腦干華勒氏變性的DTI研究

楊麗娟，孟志華，程 英(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬粵北人民醫(yī)院影像科，韶關(guān) 512025;通訊作者，E-mail:zhihua_meng@163.com)

華勒變性是一種最常見(jiàn)的原發(fā)性腦損傷后繼發(fā)遠(yuǎn)隔部位神經(jīng)元變性，在腦卒中患者中多見(jiàn)，對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)、語(yǔ)言及智能等造成不同程度的功能障礙［1］。近年來(lái)隨著功能性MRI技術(shù)的發(fā)展，磁共振彌散張量成像的臨床應(yīng)用對(duì)腦梗死定量研究、神經(jīng)纖維損傷及判斷臨床預(yù)后等方面有了更深入的研究，可以早期檢測(cè)到華勒氏變性，為臨床醫(yī)生提供重要的信息，以便對(duì)患者進(jìn)行早期診斷、早期治療，降低患者致殘率、致死率。了解皮質(zhì)脊髓束受損后華勒氏變性的過(guò)程，將有助于改善腦梗死患者的運(yùn)動(dòng)功能，提高日?；顒?dòng)和社會(huì)生活的能力［2］。雖然常規(guī)MRI和彌散加權(quán)成像對(duì)急性腦梗死可作出早期診斷，但對(duì)腦組織神經(jīng)纖維損傷的評(píng)估缺乏特異性。DTI是在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型磁共振成像技術(shù)，可在三維空間內(nèi)定量分析組織內(nèi)水分子的彌散運(yùn)動(dòng)，清晰勾畫腦內(nèi)主要白質(zhì)纖維束的走行及空間分布，顯示腦內(nèi)病變對(duì)白質(zhì)纖維束形態(tài)結(jié)構(gòu)的直接或間接影響，是目前唯一無(wú)創(chuàng)性活體研究腦白質(zhì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的方法［3］。腦梗死是一種常見(jiàn)的老年性疾病，具有較高的致殘率和致死率，而腦梗死后腦干華勒氏變性是一種最常見(jiàn)的原發(fā)性腦損傷后繼發(fā)遠(yuǎn)隔部位神經(jīng)元變性。對(duì)于腦梗死后在梗死灶遠(yuǎn)端白質(zhì)纖維是否發(fā)生繼發(fā)性變性研究，已在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和尸體解剖的病理檢查上得到證實(shí)［4］。本研究中利用彌散張量成像對(duì)腦干神經(jīng)纖維彌散程度及皮質(zhì)脊髓束的改變進(jìn)行研究，為腦梗死定量研究、判斷預(yù)后提供重要依據(jù)，以往文獻(xiàn)對(duì)梗死后腦干的華勒氏變性的報(bào)道較少;近年來(lái)許多學(xué)者通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究腦梗死后華勒氏變性的病理生理過(guò)程，但缺乏可視性。聯(lián)合運(yùn)用多種MR成像技術(shù)研究華勒氏變性，可使其病程變化變得可視化。本研究主要利用彌散張量成像進(jìn)一步了解非腦干梗死引起腦干FA值、ADC值變化情況及其規(guī)律，以期對(duì)華勒氏變性有更深入的了解。

1 材料和方法

1.1 臨床資料與分組

選擇2013-02-01～2013-11-24非腦干梗死患者54例，年齡33-89歲。入選標(biāo)準(zhǔn):①病灶在大腦半球及(或)小腦，腦干本身沒(méi)有明確病灶;②符合1995年第四屆全國(guó)腦血管病學(xué)術(shù)會(huì)議通過(guò)的《各類腦血管病診斷要點(diǎn)》中腦梗死的診斷標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)頭顱CT或MRI檢查證實(shí)，并且頭顱CT或MRI顯示的責(zé)任病灶與臨床癥狀相符。排除標(biāo)準(zhǔn):①腦干病變者;②中樞神經(jīng)系統(tǒng)其他病變，包括腫瘤、癲癇、神經(jīng)精神病變等;③有腦部手術(shù)史者等。非腦干梗死組包括急性期16例、亞急性期16例、慢性期16例、陳舊梗死再發(fā)急性期6例，而非腦干梗死組中初發(fā)腦梗死按照病程分為三期，即急性期(n=16)、亞急性期(n=16)、慢性期(n=16);腔隙性梗死組(病灶直徑＜1.5 cm，n=27)和梗死面積較大組(病灶直徑＞1.5 cm，n=27)。另選40例同時(shí)間段及年齡段的對(duì)照組(體檢者或健康志愿者)，入選標(biāo)準(zhǔn):①腦實(shí)質(zhì)未見(jiàn)病變;②沒(méi)有其他器質(zhì)性病變。

