基于DTI分析小腦上腳及其交叉各向異性分數(shù)和ADC值的差異性

付民峰，許宏霞

（山東省鄒城市人民醫(yī)院①放射科，②中醫(yī)科，山東 鄒城 273500）

基于DTI分析小腦上腳及其交叉各向異性分數(shù)和ADC值的差異性

付民峰1，許宏霞2

（山東省鄒城市人民醫(yī)院①放射科，②中醫(yī)科，山東 鄒城 273500）

目的：應(yīng)用DTI定量評估小腦上腳和小腦上腳交叉的各向異性分數(shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）與ADC值，并比較小腦上腳與小腦上腳交叉數(shù)值之間的差異性。方法：回顧性分析100例在我院行顱腦MRI檢查患者的DTI圖像數(shù)據(jù)，由2名專家運用ROI功能在FA圖和ADC圖上分別測量小腦上腳交叉和兩側(cè)小腦上腳的FA值和ADC值。計量資料比較采用配對樣本t檢驗。結(jié)果：100例中，平均FA值兩側(cè)小腦上腳為0.710±0.049，明顯高于小腦上腳交叉0.514±0.042，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t= 37.165，P=0.000）。小腦上腳和小腦上腳交叉的平均ADC值分別為（759.59±30.87）×10-6mm2/s和（723.86±36.33）×10-6mm2/s，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=8.128，P=0.000）。結(jié)論：小腦上腳交叉的FA值和ADC值均低于小腦上腳，說明兩者的微細結(jié)構(gòu)存在差異性。FA圖可以區(qū)分小腦上腳和小腦上腳交叉。

彌散張量成像；磁共振成像；各向異性分數(shù)；表現(xiàn)彌散系數(shù)；小腦上腳

DTI是一種MRI功能成像技術(shù)，可定量評價腦白質(zhì)的各向異性［1］，其中各向異性分數(shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）和ADC是DTI中主要參數(shù)指標。FA值可反映神經(jīng)纖維解剖結(jié)構(gòu)的完整性，ADC值主要反映細胞外間隙的大小［2-3］。小腦上腳是連接小腦和中腦的最大傳出纖維，兩側(cè)小腦上腳在中腦下部水平的交匯處即為小腦上腳交叉，小腦上腳和小腦上腳交叉都是腦干結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是許多疾病研究的對象，如腦梗死、多發(fā)性硬化、進行性核上性麻痹、Wernekink綜合征、Joubert綜合征、多系統(tǒng)萎縮和帕金森病［4-9］等。因此準確認識小腦上腳及其交叉在臨床工作中具有重要意義。本文應(yīng)用DTI定量評估小腦上腳和小腦上腳交叉的FA值和ADC值，并比較數(shù)值之間的差異性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2014年7—12月在我院行顱腦MRI患者100例，其中男47例，女53例；年齡22～78歲，平均52.4歲。入選標準：①圖像無嚴重的運動偽影或幾何變形、失真；②無固定的假牙或其他金屬牙齒填充物；③神經(jīng)科體格檢查正常，無神經(jīng)及精神疾病史；④頭顱常規(guī)橫斷面T1WI、T2WI、FLAIR和矢狀面T2WI無異常。100例按年齡分為3組，即20～39歲25例、40～59歲 38例和 60～78歲 37例，各組男女比例為12∶13，18∶20和17∶20。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準，資料均為回顧性分析。

1.2 儀器與方法 應(yīng)用Siemens Avanto 1.5 T超導(dǎo)MRI成像儀，頭部線圈，行全腦掃描。常規(guī)掃描序列：橫軸位T1FLAIR（TR/TE 2 000 ms/55 ms），橫軸位 FSE T2WI（TR/TE 4 000 ms/99 ms），橫軸位 T2FLAIR（TR/TE 9 000 ms/99 ms），矢狀位FSE T2WI（TR/TE 4 500 ms/88 ms）。矩陣512×512，層厚5 mm，層距1.5 mm，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm。DTI參數(shù)：單次激發(fā)自旋回波-回波平面成像（SE-EPI）序列，TR/TE 2 700 ms/88 ms，2次信號平均，b值取0、1 000 s/mm2，層厚3 mm，無間距，矩陣128×128，F(xiàn)OV 230 mm× 230 mm。擴散敏感梯度方向20個，掃描時間3 min 56 s。

