肌萎縮側(cè)索硬化癥的磁共振彌散張量成像研究

侯曉妹 楊碧瑩 張旭祥 杜寶新 王家偉 唐梅麗 鄭瑜

肌萎縮側(cè)索硬化癥的磁共振彌散張量成像研究

侯曉妹 楊碧瑩 張旭祥 杜寶新 王家偉 唐梅麗 鄭瑜

目的 初步探討磁共振彌散張量成像(DTI)在肌萎縮側(cè)索硬化(ALS)診斷中的應(yīng)用價(jià)值。方法 選取54例具有不同診斷級別的ALS患者，包括確診(21例)、很可能(22例)、可能(11例)的患者，同時(shí)選取23名健康體檢的志愿者作為健康對照。分別行DTI掃描，測量各感興趣區(qū)(ROI)的平均擴(kuò)散系數(shù)(ADC)和各向異性系數(shù)(FA)，分析兩組間ADC和FA的差異，并對ALS組患者ADC值及FA值與臨床資料的相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果 與健康對照組比較，ALS患者大腦腳、內(nèi)囊后肢區(qū)的ADC值升高(P<0.01)，大腦腳、內(nèi)囊后肢及中央前回區(qū)的FA值降低(P<0.01)；相關(guān)分析顯示ALS患者內(nèi)囊后肢的ADC值與診斷級別呈負(fù)相關(guān)(r=-0.289，P<0.05)，與上運(yùn)動神經(jīng)元損傷評分呈正相關(guān)(r=0.304，P<0.05)；大腦腳及內(nèi)囊后肢的FA值與診斷級別呈正相關(guān)(r=0.394，P<0.01；r=0.547,P<0.01)，與上運(yùn)動神經(jīng)元損傷評分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.301,P<0.05；r=-0.653,P<0.01). 結(jié)論 DTI可客觀定量評估ALS患者錐體束的損傷情況，在ALS的診斷中具有重要的輔助價(jià)值。

肌萎縮側(cè)索硬化；彌散張量成像；錐體束

肌萎縮側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)是一種同時(shí)存在上、下運(yùn)動神經(jīng)元退行性變的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病。當(dāng)患者同時(shí)具有肌無力、肌萎縮、腱反射活躍、病理征陽性等上、下運(yùn)動神經(jīng)元損傷的表現(xiàn)時(shí)，其診斷并不困難。然而大多數(shù)患者在出現(xiàn)可識別的臨床癥狀之前，已經(jīng)存在不同程度的上或下運(yùn)動神經(jīng)元損傷的病理改變[1]。因此借助實(shí)驗(yàn)室檢查獲得上、下運(yùn)動神經(jīng)元損傷的證據(jù)，對于ALS患者的診斷具有重要意義。肌電圖等檢查能夠敏感地發(fā)現(xiàn)ALS患者下運(yùn)動神經(jīng)元的損傷。然而，到目前為止尚無公認(rèn)的客觀指標(biāo)來評估ALS上運(yùn)動神經(jīng)元即錐體束的損傷情況[2]。隨著神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)在評價(jià)ALS患者的錐體束損傷方面的作用越來越受到重視。本研究旨在探討DTI在ALS診斷中應(yīng)用價(jià)值。