1.2 MRI檢查序列及參數(shù)

所有檢查均采用美國(guó)GE1.5T(Signa HDxt)磁共振對(duì)所選94例受試者進(jìn)行腦部常規(guī)MRI及DTI成像，DTI采用 EPI序列，TR=8 000.0 ms，TE=98.3 ms，層厚5 mm，層間距 0 mm，矩陣 128 ×128，F(xiàn)OV=240 mm，NEX=1，b=1 000 s/mm2，15 個(gè)擴(kuò)散敏感梯度方向，掃描范圍為全腦。

1.3 圖像分析

檢查完成后，將所有數(shù)據(jù)傳輸至AW 4.5工作站，將感興趣區(qū)分別置于3個(gè)平面，即延髓上端﹑腦橋腹側(cè)兩側(cè)及中腦兩側(cè)大腦腳，ROI大小約91-96 mm2，應(yīng)用 FUNCTOOL重建 ADC圖及 FA圖，獲得皮質(zhì)脊髓束形態(tài)圖，同時(shí)測(cè)量其ADC值和FA值，進(jìn)行定量分析。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS18.0軟件包對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。非腦干梗死組中初發(fā)腦梗死不同時(shí)期的FA值、ADC值比較，采用多個(gè)獨(dú)立樣本檢驗(yàn)，即單因素ANOVA檢驗(yàn)，先進(jìn)行總體檢驗(yàn)，有差異時(shí)，再進(jìn)行兩兩對(duì)比檢驗(yàn);對(duì)照組與非腦干梗死組以及腔隙性梗死組(梗死灶直徑＜1.5 cm)與梗死面積較大組(梗死灶直徑＞1.5 cm)的ADC值和FA值的比較，采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)量資料以±s表示，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，取95%可信區(qū)間。

2 結(jié)果

2.1 非腦干梗死組與對(duì)照組FA值、ADC值比較

非腦干梗死組腦干FA值、ADC值明顯降低，與對(duì)照組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.000 1，見(jiàn)表1)。

表1 非腦干梗死組與對(duì)照組FA值及ADC值對(duì)比Table 1 Comparison of FA and ADC values between control group and non-brainsteminfarction group

2.2 梗死面積不同的FA值及ADC值比較

腔隙性梗死灶與梗死面積較大患者的FA值及ADC值對(duì)比，均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，見(jiàn)表2)。

表2 梗死面積不同F(xiàn)A值及ADC值對(duì)比Table 2 Com parison of FA and ADC values among patients with different infarction area

2.3 非腦干梗死組中初發(fā)腦梗死不同期FA值、ADC值對(duì)比

非腦干梗死組不同病程ADC值和FA值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P＜0.05)。①急性期、亞急性期及慢性期腦干FA值組間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。②急性期、亞急性期及慢性期腦干ADC值組間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。③急性期、亞急性期、慢性期FA值呈逐步降低的趨勢(shì)，而急性期及亞急性期ADC值降低，慢性期ADC值有升高趨勢(shì)(見(jiàn)表3)。

表3 初發(fā)性非腦干梗死不同期FA值、ADC值對(duì)比Table 3 Comparison of FA value and ADC value among primary non-brainsteminfarction patients at different stages

2.4 影像學(xué)表現(xiàn)

急性期、亞急性期、慢性期非腦干梗死及腦干皮質(zhì)脊束來(lái)形態(tài)及信號(hào)變化在不同重建圖上的典型表現(xiàn)見(jiàn)圖 1-3(見(jiàn)第248，249，250 頁(yè))。

圖1 左側(cè)大腦半球(左側(cè)額顳葉)腦梗死急性期在不同重建圖的表現(xiàn)Figure 1 Different reconstruction performance of cerebral infarction of the left cerebral hemisphere(the left frontal temporal lobe)at acute phase

圖2 右側(cè)大腦半球(右側(cè)基底節(jié)區(qū)及右側(cè)枕葉)腦梗死亞急性期在不同重建圖表現(xiàn)Figure 2 Different reconstruction performance of cerebral infarction of the right cerebral hemisphere(the right side of basal ganglia and right occipital lobes)at subacute stage