1.3 圖像測量及評價 DTI掃描結(jié)束后設(shè)備自動獲得顱腦橫軸位FA圖和ADC圖。小腦上腳交叉和兩側(cè)小腦上腳的FA值和ADC值測量采用圓形ROI功能在相應(yīng)橫軸位FA圖和ADC圖上進行（圖1）。ROI的測量面積小于小腦上腳或小腦上腳交叉的解剖面積，以避免周圍組織的影響。采用雙盲法，由2名高年資主治醫(yī)師（從事MRI診斷10年以上）分別測量3次求其平均值作為測量結(jié)果，以2名醫(yī)師測量值的平均值作為最終測量值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 16.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，F(xiàn)A值和ADC值均以±s表示。數(shù)值比較采用配對樣本t檢驗和單因素方差分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

100例的圖像質(zhì)量均符合研究要求。

經(jīng)配對樣本t檢驗，2名醫(yī)師對雙側(cè)小腦上腳和小腦上腳交叉FA值與ADC值的測量數(shù)據(jù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）。因此2名醫(yī)師測量值的平均值作為最終測量值。

右側(cè)小腦上腳和左側(cè)小腦上腳的平均FA值分別為0.708±0.050和0.713±0.051，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=-1.753，P=0.083）。雙側(cè)小腦上腳的平均FA值0.710±0.049明顯高于小腦上腳交叉的 FA值0.514±0.042（t=37.165，P=0.000）（圖2）。3個年齡組中，小腦上腳FA值均高于小腦上腳交叉，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（表1）。隨著年齡增長，小腦上腳FA值逐漸升高，小腦上腳交叉FA值也隨之增高，其中20～39歲與40～59歲組FA值比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.301），而FA值在20～39歲與60～78歲組、40～59歲與60～78歲組間比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.004，0.031）。

右側(cè)小腦上腳和左側(cè)小腦上腳的平均ADC值分別為759.68±36.83和759.49±29.36，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=0.076，P=0.940）。雙側(cè)小腦上腳的平均ADC值759.59±30.87明顯高于小腦上腳交叉的ADC值723.86±36.33（t=8.128，P=0.000）（圖2）。3組ADC值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（表2）。隨著年齡增長，小腦上腳交叉和小腦上腳ADC值未見明顯變化，ADC值在各年齡組之間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）。

表1 各年齡組小腦上腳和小腦上腳交叉FA值比較（±s）

表1 各年齡組小腦上腳和小腦上腳交叉FA值比較（±s）

組別 例數(shù) 小腦上腳 小腦上腳交叉 t值 P值20～39歲 25 0.679±0.045 0.498±0.043 14.111 0.000 40～59歲 38 0.710±0.046 0.509±0.046 22.945 0.000 60～78歲 37 0.732±0.043 0.530±0.032 29.666 0.000

表2 3組小腦上腳和小腦上腳交叉ADC值比較（×10-6mm2/s，±s）

表2 3組小腦上腳和小腦上腳交叉ADC值比較（×10-6mm2/s，±s）

組別 例數(shù) 小腦上腳 小腦上腳交叉 t值 P值20～39歲 25 758.10±22.69 728.04±33.10 4.377 0.000 40～59歲 38 761.67±40.33 722.00±36.60 4.754 0.000 60～78歲 37 758.45±24.47 722.95±38.81 5.136 0.000

FA圖均能識別小腦上腳交叉和雙側(cè)小腦上腳（圖2），而在常規(guī)T2WI圖像中，小腦上腳交叉和雙側(cè)小腦上腳均呈等信號，無法區(qū)分（圖3）。