1 對象和方法

1.1 研究對象 收集2011-09-2014-05作者醫(yī)院治療的存在上運(yùn)動神經(jīng)元損傷體征的患者54例，其中男26例，女28例，年齡27～74歲，平均(51.7±11.2)歲，依據(jù)世界神經(jīng)病學(xué)聯(lián)盟提出并修訂的EI Escorial診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]分為臨床確診ALS患者(21例)，臨床擬診ALS患者(22例)，臨床可能ALS患者(11例)。其中以肢體無力起病者46例，以構(gòu)音障礙、吞咽困難起病者8例。該54例患者均經(jīng)嚴(yán)格的臨床、電生理和影像學(xué)檢查排除頸椎病、腰椎病、多灶性運(yùn)動神經(jīng)病、平山病等。選擇與病例組年齡和性別相匹配的健康志愿者23名(對照組)，男12名，女11名，年齡25～75歲，平均(48.2±8.3)歲。所有受試者均簽署了知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 影像學(xué)檢查：采用GE 3.0T Propeller HDMR掃描儀，ADW 4.5 Workstation-Functool MT軟件。頭顱標(biāo)準(zhǔn)正交線圈。參數(shù)：層厚5 mm，層距0 mm，患者取仰臥位，頭先進(jìn)；橫軸位包括常規(guī)MRI(T1-FLAIR軸位，T2-FRFSE及FLAIR軸位)、DTI。 DTI采用橫軸位掃描，使用單次激發(fā)自旋回波平面成像(SE-EPI)TR 6000 ms，TE 69.9 ms，b值1000 s/mm2，擴(kuò)散敏感梯度方向23，矩陣128×128，視野24 cm×24 cm，激勵(lì)次數(shù)1。將采集到的原始數(shù)據(jù)運(yùn)用Functool 軟件在皮質(zhì)脊髓束走行區(qū)選取3個(gè)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)(大腦腳中、內(nèi)囊后肢、央前回皮層下白質(zhì))，構(gòu)建各向異性系數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)和平均擴(kuò)散系數(shù)(average diffusion coefficient，ADC)：面積20～30 mm2，測量雙側(cè)ROI的FA和ADC值，重復(fù)3次取均值。

1.2.2 臨床評估：(1)ALS功能評分：包括言語、流涎、吞咽、書寫、使用餐具、穿衣和洗漱、床上翻身和整理被服、行走、爬樓梯、呼吸困難、端坐呼吸、呼吸功能不全等共l2個(gè)項(xiàng)目，總分0～48分，分值越低，表明神經(jīng)功能損害越嚴(yán)重；(2)病情進(jìn)展速度評分：由以下公式計(jì)算：病情進(jìn)展速度評分=(48-ALS功能評分)÷病程；(3)上運(yùn)動神經(jīng)元損傷評分：分別以四肢及咽等5個(gè)部位為單位，計(jì)算上述5個(gè)部位的上運(yùn)動神經(jīng)元損傷情況，一個(gè)部位出現(xiàn)反射活躍或亢進(jìn)則記為1分，總分0～5分；(4)臨床診斷級別評分：臨床確診、臨床擬診、臨床可能分別記為1、2、3分。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用SPSS18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，兩組間比較采用t檢驗(yàn)。ALS患者大腦不同部位ROI的ADC值和FA值與年齡、性別、診斷級別、病程、上運(yùn)動神經(jīng)元損傷評分、ALS功能評分和病情進(jìn)展速度進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析。檢驗(yàn)水準(zhǔn)P<0.05。

2 結(jié)果

2.1 各組大腦不同部位ROI ADC值和FA值比較 與健康對照組相比，ALS患者大腦腳、內(nèi)囊后肢區(qū)的ADC值升高(P<0.01)，ALS患者中央前回的ADC值與健康對照相比雖存在降低的趨勢，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。ALS患者大腦腳、內(nèi)囊后肢及中央前回區(qū)的FA值均較健康對照組降低(P<0.01)(表2)。

表 1 兩組大腦不同部位ROI的ADC值比較

注：ROI：感興趣區(qū)，ALS：肌萎縮側(cè)索硬化，ADC：平均擴(kuò)散系數(shù)，表2～4同

表 2 兩組大腦不同部位ROI的FA值比較

注：FA：各向異性系數(shù)，表4同

2.2 ALS患者ADC值和FA值與臨床資料的相關(guān)性分析 ALS患者內(nèi)囊后肢的ADC值與診斷級別呈負(fù)相關(guān)，與上運(yùn)動神經(jīng)元損傷評分成正相關(guān)；大腦腳及內(nèi)囊后肢的FA值與診斷級別呈正相關(guān)，與上運(yùn)動神經(jīng)元損傷評分呈負(fù)相關(guān)，而余臨床指標(biāo)與FA、ADC值間均無相關(guān)性(P>0.05。結(jié)果見表3、4。

