(shí)評估患者工作記憶、注意力、言語功能、視空間功能、情緒等，發(fā)現(xiàn)大腦額葉和頂葉白質(zhì)與認(rèn)知和情緒更密切相關(guān)。另外也有學(xué)者對老年腦卒中患者行DTI 檢查發(fā)現(xiàn)認(rèn)知加工速度、注意力與額葉白質(zhì)有關(guān)，記憶障礙和顳葉白質(zhì)有關(guān)［8，9］。

2.2 缺血性腦卒中運(yùn)動(dòng)障礙 腦梗死后約3/4 以上的患者會(huì)殘留不同程度的肢體功能障礙，運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)直接影響到患者的生活質(zhì)量。磁共振彌散張量成像可以有效觀察腦梗死后白質(zhì)纖維束損傷變性、梗死灶和纖維束的關(guān)系及判斷療效、評估運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后等。Koyama 等［10］對發(fā)病后14 ～18 天的輻射冠區(qū)腦梗死患者進(jìn)行DTI 檢查，1 個(gè)月后采用Brunnstrom 量表評估患者上肢、下肢和手功能分級(jí)，發(fā)現(xiàn)大腦腳FA 值與上肢和下肢運(yùn)動(dòng)功能分級(jí)都存在相關(guān)。梁志堅(jiān)等［11］研究發(fā)現(xiàn)腦梗死后遠(yuǎn)端神經(jīng)纖維繼發(fā)性損害可以發(fā)展到頸髓部位，這種繼發(fā)性損害在腦梗后12 周內(nèi)逐漸加重，并且頸髓皮質(zhì)脊髓束的繼發(fā)性損害可能延緩患者運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。Liu 等［12］對缺血性腦卒中患者在發(fā)病后不同時(shí)期測大腦腳皮質(zhì)脊髓束FA 值、ADC 值，并取患側(cè)與健側(cè)比值rFA、rADC，8 個(gè)月后對患者運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評分，發(fā)現(xiàn)腦梗死2 周后的FA 值、rFA 值和遠(yuǎn)期運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)有關(guān)。Lindenberg 等［13］研究35 例慢性腦卒中患者，發(fā)現(xiàn)患側(cè)大腦所有下行運(yùn)動(dòng)纖維束的數(shù)量和FA 值與錐體束相比能更好預(yù)測運(yùn)動(dòng)功能障礙。因此，DTI 在腦梗死后可通過對梗死側(cè)皮質(zhì)脊髓束FA 的計(jì)算判斷其變性程度，并預(yù)測患者的運(yùn)動(dòng)功能轉(zhuǎn)歸。彌散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography，DTT)是近年來MRI 技術(shù)的一項(xiàng)重大進(jìn)展，它是利用彌散張量的數(shù)據(jù)，來重建大腦白質(zhì)纖維束的三維圖像，可顯示纖維束的立體形態(tài)，也可顯示梗死灶與纖維束的關(guān)系，如接近、穿行(部分、完全)、中斷等。Nelles 等［14］研究脈絡(luò)膜前動(dòng)脈梗死的患者，發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)脊髓束穿過梗死灶和中斷的患者3 個(gè)月后運(yùn)動(dòng)功能評分差，而梗死灶大小與運(yùn)動(dòng)評分無相關(guān)。劉樹榮等［15］通過腦梗死后皮質(zhì)脊髓束分級(jí)與肢體運(yùn)動(dòng)功能評分(FMS)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)與皮質(zhì)脊髓束的DTT 分級(jí)呈負(fù)相關(guān)，DTT 分級(jí)越高，治療后FMS 評分越低，腦梗死后纖維束中斷的患者運(yùn)動(dòng)恢復(fù)不佳。

2.3 缺血性腦卒中診斷 DWI 對超急性及急性腦缺血的定性、定位診斷的臨床價(jià)值已被公認(rèn)。聯(lián)合運(yùn)用DTI 腦梗死分期可以更準(zhǔn)確［16］。劉青蕊等［17］發(fā)現(xiàn)不同時(shí)期腦梗死病灶其FA、ADC 值有一定規(guī)律變化，F(xiàn)A 值在超急性期無明顯變化，在急性期、亞急性期及慢性期逐漸降低，ADC 值在超急性期、急性期明顯減低，亞急性期逐漸恢復(fù)接近于健側(cè)，慢性期再度增高。也有學(xué)者研究在腦梗死超急性期FA值是升高的。超急性期FA 值增高的原因［20］可能是由于腦組織處于細(xì)胞毒性水腫期，髓鞘纖維腫脹，纖維束間隙變小、細(xì)胞外間隙迂曲，垂直纖維走形的水分子彌散受限，相對應(yīng)的FA 值升高。Bhagat等［18］研究13 例缺血性腦卒中患者，分別在發(fā)病超急性期(2.5 ～7 h)和急性(21.5 ～29 h)測患者大腦梗死區(qū)域FA 值、MD 值，發(fā)現(xiàn)在超急性期13 例患者中有9 例FA 值在深部白質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)、深部灰質(zhì)、皮質(zhì)灰質(zhì)的至少一個(gè)組織中是增大的;急性期13 例患者中有11 例FA 值在至少一個(gè)組織中是降低的;發(fā)病24 小時(shí)以后rFA 降低穩(wěn)定。Puig 等［19］分析48 例發(fā)病(﹤12 h)缺血性腦卒中患者，分別測大腦兩側(cè)皮質(zhì)灰質(zhì)、深部灰質(zhì)、皮層下白質(zhì)和深部白質(zhì)皮質(zhì)脊髓束的FA 值、MD 值、ADC 值，取大腦患側(cè)與健側(cè)比值rFA、rMD、rADC，發(fā)現(xiàn)其中深部白質(zhì)皮質(zhì)脊髓束的rFA 對分辨發(fā)病小于4.5 小時(shí)的腦梗死最可靠。DTI 也有助于確定半暗帶及其治療時(shí)間窗。腦梗灶中心壞死區(qū)的神經(jīng)損傷是不可逆的，但圍繞在壞死區(qū)周圍的缺血半暗帶組織損傷是可逆的。鐘進(jìn)等［20］應(yīng)用MR 擴(kuò)散張量成像技術(shù)對急性腦梗死行動(dòng)態(tài)觀察，認(rèn)為在缺血的超急性期，急性期病灶的邊緣區(qū)存在半暗帶組織，其治療的時(shí)間窗可擴(kuò)展為24 小時(shí)。因此超急性腦梗塞快速的診斷和治療對患者預(yù)后有重大影響，當(dāng)腦梗塞由超急性期過度到急性期，腦細(xì)胞開始?jí)乃?，治療效果不理想?/p>

3 DTI 的不足與展望

DTI 作為一種新的影像學(xué)技術(shù)，在腦梗死中的研究還處于早期階段，有其不可忽視的局限性，主要有掃描和采集數(shù)據(jù)的方法不同、部分容積效應(yīng)的影響、噪聲及偽影問題、圖像分辨率低，較小的纖維束顯示不清或不能顯示等，但是相信隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這些缺點(diǎn)會(huì)得到解決。未來DTI 與fMRI、腦電圖等的有效結(jié)合，在研究腦結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系、神經(jīng)認(rèn)知等方面應(yīng)該可以有更大的發(fā)展空間。

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