3 討論

DTI是目前唯一可在活體上無創(chuàng)顯示腦白質(zhì)纖維束的成像方法，可測量活體組織微結(jié)構(gòu)，可較常規(guī)MRI更清晰地顯示神經(jīng)纖維束的走行［10］。ADC、FA值是DTI反映水分子擴散及各向異性的重要參數(shù)。

FA值可提供腦白質(zhì)擴散各向異性的信息，反映活體組織間水分子交換狀況和腦白質(zhì)的精細結(jié)構(gòu)。Shimony等［11］認為不同部位白質(zhì)纖維的各向異性程度不同，F(xiàn)A值的高低主要與神經(jīng)纖維的排列方向有關(guān)，可反映白質(zhì)纖維束的方向性，平行纖維越多，說明纖維束的方向一致性越高，F(xiàn)A值越高；而纖維的交叉走行使聯(lián)絡(luò)纖維的FA值減低。本研究顯示：FA圖可直觀顯示雙側(cè)小腦上腳纖維的分布和走行，雙側(cè)小腦上腳的平均FA值明顯高于小腦上腳交叉的平均FA值，說明小腦上腳較小腦上腳交叉內(nèi)含有較多的平行纖維，而斜行纖維相對較少。

隨著年齡的增長，小腦上腳和小腦上腳交叉的FA值均隨之增高。另外，腦白質(zhì)的各向異性還與腦白質(zhì)內(nèi)神經(jīng)纖維的直徑和密度、神經(jīng)膠質(zhì)細胞密度、腦白質(zhì)的磷脂化程度，以及組織的水合化程度、髓鞘結(jié)構(gòu)的完整性等相關(guān)［12-13］。本研究顯示：小腦上腳交叉的FA值明顯低于小腦上腳，并見于各年齡組，證明小腦上腳和小腦上腳交叉的各向異性程度不同，反映了其神經(jīng)纖維中水分子擴散空間的表現(xiàn)特征不同［14］，小腦上腳交叉纖維由小腦上腳纖維的橢圓球體擴散空間逐漸改變?yōu)轭悎A球形，使交叉纖維內(nèi)水分子擴散阻力相對減小，各向異性降低。小腦上腳交叉FA值或各向異性的降低與軸突和髓鞘的病理過程引起白質(zhì)纖維破壞而導(dǎo)致FA值降低明顯不同［15］。

ADC值可量化分析腦內(nèi)微觀病變，絕對ADC值可用來準確識別缺血組織。ADC值的大小取決于擴散介質(zhì)的黏滯度、擴散屏障的通透性和空間大小，同時還受細胞器數(shù)目和大小、細胞間隙、毛細血管血流，以及組織細胞對水的主動轉(zhuǎn)運過程等因素的影響［16］。腦白質(zhì)內(nèi)的髓鞘形成阻礙了水分子擴散屏障的通透性，因此小腦上腳交叉和小腦上腳纖維呈現(xiàn)出不同的擴散狀態(tài)。本組資料顯示，ADC值小腦上腳交叉的（723.86±36.33）×10-6mm2/s，明顯低于小腦上腳的（759.59±30.87）×10-6mm2/s，且3組小腦上腳交叉的ADC值均低于小腦上腳。目前臨床上急性期腦梗死擴散受限的ADC閾值為600×10-6mm2/s［17］，正常小腦上腳及其交叉的ADC值明顯高于閾值。然而不同部位急性期腦梗死的ADC閾值也不同。有研究［18］報道，腦干急性期、亞急性期梗死灶的ADC值分別為（344.72±73.96）×10-6mm2/s、（425.62±92.86）× 10-6mm2/s，明顯低于正常小腦上腳交叉區(qū)ADC值（682.02±36.83）×10-6mm2/s。