表 3 ALS患者大腦各區(qū)ADC值與

表4 各區(qū)FA值與各臨床因素的相關(guān)性分析

3 討論

ALS通常隱襲起病，診斷相對困難。由于查體結(jié)果易受檢查者主觀因素的影響，因而如何客觀評價(jià)患者的上、下運(yùn)動神經(jīng)元損傷的情況，對于ALS的診斷及鑒別診斷尤為重要，其中對ALS患者的上運(yùn)動神經(jīng)元損傷的評估尤其困難。近年來隨著DTI的應(yīng)用，為評估上運(yùn)動神經(jīng)元損傷情況提供了幫助。

DTI較常規(guī)MRI方法能夠更敏感地檢測腦組織的病理改變，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中可用于追蹤觀察白質(zhì)纖維束的走行及完整性，其常用參數(shù)包括ADC和FA。ADC是指由于生物大分子及細(xì)胞膜等擴(kuò)散屏障的存在，使水分子的擴(kuò)散在生物組織中受到不同程度的限制，在組織中所能測量到的擴(kuò)散系數(shù)，F(xiàn)A則反映的是與軸突垂直的白質(zhì)纖維中水分子的擴(kuò)散異向性[4]。當(dāng)腦部發(fā)生病變時(shí)，腦組織的完整性遭到破壞，對水分子擴(kuò)散活動的限制性減弱，將導(dǎo)致ADC值增高和FA值降低[5]。目前對于錐體束的研究，多選取其走行區(qū)的ROI，如對放射冠、內(nèi)囊后肢、大腦腳、腦橋等部位檢測其ADC值和FA值。文獻(xiàn)報(bào)道內(nèi)囊后肢、大腦腳為ALS患者與健康對照者之間變異較小、差異較大的區(qū)域[6]。本研究選取大腦腳、內(nèi)囊后肢、中央前回為ROI進(jìn)行研究，結(jié)果顯示ALS患者大腦腳及內(nèi)囊后肢ADC較健康對照組增高，而FA值降低。這與既往研究結(jié)果一致[7]。其原因是由于大量的錐體束投射纖維經(jīng)過此區(qū)，在正常的腦組織中該區(qū)的水分子擴(kuò)散具有高度的各向異性[8]，當(dāng)錐體束受損，限制水分子自由運(yùn)動的屏障遭到破壞，可以導(dǎo)致FA值降低。微觀方面的研究證實(shí)軸膜在神經(jīng)組織的異向擴(kuò)散中起主要作用，其次為軸突外髓鞘的作用[9]。ALS患者大腦腳、內(nèi)囊后肢及中央前回的FA值降低表明這些部位的組織均存在軸突纖維的變性及髓鞘的脫失[10-11]。因此，ADC、FA值能提供重要的ALS早期診斷信息。

目前臨床尚無公認(rèn)的對于上運(yùn)動神經(jīng)元損傷程度的客觀評定量表。由于早期ALS患者的上運(yùn)動神經(jīng)元損傷的體征一般局限在某一范圍，所以上運(yùn)動神經(jīng)元的損傷范圍可能較損傷程度能更好地評估ALS患者上運(yùn)動神經(jīng)元損傷的輕重[12]。Wang等曾選用亞希瓦斯痙攣評分評估上運(yùn)動神經(jīng)元損傷程度，并發(fā)現(xiàn)評分與大腦腳的ADC值呈正相關(guān)[13]。這與本研究結(jié)果相一致。該研究結(jié)果表明上運(yùn)動神經(jīng)元損傷評分與大腦腳及內(nèi)囊后肢的ADC存在正相關(guān)，與FA值存在負(fù)相關(guān)，提示ADC、FA值可以定量反映ALS患者上運(yùn)動神經(jīng)元損傷的程度。

既往研究已證明ADC值是疾病持續(xù)狀態(tài)的一個(gè)獨(dú)立指標(biāo)，F(xiàn)A值的變化提示疾病的進(jìn)展[14]。本研究發(fā)現(xiàn)ALS患者的診斷級別與內(nèi)囊后肢的ADC值呈負(fù)相關(guān)，與大腦腳及內(nèi)囊后肢的FA值呈正相關(guān)，表明臨床確診的ALS患者其ADC值及FA值的變化更明顯，而臨床診斷可能的患者則相應(yīng)的變化較小。提示隨著疾病進(jìn)展，當(dāng)ALS患者的運(yùn)動神經(jīng)元損傷程度達(dá)到確診標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通過DTI的方法可以相應(yīng)反映腦內(nèi)的錐體束損傷程度。