圖3 左側(cè)大腦半球(左側(cè)顳葉)腦梗死慢性期在不同序列表現(xiàn)示意圖Figure 3 Different reconstruction performance of cerebral infarction of the left cerebral hemisphere(left temporal lobe)at chronic stage

3 討論

彌散張量成像提供有關(guān)水?dāng)U散的性能，擴(kuò)散各向異性的程度和方向，這使得它可以被用來(lái)重建三維圖像的白質(zhì)纖維束的信息。彌散張量成像可活體檢測(cè)組織內(nèi)水分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，提供關(guān)于細(xì)胞完整性和病理變化的信息［5］。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，走行方向高度一致的腦白質(zhì)纖維束的水分子擴(kuò)散具有各向異性，表現(xiàn)為沿神經(jīng)纖維走行方向的水分子擴(kuò)散速度明顯快于垂直方向，原因是軸突膜和髓鞘阻礙水分子在垂直于神經(jīng)纖維走向上的擴(kuò)散［6］。這兩個(gè)動(dòng)作之間的區(qū)別(平行和垂直于纖維，也稱為擴(kuò)散各向異性)是彌散張量成像的基礎(chǔ)［7］。各向異性分?jǐn)?shù)(FA)，主要是以沿著軸索途徑的水分子的擴(kuò)散特性作為指標(biāo)，可用于測(cè)量纖維束的完整性［8］。ADC值為各個(gè)方向彌散運(yùn)動(dòng)的平均值，反映了彌散運(yùn)動(dòng)的快慢，但未考慮彌散的各向異性［5］。

本研究結(jié)果顯示，非腦干部位腦梗死后會(huì)引起腦干本身的改變，也就是說(shuō)腦干形態(tài)和信號(hào)發(fā)生了一定程度的改變，不同腦梗死期腦干發(fā)生不同程度的華勒氏變性。一般所說(shuō)的華勒氏變性是指周圍神經(jīng)切斷后其遠(yuǎn)側(cè)段所發(fā)生的變性，即軸索和髓鞘完全解體，最后消失。彌散張量成像在彌散加權(quán)成像技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，不但可以顯示華勒變性的微小變化，還可以量化變性的程度。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的華勒氏變性指中樞神經(jīng)纖維被切斷后其遠(yuǎn)端也發(fā)生軸索和髓鞘的變性。腦梗死發(fā)生后，該部位的皮層或皮層下白質(zhì)因缺血而壞死，錐體細(xì)胞與其軸突的聯(lián)系被切斷，錐體束失去了營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，即發(fā)生華勒氏變性。錐體束包括皮質(zhì)脊髓束、皮質(zhì)延髓束、皮質(zhì)腦橋束等神經(jīng)纖維，分別下行止于腦干腦神經(jīng)運(yùn)動(dòng)核和脊髓前角運(yùn)動(dòng)細(xì)胞，途經(jīng)內(nèi)囊膝部或內(nèi)囊后肢的前半部、大腦腳和橋腦基底部、延髓錐體、脊髓側(cè)索、前索。錐體束華勒氏變性在不同階段有不同的組織、化學(xué)和新陳代謝特征，各階段MR信號(hào)不同［9］。腦梗死后，遠(yuǎn)離梗死灶的錐體束遠(yuǎn)端神經(jīng)纖維發(fā)生華勒氏變性，已被動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及尸體解剖的病理檢查所證實(shí)［10］。本研究中發(fā)現(xiàn)，非腦干梗死引起腦干FA值、ADC值的變化，并且其與梗死灶內(nèi)的FA值、ADC值變化規(guī)律相似;而且不同梗死時(shí)期FA值、ADC值變化規(guī)律與梗死原位變化規(guī)律相仿，這就給臨床醫(yī)生提供了重要的影像學(xué)信息，有利于指導(dǎo)臨床治療，并判斷預(yù)后。