本研究中，小腦上腳交叉的FA值和ADC值均較小腦上腳的低，而腦梗死的FA值和ADC值也較周圍組織低，因此小腦上腳交叉的FA值和ADC值的降低需與腦干梗死相鑒別。有學(xué)者對腦梗死后不同時期患者進行研究［19］，發(fā)現(xiàn)超急性期 ADC值降低，F(xiàn)A值變化不定；急性期ADC值和FA值均降低；亞急性期ADC值逐漸升高，可呈假陰性，而FA值降低；慢性期ADC值增高，F(xiàn)A值降低。倪建明等［20］回顧性分析了98例不同發(fā)病時間的149次腦梗死的DTI資料，發(fā)現(xiàn)梗死灶的FA值在發(fā)病24 h內(nèi)無顯著變化，而24 h后迅速下降并持續(xù)到慢性晚期。上述研究結(jié)果均表明，在腦梗死的不同時期，梗死灶的FA值和ADC值隨時間均呈現(xiàn)一定的變化趨勢。而在本研究中小腦上腳交叉和雙側(cè)小腦上腳的FA值和ADC值不隨時間發(fā)生明顯變化。

總之，相對于小腦上腳，小腦上腳交叉FA值和ADC值的降低與腦（干）梗死的FA值和ADC值降低具有明顯的不同，因此FA值和ADC值有助于兩者的鑒別。本研究尚存在不足，首先，由于小腦上腳交叉和兩側(cè)小腦上腳的解剖結(jié)構(gòu)較小，ROI的放置可能存在主觀因素導(dǎo)致的偏差。其次，小腦上腳交叉存在變異，竇郁等［12］利用MRI擴散張量纖維束成像（DTT）三維重建技術(shù)顯示腦干小腦上腳交叉纖維束表現(xiàn)為交叉、對吻和分叉三種解剖類型。因此小腦上腳交叉形態(tài)的多樣性可能對測量獲得的數(shù)值產(chǎn)生一定的影響。

圖1 a，1b 小腦上腳和小腦上腳交叉在橫軸位FA圖和ADC圖上的ROI放置示意圖。圖中上方○（長箭）表示小腦上腳交叉的ROI位置，下方○表示左右小腦上腳的ROI位置 圖2a，2b 小腦上腳和小腦上腳交叉在橫軸位FA圖和ADC圖上的表現(xiàn)，小腦上腳交叉（箭頭）的FA值和ADC值均低于小腦上腳（長箭）的FA值和ADC值。FA圖可以區(qū)分小腦上腳和雙側(cè)小腦上腳交叉 圖3 小腦上腳和小腦上腳交叉在橫軸位T2WI上呈等信號，無法識別

［1］郭睿，鄧奎品，劉鐵軍．磁共振彌散張量成像在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用研究進展［J］.醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2009，19（6）：762-765.

［2］韓鴻賓，王儉，閻軍浩，等．層面選擇方向擴散加權(quán)成像在中腦大腦腳間產(chǎn)生高信號的機制［J］．中華放射學(xué)雜志，2008，42（9）：936-940．

［3］王紅，馬景旭，賈文霄，等．彌散張量成像FA值和ADC值在顱內(nèi)腫瘤病變中的應(yīng)用［J］．磁共振成像，2012，3（2）：136-140.

［4］Hara K，Watanabe H，Ito M，et al.Potential of a new MRI for visualizing cerebellar involvement in progressive supranuclear palsy［J］.Parkinsonism Relat Disord，2013，20：157-161.

［5］Liu H，Qiao L，He Z.Wernekink commissure syndrome：a rare midbrain syndrome［J］.Neurol Sci，2012，33：1419-1421.

［6］Dai AI，Wasay M.Wernekink comissure syndrome：a rare midbrain syndrome secondary to stroke［J］.J Pak Med Assoc，2006，56：289-290.

［7］Spampinato MV，Kraas J，Maria BL，et al.Absence of decussation of the superior cerebellar peduncles in patients with Joubert syndrome［J］.Am J Med Genet A，2008，146：1389-1394.

［8］Poretti A，Boltshauser E，Loenneker T，et al.Diffusion tensor imaging in Joubert syndrome［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2007，28：1929-1933.

［9］傅方望，賀丹，郝烘玉，等.磁共振形態(tài)學(xué)測量帕金森疊加綜合征［J］.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2013，29（10）：1602-1606.