本研究還發(fā)現(xiàn)大腦腳的ADC值與年齡之間存在負(fù)相關(guān)的傾向性，盡管未顯示出統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，仍可能提示年齡越輕，上運(yùn)動神經(jīng)元的損傷越明顯，在臨床中也可觀察到年輕ALS患者存在的上運(yùn)動神經(jīng)元損傷較老年患者更嚴(yán)重。其兩者間的確切關(guān)系值得進(jìn)一步深入探討。ADC、FA值與ALS的嚴(yán)重程度即ALS功能評分之間沒有明確的相關(guān)性，其原因可能是由于ALS功能評分更多的是對下運(yùn)動神經(jīng)元的評估，而ADC、FA值反映的是錐體束，即上運(yùn)動神經(jīng)元的病損程度，因而兩者之間缺乏相關(guān)性[15]。同時(shí)，由于不同患者的疾病進(jìn)展速度不一致，因而影像學(xué)的檢查結(jié)果與疾病的持續(xù)時(shí)間即病程亦不相關(guān)。這與既往研究結(jié)果相一致[16-17]。

綜上所述，該研究結(jié)果顯示大腦腳及內(nèi)囊后肢其ADC和FA值與對照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且大腦腳和內(nèi)囊后肢FA值以及內(nèi)囊后肢ADC值與ALS診斷級別和上運(yùn)動神經(jīng)元有相關(guān)性，表明DTI在ALS的診斷中具有重要意義。

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(本文編輯：時(shí)秋寬)

A study on MR diffusion tensor imaging of amyotrophic lateral sclerosis

HOUXiaomei,YANGBiying,ZHANGXuxiang,DUBaoxin*,WANGJiawei,TANGMeili,ZHENGYu.

*DepartmentofNeurology,GuangdongHospitalofTCM,Guangzhou510006,China

DU Baoxin，Email：dbx.dr@163.com

Objective To investigate the value of diffusion tensor imaging (DTI) for the diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Methods Fifty-four cases of ALS patients with different diagnostic levels were selected, including clinically definite (21 cases), clinically probable (22 cases), clinically possible (11 cases) . At the same time, 23 healthy volunteers were recruited as controls. Fractional anisotropy (FA) and average diffusion coefficient (ADC) values were measured in each region of interest respectively. The difference of diffusion parameters between the two groups were analyzed and the correlations between diffusion parameters and various clinical variables were investigated by Spearman correlation analysis. Results Compared with healthy controls, a significant increase in ADC were found (P<0.01)on the level of posterior limb of internal capsule and the cerebral peduncle in ALS group. A significant reduction in FA were found (P<0.01) on all the levels of region of interest in ALS group. The ADC values in the posterior limb of internal capsule level correlated negatively with diagnostic levels of the patients (r=-0.289,P<0.05), and correlated positively with upper motor neuron injury score (r=0.304,P<0.05). The FA values in the cerebral peduncle level and posterior limb of internal capsule level correlated positively with the diagnostic levels (r=0.394,P<0.01;r=0.547,P<0.01), and correlated negatively with upper motor neuron injury score(r=-0.301,P<0.05;r=-0.653,P<0.01). Conclusions DTI can objectively evaluate the impairment of pyramidal tracts in ALS patients and can be used as an important adjuvant measure for the diagnosis of ALS.

amyotrophic lateral sclerosis; diffusion tensor imaging; pyramidal tracts

10.3969/j.issn.1006-2963.2015.05.006

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2010B030700027)；廣東省中醫(yī)藥局資助項(xiàng)目(2010139)

510006 廣東省中醫(yī)院神經(jīng)科(侯曉妹、楊碧瑩、杜寶新、鄭瑜)，影像科(唐梅麗)；510405 廣州中醫(yī)藥大學(xué)2012級碩士研究生(張旭祥、王家偉)

杜寶新，Email：dbx.dr@163.com

R744.8

A

1006-2963 (2015)05-0330-04

2014-10-15)