FA值、ADC值是DTI最常用的參數(shù)，是反映腦梗死后華勒氏變性病理生理變化的兩個(gè)重要指標(biāo)。①FA值即彌散各向異性與整個(gè)彌散的比值，其數(shù)值在0-1，1表示整個(gè)彌散運(yùn)動(dòng)的最大各向異性，0表示最小各向異性即最大各向同性［11，12］。從病理生理學(xué)角度看，腦梗死早期，細(xì)胞水腫導(dǎo)致纖維束腫脹、纖維束之間空間縮小以及纖維束扭曲，致水分子沿著纖維束方向的彌散紊亂，表現(xiàn)為彌散的各向異性程度降低，所以FA值降低。腦梗死晚期，髓鞘逐漸脫失，軸突崩解，壞死組織液化以及膠質(zhì)增生，導(dǎo)致纖維束的完整性破壞，所以 FA值進(jìn)行性下降［12］。與本研究結(jié)果較為一致，表現(xiàn)為初發(fā)性非腦干梗死的急性期、亞急性期、慢性期FA值進(jìn)行性降低。②ADC值:活體腦組織內(nèi)的水分子運(yùn)動(dòng)受各種生物膜的影響，其自由度用ADC(一個(gè)水分子在單位時(shí)間內(nèi)的彌散運(yùn)動(dòng)的平均范圍)表示，其值能反映水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)能力(值越大，水分子擴(kuò)散能力越強(qiáng)，信號(hào)越高;反之，值越小，水分子擴(kuò)散能力越弱，信號(hào)越低)。從病理生理學(xué)角度看，腦梗死后缺血缺氧使腦內(nèi)ATP耗盡，細(xì)胞膜鈉泵功能障礙致細(xì)胞毒性水腫。由于細(xì)胞外大量水分子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，造成細(xì)胞外間隙減少，曲度增大，加之細(xì)胞腫脹，導(dǎo)致水分子的受限加重，ADC值降低。隨后，細(xì)胞內(nèi)鈣超載、氧自由基及興奮性氨基酸釋放，加重腦細(xì)胞和腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，引起血管源性腦水腫，細(xì)胞外間隙水分增加，細(xì)胞受損程度進(jìn)一步加重，膜性結(jié)構(gòu)崩解，導(dǎo)致水分子彌散的受限因素減少而自由彌散增加，ADC值增大甚至超過(guò)正常范圍［12］。與我們所得數(shù)據(jù)較為一致，表現(xiàn)為初發(fā)性非腦干梗死的急性期和亞急性期ADC值降低，慢性期ADC值有升高的趨勢(shì)?？傊?，不同時(shí)期的非腦干梗死灶引起腦干的FA、ADC值有一定的規(guī)律變化，由此可為臨床分期、制定治療方案及判斷預(yù)后提供了重要的影像學(xué)信息。

研究發(fā)現(xiàn)，非腦干梗死時(shí)，腦干皮質(zhì)脊髓束華勒氏變性程度與梗死面積的大小有關(guān)，腔隙性腦梗死時(shí)，皮質(zhì)脊髓束受損程度較輕或只有推壓、移位改變，華勒氏變性較輕，治療效果較好，預(yù)后較好;梗死面積越大，皮質(zhì)脊髓束受損越嚴(yán)重，華勒氏變性越嚴(yán)重，治療效果較差，預(yù)后越差。所以臨床醫(yī)生對(duì)大面積腦梗死病人的及時(shí)治療是關(guān)鍵。正常人腦干皮質(zhì)脊髓束走行規(guī)律，形態(tài)正常，而腦梗死后就會(huì)引起腦干皮質(zhì)脊髓束發(fā)生不同程度的變化，如缺失、受壓推移、信號(hào)異常等，所以只要腦干神經(jīng)纖維束形態(tài)或/和信號(hào)發(fā)生改變，一定程度上說(shuō)明腦干發(fā)生了華勒氏變性。

彌散張量成像可以定量測(cè)出腦梗死后引起梗死灶內(nèi)的神經(jīng)纖維束發(fā)生了華勒氏變性，已被許多學(xué)者證實(shí);本研究發(fā)現(xiàn)非腦干梗死引起了腦干皮質(zhì)脊髓束發(fā)生華勒氏變性。本研究例數(shù)相對(duì)不多，還需今后增加例數(shù)，努力找出更多切入點(diǎn)作更深入的研究，以期對(duì)華勒氏變性的了解更深，爭(zhēng)取給臨床提供更重要的影像學(xué)信息。隨著DTI技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，將對(duì)華勒氏變性的研究得更加深入，進(jìn)而為臨床判斷患者預(yù)后、評(píng)價(jià)療效等方面發(fā)揮更大作用。

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