［10］Okada T，Miki Y，F(xiàn)ushimi Y，et al.Diffusion-tensor fiber tractography：Intra-individual comparison of 3.0T and 1.5 T MR Imaging［J］.Radiology，2006，238：668-678.

［11］Shimony JS，McKinstry RC，Akbudak E，et al.Quantitative diffusion-tensor anisotropy brain MR imaging：normative human data and anatomic analysis［J］.Radiology，1999，212：770-784.

［12］竇郁，雷軍強，郭順林，等．3.0 T MR三維重建腦干小腦上腳纖維交叉的研究［J］.中國臨床解剖學(xué)雜志，2013，31（1）：56-59.

［13］Schaechter JD.Motor rehabilitation and brain plasticity after hemiparetic stroke［J］.Prog Neurobiol，2004，73：61-72.

［14］Hageman NS，Toga AW，Narr KL，et al.A diffusion tensor imaging tractography algorithm based on Navier-Stokes fluid mechanics［J］.IEEE Trans Med Imaging，2009，28：348-360.

［15］竇郁，郭順林，韓鴻賓，等．小腦上腳纖維交叉MR擴散加權(quán)成像研究［J］．臨床放射學(xué)雜志，2010，29（11）：1445-1448．

［16］覃媛媛，張順，張妍，等．缺血性腦梗死雙指數(shù)ADC值的參數(shù)化研究［J］.放射學(xué)實踐，2013，28（3）：264-267.

［17］馬得廷，王君霞，孔慶奎，等．中腦腳間區(qū)彌散加權(quán)成像信號與表觀彌散系數(shù)的分析研究［J/CD］．中華臨床醫(yī)師雜志（電子版），2014，8（2）：199-204．

［18］馬得廷，王君霞，張有軍，等．腦干急性梗死與小腦上腳交叉彌散高信號的表觀彌散系數(shù)的對比研究［J/CD］．中華臨床醫(yī)師雜志（電子版），2015，9（4）：598-601．

［19］Bhagat YA，Hussain MS，Stobbe RW，et al.Elevations of diffusion anisotropy are associated with hyper-acute stroke：a serial imaging study［J］.Magn Reson Imaging，2008，26：683-693.

［20］倪建明，黃鋼，沈天真，等．缺血性腦梗死擴散各向異性的時間演變規(guī)律［J］．臨床放射學(xué)雜志，2009，28（7）：899-903．

Comparative study of fractional anisotropy and apparent diffusion coefficient values between superior cerebellar pedun-cle (SCP）and decussation of SCP on diffusion tensor imaging

FU Minfeng，XU Hongxia.Department of Radiology，the People’s Hospital of Zoucheng City，Zoucheng，273500，China.

Objective：This study is to compare the fractional anisotropy（FA）and apparent diffusion coefficient（ADC）values between superior cerebellar peduncle（SCP）and decussation of SCP（DSCP）.Methods：Axial FA maps and ADC maps of 100 neurologically normal subjects（47 men，53 women;age range：22-78 years，mean age：52.4 years）using diffusion tensor imaging（DTI）were evaluated retrospectively.Measurement of the FAs and ADC values was done by two radiologists and by placing circular ROIs in the SCP and DSCPs.Paried-Sample t-test was used to evaluate the difference of FA and ADC values of SCP and DSCP.Results：In 100 healthy patients，the mean FA value was significantly higher in the SCP（0.710±0.049）than in the DSCP（0.514±0.042），the difference was significant（t=37.165，P=0.000）.The mean ADC value was significantly higher in the SCP （759.59±30.87×10-6mm2/s）than in the DSCP （723.86±36.33×10-6mm2/s），the difference was significant（t=8.128，P= 0.000）.Conclusion：Both FA and ADC values of the DSCP are lower than those of the SCP，which show structural difference between SCP and DSCP.

Diffusion tensor imaging；Magnetic resonance imaging；Anisotropy anisotropy；Apparent diffusion coefficient；Superior cerebellar peduncle

10.3969/j.issn.1672-0512.2015.05.006

付民峰，E-mail：670073520@qq.com。

2015-04-17）